CN102918921A - 用于通信的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明揭示混合分布式控制和中央参数设定。一实例实施例按照需要提供实体之间的处理和通信，例如根据退火吉布斯取样的混合分布式设定发射功率，退火吉布斯取样是应用吉布斯取样的概率分布作为一个实例的取样方法。

Description

用于通信的方法和设备

技术领域

无线电通信的技术领域为本发明的相关技术领域。下行链路参数设定，例如，下行链路发射功率设定和分布式控制的技术领域也属于该技术领域。

背景技术

在蜂窝式网络中，通常以一值或值范围设定下行链路发射的功率，以便保证覆盖率并满足对提供给用户的服务质量的要求。基站功率值通常设定为最利于网络部署或用户业务特性。常规上，此功率值的设定为集中控制式，通常通过在中央网络管理实体中收集并分析用户性能的统计数据来进行集中控制。

退火的吉布斯取样包括两个部分：模拟退火和吉布斯取样。模拟退火是模拟金属加工退火的物理过程的随机优化机制，退火中金属经逐渐冷却以达到最小能量状态。模拟退火优化允许系统作非最佳的变动以避免陷入在局部最小值中。所述变动的概率是通过吉布斯取样来计算。当联合分布未明确已知，但已知每一变量的条件分布时，吉布斯取样理论提供关于如何从多个变量的联合概率分布产生样本的一个实例。

发明内容

集中式功率设定的问题是其对中央实体的性能和处理能力要求很高，因为其需要考虑许多网络性能目标，并基于从大量网络实体收集到的统计数据来作出资源控制决策。此特性使其难以适应诸如局部的业务分布或（子）网络拓扑的改变。

