CN102763464A - 用于确定上行链路目标信号干扰噪声比的方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

示例性实施方式涉及一种用于确定上行链路目标信号干扰噪声比(SINR)的方法。在一个实施方式中，该方法包括基于下行链路信号干扰比(SIR)确定用户设备(UE)的上行链路目标SINR(S430)。该下行链路SIR是基于从用户设备接收的信道质量指示(CQI)索引确定的。

Description

用于确定上行链路目标信号干扰噪声比的方法及其系统
背景技术
典型而言，蜂窝通信网络包括由无线或有线连接耦合并且通过不同类型的通信信道接入的各种通信节点。每个通信节点包括用于处理基于通信信道发送和接收的数据的协议栈。取决于通信系统的类型，各种通信节点的操作和配置可以不同，并且通常有不同的名称。这种通信系统包括例如码分多址2000(CDMA2000)系统和通用移动通信系统(UMTS)。
UMTS是无线数据通信和电话标准，其描述了一个协议标准集合。UMTS阐述了用于基站(BS)或节点B(小区站点)与移动或用户设备(UE)之间的语音和数据传输的协议标准。典型而言，UMTS系统包括多个无线网络控制器(RNC)。UMTS网络中的RNC提供与GSM/GPRS网络中的基站控制器(BSC)的功能等效的功能。但是，RNC可能具有进一步的能力，包括例如无需移动交换中心(MSC)和服务通用分组无线服务(GPRS)支持节点(SGSN)的自主管理切换。小区站点负责空中接口处理和一些无线资源管理功能。UMTS网络中的小区站点提供与GSM/GPRS网络中的基站收发信机(BTS)的功能等效的功能。小区站点典型而言与现有的GSM基站收发信机(BTS)在物理上共址，以降低UMTS实现的成本并且最小化规划许可限制。
图1示出了根据UMTS协议操作的常规通信系统100。参考图1，通信系统100可以包括多个小区站点，如小区站点120、122和124，每个小区站点对它们各自的覆盖区域内的UE(如UE 105和110)的通信需求进行服务。小区站点可以对被称为小区的覆盖区域进行服务，并且可以将小区划分成多个扇区。为了便于解释，术语小区可以指由小区站点进行服务的整个覆盖区域或者小区站点的单个扇区。从小区站点到UE的通信被称为前向链路或者下行链路。从UE到小区站点的通信被称为反向链路或上行链路。
将小区站点120、122和124连接到RNC，如RNC 130和132，并且将RNC连接到MSC/SGSN 140。RNC处理特定的呼叫和数据处理功能，例如，如上所述的无需MSC和SGSN的自主管理切换。MSC/SGSN 140处理到网络中的其他元件(例如RNC 130/132和小区站点120/122/124)或者到外部网络的呼叫和/或数据的路由。在图1中还示出了这些元件之间的常规接口Uu、Iub、Iur和Iu。
已经提出了用于控制3GPP LTE标准的上行链路上的移动站或UE传输功率的部分功率控制(FPC)方案。该开环部分控制技术提出设置UE发送功率谱密度，使得可以补偿路径损耗(包括阴影)的一部分。当忽略最大UE发送功率谱密度(每个音调的功率)时，可以将UE发送功率谱密度(PSD)P构建为：
P＝-αG+Po                        (1)
其中，P是UE PSD，α是FPC阿尔法，G是长期平均路径增益(单位为dB)并且对于上行链路和下行链路是相同的，并且Po是经由下行链路信令发送到UE的PSD参考量。使用FPC，
Po＝I+Γ1-(1-α)G0                (2)
其中，I是每个物理资源块(PRB)带宽的长期平均接收噪声加干扰密度(单位为dBm)，Γ1是当α等于1时的目标SINR(单位为dB)，并且G0是以dB为单位的校准增益。
使用问题(1)和(2)，隐含的目标SINR是：
Γ＝Γ1+(1-α)(G-G0)              (3)
但是，在特定情况中，没有对于路径损耗的补偿，并且全部UE利用相同的发送功率谱密度(有可能是最大功率)进行发送，这导致很高的干扰水平和很差的小区边缘速率性能。在其他情况中，FPC产生传统的慢速功率控制，在该传统的慢速功率控制中路径损耗被完全补偿，并且利用相同的SINR对所有UE进行接收。这导致很差的频谱效率，但是具有良好的边缘速率。
