CN102577501A - 自适应的通信与干扰感知的无线资源管理 - Google Patents
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Abstract
一种用于在由基站(BS1，...，BSN)覆盖的一组小区(C1，...，CN)内无线资源管理的方法，包括获取通信需求信息，所述通信需求信息包括来自对应基站(BSi)的、每个小区(Ci)的相关的服务质量(QoS)及无线性能数据；处理所述通信需求信息，以检测至少一个周期通信模式；根据所检测的至少一个周期通信模式，为每个小区(Ci)调整所分配的无线资源；及根据基站(BS1，...，BSN)的反馈，检视被调整的所分配的无线资源。
Description
技术领域
本发明通常涉及无线资源管理，更特别地，涉及在一组小区内蜂窝网络利用的建模和动态无线资源的分配。
背景技术
随着日益增长的移动用户数量、移动服务的持续演进的本质和移动终端的广泛使用，意味着无线网络的定期调整，否则，将会出现呼叫中断、呼叫拒绝和低通信质量。因而，对主要关注满足其用户的期望的蜂窝网络运营商来讲，网络维护是最重要的问题之一。
第一个网络维护方案包括无线规划的定期改进，例如通过增加/移动基站，或者通过调整收发装置。然而，由于网络区域内的最小变更(即出现新的基站或商店)都需要新的规划行动，该方案代价较高且复杂。而且，在此方案下，运营商不能适应通信量的突然的、瞬间的增长(例如，示威游行或文化活动)。
第二个网络维护方案包括无线资源管理(Radio ResourcesManagement，RRM)。事实上，RRM是改善无线网络性能的最常用机制。网络运营商不得不基于小区间的无线资源分配，持续监测系统性能。有利地，RRM支持大量机制(例如集成在通用移动通信系统(UMTS)的频率分配规程)，以提高网络配置的灵活性和便利性。
因此，RRM被认为是在无线网络中的关键功能，在保证目标服务等级的同时管理和控制同信道干扰。这样，无线网络运营商通常估计未来的需要，并且，相应地，通过在必要之处增加更多资源，重新分配小区间的无线资源。
特别地，RRM发现在通信过载场景的重要性，其中，所需资源必须被精确地估计，以便被分配于必要之处。否则，运营商不能满足他们的用户的期望，这通常被严厉地批评。
RRM通常基于被人工执行的粗略估计，导致次优的无线资源分配并且甚至，在某些情况下，由于产生了例如同信道干扰，系统性能的非故意恶化。
发明内容
通常通信过载情况取决于多个参数，这多个参数在没有特定通信监测设备的情况下，通常是不可用且不易被预测的。以下可作为这些参数的示例：
-起始时间，例如繁忙时段的起始时间。在RRM上下文中，繁忙时段的意思是，在给定的24-小时时段内最大总通信负载所发生的时段；
-位置，例如大量人群度假的度假胜地(例如，岛屿、海边和山脉)或事故地点(例如，交通事故)；
-持续时间，例如在公共假日期间(例如，新年或圣诞节)，在该期间人们喜欢联系亲友，从而在一段时间内引起通信需求的大量增长；
-相关小区，例如在一个示威游行活动中，当人群抵达或离开该示威场所，以及示威道路前进时，拥塞可能出现在周围小区；
-通信过载量，例如在文化或体育项目中，大量的或者最终少量的人群可能被集中在有限的场所；
-通信标准的相关信道，例如在事故(即交通事故)或灾难(地震或洪水)的情况下，由于紧急呼叫；
-所需通信类型及其各自的服务质量限制(即语音呼叫、短信息服务(SMS)、无线接入协议(WAP)、通用分组无线业务(GPRS)或视频流)；
-目前采用的无线性能数据，例如采用的频带、或调制与编码方案；
-目前体验的服务质量，例如体验的信干噪比(SINR)、呼叫阻塞统计或在相邻小区间的同信道干扰水平。
在某些情况下，一些参数可以提前被知晓，例如新年，或者被粗略估得，例如体育项目的持续时间。然而，其他参数，例如通信过载情况的时间窗的变化，是无法方便地被预测的，该通信过载情况受时间或位置(例如大都市、城市、住宅区、商业区)的影响。
而且，某些参数，在某种程度上，在特定情况下可以被估计(例如在戏剧、电影或音乐会的文化项目中通信过载的相关小区)，而在其他情况下是不可预计的(例如在大灾难、意想不到的网络漏洞或事故的情况下)。