严格的分布式功率设定的一个优点在于，其提供固有的适应能力。但是，严格的分布式的功率设定的问题是系统收敛且达到稳定的操作状态所需的时间可能非常长久。

发明人所知的现有技术未提供及时而且运算高效的方式提供特定运行状态的（子）网络功率设定的手段。

因此，本发明的实施例的目标是提供功率设定，其中利用UE（用户设备）测量和相邻基站之间的信息交换。

本发明的实例实施例的又一目标是控制分布式参数设定的收敛速度。

本发明的优选实施例的又一目标是控制何时开始或停止迭代参数设定过程，而不涉及数据收集或超过中央处理能力。

此外，本发明的一实施例的目标是监视业务负荷、各种性能目标或运营商参数设定策略的改变。

而且，本发明的一实施例的目标是提供一种（子）网络,其能够根据例如业务分布改变相关的参数设定。

本发明的实施例的另一目标是通过分布式或递归式功率（重新）设定而实现更好的小区边缘用户吞吐量。

另外，本发明的一实施例的目标是越过基站间接口传送携载与基站参数设定相关的信息的消息。

最后，本发明的一实施例的目标是通过过中央实体与一个或一个以上基站之间的接口传送与分布式参数设定控制相关的消息,该传送的一个特征是以较低的频次进行。

本发明的一个方面，提供一种集中地控制分布式参数设定机制的方式。

本发明关于一个中央协调实体的方法和设备,该实体与分布于基站中的测量或计算功能进行协作，如下文详细描述。

用于根据本发明进行设定的实例参数是下行链路发射功率。用于此目的的实例控制参数是小区边缘用户吞吐量或其衍生物。

附图说明

图1说明根据本发明的目标系统的基站的“群组”的实例（子）网络。

图2描绘实例步骤功能，其根据本发明描述信道质量与预期吞吐量之间的映射。

图3展示说明根据本发明的实例处理的流程图。

图4示意性地说明根据本发明的一实施例的网络设备。

图5以框图示意性地说明根据本发明的确定输入参数和/或监视事件触发的实例处理电路。

图6示意性地说明根据本发明所体现的系统。

具体实施方式

本发明的研究工作受到欧盟第七期框架计划（FP7）的资助。

揭示混合分布式控制和中央参数设定。一个实例显示数据处理和各实体间的信息交换.这些处理和信息交换以诸如混合分布的方式进行功率值设定.该设定是基于吉布斯取样模拟退火机制,即一个概率分布的实例是吉布斯取样概率分布.，例如吉布斯取样适用于蜂窝式网络，其中配备基站群组以经由基站间信息交换机制将其自身的状态信息传递到相邻的基站，该信息机制至少在逻辑层级上直接连接，基站间信息交换机制包含基站间接口和相关协议。根据本发明，根据例如吉布斯取样，从此类用信号发送的信息交换导出的样本值被应用于无线电网络功率设定。从通过信令交换的信息确定实例吉布斯取样的一个或一个以上条件概率。无线电通信（子）网络中的无线电基站的下行链路发射功率则是运用该条件概率进行相应地调整的一个变量。

目标系统是同一地理区域内的基站（和由所述基站服务的UE）的“群组”的（子）网络，在所述地理区域中，一个基站的覆盖率和由此基站服务的用户服务吞吐量受其相邻的基站影响，如图1中通过实例展示（其中服务UE（18）、（19）的基站（14）、（15）相邻基站（16）的无线电波不仅覆盖其服务的小区（13）而且覆盖其它小区（14）、（15））。在图中，在单一服务小区（11到13）的中心放置相应的基站（14到16）。这仅是用于说明的目的且促进阅读的实例，并不排除基站置于小区（扇区小区）的隅角中，或覆盖一个以上小区。当基站的下行链路发射功率改变时，UE的接收功率以及UE经历的信干比SIR将改变。这又导致基站覆盖率和用户服务吞吐量的改变。

根据本发明，使网络中的所有UE的潜在延迟的总和最小化，以便使用户服务吞吐量方面的能力最大化。潜在延迟界定义为长期吞吐量的倒数，其可从UE经历的信干比（SIR）导出。

下行链路上连接到基站i（15）的UEk（18）的SIR是通过其从服务基站i（15）接收到的功率和相邻基站的干扰功率（例如，基站j（14））来确定。

${\mathrm{SIR}}_k=\frac{g_i{P}_i}{\underset{j\≠i}{\mathrm{\Σ}}{g}_j{P}_j+N_0}$ （等式1）

其中P_i、P_j分别是基站i（15）和基站j的下行链路发射功率，g_i和g_j是从基站i和基站j（14）到UEk（18）的路径增益。

No是网络中的热噪声；预期UEk（18）的潜在吞吐量可以导出，如公式（等式2）中所示。函数Γ是描述信道质量与预期吞吐量之间的映射的阶跃函数。

Thrpt_k=Γ(SIR_k)（等式2）

该函数可从链路层模拟获得，且如在描绘每PRB（物理资源块）平均比特率对SIR（信干比）的图2中所说明。长期延迟D是潜在吞吐量Thrpt的倒数，

$D_k=\frac{1}{{\mathrm{Thrpt}}_k}.$

对于基站i，所有其连接的UE的潜在延迟的总和可表示为

$D_i=\underset{k\∈i}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{\mathrm{\Γ}\left({\mathrm{SIR}}_k\right)},$ （等式3）

其中所述总和包含由小区i服务的用户设备。在某种意义上，对小区k的UE的干扰（和因此的延迟）有贡献的所有小区是其干扰相邻小区（或者，服务那些干扰小区的基站是干扰基站）。

对于基站群组，优化目标是使考虑中的所有小区中的UE的总潜在延迟最小化（一个小区是一个基站的覆盖区域，此术语将用于以下文本中，例如小区边缘用户；小区还可用于指称由一个基站服务的所有用户,比如小区吞吐量），即，使公式（等式4）中所表示的D最小化

