CN1653727A - 使用分时双工手机系统中计算最佳槽对信元分派的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种在任何两信元之间提供最大数量的交错槽以将上行线路及下行线路槽数量最佳化的系统及方法。本发明是借由考虑a)避免基地台对基地台或移动电话对移动电话干扰；与b)使每一信元的槽分派尽可能密切地配合局部区域电信话务状态等两者之间的妥协，而有效率地对系统的每一信元中的每一槽分派一方向(即上行线路或下行线路)。本发明是依据传输功率需求，而将使用者分派予槽，以在同一地理区域中的两信元之间允许冲突的槽对信元分派。

Description

使用分时双工手机系统中计算最佳槽对信元分派的方法及系统

技术领域

本发明有关无线通讯。更明确地，本发明是有关于运用分时多任务(TDD)来分隔基地台对移动电话、与移动电话对基地台通讯的第三代(3G)移动电话系统。

背景技术

无线分时移动电话系统通常是将时间轴划分成称为时间帧(frame)的相等持续时间。该系统是运用TDD方案而将时间帧划分成有限个(NT)称为槽的相等持续时间，且允许一信元使用某些或所有槽来作上行线路(移动电话对基地台)或下行线路(基地台对移动电话)传输。一信元的槽分派是定义该信元应如何使用每一槽。一信元是由三种可能的方式来使用一槽：1)上行线路传输；2)下行线路传输；或3)未使用任何槽。

可由该系统来改变一信元的槽分派，以调整适应电信话务的需求。譬如，当下行线路电信话务量增加而上行线路电信话务减少时，该系统可将某一槽的分派由上行线路更改成下行线路。此外，一系统的不同信元通常不需具有相同的槽分派。倘若在一地理区域中的电信话务特征与其它区域者不同时，则涵盖该区域的信元将具有不同的分派，以最佳化地调整适应局部区域的电信话务状态。

一信元c的时间槽分派Ac是由一组NT值代表，其中时间槽分派的第s个值(Ac，s)是代表使用该信元中的第s个槽。用于上行线路与下行线路传输的槽数量，是分别以N_c ^u与N_c ^d表示。

图1是显示位在同一邻近地区中的两信元的冲突槽分派。一第一信元10具有一时间帧12，其中包括多个时间槽N_A1至N_AT。该时间槽是用于上行线路或下行线路通讯、或着完全不使用。在本范例中是假设时间槽N_A3可用于一移动电话单元18与基地台11之间的上行线路通讯。包括有一第二基地台20的一第二信元14是极接近第一信元10。该信元是使用一第二时间帧15来通讯，其中该帧包括多个时间槽N_B1至N_BT。在该第二信元中，该槽亦用于上行线路或下行线路通讯、或着完全不使用。在本范例中是假设时间槽N_B3可用于下行线路通讯。由于信元互相接近，因此第二信元10极可能对第一信元10基地台11与移动电话单元18之间的通讯造成干扰，而这将造成系统服务降级(基地台对基地台干扰型态)。根据就信元之间路径损失(path loss)而论的隔离等级，可能或不可能接受该降级。第一信元10必须将移动电话单元18分派予另一槽，且将该槽标记为该信元中无法使用的一上行线路槽，如此将减少系统的容量。

亦可能分派互相极为接近的移动电话上行线路与下行线路槽，而发生移动电话对移动电话干扰的型态。然而，移动电话对移动电话的干扰远较基地台对基地台的干扰更无法预期，且可借由一脱逃机制而得以减轻其影响，其中该机制是将使用者码重新分派至干扰较不严重的另一时间槽。

因此，重要地是借由考虑调整适应局部区域的电信话务变动、与避免因相邻信元间的不同时间分派所造成的干扰等两者的冲突需求，来对每一信元决定最佳的槽分派。当相邻信元未相互连结地利用互相相对的槽分派时，将发生「交错槽(crossed slot)」。第一信元可使用一槽分派来实施上行线路通讯，且另一信元将可使用相同的槽分派来实施下行线路通讯。如此将造成，某一信元的下行线路传输可能干扰另一信元的上行线路接收。因此，亟需一种系统，其可考虑相邻信元的时间槽分派且有效率地调和时间槽分派，以提升总体效能及每一信元的作动。