因此，通信过载情况往往没有被充分描述，例如按时间(如起始时间、持续时间、随时间变化)、按频率需求(所需的频带、多路技术等)、按位置(相关小区或区域)或其组合。特别地，最新的RRM方案没有同时与干扰状态，以及通信需求信息及不同时间尺度相结合。
由于RRM通常基于将被人工执行的粗略估计，这可能导致次优的无线资源分配并且甚至，在某些情况下，由于产生了例如同信道干扰，系统性能的非故意恶化。
本申请示出用于在由基站覆盖的一组小区内无线资源管理的方法的实施例。
一实施例包括以下步骤：
-获取通信需求信息，所述通信需求信息包括来自对应基站的、每个小区的相关服务质量(QoS)及无线性能数据；
-处理所述通信需求信息，以检测周期通信模式；
-根据至少一个所检测的周期通信模式，为每个小区调整所分配的无线资源；及
-根据基站的反馈，检视被调整的所分配的无线资源。
本申请也示出用于在由基站覆盖的一组小区内无线资源管理的小区控制器的实施例。
一实施例包括：
-用于例如在学习阶段中，获取关于通信需求的信息的装置，该信息包括来自对应基站的、多个小区的相关服务质量(QoS)及无线性能数据；
-用于处理所述关于通信需求的信息，以检测周期通信模式的装置；
-用于根据所检测的周期通信模式，为该多个小区调整所分配的无线资源的装置；及
-用于收集来自基站、关于被调整的所分配的无线资源方案的反馈的装置。
在一实施例中，提供了在一组小区内通信与干扰感知的多接入方案。
在另一实施例中，通信过载场景检测被实现、过载场景被预计到，并且，相应地，网络参数根据需要被自发地重新配置。
在一实施例中，通过避免同信道干扰并保持目标服务质量，无线网络的性能被增强。
在一实施例中，在无线资源约束的限制下，提供了一种自适应无线资源分配方案。
在一实施例中，提供了一种自训练的智能无线资源分配方案。
在一实施例中，一受控组小区的每个小区内的无线资源随时间的利用被预测。
在一实施例中，多个小区的无线资源被共同管理。
在一实施例中，一组小区的无线资源被优化分配，以满足每个小区内所有被请求的服务。
在一实施例中，一组小区内的自适应和动态资源管理方法被确保实现。
在一实施例中，关于多个小区内无线资源的利用的更新全局视图被保留。
在一实施例中，提供了一种用于无线资源管理的统计方法。
在一实施例中，提供了一种通信与干扰感知的资源管理系统。
在一实施例中，提供了一种关于一组小区内无线资源重配置的自调节与智能决策。
在一实施例中，取得了对在一组小区内无线资源利用的正确洞知。
在一实施例中，通过根据每个小区的实际需求采用小区间共享的时间/频率资源，资源供应不足的情况被预见到，该资源供应不足的情况导致QoS的降级。
在一实施例中，提供了一种实时监测的方法，该方法观测一组参数并支持根据网络当前性能智能决策。
附图说明
根据参照附图对优选实施例的详细描述，本发明的上述和其它目标及优势将变得明显，其中：
-图1是一个示意图，示出了涉及无线资源管理的蜂窝网络中的多个小区；
-图2是一个示意图，示出了一种无线资源分配；
-图3是一个示意图，示出了一个示例性实施例，该实施例允许自适应的通信与干扰无线资源管理。
具体实施方式
作为示例，并参照图1，一组相互干扰的小区C1，...，CN各自被基站BS1，...，BSN覆盖，这些基站共享时间和频率资源。这些基站BS1，...，BSN的无线资源利用由小区控制器CC管理和控制。例如：
-BS1，...，BSi(其中，i为等于或大于1的整数)覆盖一个住宅区，其中，晚上活动较多(例如，上班族回到家中)且白天活动较少；然而，
-BSi+1，...，BSN(其中，i小于N)覆盖一个商业区，其中，通信活动主要集中在工作日。
不是考虑在与下行链路子帧相关的基站BS1，...，BSN间均享无线资源，而是可变的RRM被采用，该RRM受每个小区Ci的通信需求和相关QoS的影响。否则，由于所分配资源的不足，“住宅的”BS1，...，BSi在晚上或“商业的”BSi+1，...，BSN在办公时间的高通信需求可能未被满足，导致高呼叫中断、性能衰落和呼叫拒绝。
为达到该目的，该小区控制器CC可监测两个时段：
-自动学习阶段，该阶段允许分析无线小区性能和无线资源利用，以生成最优多接入方案；
-操作阶段，该阶段负责执行最优通信与干扰感知多接入方案，该方案由之前的阶段提供。
