CN104350697A - 用于协作式多点下行链路传输的网络中心的链路适配 - Google Patents

Abstract

协作式多点（CoMP）小区控制器为CoMP小区中的用户设备（UE）执行网络中心的链路适配。CoMP小区控制器从CoMP小区中的UE接收至少不频繁的信道估计，它据此来估计该UE处的下行链路信道和热噪声。CoMP小区控制器知道UE处要接收的期望信号，以及CoMP小区中往其他UE的传输对该UE的CoMP小区内干扰。CoMP小区从UE接收其他CoMP小区的传输所导致的CoMP小区间干扰的报告。基于下行链路信道质量、期望信号、CoMP小区内干扰、CoMP小区间干扰以及热噪声，CoMP小区控制器通过为后续传输持续时间（如TTI）选择调制和编码方案以及其他传输参数来执行链路适配。

Description

用于协作式多点下行链路传输的网络中心的链路适配

交叉引用

本发明申请是2009年6月12日提交且转让给本申请的受让人的美国专利申请号12/483,603，标题为“用于协作式多点下行链路传输的网络中心链路适配”的部分延续(CIP)，其公开通过引用将其整体并入本文，如同在本文完整陈述。

技术领域

本发明一般涉及无线通信网络，更具体来说涉及用于协作式多点（CoMP）小区的下行链路适配的网络中心系统和方法。

背景技术

无线蜂窝通信网络是众所周知的且广泛地部署，并且向数百万订户提供移动语音和数据通信。在蜂窝网络中，固定收发器（基站、节点B等）提供与地理区域或小区（正如本文所使用，术语扇区与小区是同义的）内多个订户的双向无线电通信。蜂窝通信网络的一个永恒的设计目标是，高效且持续地以高数据速率向移动订户交付通信服务。

许多现代无线通信协议，如UTRAN的高速下行链路分组访问（HSDPA）和长期演进（LTE）利用链路适配以在变化的链路质量下将下行链路通信的数据速率最大化。 链路适配 - 在本领域中也称为适配调制和编码 - 是通过动态地改变调制（例如，QPSK、16-QAM、64-QAM）、前向纠错（FEC）编码中的冗余度级别或程度以及其他信号和协议参数来将数据速率最大化以便在给定的无线电链路状况下向UE交付最大速率的一种技术。在链路适配中，网络收发器基于至每个UE的下行链路信道的瞬时质量的估计从中选择一组定义的调制技术、编码方案等。信道质量信息典型地由UE来报告，并且可以包括UE测量或估计的信号干扰和噪声比（SINR）。在正交频分复用（OFDM）中，分配给UE的副载波上的SINR向量是，

SINR(t) = [SINR(kl;t) SINR(k2;t) .... SINR(K; t)]，

其中SINR(k;t)是时间“t”时副载波“k”（k=k1, k2, ..., K）处的SINR。

UE所经历的SINR(k;t)一般取决于传送到UE的期望信号、来自相同子小区中对其他UE的传输的干扰、来自其他子小区对其他UE的传输的干扰以及热噪声。常规链路适配可以描述为UE中心的，因为每个UE周期性地测量SINR(k;t)，并在上行链路上将这些测量报告给网络 - 存在若干传输时间间隔（TTI）的延迟 - 例如在信道质量信息（CQI）报告中进行报告。此类UE中心的链路适配的重大缺陷是，在面向分组的蜂窝系统中，所属小区和其他小区干扰典型地在TTI之间变化，具体取决于网络收发器处的调度而定。相应地，UE报告的SINR(k;t)是非常差的SINR(k;t+d)的预测器，其中“d”是正延迟。此差预测导致先前的无线电资源利用不足，并且可能大大地降低系统的整体频谱效率。再者，尝试通过增加CQI报告频度、缩短“d”、增加上行链路拥塞和减少上行链路数据来改进UE报告的SINR(k;t+d)的预测值。

UE处经历的瞬时SINR的准确预测以便能够实现快速且准确的链路适配，代表无线通信网络设计和运营中的主要挑战。

发明内容

根据本文所公开和要求权利的一个或多个实施例，由每个CoMP小区控制器来执行网络中心的链路适配过程。该CoMP小区控制器从CoMP小区中的UE接收至少频繁的信道估计，据此估计UE处的下行链路信道质量以及热噪声。该CoMP小区控制器知道UE处要接收的期望信号、以及CoMP小区中对其他UE的传输所导致的对该UE的CoMP小区内干扰。该CoMP小区从UE接收其他CoMP小区的传输所导致的CoMP小区间干扰的报告。基于下行链路信道质量，期望信号、CoMP小区内干扰、CoMP小区间干扰以及热噪声，CoMP小区控制器通过为将来的传输持续时间（如，TTI）选择调制和编码方案和其他传输参数来执行链路适配。该CoMP小区控制器可以通过在UE已知的某些间隔期间不从服务于该UE的网络传送器传送来利用CoMP小区间干扰的估计。

