CN103781127A - 无线蜂窝网络小区的操作控制方法、基站及无线蜂窝网络 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线蜂窝网络小区的操作控制方法、基站及无线蜂窝网络。一种无线蜂窝网络，包括多个小区，每个小区包括用于服务一个或多个移动用户的基站。为了控制无线蜂窝网络的小区内的操作，使用模糊逻辑模块(102)。模糊逻辑模块(102)的输入变量(1041-1044)包括基于仅在小区中本地可用的信息而确定的输入变量。
Description
技术领域
本发明涉及无线蜂窝网络的领域，更具体来说，涉及用于控制无线蜂窝网络的小区内的操作的方法，这样无线蜂窝网络的基站和无线蜂窝网络，其中该方法允许基于在小区中仅本地可用的信息来控制小区内的操作。
背景技术
如例如在参考文献[1]中描述的那样，无线通信系统正在朝异类架构发展。在这种架构中，在小区内，用户可能具有不同类型的接入点（AP），例如，如在参考文献[1]中描述的那样，具有4个不同类型的接入点，如宏小区、皮小区（pico-cell）、飞小区（femto-cell）、中继点和/或远程无线电头端（remote radio head）。基本上，这会为移动站（MS）提供许多有利效果，移动站现在可以在几个连接中进行选择以找出最合适的连接。然而，例如，飞蜂窝覆盖（femto-cellular overlay）会产生许多困难和挑战，例如，在小区组织/优化、对用户的资源分配、特别是在同一小区和一个或多个相邻小区内的接入点之间的干扰协调方面，产生许多困难和挑战。
图1示出了示例性异类网络（更具体来说，稠密部署HetNet情形）的示意表示。图1示出了无线蜂窝网络的小区100。小区100包括服务小区100内的多个移动站MS1和MS2的基站BS。小区100包括三个扇区1011至1013，并且移动站MS1在扇区1001中，移动站MS2在扇区1003中。图1还示出了扇区1001中的中继站RS1和扇区1003中的RS2。中继站服务相应扇区内的区域，如由围绕它们的阴影部分表示的那样。此外，小区100包括分别在扇区1001和1002中的两个皮小区PC1和PC2。同样，由皮小区PC1和PC2服务的区域由皮小区的基站（由相应天线表示）周围的阴影区域表示。此外，小区100包括飞小区FC1至FC4，其中每个扇区包括这些飞小区中的至少一个。在图1所示的示例中，扇区1001中的移动站MS1由中继站RS1服务，如用箭头A1表示的。扇区1003中的移动站MS2由小区100的基站BS服务，如用箭头A2表示的。此外，在小区100中，如图1中所示的那样，各个移动站还会受到其他无线电来源（radio source）的干扰。干扰移动站MS1的示例来源是基站BS和皮小区PC1，如用箭头I1和I2所示的那样。在扇区1003中，认为中继站RS2和飞小区FC3是移动站MS2的干扰来源，如用箭头I3和I4所示的那样。
鉴于接入点的多种类型、位置以及稠密部署，如图1所示的中继站、皮小区以及飞小区，并且由于与其相关联的不同发射功率/范围，飞/皮小区覆盖产生了许多技术挑战，如在参考文献[1],[2]或[3]中详细描述的那样。基本上，这些挑战落在以下领域：
-网络自组织：对于所有小区，需要自我配置、恢复以及优化。由于在如图1示意表示的环境中需要考虑额外数量的网络参数，因此这些任务变得极为困难。
-回程传输（Backhauling）：不同基站到核心网络的连接需要附加的基础结构，然而，在飞小区的情况下，不总是可以保证经由用户的DSL线路的连接，从而导致用户没有到回程系统的连接。
-移交（Handover）：较大数量的接入点会增加要在网络内作出的移交决定的数量。
-干扰：会从覆盖小区（例如，图1所示的皮/飞小区）/对覆盖小区产生跨层干扰（cross-tier interference）。必须减轻这种干扰以保持性能，特别是在对小区的接入被限制的情况下，因为在这种情形下，还要考虑由于稠密部署导致的高飞层内部（intra-femto-tier）干扰。
对层内和跨层的干扰的处理对于无线网络的性能来说极为重要，并且可以如下分类和分解稠密部署飞小区情形（见参考文献[1]）中的主要干扰来源：
-非计划部署：
-低功率节点（例如飞小区）由端用户部署在“随机”位置处，并且可以在任何时间工作或不工作，从而使可能的干扰更加随机化。
-考虑到回程传输困难性（如非运营商DSL连接），不可能在飞小区内进行干扰协调。
-需要由小区进行持续不断的感测和监测，以动态地/自适应地减轻来自其他层的干扰。
-由于稠密部署的飞小区，需要考虑层间干扰。
-封闭用户接入
-在用户不能执行移交的情况下，皮小区和飞小区的受限接入控制会在上行链路和下行链路中都导致强干扰情形。
-这会在位于飞小区或皮小区附近但是不能接入这些小区的移动站处产生大的干扰（见图1中的箭头I2和I4）。
-节点发射功率差异：
-皮小区和飞小区的节点的低功率会导致关联问题以及下行链路/上行链路干扰问题，例如，连接到高功率宏基站的（下行链路中的）皮小区附近的移动站会在皮小区处产生大的上行链路干扰。
为了解决干扰问题，在现有技术中，已知标准小区间干扰协调技术（ICIC技术），但是，这些ICIC技术使用集中式（centralized）方法，并且主要解决宏到宏或小小区到宏小区干扰减少，如在参考文献[1],[2]以及[3]中描述的那样。然而，如上所概述的那样，在如图1示意所示的情形中那样，不能确保在不同接入点之间存在回程连接，使得在不确保在不同接入点之间存在回程连接的情况下，这种方案是无效的。
在参考文献[4]和[5]中，建议了下行链路功率控制机制，以防止飞小区基站在附近的宏用户处的大的同信道干扰（CCI）（例如见图1中的飞小区FC3）。在参考文献[4]中，阐述了下行链路功率控制问题，以解决CCI，同时考虑了宏用户和飞用户的服务质量要求。这与参考文献[5]形成了对照，根据参考文献[5]，对宏小区用户给予优先级。在该方法中，利用收听时分双工帧（listening time-division duplex frame）来估计周围的宏用户的信道质量信息，并相应地调节飞小区基站下行链路发射功率。参考文献[4]和[5]都应对下行链路中的宏小区的干扰减少，但是忽视了飞-飞干扰。
