CN103314619A - 回程优化的系统和方法 - Google Patents

Abstract

各种实施例提供了回程优化的系统和方法。例示性系统包含多个低功耗小区和连接器节点。连接器节点可以与多个低功耗小区通信。连接器节点可以被配置为从多个低功耗小区中的每个低功耗小区接收需求。每个需求可以指示预定时间处的需求。连接器节点可以被进一步配置为基于每个低功耗小区的需求和多个低功耗小区中的其他低功耗小区的分配的速率来确定多个低功耗小区中的每一个低功耗小区的速率。连接器节点可以被进一步配置为基于所确定的速率来分配容量。

Description

回程优化的系统和方法

技术领域

本发明涉及回程系统，特别涉及一些与用于回程优化的系统和方法相关的实施例。

背景技术

在无线蜂窝系统中，无线接入网通常是实现高容量的瓶颈。该瓶颈通常是由于无线介质的损害引起的。与无线接入网的容量相比，回程容量通常很大。进一步地，专用回程链路被认为能够提供支持回程要求所需要的容量。

提高蜂窝覆盖（尤其是室内）和网络容量的新趋势是，在网络中填充低功耗基站，由此加入半径较小的小区，称为“微微蜂窝小区”。但是，当与宏蜂窝网络相比时，微微蜂窝小区密度的增加带来了许多设计上的问题。特别地，大量的微微蜂窝小区通常需要操作的自动化和传输参数的优化。这导致了自组织网络（SON）的概念。此外，大量微微蜂窝小区的存在会对回程产生影响。例如，为每个微微蜂窝小区提供专用的回程（例如光纤）会导致高昂的部署成本。在这种设置中，连接多个微微蜂窝小区的无线回程的想法变得极具吸引力。

虽然这种方法能够更有效地为自组织网络提供回程，并且在高频谱利用率下也可以这样做，但是回程通信是在多个微微蜂窝共享的无线信道中进行。该信道通常是非视距的或接近视距的。因此，根据信道质量，每微微蜂窝小区的回程容量可以匹配或甚至下降到低于该微微蜂窝小区向其移动用户提供的总吞吐量。因此，与宏蜂窝网络中的回程不同，在这些设置中，回程是受限的。总的说来，所考虑的回程与专用的回程的区别在于：

（1）回程是时变的。由于无线信道的衰落，连接器单元和微微蜂窝小区之间的信道增益随时间变化。

（2）每个微微蜂窝小区不存在专用的回程。微微蜂窝小区之间共享可用的回程容量。

（3）微微蜂窝小区之间的干扰。来自/到达一个微蜂窝小区的转发数据干扰其他微微蜂窝小区的通信。

（4）回程是受限制的。（即与接入网中的速率相比，回程并不总是无限的）。

发明内容

各种实施例提供了回程优化的系统和方法。例示性系统包含多个低功耗小区和连接器节点。连接器节点可以与多个低功耗小区通信。连接器节点可以被配置为从多个低功耗小区中的每一个低功耗小区接收需求。每个需求可以指示预定时间处的需求。连接器节点可以被进一步配置为基于每个低功耗小区的需求和多个低功耗小区中的另一个低功耗小区的分配的速率来确定多个低功耗小区中的每一个低功耗小区的速率。连接器节点可以被进一步配置为基于所确定的速率来分配容量。

在各种实施例中，至少一个低功耗小区是微微蜂窝小区或者毫微微蜂窝小区。系统可以进一步包含核心网，其中连接器节点进一步与核心网通信。在一些实施例中，多个低功耗小区中的每一个低功耗小区被配置为基于当前需求和预定时间处的预期需求来确定需求。多个低功耗小区中的每一个低功耗小区可以被配置为基于低功耗小区中的一个或多个用户的服务质量来确定需求。

在一些实施例中，连接器节点被配置为确定来自多个低功耗小区的每个需求和每个低功耗小区的速率的差值，对该差值求和，并且基于和的最小值来确定分配的速率。来自多个低功耗小区的至少一个需求和至少一个速率的差值可以被加权。