附图说明

图1是无线通信网络中协作式多点（CoMP）小区的功能框图。

图2是无线通信网络中协作式多个CoMP小区的功能框图。

图3是CoMP小区控制器进行链路适配的方法的流程图。

图4示出仿真结果的两个曲线图。

具体实施方式

常规UE中心的链路适配的本质问题是，即时在低速度下，所属小区干扰和其他小区干扰仍可能在TTI之间剧烈地变化。这种快速变化的主要原因是时分多址（TDMA）调度。在TDMA调度中，每个小区独立地调度每个资源块（RB）；因此，在一个TTI中，小区可以决定在特定RB上传送，并且此同一个小区可能决定下一个TTI时不在此RB上传送。在多个发射天线和快速线性预编码的情况下，从每个网络传送器在每个RB上传送的信号的矩阵取值的发射功率频谱密度（其中每个网络传送器可以由一个或多个发射天线组成）也可能在不同的TTI之间变化，这取决于在每个RB上调度哪个UE。

所属小区干扰和其他小区干扰中的快速时间变化性意味着UE在时间“t”处测量的SINR与UE在时间“t+d”处经历的SINR之间往往存在很大不匹配。这种不匹配转而将导致稀缺的无线电资源的利用不充分，并且可能大大地降低系统的整体频谱效率。

在LTE中，典型地，在每个小区中，每个RB上仅调度一个用户；因此，LTE中，所属小区干扰典型地为0。这意味着在LTE中，预测SINR中的误差的主要源头是快速变化的其他小区干扰。

协作式多点（CoMP）是一种将小区间干扰减到最小的技术。多个地理上邻接的小区 – 称为子小区 – 被分组在一起而形成CoMP小区。每个CoMP小区具有中央控制器，该中央控制器协调其组成子小区，以便将CoMP小区内的小区间干扰（本文称为CoMP小区内干扰）维持在预定量值以下。CoMP小区控制器协调小区内往返于用户设备（UE）的传输的调度，和/或使用信号处理技术主动性地抑制干扰。

现在将提供有关CoMP技术的附加信息。确切地来说，虽然这里使用术语“CoMP小区”和“子小区”，但是更近一段时间，CoMP技术将CoMP小区称为“CoMP协作集”或“CoMP集群”，而组成小区仅称为“小区”而非“子小区”。术语上的这种变更并不意味这里描述的CoMP功能性。而且，前一段中描述的CoMP技术包含多个子小区。在一些实施例中，CoMP小区可以包括具有位于不同站点的基站的多个地理上邻接的小区，常常称为“站点间”CoMP技术。在其他实施例中，CoMP小区可以包括具有位于共同站点的基站的多个地理上邻接的小区（或扇区），常常称为“站点内”CoMP技术。因此，例如，蜂窝系统中的站点可以分成三个扇区，每个扇区覆盖120度，具有三个逻辑上分离的基站。本文描述的多种实施例涵盖这些和/或其他多小区实施例的任一个实施例。在又一些实施例中，CoMP小区由具有单个基站的单个小区组成。相应地，下文描述和图1-4应视为涵盖任何CoMP技术，包括多个子小区或由具有单个基站的单个子小区组成的CoMP小区。

图1示出协作式多点（CoMP）小区12，在本示例中，其包括7个常规小区，本文中称为子小区14。每个子小区14包括网络收发器16（也称为基站、NodeB、接入点等），网络收发器16向子小区14内的订户（包括移动UE18）提供无线通信CoMP小区控制器20（也称为演进的NodeB或eNodeB）协调CoMP小区内往UE 18的传输，以便往选定的UE的数据速率最大化，同时将CoMP小区内干扰维持在预定水平以下。CoMP小区控制器20可以通过调度和/或通过组合从两个或更多个网络收发器16到任何UE 18的加权的传输来实现这一点。