该小区控制器CC基于给定的时间周期(例如，每小时、每天、每星期、每月或每年)收集：
-每个小区Ci的关于通信需求的信息，例如服务类型(如语音呼叫、SMS、WAP、GPRS或视频流)、呼叫数、呼叫持续时间或呼叫到达间隔时间；
-每个无线小区Ci的性能数据信息，例如体验的信干噪比(SINR)、频带、无线通信标准、单/多天线技术、编码方案、通信双向的调制方案、冲突次数、呼叫拒绝次数、比特误码率(BER)。
每个小区Ci的关于通信需求及性能数据的这些观测信息，可从基站B1，...，BN获取，是统计挖掘的主题，以便：
-识别在收集的通信活动中的周期通信模式(PTP)。事实上，日常统计显示出小区的通信活动的某些周期性(例如，从一天到另一天，空闲/繁忙时段呈现相似的特征)。在这些周期内的通信模式被称为周期通信模式PTP；而随后
-区分每个PTP内的稳定通信周期时隙(STPS)。这样，每个PTP被划分为STPS，在该STPS中，通信活动的变化与一阈值相比是受限的。该阈值可以是由小区控制器预定的、或由网络运营商通过可编程接口提供。
应注意，表述“模式”在此意指某一参数分布的波形，该参数分布受至少另一参数的影响，例如在一小区内呼叫数量的变化受时间的影响，在一小区内已建立的通信类型(如语音呼叫、SMS、WAP、GPRS、视频流、文件传输)受时间的影响，已使用的时间/频率资源受小区的影响等等。
模式具有它的发生值(例如，发生时间或发生位置)及围绕该值的扩展。周期通信模式可以通过使用局部/全局最大和最小搜索技术或自动聚类技术来识别。
所收集的关于每个小区Ci的通信需求与性能数据的信息经历多维统计分析，因为这些信息在多个域内被共同研究。例如，可列举的是每个空间区域的无线资源使用、随时间的无线资源使用、每个空间区域的服务类型(如语音呼叫、SMS、WAP、GPRS、视频流、文件传输)；每个空间区域随时间的频率资源使用、每个空间区域的呼叫次数、每个空间区域受时间影响的信道(如广播信道(BCH)、独立专属控制信道(SDCCH)、公共控制信道(CCCH)、或随机接入信道(RACH))使用等等。
对小区C1，...，CN的观测信息的多个统计研究可以被执行，例如关于每个空间区域随时间的呼叫次数的累积密度函数的变形或分布函数，或每个空间区域每个服务随时间的BER的平均值/方差。这样的统计挖掘可以通过使用任何技术/数值的计算环境来执行。
通过对所观测信息的统计分析，可得到多个模型，该等模型如实地描述了每个小区或整组小区的无线资源利用。作为该等模式的非限制性示例，可列举的是：
-呼叫模式，该模式利用每个小区内的一组描述参数及其分布，描述了移动用户的呼叫行为。该等参数可包括呼叫持续时间、呼叫到达间隔时间或服务类型(例如语音呼叫、SMS、WAP或GPRS)；
-移动模式，该模式描述了用户的移动对通信和信令通道(位置更新和切换)的影响；
-人口规模模式，该模式描述了在给定小区Ci中被服务的用户的数量随时间的变化；
-呼叫阻塞模式，该模式描述了每个小区Ci受总呼入影响的被拒绝的呼叫；
-BER模式，该模式量化了相邻小区间的同信道干扰，进而量化了服务质量的下降等等。
通信模式强调基于每天、每周或每月的网络资源利用行为及无线小区性能。
例如，这些模式允许以良好的置信度决定繁忙时段的发生时间及其位置，以及这些繁忙时段各自的通信过载。因此，即使给定小区Ci的资源利用以不可先验预测的方式随时间变化，该通信过载仍可通过所建立的模型被相当准确地估计。
通过在这些PTP中识别或多或少的稳定部分，从PTP中推断出STPS。作为示例，可辨别在小区Bi+1，...，BN的时间窗12:00-14:00左右的STPS。例如，该STPS可显示日常(除了假日)重要的、平均稳定数量的建立呼叫。
而且，小区控制器CC可获取关于如下方面的统计信息：
-通信需求：每时隙或更长时段所观测到的应用类型与容量的分布(如：小区通信的a％是在给定峰值速率下具有目标平均数据速率的尽力传送型，b％是保证数据速率的语音通信，剩余通信可能是延迟敏感通信，如视频流)；及
-无线小区性能，例如，调制与编码方案的累积密度函数是可能的无线性能度量：小区内y1％的通信以QPSk1/2调制，y2％的通信以16QAM1/2调制，...，剩余通信以64QAM3/4调制。