连接器节点和多个低功耗小区中的至少一个低功耗小区之间的信道可以是接近视距的。在一些实施例中，连接器节点基于观测到的低功耗小区的使用历史来改变预定时间。

例示性方法可以包含：由连接器节点从多个低功耗小区中的每一个低功耗小区接收需求，每个需求指示预定时间处的需求；由连接器节点基于针对预定时间的每个低功耗小区的需求以及多个低功耗小区中的另一个低功耗小区的分配的速率来确定多个低功耗小区中的每一个低功耗小区的速率；以及由连接器节点基于所确定的速率来分配容量。

例示性计算机可读介质可以包含可执行指令。处理器可以执行这些指令以执行一种方法。该方法可以包含：由连接器节点从多个低功耗小区中的每一个低功耗小区接收需求，每个需求指示预定时间处的需求；由连接器节点基于针对预定时间的每个低功耗小区的需求以及多个低功耗小区中的另一个低功耗小区的分配的速率来确定多个低功耗小区中的每一个低功耗小区的速率；由连接器节点基于所确定的速率来分配容量。

附图说明

图1根据一些实施例示出了所考虑的系统，在其中连接器节点向一组微微蜂窝小区提供回程连接。

图2根据一些实施例示出了在两个微微蜂窝小区处通过无线回程信道可以实现的典型速率区域。

图3根据一些实施例示出了针对图1的可实现的速率区域的情况，在两个微微蜂窝小区流量需求（标记为(D₁,D₂)）为特定值时对回程分配问题的解。

图4根据一些实施例示出了针对图1的可实现的速率区域，根据两个微微蜂窝小区需求(D₁,D₂)向两个微微蜂窝小区分配的回程速率。

图5是根据一些实施例的回程容量分配方法的流程图。

图6根据一些实施例示出了区域中被分组的微微蜂窝小区网络。

具体实施方式

当回程容量受限时的一个问题是，如何在微微蜂窝小区之间分配这个有限的资源。回程分配可以确定给每个微微蜂窝小区的速率和功率分配，以及在传输方案不同时发送给所有用户时的时间/带宽分配。一些实施例中的例示性方法可以最优地在微微蜂窝小区之间分配可用的回程容量，从而最大化微微蜂窝小区的效用。在各种实施例中，回程分配利用回程无线信道的特性并且还适应微微蜂窝小区中用户流量的变化。

在各种实施例中，探讨了回程容量有限的蜂窝网络中所共享的无线回程优化的方法。这种情形发生在例如部署了低功耗（因此短覆盖范围）的基站的蜂窝网络中，这些基站可以被称为微微蜂窝小区或者毫微微蜂窝小区（例如低功耗小区）。所提出的回程共享优化能够实现网络运营者期望的不同目标，包括：最大收益、最大吞吐量、公平、微微蜂窝小区中服务的优先级（即服务质量（QoS））以及微微蜂窝小区的优先级。这些参数可以被统称为需求。实现哪种目标可以取决于期望的效用度量。效用度量也可以取决于每个微微蜂窝小区中的用户流量，其目标可以是最大化利用微微蜂窝小区/毫微微蜂窝小区接入网。

一些实施例允许基于需求以及提供回程的连接器节点（CN）和利用该回程的微微蜂窝小区/毫微微蜂窝小区之间的底层无线信道的条件来在微微蜂窝小区之间共享无线回程。在各种实施例中，示例性方法确定是否在连接器节点处为每个微微蜂窝小区分配传输参数（例如发射功率和回程速率）。功率和速率分配的最优选择可以取决于效用度量。参数可以被优化，使得可以最大化微微蜂窝小区效用（其可能取决于需求）。最大化可以利用CN和微微蜂窝小区之间的时变无线信道的特性，以增加总的回程容量。此外，随着接入网的负载变化，回程可以适应该时变的负载。这里描述的例示性方法可以侧重于从CN到微微蜂窝小区的通信，但是在一些实施例中，同样的方法可以应用于支持从微微蜂窝小区到CN的上行流量的回程优化。