图2示出无线通信网络10，无线通信网络10包括多个CoMP小区 12、22、24，每个CoMP小区包括多个子小区14。虽然CoMP小区控制器20在缓解单个CoMP小区12的CoMP小区内干扰中是有效的，但是它一般对于相邻CoMP小区22、24中调度的传输一无所知。相应地，CoMP小区控制器20缺乏据以估计来自其他CoMP小区干扰或CoMP小区间干扰的信息。有关TDMA调度和所属小区干扰和其他小区干扰在不同TTI之间的变化的上述缺陷同样地也分别适于CoMP内干扰和CoMP内干扰，因为不同CoMP小区之间的传输未得以协调。

图1和图2还涵盖CoMP小区12，这些CoMP小区中一个或多个CoMP由单个子小区14构成。

在CoMP小区控制器20处有信道状态信息（CSI）可用的CoMP系统中，每个CoMP小区12中的控制器20已经具有足够信息来准确地预测给定TTI期间贡献SINR(k;t+d)的大多数信号。从CoMP小区12服务的UE 18的下行链路信道状态信息，CoMP小区控制器20可以容易地预测每个UE 18要观察的期望信号以及每个UE 18要观察的CoMP小区内干扰。再者，可以由UE将每个UE 18观察的热噪声和平均CoMP小区间干扰的估计回报给CoMP小区控制器20。这使得CoMP小区控制器20能够执行准确的网络中心的链路适配。此类网络中心的链路适配不仅提高下行链路性能而优于常规UE中心的链路适配，而且还减少UE 18在上行链路上的信道报告。

考虑到第一UE 18，表示为第一CoMP小区12服务的UE₀，由CoMP小区12服务，CoMP小区12表示为CoMP小区0。假定UE具有单个接收天线，UE₀接收的信号可以表示为 

其中H ₀ (k; t)是CoMP小区0中的网络收发器16的发射天线与UE₀的天线之间的信道； 

x _i (k; t)是从小区0中的网络收发器16的发射天线传送到小区0服务的第i个UE的信号，其具有方差； 

S ₀ (k;t)是小区0与UE₀同时服务的UE的集合；

I _oth (k;t)是UE₀观察到的CoMP小区间干扰（即，来自CoMP小区0以外的CoMP小区的干扰），其具有方差；以及

W ₀ (k;t)是接收的热噪声，具有方差N ₀ (k;t)。

UE₀在副载波“k:和时间“t”处观察到的SINR(k;t)则可以表示为

在CoMP小区12中，CoMP控制器20知道发往CoMP小区12的所有UE 18的所有下行链路信道。CoMP小区控制器20因此能够估计公式（1）中的多种量值，其中比依赖于伴随有延迟的UE 18的测量和报告更精确。

具体来说，CoMP小区控制器20知道发往（或至少估计）它服务的UE 18的下行链路信道质量，由此量值H ₀ (k; t)是已知的。CoMP小区控制器20还知道其所属CoMP小区中的其他UE 18，由此量S ₀ (k; t)是已知的，同样是。每个UE 18处的热噪声的方差是不随时间和频率变化的；由此，安全地认为CoMP小区控制器20能够容易地获取或估计N ₀ (k;. t)。

公式（1）中仅CoMP小区控制器20未知的部分是其他CoMP小区22、24的传输所导致而被UE₀看到的干扰。给定不同CoMP小区12、22、24独立地操作，则没有办法使任何一个CoMP小区12、22、24能够获取此信息。正如先前论述的，此CoMP间小区干扰可能非常快速地改变。

在一个实施例中，每个UE 18均计算所有副载波上CoMP小区间干扰的功率平均值，并向其服务CoMP小区控制器20报告CoMP小区间干扰的功率的一个频率无关的平均值。UE 18向网络报告其观察的CoMP小区间干扰的平均功率（在多个副载波和时间上取均值）的机制可以通过对相关网络协议的扩充来定义。网络协议扩充还可以定义每个UE 18应该将此类报告发送到其服务CoMP小区控制器20的频度。因为此报告的量值是频率无关的，所以实现网络中心的链路适配所需的反馈量大大地小于实现常规UE中心的链路适配所需的反馈量。在一些实施例中，实际的实现可能指令UE 18报告CoMP小区内干扰和热噪声之和。

图3示出第一CoMP小区12的控制器20执行的为第一UE 18执行网络中心的链路适配的方法100，第一CoMP小区12包括多个网络收发器16，每个服务UE 18位于相应的子小区内。方法100在预定持续时间处重复，链路适配在该预定持续时间上执行，例如每个TTI一次。CoMP小区控制器20确定调度为向第一UE 18和第一UE 18的接收天线传送的第一CoMP小区20中的一个或多个网络传送器16之间的下行链路信道（框102）。基于相关网络传送器16传送的基准或导频、符号，这可以通过UE 18的信道状态信息（CSI）或类似报告来促成。