通信与干扰感知的多接入资源分配(TIAMA_RA)使用STPS及无线小区性能，以预测每小区Ci及每STPS所需的资源。随后，为每个STPS执行通信与干扰感知(TIAMA)过程。
在无线资源分配期间，具有给定的QoS限制(如尽力传送型或具有保证的比特率的语音或延迟敏感通信，例如视频流)的通信需求，以及无线性能数据(例如链路自适应应用的调制与编码速率、SINR或BER)，可能会被考虑。
在对所观测信息进行统计分析之后，多个通信需求场景可根据一些统计参数被识别，例如：
-在给定位置发生的、时域上具有一定周期性的繁忙时段；
-在给定位置发生的体育活动，其中，无线资源利用示出“沉寂”时段(比赛的第一和第二部分)，及极度活跃时段(比赛的中场休息、获得胜利或进球)；
-新年在午夜左右的通信过载；
-重点使用RACH、TCH及SDCCH信道的交通事故；及
-具有高BER的小区间干扰。
在部分小区覆盖范围——CC管理区域——发生异常事件的情况下，通信与干扰感知的多接入资源分配(TIAMA_RA)方案，可基于先前在相似事件中所收集的信息来估计。
所识别的关于被收集信息的通信模式允许预估无线资源不足，进而调节小区间共享的时间/频率资源以适应每个小区的实际需要。
在每个所计算的STPS的起始时间，小区控制器CC通知该等小区根据TIAMA方案为其分配的资源块。从每个小区Ci至该小区控制器CC的反馈，使该多接入方案有效，或触发另一个TIAMA计算阶段，其中，该反馈关于该小区、由TIAMA应用所产生的通信性能。
图2示出频隙在小区C1，...，CN间随时间的重新分配。该频隙分配方案的示例基于在“住宅”BS1，...，BSi和“商业”BSi+1，...，BSN的时间窗12:00-14:00左右被识别的STPS，如上例所述。图2示出时间/频率资源块，该等资源块在该STPS时间窗和在下行链路的子帧(DL子帧)中，被不等地分配至BS1，...，BSi和BSi+1，...，BSN。
小区控制器CC根据基站B1，...，BN的反馈，检视无线资源分配方案。一旦存在负反馈(例如违反服务质量、同信道干扰或呼叫阻塞增加)，该分配无线资源的方案可即可被检视。
如图3所示，在此描述的方法的各种实施例，可由在小区控制器CC内实现的TIAMA系统，在一组基站BS1，...，BSN中执行。该示范系统包括：
-周期通信模式检测(PTP_D)装置，该装置检测在一给定的持续时间内的时段，在该持续时间内，小区的通信活动从一个时段到另一个时段重复发生；
-稳定通信同期时隙和模式识别(STPSP_I)装置，该装置识别PTP中的子部分(不低于时段的时间尺度)：稳定通信周期时隙(STPS)，在该STPS中，通信活动的变化是受限制的。随后，每个小区的关联通信模式，在STPS中是一致的，被计算得；
-无线小区性能(RAP)装置，该装置收集每个小区报告的无线性能(如频谱效率)；
-TIAMA资源分配(TIAMA-RA)装置，该装置计算在每个分配间隔分配至每个小区的资源。所分配的资源关系到与通信需求相关的数据(每STPS处理的稳定通信模式)与所体验的无线小区性能。
该小区控制器可进一步包括：
-通过指令信号将被分配的无线资源发送至每小区Ci的装置；及
-应用被分配的资源，以执行该分配的无线资源方案的装置。
参照图3，在一实施例中，小区控制器包括获取关于通信需求的信息的装置(RAP)；处理该关于通信需求的信息、以检测周期通信模式的装置(PTP_D)，及根据所检测的周期通信模式调整所分配的无线资源的装置(TIAMA_RA)，及收集来自对应基站(BS1，...，BSN)的、关于被调整的所分配的无线资源的反馈的装置(RAP)。
所分配的资源必须符合小区的需求。事实上，小区控制器CC在维持每个小区Ci令人满意的服务质量的同时，确定待执行于有限的无线资源的合适的规模效应，以及哪些无线资源将被分配至小区C1，...，CN。换句话说，小区控制器CC在有限的无线资源限制下，确定对应的时间和位置所期望的无线资源。相应地，如图1示例，在商业时段，更多的资源被分配至BSi+1，...，BSN，其中，商业时段是通过对所收集信息的挖掘估计得到的。在这些时段中，具有较少期望需求的BS1，...，BSi被分配较少的资源，以益于具有更多的期望需求的竞争商业区域小区。
应注意到，TIAMA功能可按需被激活，例如，当体验到一些小区中QoS下降。