为了改善FPC，开发了相对路径增益(RPG)。在RPG中，基于UE和服务小区站点之间的路径损耗与UE和下一个最佳相邻小区站点之间的路径损耗之间的差来控制上行链路传输功率。但是，RPG占用相当大数量的空中接口开销，并且需要对UE进行更多处理。因此，RPG不是一直可用的。更具体而言，UE可能仅当UE和服务小区站点之间的路径损耗与UE和下一个最佳相邻小区站点之间的路径损耗之间的比率超过门限时报告一次或周期性地报告，并且如果该比率低于门限则可能根本不报告。因此，当使用RPG时可能存在大量实现差错和空中接口开销。
并且，已知的功率控制方案没有考虑对于全部其他相邻小区站点的实际干扰影响的和，并且需要附加开销。
发明内容
至少一个实施方式在确定用于UE的发送功率谱密度时利用UE对于它的相邻小区/扇区产生的干扰的水平。因此，优点包括使得干扰分布中的方差更小、吞吐量更高等等。此外，示例性实施方式通过使用下行链路SIR估计上行链路目标SINR来改善小区边缘数据速率。
至少一个示例性实施方式提供了一种用于确定上行链路目标信号干扰噪声比(SINR)的方法。该方法包括首先基于下行链路信号干扰比(SIR)确定用户设备(UE)的上行链路目标SINR。该下行链路SIR是基于从该用户设备接收的信道质量指示(CQI)索引确定的。
至少另一个实施方式提供了一种系统，该系统包括小区站点，该小区站点被配置为基于下行链路信号干扰比(SIR)确定用户设备(UE)的上行链路目标信号干扰噪声比(SINR)，其中基于从该用户设备接收的信道质量指示(CQI)索引确定该下行链路SIR。
附图说明
根据下文结合附图的详细描述将更清楚地理解示例性实施方式。图1-图4表示如本文所述的非限制性示例性实施方式。
图1示出了根据UMTS协议操作的常规通信系统；
图2示出了UE可以在相邻小区中引起干扰的示例；
图3A示出了用于生成信道质量指示(CQI)索引的已知方法；
图3B示出了根据一个示例性实施方式的用于确定上行链路目标信号干扰噪声比(SINR)的方法；以及
图4示出了部分下行链路SIR控制方案的性能。
具体实施方式
现在将参考附图更完整地描述各种示例性实施方式，其中在附图中示出了一些示例性实施方式。在附图中，为了清楚起见可能夸大了层和区域的厚度。
因此，虽然示例性实施方式能够具有各种修改和可替换的形式，但是在附图中通过示例的方式显示了它们的实施方式，并且将在本文详细描述这些实施方式。但是应该理解，不意图将示例性实施方式限于所公开的具体形式，而是相反，示例性实施方式要涵盖落入权利要求的范围中的所有修改、等同方式和替换。在整个附图的描述中相同的附图标记指代相同的元素。
要理解，虽然在本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种元件，但是这些元件不应该受到这些术语的限制。仅仅使用这些术语来使它们彼此区分。例如，可以将第一元件称为第二元件，并且类似地，可以将第二元件称为第一元件，而不会脱离示例性实施方式的范围。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联罗列的项的任意或全部组合。要理解，当元件被称为被“连接到”或“耦合到”另一个元件时，其可以直接连接到或耦合到其他元件或者可以出现中间元件。相反，当元件被称为被“直接连接到”或“直接耦合到”另一个元件时，不出现中间元件。应该以类似的方式解释用于描述元件之间的关系的其他词语(例如“之间”相对“直接之间”，“相邻”相对“直接相邻”等等)。
本文所使用的术语仅仅是用于描述具体实施方式的目的，并且不意图限制示例性实施方式。如本文所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”还意图包括复数形式，除非上下文明确指示不是这样。还要理解，当在本文使用术语“包括”和/或“包含”时，该术语规定所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的出现，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合的出现和添加。
还应该注意到，在一些可替换的实现中，所示的功能/动作可以不按照图中所示的次序发生。例如，按照连续方式显示的两个附图事实上可以基本上同时地执行，或者有时候可以按照相反的次序执行，这取决于所涉及的功能/动作。