CoMP小区控制器20确定第一UE 18处要接收的期望信号（框104），如例如网络12接收的适合调制和编码的数据分组。CoMP小区控制器20还确定第一UE 18因向第一CoMP小区12中的其他UE传输导致的干扰（框106）。在许多情况中，CoMP小区控制器20利用精密的信号处理算法来对来自不同网络传送器16的传输加权，以便使往选定的UE 18的数据速率最大化，同时将呈现到其他UE 18的干扰最小化。相应地，CoMP小区控制器20唯一地知道CoMP小区内干扰导致的呈现到任何UE 18的干扰。

CoMP小区控制器20还确定第一UE 18处观察到的热噪声（框108）。因为每个UE 18处的热噪声的方差是不随时间和频率变化的，所以可以基于相对较不频繁地从UE 18报告来准确地估计热噪声。再者，UE 18可以在频率上对热噪声测量取均值，从而减少所需的报告数量，并且因此节省上行链路带宽。

最后，CoMP小区控制器20从第一UE 18接收来自一个或多个其他CoMP小区22、24的干扰的测量（框110）。在一个实施例中，UE 18的总的CoMP小区间干扰的测量被CoMP小区控制器20利用，从而在某个已知区间期间不从其任何网络收发器16传送任何符号。在此类间隔期间，UE 18接收的所有信号来自其他CoMP小区22、24。在一个实施例中，UE 18在副载波上将CoMP小区间干扰取均值，并因此较之常规UE中心的链路适配方法大大地减少其上行链路报告。

基于下行链路信道质量、期望信号、CoMP小区内干扰、CoMP小区间干扰以及热噪声，CoMP小区控制器20通过确定下一个确定的传输持续时间，例如TTI期间要应用于CoMP小区12对第一UE 18的传输的调制和编码以及其他传输参数来对第一UE 18执行链路适配（框112）。方法100然后对下一个预定传输持续时间重复（虽然非所有步骤，例如框108在每次迭代时将一定重新要执行）。

图4以曲线图形式示出为将常规UE中心的链路适配的性能与本文公开的创新性网络中心的链路适配的性能比较而执行的系统级仿真的结果。仿真环境包括具有七个子小区的CoMP系统中的下行链路传输，每个子小区包括三个扇区 – 即，每个CoMP小区12有21个可分别控制的网络收发器16。仿真中网络收发器16的所在地之间的距离是500米。每个网络收发器16具有4个发射天线，以及每个UE 18具有两个接收天线。

对于每个网络收发器16两个用户的平均提供的负荷，这些仿真计算对应于两种不同的链路适配方式 – UE中心和网络中心 –的整体频谱效率和小区边缘比特率。正如图4所示，网络中心的链路适配促成比UE中心的链路适配大约高50%的频谱效率（每个小区以每Hz每秒位为单位测量的吞吐量）。相似地，网络中心的链路适配促成比UE中心的链路适配高90%的可达到小区边缘比特率（大多数CoMP小区间干扰发生在CoMP小区边缘处的子小区中）。

这些仿真结果显示网络中心的链路适配方式在下行链路效率中明显获益。此外，上行链路因UE 18的CQI报告减少以及CoMP小区间干扰报告减少（因为将此类报告在副载波上平均）而获益。上行链路“开销”的这种减少使得有限的上行链路带宽能够分配给数据传输。

当然，在不背离本发明的基本特征的前提下，本发明可以采用非本文确切地提出的方式的其他方式来实施。本发明实施例在所有方面中均应视为说明性而非限制性的，并且落在所附权利要求的含义和等效范围内的所有更改均应包含在本发明内。

Claims (14)

1.一种由第一协作式多点（CoMP）协作集的控制器为第一用户设备（UE）执行的网络中心的链路适配的方法，所述第一协作式多点（CoMP）协作集由服务单个小区中多个UE的单个网络收发器组成，所述方法包括：

确定所述第一CoMP协作集中的所述单个网络传送器与所述第一UE之间的下行链路信道质量； 

确定所述第一UE处要接收的期望信号； 

确定往所述第一CoMP协作集中的其他UE传输对所述第一UE产生的干扰； 

确定所述第一UE处观察到的热噪声；以及 

基于所述下行链路信道质量、所述期望信号、所述CoMP协作集内干扰以及所述热噪声，执行所述第一UE的链路适配。

2.如权利要求1所述的方法，还包括从所述第一UE接收来自一个或多个其他CoMP协作集的干扰的测量，以及其中为所述第一UE执行链路适配还包括，还基于CoMP协作集间干扰来执行链路适配。