$D=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{D}_i$ （等式4）

为考虑来自相邻基站的干扰的影响，需要联合执行功率调整。

一个本地“能量”函数界定义为

$E_i=D_i+\underset{j}{\mathrm{\Σ}}(D_i+D_j),$ （等式5）

其中基站j是基站i的相邻基站，且所考虑的所有相邻基站应包含于上式总和中。

通过对吉布斯分布应用退火的吉布斯取样来使公式（等式5）中的总延迟最小化来进行优化，所述吉布斯分布的条件概率是从公式（等式6）中的本地能量函数导出。其它类型的随机分布的类似使用也包括在本发明的范围内。例如，下式6中的底数不一定需要是指数函数，实际上可为任何实数或自然数。

考虑基站i，其相应状态是其下行链路发射功率值P_i，该值可从离散组S取得，其相邻基站表示为处于状态N_i。可通过下式确定基站i以P_i的功率值进行发射的概率

${\mathrm{\π}}_i\left(P_i\right)=\frac{e^{-\frac{\mathrm{Ei}(\mathrm{Ni},\mathrm{Pi})}{T}}}{\underset{P_i\∈S}{\mathrm{\Σ}}{e}^{-\frac{\mathrm{Ei}(\mathrm{Ni},\mathrm{Pi})}{T}}},$ P_i∈S    （等式6）

在等式6中，T是用于反映此模拟退火过程的“温度”参数，其取决于用以控制冷却速度的缩放参数SP，且N是与开始迭代过程后的时间相关的所执行的吉布斯取样循环的次数：

$T=\frac{1}{\ln (N*\mathrm{SP}+1)}$ （等式7）

在所述方案中，对于每一吉布斯取样循环，每个基站根据概率π轮流对功率值进行取样，且调整到那个功率值。每一基站的概率π的计算取决于来自UE的测量辅助信息和从其相邻基站传递的信息，包含一个相邻基站的当前功率值及其功率值可调整范围。

根据公式（等式3）和（等式5），基于由基站i和基站j服务的UE所报告的RSRP（参考信号接收功率）和/或RSRQ（参考信号接收质量）测量，使用从信道质量到预期吞吐量函数的映射，可确定D_i和D_j。

基站j随后通过到基站i的信息交换接口来传递D_j，使得基站i可计算E_i（N_i,P_i）。

为了计算的公式（等式6）中的分母部分，基站i需要知道其自身的长期延迟值以及其相邻基站的长期延迟值:这个过程中假定基站i将采用除了当前功率值之外的每个可能的功率值，同时假设所有其相邻基站采用与当前在分子部分中值相同的功率，即N_i。

小区j中的UE m被请求对其服务基站j以及其相邻基站，例如基站i，进行测量。所述测量包含来自基站j（14）和基站i（15）两者的RSRP和RSRQ。对于等式8中的公式，从UEm到基站i（和基站j）的路径增益（g_j，g_i）以及从其它基站l（16）接收到的功率加上噪声可用来自基站i的所接收的功率和发射功率的知识来计算，其由基站i发送到基站j。以此方式，基站j可计算长期延迟值，假定基站i将采用除了当前功率值之外的所有可能的发射功率值，且随后将所有可能的长期延迟值传递回基站i，

${\mathrm{SIR}}_m=\frac{g_j{P}_j}{g_i{P}_i+\underset{l\≠j,i}{\mathrm{\Σ}}{g}_l{P}_l+N_0}$ （等式7）

其后，基站i通常计算概率Γ，根据概率Γ对功率值进行取样，且调整到那个功率值。

实例实施方案：

本发明的一实例实施例按照需要提供实体之间的处理和通信，例如根据退火的吉布斯取样的混合分布式设定发射功率，退火的吉布斯取样是应用吉布斯取样的概率分布作为实例取样概率分布。

混合架构用于所述方案中；一个中央实体对每一小区状态（基站的长期发射延迟和功率值）进行记录，且决定何时开始/停止吉布斯取样迭代过程。

尤其是，递归处理的收敛速度可由中央实体改变/控制。所述中央实体可开始快速/激进式递归/收敛以用于网络状态的快速改变。所述中央实体也可开始较缓慢的收敛过程以实现更接近最佳值的结果。