一些实施例可以应用于针对连接器节点和微微蜂窝小区/毫微微蜂窝小区之间的通信部署的任何物理层传输方案。传输方案、功率分配和无线信道条件可以确定能够传递到微微蜂窝小区的一组回程速率，称为可实现的速率区域。这些速率可以在理论上或者在实验上确定。与专用回程的情况不同，这些速率的性质在于，由于无线回程信道是共享的，因此在分配到不同微微蜂窝小区的回程速率之间存在权衡。在一些实施例中，该方法可以通过基于以上需求为微微蜂窝小区确定分配的功率和回程速率，以此在给定的可实现的速率区域上确定一工作点。在一些实施例中，该方法更常用于考虑捕捉速率、流量延时、中断概率等的可实现的区域，而不是只考虑可实现的速率区域。

可以通过对合适设计的成本函数进行优化（最小化）来得到工作点。成本函数的最小化可以导致微微蜂窝小区效用的最大化。成本函数必需的性质可以是，如果在可实现的速率区域中存在一个能够完全满足需求的工作点，则通过优化选择该点作为工作点。在这种情况下，回程容量不是限制因素。否则，通过优化获得的工作点位于可实现的区域的边界上。

这里的一些实施例描述了单个CN向一组微微蜂窝小区提供回程。然而，另一些实施例可以容易地应用于存在多个CN的网络情形，每个CN向不同的一组微微蜂窝小区提供回程。所有CN可以工作在相同的带宽下。因此，这种设置可以捕获由一CN在被其他CN服务的微微蜂窝小区处引入的干扰的影响。可以在可实现的速率区域中捕获干扰的影响。可实现的速率区域可以表征一组可以被传递在网络中所有微微蜂窝小区的回程速率。同样，基于所有微微蜂窝小区的需求，可以确定该区域上的工作点，从而确定CN需要向他们所服务的微微蜂窝小区分配的功率和速率。

一些实施例可以用于基于下行链路和上行链路的流量和需求来确定下行链路和上行链路回程流量之间的可用频谱的最优共享。为了适应接入网中变化的需求，一些实施例每隔一时间间隔T_CN或在不同的时间间隔T_CN处重新分配回程。成本函数可以取决于在下一时间间隔，每个微微蜂窝小区中的用户流量和目标QoS。可以基于这些值估计下一个T_CN微微蜂窝小区的流量需求。CN可以在每个间隔T_CN的开始从微微蜂窝小区获取这个估计值。流量需求还可以取决于下一个时间间隔中新接纳用户的预期数目以及终止的呼叫和服务的预期数目。可以例如基于历史流量和根据每天/周的时间来估计这些值。

在各种实施例中，制定会话级策略决策的策略和计费规则功能（Policy and Charging Rules Function,PCRF）可以确定有关为每个用户的每个会话分配的QoS的策略决策。PCRF可以向位于分组数据网络网关（PDN GW）中的策略和计费执行功能（Policy and ChargingEnforcement Function,PCEF）以及承载绑定和事件报告功能（bearer-binding and event-reporting function,BBERF）提供这些决策。BBERF的位置可以取决于所用的接入技术。因此，PCRF、PERF和BBERF可以具有与流量需求有关的信息以及根据QoS提出的回程优化所需的信息。在各种实施例中，这个信息以每个微微蜂窝小区中的每个QoS类别所需的总速率、延时等（由微微蜂窝小区或PCRF计算）形式从PCRF提供给微微蜂窝小区。这个信息可以不一定等于到达服务网关（GW）的要转发到微微蜂窝小区的实际流量。因此，与服务网关通信能够提供更精确的关于实际进入的下行链路流量的信息。微微蜂窝小区能够同时利用来自PCRF和服务网关的信息以获得可以用于优化的流量估计值。然后可以将该估计值发送到CN，以合并到成本函数中。对于上行链路流量，在微微蜂窝小区处能够直接了解有关用户数目和用户QoS的信息，将该信息转发到CN。

一些实施例应用于通过无线信道同时向若干基站（例如低功耗基站，例如微微蜂窝小区或毫微微蜂窝小区）提供回程的网络。本领域技术人员能够理解，此处描述的一些实施例可以应用于微波回程、具有无线节点的回程、蜂窝网络（例如3G网络、4G网络、LTE、WiMAX和Wi-Fi）等。

在一个示例中，本发明考虑N个微微蜂窝小区组成的无线网络，如图1所示。图1根据一些实施例示出了所考虑的系统100，其中连接器节点（CN）102向一组微微蜂窝小区104、106、108和110提供回程连接。图1描述了CN102向核心网118提供回程连接的微微蜂窝小区网络。

