DE112012004947B4

DE112012004947B4 - Leistungsverwaltung in einem Mobilfunksystem

Info

Publication number: DE112012004947B4
Application number: DE112012004947.0T
Authority: DE
Inventors: Alan James Auchmuty Carter; Raymond Kwan
Original assignee: Ubiquisys Ltd
Current assignee: Cisco Technology Inc
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2018-10-18
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: US9544857B2; GB201703805D0; GB2544932B; DE112012007329B3; DE112012004947T5; US20170094611A1; WO2013079913A1; US9826487B2; GB201120462D0; US20150038190A1; CN104041147B; CN104041147A; GB2496908B; GB2496908A; GB2544932A

Abstract

Verfahren zum Regeln jeweiliger, mittels einer Basisstation eines Mobilfunk-Kommunikationsnetzes jedem einer Vielzahl von Teilbändern zugeteilter Sendeleistungen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Empfangen von Informationen von wenigstens einer anderen Basisstation des Netzes, wobei die Informationen Informationen über eine Empfindlichkeit einer Nutzenfunktion in einer von der anderen Basisstation bedienten Zelle im Hinblick auf Änderungen der mittels der Basisstation jeweiligen Teilbändern zugeteilten Abwärtsstreckenübertragungsleistungen aufweisen,
Identifizieren eines Teilbandes, in dem es relativ vorteilhaft wäre, eine Abwärtsstreckensendeleistung zu erhöhen;
Bestimmen, ob ein Faktor in Bezug auf eine Diensterwartung von Nutzern in der Zelle einen Schwellenwert überschreitet, wobei der Faktor definiert ist durch jede durchschnittliche Bitrate eines jeweiligen Nutzers dividiert durch die erforderliche Bitrate des jeweiligen Nutzers; und
Erhöhen der Abwärtsstreckensendeleistung in dem identifizierten Teilband nur dann, wenn der Faktor niedriger ist als der Schwellenwert.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Mobilfunknetz und insbesondere Verfahren zum Regeln der Leistung von mittels Basisstationen innerhalb eines derartigen Netzes übertragenen Signalen, um die Interferenzeffekte derartiger Übertragungen zu verringern und gleichzeitig die erforderliche Leistung des Netzes aufrecht zu erhalten. Die Erfindung betrifft auch Basisstationen in einem derartigen Netz.
Aktuell werden Mobilfunksysteme der vierten Generation (4G), wie zum Beispiel LTE (Long Term Evolution), entwickelt, um im Vergleich zu Systemen der dritten Generation sowohl die Systemleistung als auch die Übertragungsgeschwindigkeit der Nutzerdaten zu verbessern. Obwohl derartige Systeme dafür ausgelegt sind, die Systemleistung und die Übertragungsgeschwindigkeit der Nutzerdaten zu verbessern, wird großes Gewicht auf eine Optimierung der Systemleistung für Nutzer gelegt, die sich am Rand einer Zelle befinden. Eine der effektivsten Möglichkeiten, um solche Verbesserungen zu erreichen, stellt eine Leistungs- und Interferenzverwaltung dar.
Während eine Leistungs- und Interferenzverwaltung ursprünglich dafür ausgelegt ist, die System- und Nutzerleistung mittels der Verringerung überflüssiger Interferenz zu erhöhen, ist es wichtig zu erkennen, dass dies erreicht werden kann, indem Sendeleistungen so weit wie möglich verringert werden, während gleichzeitig eine bestimmte Zielsetzung für die Zufriedenheit erfüllt wird. Mittels der Beseitigung überflüssiger Sendeleistung kann die Energieeffizienz wesentlich verbessert werden. Während die Energieeffizienz bei einer einzelnen Basisstation möglicherweise nicht so erheblich ist, ist sie sehr relevant, wenn ein großes Netz von Basisstationen bereitgestellt wird.
Bei einem typischen Bereitstellungsszenario existiert eine Zelle nicht für sich allein, was bedeutet, dass jede Zelle vermutlich von Nachbarzellen umgeben ist. Wenn sich also ein Nutzer von der bedienenden Basisstation in Richtung auf eine Nachbarzelle wegbewegt, wird die Anrufgüte schlechter, was nicht nur der Abschwächung des Signals der bedienenden Basisstation zuzuschreiben ist, sondern auch der Verstärkung der von der bzw. den dominanten Nachbarzelle(n) kommenden Interferenz. Eine derartige Interferenz wird oft als von Nachbarzellen verursachte Interferenz bezeichnet, und die Abschwächung einer derartigen Interferenz wurde in Betracht gezogen, um das Erlebnis der Nutzer an den Zellenrändern zu verbessern. Die Interferenzverwaltung für LTE ist komplizierter als in den Altsystemen der dritten Generation, wie zum Beispiel den WCDMA-Systemen (Wideband Code Division Multiple Access), da LTE-Systeme die Zuteilung von Leistung sowohl in der Zeit- als auch der Frequenzdomäne beinhalten, während WCDMA-Systeme nur die Zuteilung in der Zeitdomäne beinhalten.