实例递归/迭代过程包括许多个吉布斯取样循环。对于每一吉布斯取样循环，以分布方式进行测量和计算，但由中央实体进行协调。所述迭代/递归可由经历不满意的服务的UE触发，或中央实体感觉到网络性能恶化到阈值以下。可由中央实体在收集/接收到相关数据后根据预设条件来决定所述过程的触发和终止。实例处理说明于图3中，且简要阐释如下。

1)基站i对连接到此基站的UE起始测量请求（31）。优选的是，同时将请求发送到其相邻基站，以用于回报其长期发射延迟值。

2)相邻基站j在接收到来自基站i的报告请求之后，对其自身连接的UE起始（32）测量请求，且指派待测量基站为其相邻基站的基站i。UE被要求测量来自基站j和相邻基站i的例如RSRQ和/或RSRP值。

3)基站j随后计算其长期发射延迟值，其中假定基站i会采用来自功率值集合S的发射功率值，且经由基站间接口将那些值传递回基站i。

4)基站i在收集来自其相邻基站的长期发射延迟值之后计算状态概率，且根据此概率定理进行取样，且将样本值用作其新的发射功率值（33）。

5)下一基站（36）重复步骤1到4，且相应地改变其发射功率。

6)在吉布斯取样循环（34）、（35）之后，过程中所涉及的基站将其当前功率值和长期发射延迟值报告给中央协调实体。

7)中央协调实体通过将所涉及的小区的长期发射延迟与预设阈值进行比较而决定（35）是停止还是继续所述过程，所述预设阈值例如可以为初始长期发射延迟减去预期从该优化过程中获得处理的增益。

在此实施方案中，利用与例如E-UTRA（演进型通用陆地无线电接入）网络中的标准测量程序类似的测量请求和报告机制来进行所述测量和报告。

步骤3中的每一基站的计算负荷较小；而且中央协调实体不需要执行繁重的计算，而是仅需维持每一基站的功率值的列表和所观测到的小区长期发射延迟。在优选的实施例中，可以预先由例如网络运营商例如依赖于吉布斯取样来设定用于开始/停止迭代过程的一个或一个以上准则。

此方法的一个优点是尤其是小区边缘用户的吞吐量以加权的方式得以考虑，且因此可得到改善。这是在确定包含各种用户的延迟参数中实现的固有特性，如等式3中所说明。对边缘用户吞吐量的优化逐渐朝向收敛状态进行。在中央实体的协调下，当已达到边缘用户吞吐量上的预期增益时，可在任何时间周期内停止此优化过程。

图4示意性地说明根据本发明的一实施例的网络设备（41），其包括通信电路（42）和处理电路（43）。实例网络设备是基站设备和中央实体设备。

在实例基站设备（41）中，将报告的UE测量传送（42）到中央实体以用于包含于对混合分布式参数设定的中央控制的处理中。基站从中央实体接收通信（42），例如开始停止触发指令/缩放参数或在本说明书中的其它地方提到的其它指令/参数，且提供相关的所提取信息，以用于处理电路（43）中的进一步处理，或根据优选的概率分布，例如根据吉布斯取样，来取得/产生（伪）随机参数样本（43），且优选将所取得/产生的样本传送（42）到一个或一个以上其它实体。基站还监视用户业务质量并将用户业务质量报告给中央实体，以用于进一步处理对混合分布式控制处理的中央控制。

在实例中央实体设备（41）中，处理设备（43）确定缩放因子参数，例如，以用于控制递归退火处理或潜在残余误差的自适应/收敛速度，或用于上述控制的组合。同样取决于例如运营商输入，中央实体将把控制信令提供（42）给对应数目的基站，以用于包含于参数（重新）设定和/或用于开始/停止用于（重新）设定此类参数的递归处理的触发信令中。根据本发明的一实施例，基站设备的识别出的满意水平（或不满意）的相关输入产生需要由通信电路（42）检测和/或处理的输入，且在处理电路（43）中将一个基站的所接收数据处理并平衡到从其它基站接收到的对应水平的参数。