若无另外定义，本文所使用的全部术语(包括技术和科学术语)具有与示例性实施方式所属领域的普通技术人员的通常理解相同的含义。还要理解，应该将例如在常用词典中定义的那些术语解释为具有与它们在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且不应该在理想的或者过于正式的意义上解释，除非本文明确如此定义。
以软件或对计算机存储器之中的数据比特进行操作的算法和符号表示的形式提供示例性实施方式的一部分和对应的详细描述。这些描述和表示是本领域的普通技术人员通过其来向本领域的其他普通技术人员有效地传达他们工作的实质的描述和表示。如本文所使用的、并且如通常所使用的术语算法的概念是产生希望的结果的自一致的步骤序列。步骤需要物理量的物理操作。这些量通常但不必要具有能够存储、传递、组合、比较或者操作的光、电或磁信号的形式。已证实有时候，原则上为了通用的原因，将这些信号称为比特、值、元素、符号、特性、项、数字等等是方便的。
在下文的描述中，参考操作的动作和符号表示(例如流程图的形式)来描述示例性实施方式，这些操作可以被实现为用于执行具体任务或者实现具体抽象数据类型、包括例程、程序、对象、组件、数据结构等等的程序模块或功能性过程，并且可以使用现有的硬件在现有网络元件或控制节点(例如位于小区站点处的调度器、基站或节点B)处实现。这种现有的硬件可以包括一个或多个中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)计算机等等。
但是应该谨记，全部这些和类似的术语与合适的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便的标记。若非另外具体声明，或者根据讨论显而易见的是，诸如“处理”或“计算”或“算”或“确定”或“显示”等等之类的术语是指计算机系统的动作和过程，或者用于操作被表示为计算机系统的寄存器或存储器中的物理、电子量的数据并且将其变换为类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他这种信息存储、传输或显示设备之中的其他数据的类似的电子计算设备的动作和过程。
还要注意到，典型而言，将示例性实施方式的软件实现的方案编码在有形的(或记录)存储介质上，或者实现在一些类型的传输介质上。该有形的存储介质可以是磁的(例如软盘驱动器或硬盘驱动器)或光的(例如压缩盘只读存储器或“CD ROM”)，并且可以是只读或随机访问的。类似地，传输介质可以是双绞线对、同轴电缆、光纤或者本领域已知的一些其他合适的传输介质。示例性实施方式不受任意给定实现的这些方面的限制。
如本文所使用的术语“用户设备”(UE)可以与移动用户、移动站、移动终端、用户、订户、无线终端和/或远程站同义，并且可以描述无线通信网络中的无线资源的远程用户。可以将术语“小区站点”理解为一个或多个小区站点、基站、接入点和/或射频通信的任意末端站点。虽然当前网络架构可能考虑了移动/用户设备与接入点/小区站点之间的差异，但是下文所述的示例性实施方式通常可应用于区别不那么明显的架构，如ad hoc和/或网格网络架构。服务小区站点可以指当前处理UE的需求的小区站点。
将参照图1中所示的UMTS系统来描述示例性实施方式。但是，要理解，示例性实施方式不限于该系统或UMTS系统。例如，可以在CDMA、WiMax和其他网络结构中实现示例性实施方式。
如上所述，开环FPC的一个问题在于不直接考虑UE将对相邻小区/扇区产生的干扰量。例如，图2示出了一种示例，在该示例中UE可能在相邻小区/扇区(下文统称为小区)中产生干扰。在图2中，UE T1由小区站点1进行服务，并且对小区站点2产生干扰。但是，如果UE T1对小区站点2具有很强的阴影衰落，则与UE T1对于小区站点2具有很小的阴影衰落的情况相比，应该允许UE 1以更高的功率谱密度进行发送。另一个示例是非均匀布局的情况，其中小区站点2具有大得多的小区半径，在该情况中应该允许UE T1以更高的功率水平进行发送。
根据至少一个示例性实施方式，可以基于下行链路信号干扰比(SIR)确定上行链路目标SINR。使用下行链路SIR来确定上行链路目标SINR使得干扰分布中的方差更小和/或吞吐量更高。此外，使用下行链路SIR确定上行链路目标SINR提高了小区边缘数据速率。