3.如权利要求2所述的方法，其中接收来自其他CoMP协作集的干扰的测量包括，当所述第一CoMP协作集中没有网络收发器传送符号时，接收所述第一UE观察的干扰的测量。

4.如权利要求2所述的方法，其中从所述第一UE接收来自其他CoMP协作集的干扰的测量包括，接收来自其他CoMP协作集的干扰的频率无关的测量。

5.如权利要求3所述的方法，其中接收来自其他CoMP协作集的干扰的频率无关的测量包括，接收在副载波和时间上来自其他CoMP协作集的观察的干扰取均值的测量。

6.如权利要求2所述的方法，其中从所述第一UE接收来自其他CoMP协作集的干扰的测量包括，从所述第一UE接收来自其他CoMP协作集的干扰和热噪声的测量。

7.如权利要求2所述的方法，其中为所述第一UE执行链路适配包括，按如下公式估计所述第一UE在副载波“k”和时间“t”处的信号干扰噪声比（SINR）：

其中

其中H ₀ (k; t)是CoMP协作集0中的网络收发器的一个或多个发射天线与所述第一UE的一个或多个天线之间的信道； 

是从所述第一CoMP协作集中的网络收发器的发射天线传送到所述第一UE的信号的方差； 

S ₀ (k;t)是所述第一CoMP协作集与所述UE同时服务的UE的集合；

是所述第一UE观察到的CoMP协作集内干扰的方差；以及 

N ₀ (k;t)是所述第一UE处观察到的热噪声的方差。

8.一种协作式多点（CoMP）小区控制器，其包括：

至CoMP协作集中的单个网络收发器的通信接口，所述单个网络收发器为所述CoMP协作集的单个小区内的多个用户设备（UE）提供无线通信；以及 

控制器，所述控制器可操作以将传输参数传送到所述单个网络收发器，以使往选定的UE的数据速率最大化以及同时向所述CoMP协作集中的其他UE的干扰呈现为低于预定量，并且还可操作以通过如下步骤执行链路适配： 

确定所述第一CoMP协作集中的所述一个或多个网络传送器与所述第一UE之间的下行链路信道质量； 

确定所述第一UE处要接收的期望信号； 

确定往所述第一CoMP协作集中的其他UE传输对所述第一UE产生的干扰； 

确定所述第一UE处观察到的热噪声；以及

基于所述下行链路信道质量、所述期望信号、所述CoMP协作集内干扰以及所述热噪声，执行所述第一UE的链路适配。

9.如权利要求8所述的控制器，其中所述控制器还可操作以从所述第一UE接收来自一个或多个其他CoMP协作集的干扰的测量，以及其中所述控制器可操作以基于CoMP协作集间干扰来执行所述第一UE的链路适配。

10.如权利要求9所述的控制器，其中所述控制器可操作以在所述第一CoMP协作集中没有网络收发器传送符号时，接收来自其他CoMP协作集的被所述第一UE观察到的干扰的测量。

11.如权利要求9所述的控制器，其中所述控制器还可操作以从所述第一UE接收来自其他CoMP协作集的干扰的频率无关的测量。

12.如权利要求11所述的控制器，其中所述控制器可操作以从所述第一UE接收在副载波和时间上取均值的来自其他CoMP协作集的干扰的频率无关的测量。

13.如权利要求9所述的控制器，其中所述控制器可操作以从所述第一UE接收来自其他CoMP协作集的干扰和热噪声的测量。

14.如权利要求9所述的控制器，其中所述控制器可操作以通过如下步骤为所述第一UE执行链路适配：按如下公式估计所述第一UE在副载波“k”和时间“t”处的信号干扰噪声比（SINR）：

其中

其中H ₀ (k; t)是CoMP协作集0中的网络收发器的发射天线与所述第一UE的天线之间的信道； 

是从所述第一CoMP协作集中的网络收发器的发射天线传送到所述第一UE的信号的方差；

S ₀ (k;t)是所述第一CoMP协作集与所述UE同时服务的UE的集合；

是所述第一UE观察到的CoMP协作集内干扰的方差；以及 

N ₀ (k;t)是所述第一UE处观察到的热噪声的方差。