参考文献[6]选择一种博弈理论方法（game theoretic approach）来管理飞小区与宏小区之间的下行链路干扰。比例公平度量被用于最小化干扰并改进吞吐量公平性，但是整个系统吞吐量受到损害。在参考文献[7]中描述了另一个解决上行链路功率控制问题的提议，其使用常规功率控制和/或分数功率控制（fractional power control）。但是，这些过程是为宏-蜂窝环境部署的，并不能确保服务质量。
为了提高无线蜂窝网络中的吞吐量，可以使用分数频率重用（fractional frequency reuse，FFR），根据该方法，在无线蜂窝网络中，通过在相邻小区中分配正交资源来提高小区边缘用户的吞吐量。然而，由于FFR降低了资源的空间重用，因此系统容量内在地受到损害。此外，由于飞小区的非协调部署而导致的干扰环境的不可预测变化需要一种动态干扰重用方法，该方法旨在使无线电资源的空间重用适应于所观测到的干扰情况。可以通过中央方法或分布式方法来调节动态频率重用。借助中央控制器对基站分配资源会实现更高效的资源利用，代价是网络基础结构更复杂以及额外的信令。在分布式方法中，每个基站自主地执行资源分配，如在参考文献[8]至[12]中描述的那样，基站可以各自接入预定数量的子频带，但是，在干扰情况变化的情形下，这会极大限制子频带再分配的可能性。
在高级长期演进(LTE)(LTE-A)中，使用载波聚合（carrieraggregation）。合并LTE带宽的多个块（称为分量载波（CC）），以获得更宽的可用频谱，如在参考文献[13]和[14]中描述的那样。例如通过在竞争的基站之间优化可用CC的子集的选择，该载波聚合提供了可以在干扰减轻技术中利用的额外的自由度。在参考文献[15]到[17]中，描述了依赖于LTE-A系统中的基站的干扰环境的CC选择方案，但是，这些方法会产生基站之间的过多的信令，并且不会为稠密部署非协调网络中的小区边缘移动站提供任何明显的保护。
发明内容
本发明的一个潜在目的是提供一种无线蜂窝网络中的改进方法，其允许与到相邻小区的连接无关地高效控制小区内的操作。
该目的是通过权利要求1的方法、权利要求20的非暂时性计算机程序产品、权利要求21的基站以及权利要求22的无线蜂窝网络来实现的。
本发明提供了一种用于控制无线蜂窝网络的小区内的操作的方法，所述无线蜂窝网络包括多个小区，每个小区包括用于服务一个或多个移动用户的基站，所述方法包括：
使用模糊逻辑模块控制小区内的操作，其中模糊逻辑模块的输入变量包括基于仅在所述小区中本地可用的信息而确定的输入变量。
根据实施例，在所述基站处与无线蜂窝网络中的一个或多个相邻基站无关地执行所述控制。
根据实施例，在不与无线蜂窝网络中的一个或多个相邻基站关于所述控制进行通信的情况下，在所述基站处单独地执行所述控制。
根据实施例，在小区内要控制的操作包括资源和功率分配、调制和编码速率以及MIMO发射方案中的一个或多个。
根据实施例，在小区内要控制的操作包括资源和功率分配，并且基于与从一个或多个相邻小区入射的干扰有关的干扰信息，执行对由小区的基站服务的用户的资源和功率分配，模糊逻辑模块的输入变量是基于仅在所述小区中本地可用的干扰信息而确定的。
所述基站与无线蜂窝网络中的一个或多个相邻基站和/或干扰基站无关地对用户执行资源和功率分配。
在不与无线蜂窝网络中的一个或多个相邻基站和/或干扰基站关于资源和功率分配进行通信的情况下，所述基站对用户单独地执行资源和功率分配。
基站分配资源块，以便获得给用户的所需信号，从一个或多个相邻小区入射的干扰被减小或最小化，并且满足所述小区中的用户的速率需求。
本地可用的信息可以包括：
用户的所需速率；
所需信号的质量或强度；
入射在资源块上的干扰的电平；以及
频率选择性衰落剖面。
用户的所需速率确定需要分配的资源块的数量；所需信号的强度确定需要的发射功率；入射在资源块上的干扰的电平确定每个资源块的可分配性；以及对要分配的资源块的选择依赖于频率选择性衰落剖面。
所需速率、所需信号的质量或强度、入射在资源块上的干扰的电平以及频率选择性衰落剖面在反向链路中在所述基站处是本地可用的，并且在正向链路中在用户处是本地可用的。
所述基站评估在特定时隙中哪些资源块最适合于被分配给用户，并且根据所需速率确定所分配的资源块上的发射功率，从而产生所需信号与干扰加噪声比(SINR)。
所述基站使用模糊逻辑模块基于本地可用的信息来确定每个时隙中每个资源块的可分配性。
所述模糊逻辑模块的输入变量包括：
由用户需求的服务限定的用户的所需速率，所需速率的值是“低”、“低-中”、“中-高”以及“高”；
所需信号的强度，所需信号的强度的值是“低”、“中”以及“高”；
干扰电平，表示在每个资源块上每个用户的干扰环境，干扰电平的值是“低”、“中”以及“高”；以及
频率选择性衰落剖面，频率选择性衰落剖面的值是“深”、“平均”以及“峰”。
所述模糊逻辑模块的输出变量包括：
对用户的资源块分配，其中由所述模糊逻辑模块根据输入变量的值来计算每个资源块的可分配性；以及
分配给用户的资源块的发射功率，其中根据输入变量的值，每个资源块用半功率或全功率发射。
所述方法还可以包括：在每个时隙中，根据模糊逻辑规则对用户分配最适用的资源块和发射功率，并执行数据传输。
所述方法还可以包括：基于从用户和从干扰移动站接收的信号电平，更新与入射在资源块上的干扰的电平有关的本地可用干扰信息和频率选择性衰落剖面，以更准确地表示小区的长期干扰和衰落环境；以及在下一时隙针对资源和功率分配使用更新后的信息。
根据实施例，所述方法还包括：在无线蜂窝网络的多个小区中执行控制，从而持续地单独地优化控制，使得对于无线蜂窝网络的所述多个小区，实现满足每个小区中的一个或多个用户的稳定全局方案。
所述无线蜂窝网络包括宏小区网络、皮小区网络或飞小区网络。
本发明提供了一种无线蜂窝网络的小区的基站，所述无线蜂窝网络包括多个小区，每个小区包括用于服务一个或多个移动站的基站，所述基站包括：
模糊逻辑模块，用于使用模糊逻辑模块控制小区内的操作，
其中模糊逻辑模块的输入变量包括基于仅在所述小区中本地可用的信息而确定的输入变量。
本发明提供了一种无线蜂窝网络，包括多个小区，其中所述小区中的一个或多个小区包括根据本发明的实施例的基站。