根据至少一个示例性实施方式，使用下行链路SIR来确定上行链路目标SINR。下行链路SIR包括对于全部相邻小区站点的干扰影响的和。因此，服务小区站点不需要要求UE发送关于相邻小区站点的功率信息，并且UE不需要处理相邻小区站点的功率信息以向服务小区站点报告。
更具体而言，可以如下确定UE m对相邻小区站点的上行链路上升贡献(干扰影响)：
R i , m = g i , m γ m g s , m - - - ( 4 )
其中，gi，m是从UE到相邻小区站点i的路径增益，gs，m是从UE到服务小区站点s的路径增益，并且γm是UE m的上行链路目标SINR。UE m基于下行链路路径损耗和从小区站点接收的上行链路目标SINR来确定要发送的功率。
因此，可以如下确定UE对所有相邻小区站点的上行链路上升贡献：
R m = γ m Σ i ≠ s g i , m g s , m = γ m ( Σ i g i , m - g s , m ) g s , m - - - ( 5 )
该上升贡献受到常数R的限制。可以基于边缘速率、小区或扇区吞吐量、目标干扰水平、干扰噪声(IoT)比和任意其他上行链路通信参数中的至少一个来选择常数R。可以由系统运营商，通过实验测试、布局条件和/或通过SON(自优化网络)能力来确定常数R。因此，可以如下确定上行链路目标SINR γm：
Figure BPA00001595150100082
其中，
Figure BPA00001595150100083
是用于UE m的下行链路SIR，假设进行时分双工(TDD)操作。因此，可以基于下行链路SIR确定上行链路目标SINR。应该理解，示例性实施方式不限于TDD。例如，可以通过对快衰求平均，在频分双工(FDD)中实现示例性实施方式，并且更具体而言方程式(6)。
此外，在陆地蜂窝操作中，下行链路SIR通常是下行链路SINR的良好近似。更具体而言，(由UE确定的)实际下行链路SIR与(由服务小区站点确定的)基于下行链路SIR的近似的下行链路SINR之间的差很小(1dB或更小的量级)。因此，下行链路SIR或近似的下行链路SINR可以用于估计上行链路目标SINR。因此，近似的下行链路SINR可以被称为下行链路SINR或下行链路SIR，并且在整个描述中被称为下行链路SINR吞吐量。
按照对数形式，可以将方程式(6)转换成：
Γ＝R+ΓD                    (7)
其中，Γ是上行链路目标SINR(单位为dB)，ΓD是下行链路SIR(单位为dB)，并且R除了单位为dB之外与如上相同。R是由UE在上行链路中引入的总干扰的百分比。
方程式(6)和(7)可以被称为完整下行链路SIR情况，以区分完整下行链路SIR与部分下行链路SIR。完整下行链路SIR可以具有更大的扇区吞吐量，但是以边缘速率为代价。
在至少另一个示例性实施方式中，可以使用部分下行链路SIR来基于下行链路SIR确定上行链路目标SINR。
如上所述，当忽略最大UE发送功率谱密度时，由方程式(1)给出UE发送频谱密度P。对于基于部分下行链路SIR的情况，在UE处可以将FPC阿尔法α设置为1。因此，可以如下确定UE PSD P：
P＝-G+Po                (8)
并且
Po＝I+Γ                (9)
其中，上行链路目标SINR变成：
Γ＝Γ1+(1-β)(ΓD+Γo) (10)
其中，ΓD是下行链路SIR，Γo是用于校准的常数，并且Γ1是对于β＝1的目标SINR。β是常数，当β被设置为0时回到完整下行链路SIR情况，并且当β被设置为1时回到常数SINR情况。
通过移动Γo，系统可以相对于下行链路SIR的分布改变轴心点。可以优化Γo、Γ1和β，以提高系统的性能。可以基于上行链路边缘速率、扇区吞吐量中的至少一个或两者的组合来选择Γo、Γ1和β。
可以通过将β设置为0，并且设置R＝Γo+Γ1，将部分下行链路SIR变换成完整下行链路SIR，其中R是UE跨过所有小区站点引起的总干扰的百分比。
完整下行链路SIR可能更偏好扇区吞吐量(STP)而不是UE边缘速率传输。部分下行链路SIR通过改变β的值来提高UE边缘速率传输。