还应注意到，TIAMA功能及模块可以分布式或集中式的方式实现。
基于先前的通信需求、体验的无线性能，以及受小区控制器CC控制的竞争小区间的当前差别，TIAMA_RA适当地适应用户的需求。
有利地，TIAMA输出关于移动用户行为(例如应用使用或移动性)的有用信息，该信息允许对资源分配更新及网络维护的预估。
应注意，TIAMA_RA独立于在小区C1，...，CN中所部署的通信标准(例如GSM、UMTS、CDMA或LTE)。
关于示例方法的上述所有功能由专用或通用的数字信息处理设备方便地实现，该等数字信息处理设备根据嵌入在诸如软件、固件或硬件程序中的合适指令来工作。例如，功能模块可作为由半导体技术制造的专用集成电路(ASIC)实现，也可用现场可编程门阵列(FPGA)或任何其他硬件块实现。进一步地，所描述的装置可由处理器来实现，该处理器利用该等合适指令被编程，并被提供至合适的存储器的访问。
Claims (12)
1.一种用于在由基站(BS1，...，BSN)覆盖的一组小区(C1，...，CN)内无线资源管理的方法，该方法包括：
-获取通信需求信息，所述通信需求信息包括来自对应基站(BSi)的、每个小区(Ci)的相关服务质量(QoS)及无线性能数据；
-处理所述通信需求信息，以检测至少一个周期通信模式；
-根据所检测的至少一个周期通信模式，为每个小区(Ci)调整所分配的无线资源；及
-根据基站(BS1，...，BSN)的反馈，检视被调整的所分配的无线资源。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，获取通信需求信息发生于包含时段的学习阶段。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，处理所述通信需求信息包括对该组小区(C1，...，CN)中的每个小区(Ci)的通信需求信息执行多维统计分析。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其中，处理所述通信需求信息包括在所检测的至少一个周期通信模式中，识别稳定通信周期时隙。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，调整所分配的无线资源，在每个小区(Ci)的每个所识别的稳定通信周期时隙，被执行。
6.根据权利要求1、4或5所述的方法，其中，调整所分配的无线资源，使同信道干扰最小化并保持目标服务质量。
7.一种用于在由基站(BS1，...，BSN)覆盖的一组小区(C1，...，CN)内无线资源管理的小区控制器，包括：
-用于获取关于通信需求的信息的装置，该信息包括来自对应基站(BSi)的、每个小区(Ci)的相关服务质量(QoS)及无线性能数据；
-用于处理所述关于通信需求的信息、以检测周期通信模式的装置；
-用于根据所检测的周期通信模式，为每个小区(Ci)调整所分配的无线资源的装置；
-用于收集来自该等对应基站(BS1，...，BSN)的、关于被调整的所分配的无线资源的反馈的装置。
8.根据权利要求7所述的小区控制器，其中，所述用于获取关于通信需求的信息的装置包括用于在每个时间间隔收集每个小区(Ci)的关于通信需求及无线性能数据的信息的装置。
9.根据权利要求7或8所述的小区控制器，其中，所述用于处理关于通信需求的信息的装置适用于识别稳定通信周期时隙的至少一个子部分，在所述稳定通信周期时隙中，所述小区内通信活动的变化是受限制的。
10.根据权利要求7、8或9所述的小区控制器，其中，所述用于调整所分配的无线资源的装置包括用于计算和调度待分配至每个小区(Ci)的无线资源的装置，所述用于计算和调度的装置适用于确定和传输指令信号至每个小区(Ci)，所述指令信号包括专用于对应小区(Ci)的、至少一个无线资源参数。
11.根据权利要求7、8、9或10所述的小区控制器，其中，所述用于调整所分配的无线资源的装置适用于基于所述反馈调整所分配的无线资源。
12.一种计算机程序，包括存储在用于无线资源管理的计算机和/或专用系统的存储器中的指令，其中，所述计算机程序适用于执行如在先权利要求1至6中所述的方法。
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