发明内容

本发明是一种可在任何两信元之间提供最大数量的交错槽，以将上行线路及下行线路槽数量最佳化的系统及方法。本发明是借由考虑a)避免基地台对基地台或移动电话对移动电话干扰；与b)使每一信元的槽分派尽可能密切地配合局部区域电信话务状态等两者之间的妥协，而在任何两信元之间决定最大数量的交错槽，且有效率地对一系统的每一包元中的每一槽分派上行线路或下行线路的一方向。本发明是依据传输功率需求，而将使用者分派予槽，以在同一地理区域中的两信元之间允许冲突的槽对信元分派。

附图说明

图1是显示两相邻信元的问题，其中一第一信元是与一使用者终端设备(UE)通讯，且一第二信元的下行线路将干扰该第一信元中UE的通讯。

图2A至2B是依据本发明来计算 ${\{\stackrel{\‾}{N_c^u},\stackrel{\‾}{N_c^d}\}}_{c=1}^{M_c}$ 的流程图。

图3是显示由设置于遥远处的外侧主要基地台所环绕的一主要基地台「岛状团(island cluster)」。

图4是用于实现本发明的流程图。

具体实施方式

以下将参考附图来说明本发明，其中全文中皆以相同的参考标号来代表相同的组件。

本发明是考虑以下两假定。第一，当两信元的相互路径损失隔离增大时，该两信元之间的交错槽最大数量将增多，或相反地，当该隔离减小时，可容忍的交错槽数量将减少。第二，为了一信元挑选一特殊的槽分派所造成的成本，应为因该槽分派挑选而导致无法服务(即阻塞或延迟)的电信话务的函数。

熟于此项技术的人士应可了解到，较大隔离的信元将可提供一较大量的交错槽。「隔离」一词是关于基地台对基地台干扰的两基地台之间路径损失的一统称。其亦指一度量，其是关联于，分别连结两信元的两移动电话的任何成对的可能位置之间的路径损失分布(相关于移动电话对移动电话的干扰)。在后者中，该度量可为该分布的百分之一等级。

倘若两信元之间具有一非常大的隔离，则该信元将可独立自主地选择其槽分派。在这种情况下，基地台对基地台、移动电话对移动电话的干扰显然较不显著。在另一极端中，几乎设于同一位置处的信元将甚至无法提供单一对交错槽。如此产生的基地台对基地台干扰的量将妨碍通讯、或无法以该槽实施任何通讯。

然而，本发明最优地可实施至落于两极端之间的情形，其中可借由运用新颖的无线电资源管理(RRM)技术而允许有限数量的交错槽。与其所服务的节点B相接近的无线传输接收单元(WTRU)，将优先地分派予交错槽，而使移动电话对移动电话干扰的可能性最小化。

可忍受的最大数量交错槽是众多因子的函数，该因子包括、但不限于环绕着节点B的使用者地理环境、WTRU的移动性、及RRM效能。两信元(c1与c2)之间的交错槽最大数量是由(Xc1，c2)代表。本发明是假设，介于任何成对信元之间的交错槽最大数量是属已知。实际上，操作者可借由考虑信元(c1与c2)的隔离程度，来决定一适当的(Xc1，c2)值。本发明亦解说一种可能的系统化方法，其可用于决定(Xc1，c2)。

用于一信元的一槽分派(Fc)的实际成本，可依据因目前槽分派以致无法服务的电信话务量来定义。倘若因缺乏电信话务而使槽未使用，则将与如何分派一槽无关。亦可借由因在一信元(c)中挑选特殊的槽分派而造成阻碍或延迟的一电信话务，来表达成本函数。

成本函数与交错数量两者是密切相关。亟希望使总成本函数F最小化，其中总成本函数是每一信元的各别成本函数Fc的总和。倘若可互相独立地调整每一信元的槽分派，则由于每一信元的上行线路/下行线路槽的数量恰好可配合电信话务特征，因此该槽分派将为一简易的工作。不幸地，该信元并非互相隔离，且必须考虑信元隔离。当在两信元之间利用愈多的冲突槽分派时，隔离不足将造成该信元互相干扰，倘若信元c1与c2之间存在超过一个交错槽(即X_c1，c2＞1)时，则无法忍受这种干扰。是以，交错槽的最大数量是代表，当欲寻求可使成本函数F最小化的最佳化方案时，所必须考虑的一限制。