这样，根据本发明，教导了一种用于在不需要与相邻小区进行明显的协调/通信的情况下操作无线蜂窝网络的小区的方法。根据本发明的实施例，这是如下实现的：通过应用模糊逻辑理论，以组合仅在小区中本地可用的信息，使得可以基于模糊逻辑模块的输出来控制小区内的操作，而不需要与相邻小区进行任何协调或通信。换句话说，借助使用仅本地可用的信息的模糊逻辑模块，所述操作允许在例如稠密部署的无线网络中的基站处理自主地并且单独地控制操作。
本发明的实施例优于常规方法，因为使用仅需要本地可用的信息的简单且低复杂度的方法。结果，自主地并且没有中央网络控制器地执行操作的控制，即，执行分布式控制。不需要基站之间的协调/调度。从而消除了任何特定信令。而且，使网络内的CIC最小化。其他改进是不需要回程传输，即，本发明的实施例可以应用于任何非计划网络，不会出现通常会由资源划分技术导致的效率损失，并且不需要附加的信令，因为在各个基站处独立地执行计算。
根据实施例，提供了蜂窝网络中的资源和功率分配的分布式且自主的技术，并且在不必在基站之间进行明显的协调的情况下，单独地对网络的每个小区中的用户分配资源块（RB）和相应的发射功率。仅利用本地可用的信息来确定每个资源的这种“可分配性”。这样，提供了一种去中央化的自主的干扰协调方案，其在每个小区上独立地操作，仅使用本地信息并且实现整个网络的高效/近最优方案。通过允许基站（所有类型的基站，例如，宏小区基站、皮小区基站、飞小区基站）和移动站单独地优化资源分配和发射功率，可以在没有支配系统的任何中央算法的情况下找到全局最优方案。这不仅减少了信令量，而且减小了网络的操作复杂度。
根据实施例，使用模糊逻辑系统，以允许在给定来自系统的本地接收的参数的情况下进行自主资源分配。使每个参数模糊化，从而给定某个输入，可以获得其“值”。利用每个参数如何影响移动站的资源块选择的良好定义的规则，组合为不同输入参数获得的值。然后将这些规则的结果混合并去模糊化，以向移动站表明特定资源块位置是否是有利的。根据实施例，在模糊系统中使用的必要的并且本地可用的信息是：
用户的所需速率，确定需要分配的资源块的数量；
所需信号的质量（即，强度），确定需要的发射功率；
入射在资源块上的干扰的电平，强烈影响每个资源块的可分配性；以及
频率选择性衰落剖面，其也影响要分配的优选资源块。
所有这些变量在反向链路中在所述基站处都是本地可用的，并且在正向链路中在移动站处是本地可用的，因而不必获得任何额外信息或者在相邻基站之间交换任何额外信息，所述相邻基站可以是来自同一类型的小区的基站，例如相邻宏基站或飞小区基站，或者可以是来自不同小区的相邻基站，例如，来自宏小区和飞小区或者来自飞小区和皮小区的基站。
使用模糊逻辑系统，可以组合这些输入中的每一个的时间平均值，以确定哪些RB最适合于在特定小区中被分配，即，可以分配什么资源，使得满足/最大化小区中的用户速率。根据这些实施例，可以在不需要回程连接、资源划分（在权利要求中限制时间-频率资源使用）或者分量载波选择的情况下执行ICIC。
根据本发明的实施例，小区内的操作包括资源和功率分配，如它可能用于ICIC的那样，但是小区内的操作也涉及控制调制和编码速率，例如MCS，以及MIMO发射方案，例如在MIMO空间复用或空间分集的情况下。
附图说明
以下，基于附图更详细地描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1示出了示例性异类网络（更具体来说，稠密部署HetNet情形）的示意表示；
图2示出了本发明的用于控制无线蜂窝网络的小区（例如如图1所示的小区）内的操作的一个实施例的简化图形表示；
图3示出了与图2的表示类似的用于实现自主资源和功率分配技术的简化图形表示；
图4是模糊逻辑资源和功率分配输入以及相关联的输入模糊化的图形表示；
图5是模糊逻辑资源功率分配系统的图形表示；
图6示出了支配模糊化输入到资源和功率分配决定/推荐的转换的模糊规则的表；
图7是根据本发明实施例的系统的模糊逻辑资源和功率分配输出的图形表示；
图8是整个模糊逻辑资源功率分配方法的图形表示；
图9是带有5x5个公寓的公寓块的情形的示意表示，其中随机数量个公寓容纳一个工作飞小区；
图10示出了仿真参数的表；
图11示出了与随机ABS发射技术和最大功率发射技术相比，根据本发明的实施例的模糊逻辑ICIC系统的系统下行链路吞吐量性能结果；
图12示出了表示与随机ABS发射技术和最大功率发射技术相比，模糊逻辑ICIC方法的系统下行链路覆盖结果的两个图形；
图13示出了当将模糊逻辑ICIC方法与随机ABS传输方法和最大功率传输方法相比，表示系统下行链路能量效率结果的图形；
图14示出了对于模糊逻辑ICIC方法与基准方法的系统下行链路性能比较，与图11-13中的图形对应的图形；
图15示出了与图14类似的但是为了应用发射功率控制而修改的模糊逻辑系统的图形；
图16示出了在最大功率发射的情况下在稠密部署飞小区网络中接收的有用和干扰信号能量的PDF和CDF；以及
图17示出了在常规功率控制的情况下在稠密部署飞小区网络中接收的有用和干扰信号能量的PDF和CDF。
具体实施方式
图2示出了本发明的用于控制无线蜂窝网络的小区（例如如图1所示的小区）内的操作的一个实施例的简化图形表示。模糊逻辑系统102接收一个或多个输入变量1041至104n(VAR1至VARn)。基于输入变量1041至104n，模糊逻辑系统102控制小区内的操作，更具体来说，控制一个或多个控制操作控制1081至108n，可以基于模糊逻辑系统102的输出来执行这些控制。可以将图2中示意表示的系统设置在图1所示的各个小区的基站中的每一个中，例如，可以将它设置在图1示意示出的整个小区100的基站BS内，或者设置在皮小区和飞小区的基站处。（宏小区、皮小区和/或飞小区的）基站中的所有基站或至少一些基站可以包括这种逻辑，并且变量1041至104n是在小区中仅本地可用的变量。可以在不需要与相邻小区进行任何通信或信令发送的情况下执行小区的控制。根据实施例，小区内要控制的操作可以包括以下中的一个或多个：资源和功率分配的控制，调制和编码速率的控制，以及MIMO传输方案的控制。这些控制中的一个或多个可以基于如图2所示的系统来控制，并且在如上概述的那样在相应的基站处实现。