Ein wohlbekanntes Verfahren zum Abschwächen von von Nachbarzellen verursachten Interferenzen erfolgt über die Verwendung eines Mechanismus, der als FFR (Fractional Frequency Reuse) bekannt ist, wobei Mobilfunknutzern in der Mitte jeder Zelle die gleiche Frequenz zugeteilt wird, während Nutzern an den Zellenrändern eine Teilmenge von Frequenzen zugeteilt wird, die sich von denen an den Rändern der unmittelbaren Nachbarzelle unterscheiden. Dies führt dazu, dass die von Nachbarzellen verursachten Interferenzen an den Zellenrändern wesentlich verringert sein können (R. Kwan, C. Leung, „A Survey of Scheduling and Interference Mitigation in LTE", Band 2010, Artikel-ID 273486).
Während FFR und seine Varianten wohlbekannte Techniken zur Interferenzabschwächung sind, weisen sie den Nachteil auf, dass die Teilmengen von für die Mobilfunknutzer an den Zellenrändern verwendeten Frequenzen sorgfältig geplant werden müssen und diese Planung typischerweise während der Phase der Netzplanung statisch erfolgen muss. Dies führt dazu, dass solche Verfahren für Femtozellen, bei denen Basisstationen ad hoc bereitgestellt werden, nicht geeignet sind. Außerdem berücksichtigen diese Verfahren nicht die dynamischen Verteilungen des Nutzerverkehrs, wodurch die Effizienz der Nutzung des Spektrums verringert wird.
Andererseits ist es möglich, die Zuteilung von Leistungs- und Frequenzressourcen dynamisch variabel zu gestalten, indem Frequenz, Leistung sowie Modulierungs- und Codierungsschemata (MCS) für jeden Nutzer gemeinsam in einer Zelle auf zentrale Weise zugeteilt werden (D. LópezPerez, G. de la Roche, A. Valcarce, A. Jüttner, J. Zhang, „Interference Avoidance and Dynamic Frequency Planning for WiMAX Femtocells Networks“, Tagungsband ICCS, 2008). Ein derartiger Ansatz erfordert jedoch ein zentrales Element, und die Komplexität der Berechnung ist so hoch, dass sie in der Praxis undurchführbar ist.
In A. L. Stolyar, H. Viswanathan, „Self-organizing Dynamic Fractional Frequency Reuse for Best-Effort Traffic Through Distributed Inter-cell Coordination", Tagungsband IEEE Infocomm, April 2009, wird ein gradientengestützter Algorithmus vorgeschlagen, bei dem die Muster zur Frequenz-Wiederverwendung dynamisch an die Verteilung des Verkehrs angepasst werden. Da dieser Ansatz auf distributive Weise einen sich selbst organisierenden Charakter unter den Zellen hat, ist keine Frequenzplanung erforderlich. Außerdem sieht dieses Verfahren nicht nur eine Möglichkeit vor, Frequenzen auf distributive Weise zuzuweisen, sondern erlaubt es auch, die Leistung hinsichtlich der Frequenz dynamisch anzupassen, wodurch ein zusätzlicher Grad an Flexibilität vorgesehen wird. Während dieser Ansatz zwar nützlich ist, sieht das Dokument keine Details im Hinblick darauf vor, wie die Dienstgüte (QoS) bei der Formulierung berücksichtigt werden kann. Dies führt dazu, dass Leistungszuteilung nicht zwangsläufig dem tatsächlichen Bedarf der Dienste angemessen ist, was die Leistungseffizienz verringert. Während das Dokument außerdem einen nützlichen Rahmen bei der dynamischen Interferenzabschwächung vorsieht, bleiben Fragen im Hinblick auf Aspekte der Implementierung offen. Zum Beispiel wird bei der Formulierung von einer exakten Kenntnis der analytischen Beziehung zwischen der Bandbreiteneffizienz und dem Signal-zu-Interferenz-und-Rausch-Verhältnis (SINR) ausgegangen. In der Praxis gibt es aufgrund der Tatsache, dass bei verschiedenen Anbietern möglicherweise eigene Empfängerimplementierungen und daher unterschiedliche Leistungen vorliegen, keine derartig feste Beziehung.