CN102可以是如下任何设备，该设备被配置为与任何数量的数字设备（例如基站）通信。数字设备是具有处理器和存储器的任何设备。例如，CN102可以包含一个或多个天线，一个或多个天线被配置为与其他节点或者小区（例如微微蜂窝小区、宏蜂窝小区、毫微微蜂窝小区或任何其他设备）通信。这些小区可以是低功耗小区。本领域技术人员将理解，在一些实施例中，与CN102进行通信的节点可以是微微蜂窝小区、宏蜂窝小区、毫微微蜂窝小区和/或其他设备的任何组合。为了描述图1，将CN102描述为与微微蜂窝小区104、106、108和110进行通信。

每一个微微蜂窝小区可以与一个或多个数字设备（例如移动设备112、114和116）进行通信。这些移动设备可以是任何移动客户设备、蜂窝通信设备等。核心网118是如下任何网络，该网络可以与一个或多个其他数字设备进行通信，例如另一个连接器节点、网络设备（例如路由器或交换机）、因特网或任何其他数字设备。

图1中，至微微蜂窝小区的回程是由CN102提供的，CN102通过一个或多个无线信道与微微蜂窝小区104、106、108和110进行通信。附连到每个微微蜂窝小区104、106、108和110的可以是用于回程通信的无线收发器。CN102和微微蜂窝小区104、106、108和110都可以配备有一个或多个用于回程通信的天线。CN102处的天线的数目记为M，每个微微蜂窝小区（例如微微蜂窝小区104）处的天线数目记为R。信道可以是视距的，或者典型地是接近视距的或非视距的。虽然在下面的示例性实施例中，将侧重于从CN102到微微蜂窝小区104、106、108和110之间的通信，但是此处所描述的至少一些实施例的提出的方法同时应用于两个通信方向（即从CN102到微微蜂窝小区104、106、108和110以及从微微蜂窝小区104、106、108和110到CN102）。每个微微蜂窝小区可以与一个或多个移动用户112进行通信。

在微微蜂窝小区i（例如微微蜂窝小区102）处接收到的信号y_i可以建模为：

y_i=H_ix+z_i                （1）其中，y_i∈C^R×1，CN102处发射的信号为x_i∈C^M×1，从CN102到微微蜂窝小区i的随机信道增益矩阵为H_i∈C^R×M。接收器噪声z_i∈C^R×1具有均值为0、方差为N的独立同分布分量。可以考虑信道增益在一个码组的长度内为常数的块衰落信道。在一些实施例中，假定CN102处的信道增益矩阵是已知，具有平均发射功率约束P。

在各种实施例中，方法可以应用于通过回程无线信道（1）部署为向微微蜂窝小区104、106、108和110传递数据的任何物理层传输方案。信道（1）可以与高斯MIMO广播信道相同，或等效于没有小区内干扰的MIMO蜂窝系统的下行链路信道。用于该信道的最优和次优的传输方案可以包括但并不局限于：脏纸编码、叠加编码、波束成形以及具有或不具有信道依赖调度的TDMA/FDMA传输。

在衰落存在的情况下，可以由简单的TDMA方法最大化总吞吐量，其中在每个模块中，发射机可以仅将数据发送到具有最佳信道增益的用户，通过这种方式利用多用户分集性。特定传输方案的选择可以确定一组速率，这组速率可以同时或几乎同时传递到多个微微蜂窝小区。可实现的一组速率称为对于该传输方案可实现的速率区域。对于特定方案可实现的该组速率记为C(P)。

可以基于要实现的网络性能目标来完成在可实现的速率区域C(P)上选择工作点。这些目标包括但不局限于：最大收益、最大吞吐量、公平、微微蜂窝小区中服务的优先级（即服务质量（QoS））以及微微蜂窝小区的优先级。可以通过引入定义的捕捉期望目标的度量来完成优化。效用度量还可以取决于每个微微蜂窝小区中的用户流量。每个微微蜂窝小区的发射功率和回程速率可以被确定为使得微微蜂窝小区效用被最大化。这个最大化可以利用多用户分集性来增加总的回程容量。此外，随着接入网的负载变化，回程可以适应时变的负载。