图5以框图示意性地说明确定输入参数和/或监视事件触发的实例处理电路，所述输入参数和/或事件触发可并入于单一信令/通信消息或信息字段中，其取决于所分配的位数目。在图中由阈值装置（51）表示但优选包括定时电路和处理电路来用于处理所存储的指令的处理电路接收一个或一个以上输入（52）到（56）。所述处理电路输出一个或一个以上输出（57）、（58），包括参数值，或例如基站起始确定显式参数值，例如发射功率值，的另一参数（重新）设定循环的指示符的设定/重新设定。取决于所述处理是基于事件的（例如，根据退火标准而触发起始递归吉布斯取样）还是轮询的，所述处理优选包含相关的定时输入/输出（59）。

图6示意性地说明根据本发明所体现的系统。基站（601）、（602）包括通信电路以用于优选将以下各者中的至少一者发射到其它一个或一个以上基站（602）、（601）或中央实体（604）：发射参数，例如基站发射功率；以及接收（607）、（608）参数，例如参考信号接收功率、参考信号接收质量或取决于用于分布式控制的参数设定的其它参数，例如基站发射功率。到一个或一个以上其它基站的发射优选发生在基站间接口（603），例如X2接口上，但越过另一实体，例如中央实体（604），进行中继是一选项。用户设备将测量结果报告（609、610）给其服务的基站。所述测量报告优选包含信干比或对（子）网络性能有影响的其它测量。从其它基站（611）、（612）或由其它小区服务的干扰的用户设备接收的信号是所述干扰的源的实例。所述基站优选经装备以用于向中央实体报告（605）、（606）根据例如所述测量未满足性能要求或规格。类似地，中央实体（604）优选经装备以用于接收并处理所接收的通信，且用于将消息或消息的部分元素传送到基站，所述元素包括，例如基站中的根据对应的中央控制的递归分布式处理的触发位或步进大小位。中央实体和基站优选进行通信（605）、（606）以用于起始参数（重新）设定递归过程，对于所述过程，两种类型的设备均配备有对应的处理和通信电路。

在此描述中，应用了在技术领域内广泛采用的某些首字母缩写和概念以便有助于理解。本发明不会因给予了一些单元或装置特定的名称或标记就限于这些单元或装置。本发明适用于对应地操作的所有方法和装置。关于可能与首字母缩写相关联的各种系统同样如此。

本发明在任何通信网络中可具相关性，其中在发射器与一个或一个以上接收器之间存在无线电链路，且其中所述链路的无线电发射的质量受干扰发射器影响。本发明的实例实施方案是配合对下行链路发射功率的优化而予以描述。除了下行链路发射功率之外的其它参数可用相同方法进行优化，以便实现优选的性能目标。

虽然已结合本发明的具体实施例描述了本发明，但将理解，其能够组合各种实施例，或其特征，且能够进行进一步的修改。本说明书意在涵盖本发明的任何变化、用途、改编或实施；不排除软件启用的单元和装置，在非至关重要的情况下以不同的连续次序进行的处理，或者特征或实施例的相互不排斥的组合；一般来说，本发明所属的技术领域中的技术人员将显而易见的理解在随后的所附权利要求书的范围内本发明的原理。

Claims (30)

1.一种向包括基站的无线电通信网络中的用户设备提供通信服务的基站参数设定方法，所述方法的特征在于，在所述基站与中央控制实体之间的通信后即起始至少部分分布的控制的参数值的确定。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述基站中基于中央控制的参数值的输入来确定发射参数值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中基于用户设备装置的至少一个接收参数值来确定发射参数值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中基于开始或停止指令的中央控制的输入来确定所述发射参数值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中

-收集至少一个用户设备装置的接收参数值；

-基于从所述至少一个用户设备装置收集到的值来确定所述基站的参数设定准则，所述准则组成状态概率分布的基础；

-根据所述状态概率分布来确定状态；以及

-通过根据所述概率分布采用伪随机值而基于所述概率分布有条件地确定发射参数值。

6.根据权利要求1所述的方法，其中基于所接收的至少一个接收参数值来确定发射参数值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中基于用户设备装置的至少一个接收参数值来确定所述发射参数值。