Aus der Patentanmeldung US 2011/0077016 A1 ist ein Verfahren einer Ressourcenzuweisung eines Mobilfunksystems bekannt, das danach strebt, Systemkapazität und/oder Systemabdeckung auf einem Rückkanal zu maximieren. Für jede Basisstation einer Zelle bzw. eines Sektors werden Mobileinheiten basierend auf einem lokalen Optimierungsziel Frequenzsubbändern zugewiesen. Dieses Optimierungsziel nimmt Leistungskosten von Sendeübertragungen unterschiedlicher Mobileinheiten in unterschiedlichen Subbändern in Betracht. Ein derartiges Optimierungsziel kann eine Maximierung eines Nutzens von Nutzerübertragungsraten innerhalb eines Sektors abzüglich der Kosten von Sendeübertragungen an benachbarte Zellen bzw. Sektoren sein. Das Verfahren bestimmt jedoch nicht, ob ein Faktor in Bezug auf eine Diensterwartung von Nutzern in einer Zelle einen Schwellenwert überschreitet, um eine Sendeleistung in einem identifizierten Teilband nur dann zu erhöhen, wenn der Faktor niedriger ist als der Schwellenwert. Daher gelingt es mit diesem Verfahren nicht in optimaler Weise, Sendeleistungen so zu regeln, dass Interferenzeffekte bestmöglich verringert und gleichzeitig die erforderliche Leistung des Netzes aufrecht erhalten werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Regeln jeweiliger, mittels einer Basisstation eines Mobilfunk-Kommunikationsnetzes jedem einer Vielzahl von Teilbändern zugeteilter Sendeleistungen umfasst ein Empfangen von Informationen von wenigstens einer anderen Basisstation des Netzes, wobei die Informationen Informationen über eine Empfindlichkeit einer Nutzenfunktion in einer von der anderen Basisstation bedienten Zelle im Hinblick auf Änderungen der mittels der Basisstation jeweiligen Teilbändern zugeteilten Abwärtsstreckenübertragungsleistungen aufweisen, ein Identifizieren eines Teilbandes, in dem es relativ vorteilhaft wäre, eine Abwärtsstreckensendeleistung zu erhöhen, ein Bestimmen, ob ein Faktor in Bezug auf eine Diensterwartung von Nutzern in der Zelle einen Schwellenwert überschreitet, wobei der Faktor definiert ist durch jede durchschnittliche Bitrate eines jeweiligen Nutzers dividiert durch die erforderliche Bitrate des jeweiligen Nutzers; und ein Erhöhen der Abwärtsstreckensendeleistung in dem identifizierten Teilband nur dann, wenn der Faktor niedriger ist als der Schwellenwert.
Vorteilhafterweise wird der Faktor auf der Grundlage einer mittleren Diensterwartung von Nutzern in der von der Basisstation bedienten Zelle definiert.
Vorteilhafterweise wird der Faktor auf der Grundlage einer gewichteten mittleren Diensterwartung von Nutzern in der von der Basisstation bedienten Zelle definiert.
Vorteilhafterweise wird der Faktor auf der Grundlage einer Standardabweichung der Diensterwartung von Nutzern in der von der Basisstation bedienten Zelle definiert.
Vorteilhafterweise wird der Faktor auf der Grundlage eines Perzentils der Diensterwartung von Nutzern in der von der Basisstation bedienten Zelle definiert.