在各种实施例中，选择一种特定的效用度量，该效用度量取决于微微蜂窝小区中的用户流量。

A.微微蜂窝小区的回程分配

在所考虑的网络中的动态性可以在两种不同的时间尺度上变化：

1）短期变化（由于衰落）

2）长期变化（由于负载变化、天气）

CN102可以分配回程资源以跟踪长期变化。这里引入时间间隔T_CN，并且可以每一个T_CN重新调整回程分配。T_CN是预定的时间间隔，并且可以基于观测到的历史记录，例如流量变化的动力因素（例如高峰时间、周末等）来选择。本领域技术人员将理解，T_CN还可能由于其他条件（例如天气变化、紧急情况、特殊事件）而被改变。

将分配给微微蜂窝小区i的回程速率记为R_i(t)。在每个时间间隔T_CN处微微蜂窝小区i的回程需求记为D_i(t)。D_i(t)的值由微微蜂窝小区i基于当前微微蜂窝小区的负载、下一个T_CN间隔中的预期负载、每个用户的QoS以及来自其他微微蜂窝小区的干扰决定。微微蜂窝小区（例如微微蜂窝小区102）可以每隔一个T_CN（例如每隔T_CN秒）报告D_i(t)的值。这里考虑一个时间间隔内的解，因此可以丢弃索引t以简化符号。

所选择的传输方案确定了C(P)，并且因此对于CN102可以是已知的。CN102从微微蜂窝小区（例如微微蜂窝小区104、106、108和110）获得D_i（i=1,…,N）的值之后，可以按照如下方式选择下一个时间间隔T_CN的发射功率和速率。可以基于与效用成反向关系的成本函数来最大化微微蜂窝小区效用（最大效用对应于最小成本）。成本函数可以满足如下条件：

·成本函数不以分配给微微蜂窝小区的速率增加。

·如果(D₁,...D_N)∈C(P)，那么

否则，最优解位

于可实现速率区域C(P)的边界上。

基于以上分析，最优化问题可以被公式化为：

$\min \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{g}_i(D_i,R_i)---\left(2\right)$

约束条件为(R₁,...,R_N)∈C(P)

其中，

$g(D,R)={(D-R)}_{+}^P---\left(3\right)$

并且x₊=max{0,x}，w_i是分配给小区i的成本函数的权重，并且p≥0。这里将需求点记为D=(D₁,...D_N)，并且将可实现的速率点记为R=(R₁,...R_N)。

通过定义更简单的最优化问题可以将替换算法公式化，如下：

$\min \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{g}_i(D_i,R_i)---\left(4\right)$

约束条件为(R₁,...,R_N)∈C(P)

其中，

g(D,R)=(D-R)^p                （5）

在某些完全非限制性条件下，最优化（4）可以示为得到（2）的最优解。

因此，两种算法的区别仅仅在于成本函数（3）和（5）。可以发现，当D∈C(P)，D中求得的（4）中的成本函数为0，因此，最优解是D。换句话说，如果需求向量在可实现的速率区域之内，则成本为0，并且回程不是一个限制因素。否则，（4）的解可以是C(P)边界上的一组速率

最优解确定了区域C(P)中的特定点，并且因此决定了实现该点的、CN102应当采用的功率分配。

考虑下一种情况，对于所有的i，p=2，w_i=1。在这种情况下，成本函数最小化需求点D和可实现的速率区域C(P)中的速率点R之间的平方距离。对于图2中的广播信道来说，在图3中针对特定选择的需求(D₁,D₂)示出了（4）的解。图2示出了根据一些实施例的两个微微蜂窝小区在无线回程信道上可以实现的典型速率区域。该典型速率区域以分界线202为边界。图2描述了p=10的两个用户广播信道的容量区域200。

图3根据一些实施例示出了针对图1中的可实现的速率区域的情况，在两个微微蜂窝小区处的流量需求为特定值（记为点304处的(D₁,D₂)）时的回程分配问题的解300。最优速率记为点306处的

并且位于可实现速率区域的边界302上。在图3的示例中，针对需求D₁=4，D₂=3的两个微微蜂窝小区描绘了回程分配。沿可实现速率（即回程分配）的边界302的最近点是与(D₁,D₂)304（例如（3,4））最近的点，即点306