实现本发明时必须已知以下各数值：1)系统中的信元数量(Mc)；2)一TDD帧中可用于电信话务的槽数量(Nt)；3)一信元中可用于电信话务的上行线路槽最小与最大数量(分别为N_min ^u与N_max ^u)；及(4)一信元中可用于电信话务的下行线路槽最小与最大数量(分别为N_min ^d与N_max ^d)。接着，必须对每一对信元(c1，c2)，决定系统可忍受的交错槽Xc1，c2最大数量。这可借由不同的方式达成：1)譬如在一粗略方式中，当信元c1与c2互相相对地较「接近」时，手动设定Xc1，c2＝0，且当c1与c2互相远离时，设定Xc1，c2＝Nt；2)对于一系统化方式，将在以下第34段中说明；及3)一「手动调整」，其中操作者可根据专业经验为基础，而依据试探法来作调整，譬如可能在一业已建立的系统中，判断当室内信元互相分离200公尺时，系统可忍受4个经许可的交错槽，而不致发生任何问题。

当已得到在每一信元c中分派的上行线路 及 数量后，即可寻求最佳化的槽对信元分派。系统是指派

个上行线路槽予信元c，分派

个下行线路槽与信元c，且在信元c中剩余 $(\mathrm{Nt}-\stackrel{\‾}{N_c^u}-\stackrel{\‾}{N_c^d})$ 槽未使用。系统永远以相同的优先级来分派上行线路槽予所有信元。譬如，假设具有Nt＝8个槽且优先级为(S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8)。因此，倘若 $\stackrel{\‾}{N_c^u}=3,$ 则系统将分派槽S1、S2、及S3予信元c中的上行线路。系统亦永远以相同的优先级来分派下行线路予所有信元，且该顺序必然与用于上行线路槽的顺序相反。在以上范例中，倘若 $\stackrel{\‾}{N_c^d}=4,$ 则系统将分派槽S8、S7、S6、及S5予信元c中的下行线路。信元c中完全未使用槽S4。可由操作者任意地决定，分配槽的优先级。

上述中的数量 $\{\stackrel{\‾}{N_c^u},\stackrel{\‾}{N_c^d}{\}}_{c=1}^{M_C}$ 集合将构成以下最佳化问题的解：

最小化： $F=\underset{c=1}{\overset{\mathrm{Mc}}{\mathrm{\Σ}}}{F}_c;$ 第一方程式

其中F是全部成本函数之和，且Fc是关联于一特定信元c的槽分派的成本函数，该Fc可由第二方程式定义：

$F_c=\mathrm{Ku}\×\max (0,\min (T_c^u-N_c^u,N_{\max }^c))+\mathrm{Kd}\×\max (0,\min (T_c^d-N_c^d,N_{\max }^d))$

第二方程式

其中T_c ^u与T_c ^d是分别指示，在信元c中服务所有上行线路与下行线路电信话务所需的槽数；Ku与Kd是权重因子，其允许一系统操作者依需求来赋予上行线路或下行线路电信话务更高的重要性；N_c ^u与N_c ^d是在信元c中，分别用于上行线路与下行线路传输的槽数；及N_max ^u与N_max ^d是可分派予一给定信元的上行线路或下行线路的最大槽数。以上的方程式必须掌控 ${\left\{N_c^u\right\}}_{c=1}^{\mathrm{Mc}}$ 及 ${\left\{N_c^d\right\}}_{c=1}^{\mathrm{Mc}}$ 的值，其受到以下条件限制：1) $N_{\min }^u\≤N_c^u\≤N_{\max }^c,$ 其中N_min ^u与N_max ^u限制值分别为上行线路槽的最小与最大数量；2) $N_{\min }^d\≤N_c^d\≤N_{\max }^d,$ 其中N_min ^d与N_max ^d分别为下行线路槽的最小与最大数量；3) $N_c^u+N_c^d\≤N_1,$ 其中信元的上行线路及下行线路的槽数应小于一特定信元中可取得的槽的总数量；以及4)对于每一对信元(c1，c2)， $\max (N_{c1}^u+N_{c2}^d-N_1,N_{c2}^u+N_{c1}^d-N_1)\≤X_{c1,c2}.$ 该最后一限制条件是表示一状态，即两信元(c1，c2)不可具有超过Xc1，c2个交错槽。可使F最小化、且满足上述限制条件的 ${\{\stackrel{\‾}{N_c^u},\stackrel{\‾}{N_c^d}\}}_{c=1}^{M_c}$ 值集合，将表示为 ${\{\stackrel{\‾}{N_c^u},\stackrel{\‾}{N_c^d}\}}_{c=1}^{\mathrm{Mc}},$ 且构成为寻求到的解。