Vorteilhafterweise wird der Faktor auf der Grundlage eines Skalierungsfaktors definiert, der einen Grad von Konservativität einführt.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren das Anpassen des Skalierungsfaktors auf der Grundlage einer aktuellen Sendeleistung in der Zelle.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren das Anpassen des Skalierungsfaktors auf der Grundlage einer gemessenen Interferenz in der Zelle.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren ein Bestimmen eines Interferenzeffekts in einer von einer Basisstation eines Mobilfunk-Kommunikationsnetzes bedienten Zelle, wobei die Interferenz durch Übertragungen von einer Basisstation in wenigstens einer Nachbarzelle des Netzes verursacht wird, ein Erhalten von Messungen von mit der Basisstation verbundenen mobilen Vorrichtungen; und ein Verwenden der Messungen, um ein Maß für eine Empfindlichkeit einer Nutzenfunktion in der von der Basisstation bedienten Zelle im Hinblick auf Änderungen der mittels der Basisstation in der wenigstens einen Nachbarzelle des Netzwerks jeweiligen Teilbändern zugeteilten Abwärtsstreckenübertragungsleistungen abzuleiten.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren das Erhalten von Messungen von den mobilen Vorrichtungen in einer Vielzahl von Teilbändern.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren ein wiederholtes Erhalten jeder der Messungen und Ausbilden eines zeitgemittelten Werts für jede der Messungen.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren das Ausbilden von gemittelten Messungen aus Messungen, die mittels einer Vielzahl von mobilen Vorrichtungen für jedes der Teilbänder durchgeführt wurden.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren für jede gemittelte Messung, die unterhalb eines Schwellenwerts liegt, das Einstellen der Empfindlichkeit einer Nutzenfunktion für jedes entsprechende Teilband auf einen negativen Wert.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei den Messungen um Messungen eines Kanalgüte-Indikators.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und zur Erläuterung, wie sie verwirklicht werden kann, wird nun beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:

1 einen Teil eines Mobilfunk-Kommunikationsnetzes, das gemäß Mobilfunkstandards der vierten Generation (4G), wie zum Beispiel LTE (Long-Term Evolution) arbeitet;
2 eine Basisstation in dem Netz von 1;
3 ein Schaubild, das den Effekt der Berücksichtigung eines Zufriedenheitsfaktors veranschaulicht;
4 ein Schaubild, das den Effekt der Berücksichtigung eines modifizierten Zufriedenheitsfaktors veranschaulicht;
5 ein Ablaufdiagramm, das ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren veranschaulicht;
6 eine Änderung des Nutzens im zeitlichen Ablauf für verschiedene Werte eines Skalierungsfaktors;
7 eine Änderung der Leistung im zeitlichen Ablauf für verschiedene Werte eines Skalierungsfaktors;
8 ein Ablaufdiagramm, das ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren veranschaulicht;
9 eine Änderung des Nutzens im zeitlichen Ablauf für verschiedene Werte eines Skalierungsfaktors;
10 eine Änderung der Leistung im zeitlichen Ablauf für verschiedene Werte eines Skalierungsfaktors;
11 eine Beziehung zwischen dem Signal-zu-Interferenz-und-Rausch-Verhältnis und einem Kanalgüte-Indikator und der Bandbreiteneffizienz;
12 ferner eine Beziehung zwischen dem Signal-zu-Interferenz-und-Rausch-Verhältnis, einem Kanalgüte-Indikator und der Bandbreiteneffizienz;
13 die verfügbaren Verbindungen zwischen Basisstationen in einer möglichen Bereitstellung von Femtozellen- und Makrozellen-Basisstationen;
14 Frequenzzuteilungen in möglichen Bereitstellungen von Femtozellen- und Makrozellen-Basisstationen;
15 Beziehungen zwischen Nutzen, Leistung und erforderlicher Bitrate;
16 eine zweite Veranschaulichung der Beziehungen zwischen Nutzen, Leistung und der erforderlichen Bitrate.

1 zeigt einen Teil eines Mobilfunk-Kommunikationsnetzes 10, das gemäß Mobilfunkstandards der vierten Generation (4G), wie zum Beispiel LTE (Long-Term Evolution) arbeitet. Das Netz 10 umfasst Basisstationen auf der Makroschicht oder eNBs (Enhanced Node Bs) 12, 14, welche die jeweilige Zelle 16, 18 bedienen, wobei es sich versteht, dass es einen Überlagerungsbereich zwischen den beiden Zellen 16, 18 gibt, in dem eine Vorrichtung einer Nutzereinrichtung in der Lage wäre, eine Verbindung mit einer der Basisstationen 12, 14 herzustellen.
Innerhalb der Zellen 16, 18 befindet sich eine Anzahl von Basisstationen für Femtozellen bzw. HeNBs (Home enhanced Node B's) 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, wobei jede eine jeweilige Zelle in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft bedient. Bekanntlich kann es innerhalb einer Makrozelle mehrere zehn, hundert oder sogar tausend Femtozellen geben. 1 zeigt zum Zwecke der Erläuterung nur eine geringe Anzahl solcher Femtozellen. Die Femtozellen können zum Beispiel einzelnen Kunden des Mobilfunknetzes gehören, oder sie können der gemeinsamen Verwaltung der Örtlichkeit unterliegen, auf der sie sich befinden, wie zum Beispiel ein Einkaufszentrum, ein Universitätscampus, ein Büropark oder ein großes Bürogebäude.