服务小区站点可以根据下行链路信道质量指示(CQI)索引确定下行链路SIR。如根据下文的描述将理解的，使用下行链路SIR作为用于确定上行链路目标SINR的度量不需要UE执行附加处理，以报告来自相邻小区站点的干扰影响，因为下行链路SIR表示干扰影响的和，并且可以根据下行链路CQI索引进行确定。至少使用下行链路SINR来确定CQI索引是熟悉与LTE兼容的UE或基站设备的那些人员已知的。UE实施者可以对于成本相对性能的折中进行最小的改变(1dB或更小的量级)。“Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；Physical layer procedures，”3rd Generation PartnershipProgram，3GPP TS 36.212，V8.5.0，2008年12月，概述了CQI索引的确定，其全部内容通过引用的方式并入本文。
图3示出了用于生成下行链路CQI索引的已知的方法S300。在S310处，UE从服务小区站点接收下行链路信号。例如，UE可以从当前服务小区站点接收下行链路导频功率。可以按照每隔100ms到200ms的量级做出该确定，并且在该时间间隔上对接收导频功率求平均，从而对快衰的影响求平均。
根据“Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；Physical layer procedures，”3rd Generation Partnership Program，3GPPTS 36.212，V8.5.0，2008年12月，在S320处，UE基于接收的下行链路信号确定CQI索引。UE选择一种CQI索引，使得UE能够在“Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；Physical layerprocedures，”3rd Generation Partnership Program，3GPP TS 36.212，V8.5.0，2008年12月中规定的差错率之内与服务小区站点通信。更具体而言，可以由UE基于由UE确定的下行链路SINR、信道条件和与CQI索引相关联的调制和编码方案中的至少一个来确定CQI索引。UE选择允许UE使用相关联的调制和编码方案来与服务小区站点通信的CQI索引。
CQI是从零到十五的数字。UE通过确定接收的下行链路信号的下行链路SINR来确定CQI索引。用于确定下行链路SINR和CQI索引的方法可以是任意的已知方法。在确定下行链路SINR之后，UE将下行链路SINR和影响解码差错率性能的其他因子映射到CQI索引。为1的CQI索引表示最低的SINR，并且为15的CQI索引表示最高的下行链路SINR。每个CQI索引标识用于下行链路的调制和编码率方案。
在S330，UE向服务小区站点发送下行链路CQI索引。UE可以在空中并且每隔1毫秒发送CQI索引。
图3B示出了根据示例性实施方式的用于确定上行链路目标SINR的方法S400。
在S410，服务小区站点接收从UE发送的下行链路CQI索引。在S420，服务小区站点使用该CQI索引来确定下行链路SINR。更具体而言，由于LTE标准被编程在服务小区站点中，所以服务小区站点可以使用CQI索引来确定下行链路SINR。例如，服务小区站点可以使用包括分别与下行链路SINR值相关联的CQI索引的查找表。可以通过与每个CQI索引相关联的每个调制和编码方案的下行链路SINR的实验分析和/或详细仿真来确定该查找表。在服务小区站点确定下行链路SINR之后，服务小区站点可以互换地使用下行链路SIR和下行链路SINR。因为在服务小区站点处的下行链路功率的成本敏感度通常小于上行链路的UE的敏感度，所以在上行链路超出范围的点处，下行链路通常是干扰受限的。因此，可以互换地使用下行链路SIR和下行链路SINR。
在S430，服务小区站点根据使用的是完整下行链路SIR还是部分下行链路SIR，使用方程式(6)、(7)或(10)确定上行链路目标SINR。例如，方程式(6)或(7)用于完整下行链路SIR，并且方程式(10)用于部分下行链路SIR。
在服务小区站点确定上行链路目标SINR之后，服务小区站点可以基于上行链路目标SINR和发送PSD偏移确定用于上行链路的MCS水平。服务小区站点可以观察在服务小区站点处的接收SINR的短期变化，并且调整该MCS水平以追踪该接收SINR如何改变。