为了更清楚地说明上述者，请参考显示出一流程图300的图2A至2B，该流程图包括用于获取 ${\{\stackrel{\‾}{N_c^u},\stackrel{\‾}{N_c^d}\}}_{c=1}^{M_c}$ 的步骤。开始时，可在步骤302中列出所有可能的 ${\{\stackrel{\‾}{N_c^u},\stackrel{\‾}{N_c^d}\}}_{c=1}^{M_c}$ 值集合，如以上已详细解说者。接着，将获取的该可能的值集合标示S1、S2、S3、…、Sp，且将第i个值集合Si写为 $\mathrm{Si}={\{\stackrel{\‾}{N_c^u},\stackrel{\‾}{N_c^d}\}}_{c=1}^{M_c}$ (步骤304)。接着，在步骤306中将由i＝1开始，且使Fcmin＝无限大、及i0＝1。之后，在步骤308中计算 $F_c=\mathrm{Ku}\×\max (0,\min (T_c^u-N_c^u,N_{\max }^c))+\mathrm{Kd}\×\max (0,\min (T_c^d-N_c^d,N_{\max }^d))$ (即第二方程式)。接着，在步骤310中判断Fci是否大于Fcmin。倘若为「是」，则将在步骤312中设定Fcmin等于Fci、及i0＝1，且再继续前进至步骤314。倘若为「否」，则直接由步骤310前进至步骤314，其中在步骤314中，i将变为i+1。由步骤314前进至步骤316时，将判断i是否大于ρ。倘若为「否」。则返回至步骤308。若然，则前进至步骤318。在步骤318中，将如图2A至2B的步骤318所示，对所有的c＝1，2，…，Mc，由公式来给定 ${\{\stackrel{\‾}{N_c^u},\stackrel{\‾}{N_c^d}\}}_{c=1}^{M_c}$ 所代表的最佳槽对信元分派。

可解答这种最佳化问题的最显而易见的程序，是运用一「暴力(bruteforce)」技术，借此可对满足上述四个限制条件的每一可能的数值 ${\{\stackrel{\‾}{N_c^u},\stackrel{\‾}{N_c^d}\}}_{c=1}^{M_c}$ 集合来计算F值。这种方法仅对较小值的Mc或Nt实用，在其它情况下，其计算量将变得烦多。

现在请参考图3，其为多个内部信元106形成的「岛状团」的一范例，该信元的信元型态可能具有极高的相关性。因此，对于信元106，由于信元106之间的隔离程度为最小，因此将X_ci，cj[其中(i，j)为(c1、c2、c3、c4、及c5)中的任一对不同信元]设定为一最小值。对比地，一外部的信元102群具有一较高程度的隔离，且因此可具有一较高的X_ci，cj数值[其中(i，j)是(属于群102的c1、c2、c3、c4、及c5)中的任一对不同信元]]。

请再次参考具有两个信元c1及c2的一假定范例，上述中的「系统化方式」可用于决定两信元间交错槽的最大数量(X_c1，c2)。当使用系统化方法来决定信元c1与c2之间交错槽的最大数量(X_c1，c2)时，应已知该信元的最大范围R。一信元的最大范围是介于连结该信元的一移动电话、与服务该信元的一基地台之间的最大距离。当c1与c2等两信元并未具有相同的最大范围时，则可将R设定成该两数值中的较大者。介于c1与c2等两信元之间的距离可由D_c1，c2代表。可由操作者设定一参考ρ。其具有一最大数值1.0及一最小数值0.0。ρ值是代表：a)当两移动电话在相反方向上使用相同槽时，连结至信元c1的一移动电话与连结至信元c2的一移动电话之间的一距离；与b)服务信元c1的基地台与服务信元c2的基地台之间的距离等两者之间的最小容许比率。当ρ的值减小时，在两信元间允许交错槽的机率将提高，而ρ的值增加时将具有相反的效应。使用以上概述的变量时，将可利用第三方程式来决定交错槽X_c1，c2的最大数量：