以下，基于用于在无线蜂窝网络的小区内进行干扰协调的方法来更详细地描述一个用于控制这种小区内的操作的实施例。需要指出的是，本发明并不限于控制干扰协调，而是也可以用于控制调制和编码速率或者用于控制MIMO传输方案。干扰协调要求对无线网络的小区中的用户分配资源和功率，并且如上所述，例如在飞网络的情况下，存在如下情形：不存在不同飞小区的各个基站之间的回程连接，因而几乎不可能在飞小区基站之间交换信息。此外，在皮小区网络或宏小区网络的情况下，存在如下情形：在相邻小区或干扰小区的基站之间不可能或者不希望发生通信。如上所述，ICIC协议需要来自相邻基站的信息，而这可能是不可提供的。为了应对这种情形，根据本实施例，教导了一种模糊逻辑ICIC方法，其基本上是一种用于在蜂窝网络中进行资源和功率分配的分布式的并且自主的技术，其中仅利用本地可用的信息来判定每个资源的可分配性，使得不必针对资源和功率分配与其他基站进行通信。基于该本地可用的信息，模糊逻辑模块在不需要与相邻基站进行通信的情况下，生成用于控制小区内的资源和功率的分配的输出变量。
下载针对飞小区环境描述本实施例的进一步的详情，但是，需要指出的是，本发明并不限于飞小区，相反，以下描述的方法可以等同地应用于其他小区，如宏小区和/或皮小区。
飞小区环境允许由用户部署相应的基站，鉴于飞小区的这种用户侧或客户侧随机部署以及所导致的固定连接基础结构的缺失，完全不能确保飞小区基站能够通过有线主干线路相互通信。此外，不希望通过无线介质构成基站间通信/协调，因为这已经是几乎不可行的，并且增加控制信道带宽内在地就是困难的。因此，根据本实施例，提供了一种不需要飞小区基站之间的额外信令的分布式自主干扰协调。
图3示出了与图2的表示类似的用于实现自主资源和功率分配技术的简化图形表示。模糊逻辑系统102是一种模糊逻辑ICIC系统，其接收四个输入变量1041至1044，并提供用于控制飞小区的操作（更具体来说，用于控制资源块分配和资源块发射功率）的输出1081至1082。在没有基站间通信的情况下，飞小区基站需要仅基于本地可用的信息来执行资源和功率分配。为了最大化自己的小区中的性能，飞小区基站需要试图分配资源块，使得资源块上的有用信号被最大化，同时来自相邻小区的干扰阻抗（interference impedance）被最小化。此外，基站需要分配足够的资源，使得满足飞小区中的用户的速率需求。因此，根据所述实施例，对于图3中所示的模糊逻辑ICIC系统102，必要的并且本地可用的信息或输入变量是：
-用户的所需速率(用户速率1041)，其确定需要分配的资源块的数量，
-有用信号的质量(用户有用信号强度1042)，其规定了所需发射功率，
-频率选择性衰落简档（每个资源块1043上的衰落），其影响要分配的资源块，以及
-入射在每个资源块上的干扰的水平（对每个资源块1044的干扰），其强烈影响每个资源块的可分配性。
在反向链路中在飞小区基站处，并且在正向链路中在移动站处，所有这些变量都是本地可用的，因而不必在相邻小区的基站与当前小区的基站之间交换任何额外信息。基于这些输入变量，模糊逻辑ICIC系统102控制资源块分配和分配的资源块的发射功率。更具体来说，评估在特定时隙中哪个（哪些）资源块最适合于被分配给移动站。该系统进而确定这些资源块上的发射功率，以产生所要求的信号与干扰加噪声比(SINR)，使得可以满足用户的速率。受到较少干扰或者不受干扰并且位于衰落峰（fading peak）中的资源块更适合于分配给飞用户，而受到较高干扰或者经受深度衰落的任何资源块都远不那么合适。
如可以从图3看到的那样，模糊逻辑系统102用于根据给定输入信息，确定每个资源块在每个时隙中的可用性。在模糊逻辑模块102中，将（连续）输入范围分成给出变量的粗略估计的多个“成员函数（membership function）”。例如，可以将水温（范围是0-100°C）估计为：低于50°C时，“冷”；和高于50°C时，“热”。然而，显然45°C的水实际上不冷，并且55°C的水并不完全热。因此，模糊逻辑模块将范围分成0-30°C(“冷”),30-65°C(“温和”)以及65-100°C(“热”)，这显然是对水温更准确的描述。按类似的方式，可以将干扰水平确定为“高”、“低”或“中等”，同样可以将RB衰落值分成“峰值”、“深”或“平均”。通过用各种规则来组合输入的成员值，可以确定每个资源块的可用性。输出也是“模糊”的，表示在给定当前输入的情况下某个资源块对于某个位置有多么合适或者有多么不合适，同时避免硬是/否决定。通过这种方法，调度器可以根据模糊逻辑规则来分配“最合适的”资源块。
在每个时隙中，飞小区基站将最合适的资源块分配给移动站，并执行数据传输。基于来自所需用户（移动站）和来自干扰移动站的接收到的信号电平，飞小区基站更新信息以更准确地表示其小区的长期干扰和衰落环境。在下一时隙中利用该更新的信息，以再次执行资源和功率分配，资源和功率分配现在在考虑到更新信息的情况下被进一步改进。在该情形中的所有飞小区中执行同样的操作，并且使资源块分配持续地个别化（individualize），使得系统可以收敛到每个小区中的用户都满意的稳定全局状况。
上述实施例的关键优点是仅利用本地可用的信息来执行简单且低复杂度的资源分配。因此，自主地并且在没有中央网络控制器的情况下执行ICIC，即，以分布式的方式执行ICIC。不需要在基站之间进行协调/通信，从而消除了它们之间的信令发送。由于互补的RB分配（complementary RB allocation），使飞层（femto-tier）内的CCI最小化，并且发射功率控制会显著减小对宏层（macro-tier）的干扰。
以下，将描述实现飞小区环境中的ICIC技术的实施例的进一步的详情。由于飞蜂窝网络不能确保包括回程连接，因此不能实现使用小区间信息信令的标准ICIC技术。因此，实现上述自主的分布式的干扰协调技术，其在仅给定本地可用信息的情况下执行资源分配和功率控制。为了方便这种ICIC机制，使用模糊逻辑模块对与所有资源块有关的各种输入的值进行分类，从而确定要分配给小区中的用户的每个资源块的合适性。不进行飞小区基站之间的协调/通信，因此每个小区都以最优网络性能为目标，优化它自己的效能。现在更详细地描述该系统，首先描述模糊逻辑系统的输入，其次描述实际模糊逻辑系统的功能及其输出。然后，描述实际调度。