因此，分配（2）按如下方式进行：

在每个时间间隔T_CN处，如果D_i∈C(P)，则解为

否则，选择(P₁,...,P_N)，使得

R*是容量区域边界上最接近D的点。

图4根据一些实施例针对图1的可实现的速率区域示出了根据两个微微蜂窝小区的需求(D₁,D₂)分配给两个微微蜂窝小区的回程速率400。在该图中，选择需求使D₁=D₂。可以发现，对于值很小的D₁和D₂，当(D₁,D₂)∈C(P)时，分配的速率等于需求，即随着D₁和D₂的增大，在点402处，分配的速率不能够再与需求匹配。由于至微微蜂窝小区1的信道比至微微蜂窝小区2的信道要好（这可以从图2中看出），因此与微微蜂窝小区1相比，微微蜂窝小区2的情况更加严重。因此，本发明的目标是，分配（4）基于需求和无线信道特性两者来分配速率。

本发明还考虑了不同的p值（惩罚参数）。这使算法能够基于需求控制惩罚参数。例如，对于较大的p值，需求较大的微微蜂窝小区可能受到更多的惩罚，反之亦然。这保证了资源分配时某种程度的公平。如果微微蜂窝小区在间隔T_CN内没有报告需求，那么回程可以被选择为：最大化总容量、对每个微微蜂窝小区均相同、基于微微蜂窝小区的等级进行分配等。

可以考虑其他的度量而不是（2）和（4）中给出的度量，例如：1）最小化最大|D-R|，2）最大化微微蜂窝小区速率，使得所有的微微蜂窝小区满足最小速率要求，3）最小化不满足速率要求的微微蜂窝小区的数目等。接下来的部分提出了一种基于度量的方法，该方法对区域内的一组微微蜂窝小区执行回程最优化。

图5是根据一些实施例的回程容量分配方法的流程图500。在步骤502中，多个基站中的每个基站确定需求。需求可以基于一个或多个用户的当前需求以及一预定时间（例如T_CN）的预期需求。需求还可以基于基站间的干扰和/或一个或多个用户的服务质量（QoS）。基站可以是任何数字设备，例如微微蜂窝小区或毫微微蜂窝小区。

在步骤504中，每个基站通过无线网络向连接器节点提供确定的需求。在一些实施例中，每个基站包含模块，该模块确定需求和/或向连接器节点提供需求。该模块可以是任何硬件或软件。在一些实施例中，基站可以包含处理器、存储器和存储可执行指令的计算机可读介质。计算机可读介质是任何介质，例如硬盘驱动器、光盘、固态驱动器或其他被配置为存储数据的介质。计算机可读介质可以是永久的。处理器可以执行指令来确定需求并将需求提供给连接器节点。在一些实施例中，连接器节点请求来自一个或多个基站的需求。在不同实施例中，基站向连接器节点提供需求，而不等待请求。

在一些实施例中，基站向连接器节点提供的需求代表每个基站的单个值。在另一些实施例中，每个基站提供的需求可以包含额外的信息，例如服务质量需求或其他信息。

在步骤506中，确定多个基站的总回程容量。总回程容量可以基于过去任意数量的基站和中心节点之间的通信来确定。总回程容量还可以部分地基于天气对一个或多个基站与中心节点之间的服务速率产生的影响、事件、每天的时间以及每年的时间等。回程容量的确定可以在任意时间更新，以便将当前条件（例如基站的可用性、极端天气等）考虑在内。

在步骤508中，可以确定资源分配的惩罚和每个基站的权重。资源分配可以由公式3和公式5中的指数p来表示。惩罚参数p可以基于基站的需求与可用速率之间的差值来选择。对于不同基站，惩罚参数可以是不同，和/或可以在任何时间更新。

每个基站的权重可以由公式3和公式5中的指数w来表示。任何数量的基站可以具有相同或不同的权重。可以基于一个或多个用户的QoS，或与该基站或任何其他基站相关的数据流来影响权重的确定。