X_c1，c2＝Nt×min(1，round((1-ρ)²(D_c1，c2)²/4R²)；第三方程式

其中round((1-ρ)²(D_c1，c2)²/4R²)是指示将((1-ρ)²(D_c1，c2)²/4R²)四舍五入运算至最接近的整数，或另一选择为，可借由floor((1-ρ)²(D_c1，c2)²/4R²)来取代round((1-ρ)²(D_c1，c2)²/4R²)，该floor((1-ρ)²(D_c1，c2)²/4R²)是指示为了获取小于或等于((1-ρ)²(D_c1，c2)²/4R²)的最大整数的运算。

请再次参考第二方程式，其中具有N_min ^u及N_max ^d项的原因在于，仅希望考虑因选择槽分派所造成的成本，而不考虑在一特定区域中仅因容量不足所造成的成本。譬如，倘若在一特定信元服务下行线路电信话务时需要32个槽，且一分派中的下行线路槽最大数量仅14个，则由于不可能以任何槽分派来服务所有的该下行线路电信话务，因此成本函数的下行线路组成分量应限制在14。

熟知此项技术的人士应了解到，由于需要将连接自受影响的槽转换至另一槽，因此不可能在一高频率下修改槽分派。缘是，第二方程式中使用的电信话务估计应以符合槽分派修正频率的长时间平均为基础。譬如，倘若仅每30分钟修改一次槽分派，则应在相同的短暂周期(具有相同数量级者)上平均电信话务估计值。可借由许可控制(admission control)，根据譬如电信话务量的量测值、缓冲器占用、及通话阻塞的频率等各种矩阵推导出估计值。

本发明的另一具体实施例是仅将具有最低功率需求的使用者分派予冲突的槽分派。亦即，可借由对每一实体频率的基地台功率设定一限制，来管理与相邻信元中的(多个)上行线路槽相冲突的(多个)下行线路槽，其中该限制可由占用该槽的任何使用者的一编码及一时间槽所定义。相反地。对于(多个)上行线路槽，其可借由对每一槽的上行线路功率设定限制来管理。可经由两种效应来减少系统中效能降级的量。第一效应是一发射器所产生的干涉，该干涉是与其传输成正比。第二，借由限制一使用者的传输功率，即可限制了自其服务基地台起算的最大距离，而因此可降低其对连结至具有一冲突槽分派的相邻基地台的另一使用者产生干扰的机率、或可降低由该另一使用者对其造成的严重干扰。

应了解到，可利用其它的算法来实现成本函数，且该变型算法不致脱离本发明的精神。

现在请参考图4，其中是显示出用于实现本发明的一方法200。为了使说明更为简洁，且由于上述中已解说了如何实现本发明，因此不再详细说明方法200的步骤。开始时是如同上述者，在步骤200中决定信元之间的一隔离程度。如同业已解说者，信元之间的该隔离程度是与该信元之间的交错槽最大数量成比例。其次，将在步骤204中决定交错槽的最大数量。接着，在步骤206中，可将上行线路或下行线路的一方向分派予系统的每一信元中的每一槽。

尽管已详细描述本发明，但请了解到，本发明并非以此为限，且可实施各种变更，而不致脱离由随附申请专利范围所定义的发明精神及范围。

Claims (5)

1.一种将一通讯系统中的多个槽最佳化的系统，其中一最大量的交错槽是存在于多个信元之间，其包括：

一分派装置，将一方向分派予该系统每一信元中的每一槽，其中基地台对基地台的干扰将减少；及

其中每一该信元的槽分派皆与通讯电信话务的状态相关。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于该多个槽是上行线路槽。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于该多个槽是下行线路槽。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于该干扰是移动电话对移动电话的干扰。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于该槽分派是依据传输功率需求来实施，以在同一地理区域中的两信元之间允许冲突的槽对信元分派。

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