图4是模糊逻辑资源和功率分配输入104以及相关联的输入模糊化处理106的图形表示。根据当前描述的实施例，在模糊逻辑系统102中考虑的输入变量104如下：
-移动站的所需速率1041，其由用户要求的服务来限定。输入模糊化1061将用户速率1041的范围分成不同的值。在本实施例中，使用值“低”,“低-中”,“中-高”以及“高”来对用户所请求的所需速率1041进行分类。这些范围依赖于用户情形，例如，在飞小区中，由于较好的信道条件，因此可以请求较高的速率。所需速率是逐用户的需求，因此对于所有资源块相同地考虑所需速率。
-接收有用信号电平1042描述从发射器到接收器的传输条件，即，有用信号越强，发射器与接收器之间的信道质量越好，例如，由于较小的发射器到接收器距离。借助于输入模糊化处理1062，将信号功率域分成“低”、“中”以及“高”值，以根据用户的有用信道对用户进行分类。根据稍后将描述的累积分布函数（CDF）来确定这些值的截止点和斜率。由于将快速衰落分量视为独立的输入变量，因此对用户描述指定信号电平，并且同样针对要分配给用户的所有资源块相等地考虑指定信号电平。
-在移动站处并不总是容易获得每个资源块的快速衰落分量1043，但是，通过在多个时隙上进行探测或导频/数据传输，可以获得快速衰落分量1043。附加的（例如每个移动站的）频率选择性衰落剖面（frequencyselective fading profile）在可用带宽上延伸，因此某个资源块比其他资源块更适合于移动站；或者与其他移动站相比某个资源块更适合于所述移动站。输入模糊化处理1063将快速衰落域分成“深”、“平均”以及“峰”值，以平均衰落分量电平为中心。通常，移动站将进行选择，以避免具有“深”衰落的资源块，并尽量获得具有“峰”衰落值的资源块，只要这些资源块不会受到太大的干扰即可。
-干扰电平1044示出了在每个资源块上每个移动站的直接干扰环境（immediate interference environment）。具有强干扰的资源块可能表示一个非常临近的相邻小区（甚至多个干扰的相邻小区）当前正在使用它们。低或者零干扰资源块显然对于移动站来说是非常有吸引力的。输入模糊化1064将干扰功率域分成“低”、“中”以及“高”值，以按资源块所受到的干扰量对资源块进行分类。根据稍后将描述的CDF来确定这些值的截止点和斜率。
模糊逻辑系统102负责确定小区中每个资源块的可分配性以及发射每个资源块的功率。图5是模糊逻辑资源功率分配系统102的图形表示。按三个级执行资源块和发射资源块的功率的分配。将输入104的模糊化值106（见图4）馈送到规则评估级102a中，在该规则评估级102a中，将这些值组合以确定输出的成员函数的“得分”。图6示出了支配模糊化输入106到资源和功率分配决定/推荐的转换的模糊规则的表。这些规则中的大部分都是自解释的。实质上，这些规则是关于为何应当或不应当将特定资源块分配给移动站的直观准则，例如，分配受到高干扰的资源块（见表的第3和6行）是不利的，除了在某些情况下以外；或者，如果所需速率太高或者信号电平太低，那么不应当分配中等干扰资源块（见表的第4和5行）。最后，可以分配并且用半功率发射具有低干扰的几乎任何资源块以实现图6中的表的所需速率（见第1行）。
在后一级（规则输出聚合级102b（见图5））中，针对每个资源块，组合从规则评估级102a获得的所有规则的结果，以得到模糊集合，该模糊集合表示多大程度上应当或不应当分配某个资源块，以及多大程度上应当或不应当以半功率发射该资源块（即，如果大部分规则“得到”某个资源块分配，那么与不应当相比，更应当分配该资源块）。
系统102还包括去模糊化级102c，用于计算每个资源块的模糊集合的重心（例如利用积分商来计算重心，如图3的块102c所示的那样），以得到表示系统推荐输出的哪个成员函数的单个得分。实质上，该级最终确定资源块分配（是/否）和资源块发射功率（一半/最大），例如，0.25的资源块分配得分表示“是”，0.6的资源块发射功率得分推荐最大功率发射。与0.4的得分的资源块相比，0.1的分配得分的资源块可分配得多。
图7是根据本发明实施例的系统的模糊逻辑资源和功率分配输出1081和1082的图形表示。系统输出是每个资源块的推荐的分配和功率，并将最“可分配的”资源块（即，资源块分配得分最低的资源块）分配给移动站。如图7所示，模糊逻辑系统102的输出变量包括：
-移动站的RB分配1081。模糊逻辑系统102根据输入参数104计算每个资源块的可分配性。最后，移动站分配它需要的数量的资源块，选择最适合它的那些资源块。因此，尽管是简单的“是”/“否”决定，但是输出的得分（从0到1）描述了将哪些资源块分配给移动站是最佳的。得分越低，就越好。
-分配给移动站的资源块的发射功率1082。取决于输入104，每个移动块可以发射一半或者全（最大）功率。例如，干扰低的资源块可以按高功率发射，而如果移动站的有用信号低或者资源块上的衰落深，那么应当使用全功率。
图8是如上所述的整个模糊逻辑资源功率分配方法的图形表示。
现在描述飞小区网络中的调度的进一步的详情。在飞小区网络中通常假设每个小区存在单个移动站。因此，在飞小区基站处不需要执行多用户调度，并且可以对用户分配模糊逻辑系统102所确定的得分最好的资源块。在反向链路中，通过分配总和得分最小的所需数量的连续资源块来满足LTE特有的邻接性约束（contiguity constraint）。此外，尽管在小区内不需要智能调度，但是在每个飞小区基站分配最适合的资源块的情况下，总体上会得到自然的频率重用。更具体来说，可以证明，相邻飞小区用户被分配以正交（即，非交叠）的资源块集合，而彼此更远的（即，不那么相互干扰的）飞小区可以分配相同的资源块而不会产生过大的干扰后果。
然而，本发明的实施例也可应用于需要多用户调度的网络。在存在多个用户的情况下，存在许多执行资源分配的可能性。例如，在正向链路中，飞小区基站可以简单地按针对所有移动站计算出的得分的升序来分配资源块。这是一种贪心方法，并且在移动站的信道条件极为不同的情况下可能不是最优的。资源分配的另一可能性可以是比例公平调度器，其中用实现的速率与所需速率之比来评定每个用户的资源块的得分。在一个时隙中远远没有达到其速率的移动站会在接近于其目标速率的移动站之前被分配资源块。此外，可以使用优先级调度器，以对所需速率/调制阶数最高的用户赋予优先权，使得它更有可能满足其OoS需求。