在步骤510中，确定每个基站的速率。基站的速率可以基于多个基站的需求、回程容量以及分配给所述多个基站中的其他基站的速率。在一个示例中，基于所有基站生成总和。对于每一个基站，假定需求大于可用速率，则识别需求和待确定速率之间的差值，并由惩罚参数（指数p）（参见公式5）惩罚该差值。每个惩罚的差值乘以关联的基站的权重（例如，参见公式4中的w）。将结果加到一起，以生成带有一组未知速率（即每个基站一个未知速率）的方程。采用最小化来确定最优的结果（例如可用速率与需求之间的最短距离），从而确定每个基站的速率。

在步骤512中，CN节点基于所确定的速率来分配回程容量。

在各个实施例中，如基站一样，CN节点可以包含一个或多个模块以执行一种或多种功能。这些模块可以是硬件或软件。在各个实施例中，CN节点包含处理器、存储器和计算机可读介质，计算机可读介质包含可执行指令以执行图5中的全部或一些步骤。

B.区域上的回程分配

一些实施例可以被推广用于允许对分配给若干微微蜂窝小区的总回程进行最优化。这种推广可以被称为区域上的回程分配。在CN处执行了回程速率和功率分配之后，可能存在一组需求没有被满足的微微蜂窝小区（即R_i<D_i）。这些微微蜂窝小区可能不能支持它们的用户或接纳新用户。因此，这些微微蜂窝小区会试图将他们的一些用户切换到邻近小区。基于需求和信道条件，回程分配可能会造成这样的情形：在不切换或替代的情况下，一组邻近的微微蜂窝小区的需求不能得到满足。

这里将所有微微蜂窝小区的集合{1,...,N}记为V。记为V的子集，并且对一些M>0考虑{S₁,...S_M}。对于回程分配，考虑问题（2）的如下推广：

$\min \underset{a=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w}_{a}g(D_a,R_a)---\left(6\right)$

约束条件为(R₁,...,R_N)∈C(P)

$R_a=\underset{i\&Element;S_a}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_i$

其中，g(D,R)由（3）给出。

R_a是分配给微微蜂窝小区集合S_a的总回程速率。S_a的选择取决于共同分配回程的区域的大小和形状：对于M=N,S₁={1},S₂={2},...,S_N={N}，问题（6）化简为问题（2）。更一般地，为了避免回程分配在某个区域内不满足需求，可以将S_a选择为邻近节点的集合。解确定集合S_a的总速率R_a。图6示出了一个示例。图6示出了根据一些实施例的在区域上分组的微微蜂窝小区网络。在该示例中，每个区域内有四个邻近小区。所提出的广播分配方法也可以推广为允许在区域上进行回程最优化。

除了长期变化之外，分配的回程容量在每个时间间隔T_CN内还要经历由于衰落引起的快速变化。本发明指出，网络可能没有试图适应这些变化。这些变化可以由物理层传输方案处理，因此已经被考虑在可实现的速率区域C(P)中。

C.其他情形的推广

这里讨论了有关一些实施例的为蜂窝系统的下行链路传送的回程分配。当将上行链路流量从微微蜂窝小区向CN传送时，也可以最优化回程。从微微蜂窝小区到CN的信道是多址接入信道（MAC），并且衰落时的最优功率分配是已知的。在广播信道的双工方式中，对于衰落的MAC，多用户分集性最大化总吞吐量。类似的方法可以应用于从微微蜂窝小区到CN的流量的回程分配。在这种情况下，回程分配最优化的解可以确定微微蜂窝小区的发射功率以及每个微微蜂窝小区可用的回程容量。

进一步，这里描述的一些实施例可以用来基于下行链路和上行链路的流量和需求，确定下行链路和上行链路回程流量之间的可用频谱的最优共享。此外，一些实施例可以容易地应用于多个CN各自向不同的微微蜂窝小区集合提供回程的网络情形。在一些实施例中，所有CN可以在相同的带宽中工作。因此，这种设置捕捉由一CN在被其他CN服务的微微蜂窝小区处引入的干扰的影响。在至少一种方法中，可以在可实现的速率区域中捕捉干扰的影响。可实现的速率区域可以表征一组可以被传送在网络中所有微微蜂窝小区的回程速率。该方法还可以捕捉部署在CN处的干扰管理方案。同样，基于所有微微蜂窝小区的需求，可以确定区域上的工作点，从而确定CN需要向他们所服务的微微蜂窝小区分配的功率和速率。