8.根据权利要求7所述的方法，其中在所述基站与中央控制实体之间的通信中表示用户设备的所述至少一个接收参数值。

9.根据权利要求1所述的方法，其中中央控制的所述参数值包括以下各者中的至少一者

-缩放因子参数；

-加权因子参数；以及

-自适应速度参数。

10.根据权利要求1所述的方法，其中有条件地确定中央控制的所述参数。

11.根据权利要求10所述的方法，其中条件包括发射参数值是否达到特定阈值。

12.根据权利要求11所述的方法，其中多个基站的接收参数形成所述确定至少部分分布的控制的参数值的基础。

13.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述基站的输入来确定中央控制的参数。

14.根据权利要求1所述的方法，其中基于多个基站的输入来确定中央控制的所述参数。

15.根据权利要求1所述的方法，其中中央控制的所述参数促进平衡不同用户设备装置的性能/操作条件。

16.根据权利要求1到15中任一权利要求所述的方法，其中所述发射参数值是发射功率水平。

17.一种向包括基站的无线电通信网络中的用户设备提供通信服务的基站参数设定网络设备，所述网络设备的特征在于

-用于与网络设备通信的通信电路；

-用于确定与至少部分分布的控制的发射参数值相关联的参数的处理电路，所述确定是在所述基站与中央控制实体之间的通信后即起始。

18.根据权利要求17所述的网络设备，其包括

-其用于确定有多少基站包含于所述至少部分分布的控制中的处理电路。

19.根据权利要求17所述的网络设备，其包括用于确定以下各者中的至少一者的处理电路

-缩放因子参数；

-加权因子参数；以及

-自适应速度参数。

20.根据权利要求17所述的网络设备，其包括

-用于确定何时开始/停止参数（重新）设定的处理电路。

21.根据权利要求17所述的网络设备，其包括

-用于将至少部分分布的控制的参数传送到所确定的许多基站的通信电路。

22.根据权利要求17所述的网络设备，其包括

-用于传送以下各者中的至少一者的通信电路

-缩放因子参数；

-加权因子参数；以及

-自适应速度参数。

23.根据权利要求17所述的网络设备，其包括

-用于传送消息的通信电路，所述消息的一个或一个以上位指示何时开始/停止所述至少部分分布的控制。

24.根据权利要求17所述的网络设备，其包括

-用于确定所述至少部分分布的控制的消息组成元素的处理电路；以及

-用于传送所述至少部分分布的控制的所述消息组成元素的通信电路。

25.根据权利要求17所述的网络设备，其包括

-用于将接收参数值与阈值参数值进行比较的处理电路；以及

-用于至少在所述接收参数值小于所述阈值参数值时传送所述接收参数值的通信电路。

26.根据权利要求17所述的网络设备，其包括

-用于将发射参数值与阈值参数值进行比较的处理电路；以及

-用于在所述发射参数值大于所述阈值参数值后即有条件地进行通信的通信电路。

27.根据权利要求22所述的网络设备，其包括

-用于响应于至少一个接收参数值而起始对参数值的确定的处理电路；以及

-用于将所述所确定的参数值传送到至少一个基站的通信电路。

28.根据权利要求17所述的网络设备，其包括

-用于在基站之间传送发射参数值的通信电路。

29.一种包括中央控制实体和多个基站的无线电通信系统，其用于为所述无线电通信系统的用户设备提供通信服务，所述无线电通信系统的特征在于

-所述基站包括用于发射接收/发射参数值的通信电路；以及

-所述中央控制实体包括用于发射以下各者中的至少一者的通信电路

-开始/停止迭代指令；

-步进大小指令速率指令。

30.根据权利要求29所述的系统，其中所述接收/发射参数是以下各者中的至少一者

-信号功率；

-干扰水平；

-信干比；

-接收信号质量；

-（子）系统延迟；以及

-（子）系统吞吐量。

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