以下，基于仿真飞小区情形，描述上述模糊逻辑ICIC系统102的性能。图9是带有5x5个公寓的公寓块的情形的示意表示，其中随机数量个公寓容纳一个工作飞小区。如可以从图9看到的，部署了10个飞小区基站(FBS)，并且还假设存在10个移动站（MS）。每个公寓包含工作的飞小区基站的概率是pact=0.5。在每个飞小区中，飞小区基站和单个移动站均匀分布在公寓内。使用Monte-Carlo仿真来提供吞吐量、可用性、公平性以及能量效率方面的性能统计数据。由于对飞小区的私自部署，在图8中假设封闭接入系统，并且将每个移动站分配给它的公寓中的飞小区基站，即使外面的飞小区表现出更好的链路条件。图10示出了仿真参数的表。每个用户需要某个速率，该速率从平均值为1Mbps并且最小速率为180kbps的Rayleigh分布中得到。每个用户被分配从每个信道使用1比特(BPSK)到4比特(64-QAM)的调制阶数。在每个时隙之后，每个移动站根据模糊逻辑ICIC系统重新分配其资源块。每个仿真迭代2000个情形，每个情形25个时隙。工作的飞小区基站的概率(pact)是0.5，并且每个移动站的发射功率pmax是10dBm。
现在与以下技术比较根据本发明的实施例的根据模糊逻辑操作执行的资源块和功率分配
-“随机几乎空白子帧(ABS)发射”技术，根据该技术，使用随机资源块分配，发射最大功率，并且在每个时隙中，用户发射ABS的概率是ΓABS；对于该仿真，ΓABS=0.1。
-“最大功率发射”技术，根据该技术，使用随机资源块分配，并按最大功率发射。
从Rayleigh分布得到每个用户的所需速率，因而每个用户将需要不同数量的资源块，因此，当强烈干扰的飞小区基站被分配正交资源时，系统将最佳地工作。如可以从图11看到的，与基准技术、“随机几乎空白子帧(ABS)发射”技术和“最大功率发射”技术相比，模糊逻辑ICIC方法提供显著改进的系统性能。图11示出了与随机ABS发射技术和最大功率发射技术相比，模糊逻辑ICIC方法的系统下行链路吞吐量性能结果。在系统吞吐量方面（见图11（b）），模糊逻辑方法是唯一一个实现总体所需速率（即，各个所需速率的和值）的技术。实际上，模糊逻辑方案的表现显著好于总和所需速率，给出了最大覆盖以及完全但是可忽略的断线（outage）。ABS性能在所有时隙（除了第一个时隙）上是恒定的，因为ABS发射的概率在每个时隙中是相同的。因此，在每个时隙中，平均10%的用户发射为其余用户提供一定的干扰减轻的ABS。这种数据发射的节制相对于全功率发射来说加重了ABS系统的吞吐量损失，因为显然与牺牲的吞吐量相比所得到的干扰减轻不那么重要。此外，对于单个用户速率，模糊逻辑方法与最大功率方法和下行链路相比也提高了50%以上的小区边缘吞吐量，，而ABS系统断线。再者，如可以从图11（a）看到的，当与基准技术相比，所有移动站网络都实现了改进的吞吐量性能，从而根据本发明不仅改进了系统容量，而且可以看到对于小区边缘用户的显著益处。
图12示出了表示与随机ABS发射技术和最大功率发射技术相比，模糊逻辑ICIC方法的系统下行链路覆盖结果的两个图形。模糊逻辑方法给出了远远最好的移动站可用性以及最公平的系统，如可以从图12看到的那样，因为系统和小区边缘吞吐量都增大了，得到与其他基准相比更平坦的速率分布。而且，相对于ABS系统，提升了最大功率可用性和公平性，因为所有移动站都可以不受约束地发射，因而甚至不满意（在速率方面）的用户也实现了还不错的吞吐量。
图13示出了当将模糊逻辑ICIC方法与随机ABS发射方法和最大功率发射方法相比，表示系统下行链路能量效率结果的图形。用β=R/Pt定义能量效率，其中R是实现的速率，Pt是使用的发射功率。按bits/s/w≡bits/J来测量能量效率，但是，为了容易可视化，用分贝(dB)在图13中显示能量效率。如可以从图13看到的，仿真情形的能量效率再次得到模糊逻辑系统的非常具有优势的结果。这是由于模糊逻辑系统具有以半功率发射（在多个时隙之后经常是这样的）的可能性和实现相对正交的资源块分配的事实，再者，相当快速地实现高能量效率。此外，图中表明，与最大功率发射方法相比，ABS发射方法稍微更能量高效，这是符合逻辑的，因为平均来说使用了少10%的功率，但是吞吐量的损耗少于10%，因而提高了能量效率。
总之，在吞吐量、断线、公平性以及能量效率方面，根据本发明的实施例的模糊逻辑ICIC系统提供了飞小区网络中的显著更好的性能。
图14示出了对于模糊逻辑ICIC方法与基准方法的系统下行链路性能比较，与图11-13中的图形对应的图形。如可以从图14看到的，同样，在反向链路（上行链路）中，模糊逻辑方案优于基准方案。图15示出了与图14类似的但是为了应用发射功率控制而修改的模糊逻辑系统的图形。同样，可以看到本发明优于基准方法。
在以上描述中，描述了从图16所示的CDF得到的所需和干扰信号功率输入变量的值的截断点。图16示出了在最大功率发射的情况下在稠密部署飞小区网络中接收的有用（或所需（desired））和干扰信号能量的PDF和CDF。基于图16所示的CDF，对于这些变量，使用以下点：
-“低”-从最小信号电平到{v|P(X≥v)=0.4}，
-“中”-从{x|P(X_x)=0.3}到{y|P(X≥y)=0.7}，
-“高”，从{z|P(X≥z)=0.6}。
在功率控制发射的情况下，使用图17所示的统计数据。图17示出了在常规功率控制的情况下在稠密部署飞小区网络中接收的有用和干扰信号能量的PDF和CDF。
尽管以上针对ICIC方法描述了优选实施例，但是需要指出，本发明是一种非常有适应性的技术，其也能够应用于网络的小区内的其他控制操作，例如，也可以用于确定调制和编码速率，例如MCS或MIMO发射方案，以实现所需MIMO特殊复用或空间分集。
尽管以上针对飞小区网络（如图1所示的飞小区网络FC1至FC4），详细讨论了本发明的实施例，但是需要指出，本发明也可以应用于相应的宏小区100（见图1）和/或相应的皮小区网络PC1,PC2，如图1所示的那样。