在此作为示例描述了各种实施例。对本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离本发明更宽范围的情况下，可以进行各种修改和采用其他的实施例。因此，这些以及其他基于示例性实施例的变化意在被本发明所覆盖。

Claims (21)

1.一种系统，其包括：

多个低功耗小区；以及

与所述多个低功耗小区通信的连接器节点，所述连接器节点被配置为从所述多个低功耗小区中的每一个低功耗小区接收需求，每个所述需求指示预定时间处的需求，所述连接器节点进一步被配置为基于每一个低功耗小区的需求以及所述多个低功耗小区中的其他低功耗小区的分配的速率来确定所述多个低功耗小区中的每一个低功耗小区的速率，并且基于所确定的速率来分配容量。

2.根据权利要求1所述的系统，其中至少一个低功耗小区是微微蜂窝小区。

3.根据权利要求1所述的系统，其中至少一个低功耗小区是毫微微蜂窝小区。

4.根据权利要求1所述的系统，进一步包含核心网，其中所述连接器节点还与核心网通信。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个低功耗小区中的每一个低功耗小区被配置为基于当前需求和所述预定时间处的预期需求来确定需求。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个低功耗小区中的每一个低功耗小区被配置为基于所述低功耗小区的一个或多个用户的服务质量来确定需求。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述连接器节点被配置为确定所述多个低功耗小区中的每一个低功耗小区的速率包括：所述连接器节点被配置为确定来自所述多个低功耗小区的每一个需求和每一个低功耗小区的速率之间的差值，对该差值求和，并且基于和的最小值来确定分配的速率。

8.根据权利要求7所述的系统，其中来自所述多个低功耗小区的至少一个需求和至少一个速率之间的差值被加权。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述连接器节点和所述多个低功耗小区中的至少一个低功耗小区之间的信道是接近视距的。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述连接器节点基于观测到的所述低功耗小区的使用历史来改变所述预定时间。

11.一种方法，其包含：

由连接器节点从多个低功耗小区中的每一个低功耗小区接收需求，每个需求指示预定时间处的需求；

由所述连接器节点基于针对所述预定时间的每个低功耗小区的需求以及所述多个低功耗小区中的其他低功耗小区的分配的速率来确定所述多个低功耗小区中的每一个低功耗小区的速率；以及

由所述连接器节点基于已确定的速率分配容量。

12.根据权利要求11所述的方法，其中至少一个低功耗小区是微微蜂窝小区。

13.根据权利要求11所述的方法，其中至少一个低功耗小区是毫微微蜂窝小区。

14.根据权利要求11所述的方法，进一步包含由所述连接器节点将信息从所述多个低功耗小区中的至少一个低功耗小区传递到核心网。

15.根据权利要求11所述的方法，进一步包含由所述多个低功耗小区中的每一个低功耗小区基于当前需求和所述预定时间处的预期需求来确定需求。

16.根据权利要求11所述的方法，进一步包含由所述多个低功耗小区中的每一个低功耗小区基于所述低功率小区的一个或多个用户的服务质量来确定需求。

17.根据权利要求11所述的方法，由所述连接器节点确定所述多个低功耗小区中的每一个低功耗小区的速率包括：确定来自所述多个低功耗小区的每个需求和每个低功耗小区的速率之间的差值，对该差值求和，并且基于和的最小值来确定分配的功率。

18.根据权利要求17所述的方法，其中来自所述多个低功耗小区的至少一个需求和至少一个速率之间的差值被加权。

19.根据权利要求11所述的方法，其中所述连接器节点和所述多个低功耗小区中的至少一个低功耗小区之间的信道是接近视距的。

20.根据权利要求11所述的方法，由所述连接器节点基于观测到的所述低功耗小区的使用历史来改变所述预定时间。

21.一种计算机可读介质，其被配置为存储可执行指令，所述指令可由处理器执行以执行一种方法，所述方法包括：

由连接器节点从多个低功耗小区中的每一个低功耗小区接收需求，每个需求指示预定时间处的需求；

由所述连接器节点基于针对所述预定时间的每个低功耗小区的需求以及所述多个低功耗小区中的其他低功耗小区的分配的速率来确定所述多个低功耗小区中的每一个低功耗小区的速率；以及

由所述连接器节点基于所确定的速率来分配容量。

Images