服务小区站点将上行链路目标SINR与平均长期总干扰加噪声累加，以确定PSD偏移。服务小区站点然后在S440向UE发送PSD偏移以作为信令消息。UE可以测量来自下行链路的平均路径损耗，并且根据PSD偏移确定发送PSD。为了降低通信负载，服务小区站点可以周期性地或者当在PSD偏移存在很大改变时发送PSD偏移。
图4示出了用于基于FPC的上行链路目标SINR和使用示例性实施方式的基于部分下行链路SIR的上行链路目标SINR近似的在IoT控制之下的5MHz LTE上行链路STP相对边缘速率。在图4中，部分下行链路SIR具有β＝0.5而FPC操作具有α＝0.8。利用以10dB为单位的IoT目标来标记每个点。如图4中所示的，使用部分下行链路SIR来确定上行链路目标SINR比FPC产生更好的STP相对边缘速率特性。
使用下行链路SIR作为度量与扇区化小区中的FPC相比，在上行链路上产生大约高出30％的容量增益。此外，下行链路SIR考虑了在扇区边界的UE。
如上所述，使用下行链路SIR作为上行链路目标SINR的度量不需要来自UE的额外处理，并且不对小区间通信或者小区上通信的空中接口增加任何开销，因为下行链路SIR是根据CQI索引确定的。
如此描述了示例性的实施方式，很显然能够以多种方式改变示例性实施方式。不要将这种改变视为背离了示例性实施方式的精神和范围，并且对于本领域的熟练技术人员显而易见的是全部这种修改意图被包括在权利要求的范围中。

Claims (10)

1.一种用于上行链路功率控制的方法，所述方法包括：
基于下行链路信号干扰比(SIR)确定用户设备(UE)的上行链路目标信号干扰噪声比(SINR)(S430)，其中，基于从所述用户设备接收到的信道质量指示(CQI)索引确定所述下行链路SIR。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于所确定的上行链路目标SINR确定功率谱密度偏移(S430)。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
向所述UE发送所述功率谱密度偏移(S440)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述上行链路目标SINR(S430)如下确定所述上行链路目标SINR：
Figure FPA00001595150000011
其中，
Figure FPA00001595150000012
是所述下行链路SIR，并且R是常数。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述确定(S430)包括如下确定所述下行链路SIR：
其中，gi，m是从所述UE到相邻小区站点i的路径增益，并且gs，m是从所述UE到服务小区站点s的路径增益。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定(S430)包括基于所述下行链路SIR确定调制和编码方案。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述上行链路目标SINR(S430)包括：
基于所述CQI索引确定下行链路SINR。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定所述上行链路目标SINR(S430)包括：
基于所述下行链路SINR确定所述下行链路SIR。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述上行链路目标SINR(S430)如下确定所述上行链路目标SINR：
Γ＝Γ1+(1-β)(ΓD+Γo)
其中，ΓD是所述下行链路SIR，Γo是用于校准的常数，并且Γ1是对于β＝1的目标SINR，并且β是常数。
10.一种系统，包括：
小区站点，其被配置为基于下行链路信号干扰比(SIR)确定用户设备(UE)的上行链路目标信号干扰噪声比(SINR)(S430)，其中，基于从所述用户设备接收到的信道质量指示(CQI)索引确定所述下行链路SIR。
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