尽管关于设备说明了一些方面，不过显然这些方面也代表对应方法的说明，其中块或装置对应于方法步骤，或者方法步骤的特征。类似地，关于方法步骤说明的各个方面也代表对应设备的对应块或零件或特征的说明。
取决于某些实现要求，本发明的实施例可用硬件或软件实现。可以利用保存有电可读控制信号的数字存储介质，比如软盘、DVD、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存，完成所述实现，所述电可读控制信号与(或者能够与)可编程计算机系统协作，以致实现相应方法。
按照本发明的一些实施例包含具有电可读控制信号的数据载体，所述电可读控制信号能够与可编程计算机系统协作，以致实现这里说明的方法之一。
通常，本发明的实施例可被实现成具有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，所述程序代码能够实现所述方法之一。例如，程序代码可保存在机器可读载体上。
其它实施例包含保存在机器可读载体上的，实现这里说明的方法之一的计算机程序。
换句话说，于是，本发明的方法的一个实施例是具有程序代码的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码实现这里说明的方法之一。
于是，本发明的方法的另一个实施例是一种数据载体(或者数字存储介质，或者计算机可读介质)，所述数据载体包含记录在上面的，用于实现这里说明的方法之一的计算机程序。
于是，本发明的方法的另一个实施例是代表用于实现这里说明的方法之一的计算机程序的数据流或信号序列。例如，所述数据流或信号序列可被配置成经数据通信连接，例如经因特网传送。
另一个实施例包含配置成或者适合于实现这里说明的方法之一的处理装置，例如计算机，或者可编程逻辑器件。
另一个实施例包含装有实现这里说明的方法之一的计算机程序的计算机。
在一些实施例中，可以使用可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列)来实现这里说明的方法的一些或所有功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作，以实现这里说明的方法之一。通常，所述方法最好用任意硬件设备实现。
上述实施例只是本发明的原理的举例说明。显然对本领域的技术人员来说，这里说明的安排和细节的各种修改和变化是显而易见的。于是，本发明仅由以下的专利权利要求书的范围限定，而不受利用这里的实施例的说明和解释给出的具体细节限定。
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Claims (18)
1.一种用于控制无线蜂窝网络的小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)内的操作的方法，所述无线蜂窝网络包括多个小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)，每个小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)包括用于服务一个或多个移动用户的基站，所述方法包括：
使用模糊逻辑模块(102)控制小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)内的操作，其中模糊逻辑模块(102)的输入变量(104,1041-1044)包括基于仅在所述小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)中本地可用的信息而确定的输入变量，
其中在所述小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)中要控制的操作包括资源和功率分配，
其特征在于，
基于与从一个或多个相邻小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)入射的干扰有关的干扰信息，执行对由小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)的基站服务的用户的资源和功率分配，模糊逻辑模块(102)的输入变量(104,1041-1044)是基于仅在所述小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)中本地可用的干扰信息而确定的，以及
基站分配资源块，以便获得给用户的所需信号，从一个或多个相邻小区入射的干扰被减小或最小化，并且满足所述小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)中的用户的速率需求，其中所述本地可用的信息包括用户的所需速率；所需信号的质量或强度；入射在资源块上的干扰的电平；以及频率选择性衰落剖面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述基站处与无线蜂窝网络中的一个或多个相邻基站无关地执行所述控制。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在不与无线蜂窝网络中的一个或多个相邻基站关于所述控制进行通信的情况下，在所述基站处单独地执行所述控制。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述基站与无线蜂窝网络中的一个或多个相邻基站和/或干扰基站无关地对用户执行资源和功率分配。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在不与无线蜂窝网络中的一个或多个相邻基站和/或干扰基站关于资源和功率分配进行通信的情况下，所述基站对用户单独地执行资源和功率分配。
6.根据权利要求1所述的方法，其中
用户的所需速率确定需要分配的资源块的数量；
所需信号的强度确定需要的发射功率；
入射在资源块上的干扰的电平确定每个资源块的可分配性；以及
对要分配的资源块的选择依赖于频率选择性衰落剖面。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所需速率、所需信号的质量或强度、入射在资源块上的干扰的电平以及频率选择性衰落剖面在反向链路中在所述基站处是本地可用的，并且在正向链路中在用户处是本地可用的。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述基站
评估在特定时隙中哪些资源块最适合于被分配给用户，并且
根据所需速率确定所分配的资源块上的发射功率，从而产生所需的信号与干扰加噪声比(SINR)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述基站使用模糊逻辑模块(102)基于本地可用的信息来确定每个时隙中每个资源块的可分配性。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述模糊逻辑模块(102)的输入变量(104,1041-1044)包括：
由用户需求的服务限定的用户的所需速率(1041)，所需速率的值是“低”、“低-中”、“中-高”以及“高”；
所需信号的强度(1042)，所需信号的强度的值是“低”、“中”以及“高”；
干扰电平(1044)，表示在每个资源块上每个用户的干扰环境，干扰电平的值是“低”、“中”以及“高”；以及
频率选择性衰落剖面(1043)，所述频率选择性衰落剖面的值是“深”、“平均”以及“峰”。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述模糊逻辑模块(102)的输出变量(1081,1082)包括：
对用户的资源块分配(1081)，其中由所述模糊逻辑模块(102)根据输入变量(104,1041-1044)的值来计算每个资源块的可分配性；以及
分配给用户的资源块的发射功率(1082)，其中根据输入变量(104,1041-1044)的值，每个资源块用半功率或全功率发射。
12.根据权利要求1所述的方法，包括：
在每个时隙中，根据模糊逻辑规则对用户分配最适用的资源块和发射功率，并执行数据传输。
13.根据权利要求1所述的方法，包括：
基于从用户和从干扰移动站接收的信号电平，更新与入射在资源块上的干扰的电平有关的本地可用干扰信息和频率选择性衰落剖面，以更准确地表示小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)的长期干扰和衰落环境；以及
在下一时隙针对资源和功率分配使用更新后的信息。
14.根据权利要求1所述的方法，包括：在无线蜂窝网络的多个小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)中执行控制，从而持续地单独地优化控制，使得对于无线蜂窝网络的所述多个小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)，实现满足每个小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)中的一个或多个用户的稳定全局方案。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线蜂窝网络包括宏小区(100)网络、皮小区(PC1-PC2)网络或飞小区网络(FC1-FC4)。
16.一种非暂时性计算机程序产品，包括存储在机器可读介质上的指令，当所述指令在计算机上被执行时，所述指令用于执行根据权利要求1至15中的一项所述的方法。
17.一种无线蜂窝网络的小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)的基站，所述无线蜂窝网络包括多个小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)，每个小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)包括用于服务一个或多个移动站的基站，所述基站包括：
模糊逻辑模块(102)，用于使用模糊逻辑模块(102)控制小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)内的操作，
其中模糊逻辑模块(102)的输入变量(104,1041-1044)包括基于仅在所述小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)中本地可用的信息而确定的输入变量，
其中在所述小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)内要控制的操作包括资源和功率分配，
其特征在于，
基于与从一个或多个相邻小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)入射的干扰有关的干扰信息，执行对由小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)的基站服务的用户的资源和功率分配，模糊逻辑模块(102)的输入变量(104,1041-1044)是基于仅在所述小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)中本地可用的干扰信息而确定的，以及
基站分配资源块，以便获得给用户的所需信号，从一个或多个相邻小区入射的干扰被减小或最小化，并且满足所述小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)中的用户的速率需求，其中所述本地可用的信息包括用户的所需速率；所需信号的质量或强度；入射在资源块上的干扰的电平；以及频率选择性衰落剖面。
18.一种无线蜂窝网络，包括多个小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)，其中小区(100,FC1-FC4,PC1-PC2)中的一个或多个小区包括根据权利要求17所述的基站。
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