2 zeigt detaillierter die Form einer der Basisstationen in dem Netz. Bei der in 1 gezeigten Basisstation 40 kann es sich um eine Makroschicht-Basisstation oder um eine Femtozellen-Basisstation handeln.
Die Basisstation 40 weist ein Sender/Empfänger-Schaltungssystem 42 zum Umwandeln von Signalen in die oder aus den für die Übertragung über die Luftschnittstelle erforderliche(n) Formate(n) auf. Wie oben erwähnt, ist in diesem veranschaulichenden Beispiel vorgesehen, dass die Basisstation einen Teil einen LTE-Netzes bildet, und das Sender/Empfänger-Schaltungssystem wandelt daher die Signale in die und aus den hierfür erforderliche(n) Formate(n) um. Eine Antenne 44 ist an das Sender/
Empfänger-Schaltungssystem 42 angeschlossen.
Die Basisstation weist außerdem ein Schnittstellen-Schaltungssystem 46 zur Verbindung mit dem Rest des Netzes auf. Wenn es sich bei der Basisstation 40 um eine Femtozellen-Basisstation handelt, könnte das Schnittstellen-Schaltungssystem 46 zum Beispiel zum Umwandeln von Signalen in die und aus den für die Übertragung über eine Breitband-Internetverbindung erforderliche(n) Formate(n) geeignet sein. Wenn es sich bei der Basisstation 40 um eine Makroschicht-Basisstation handelt, könnte das Schnittstellen-Schaltungssystem 46 zum Beispiel zum Umwandeln von Signalen in die und aus den für die Übertragung über eine dedizierte Verbindung zu dem Kernnetz des Mobilfunk-Kommunikationsnetzes erforderliche(n) Formate(n) geeignet sein.
Zum Verarbeiten der Signale und zum Extrahieren relevanter Daten aus diesen ist ein Modem 48 zwischen das Sender/Empfänger-Schaltungssystem 42 und das Schnittstellen-Schaltungssystem 46 geschaltet. Das Modem 48, das Sender/Empfänger-Schaltungssystem 42 und das Schnittstellen-Schaltungssystem 46 arbeiten gemäß der Regelung durch einen nachfolgend ausführlicher beschriebenen Prozessor 50.
Eine der Erscheinungsformen des Betriebs der Basisstation 40, die von dem Prozessor 50 geregelt wird, ist die Zuteilung von Nutzern zu Kanälen mit bestimmten Frequenzen und die Zuteilung von bestimmten Leistungspegeln zu den verfügbaren Kanälen. Eine Erhöhung der Leistung von Signalen für einen bestimmten Nutzer verbessert typischerweise den Dienst, der diesem Nutzer bereitgestellt werden kann, zum Beispiel, indem die verfügbare Datenrate erhöht wird, aber sie könnte den Dienst verschlechtern, der anderen Nutzern bereitgestellt werden kann, zum Beispiel, indem der Interferenzpegel, den sie erkennen, erhöht wird.
Hier wird davon ausgegangen, dass in dem System K Zellen mit k ∈ K̃ = {1,2,...,K} und J Teilbändern j ∈ J̃ = {1,2,...J̃} vorhanden sind. Des Weiteren wird angenommen, dass jedes Teilband aus einer festen Anzahl von Unterträgern besteht. Außerdem wird angenommen, dass die Zeit aufgeteilt ist und dass die Übertragungen innerhalb jeder Zelle synchronisiert sind, sodass keine Interferenzen innerhalb der Zelle vorhanden sind. Zwei generische Größen sind besonders relevant für ein Koordinierungsschema für von Nachbarzellen verursachte Interferenzen bei Systemen auf LTE-Basis.
Die erste ist das Konzept des Nutzens, das im Allgemeinen die Stärke der Zufriedenheit des beteiligten Elements quantifiziert. U sei eine globale Nutzenfunktion des Systems, die angegeben ist durch $U = \sum_{k} U_{k} .$
Sie stellt die Summen aller Nutzenfunktionen unter allen Zellen dar, wobei U_k die Nutzenfunktion der Zelle k ist, die durch die Summe des Nutzens U_k,i unter allen Nutzern für die Zelle k angegeben ist, das heißt U_k = Σ, U_k,i. Es geht darum, eine Möglichkeit (oder mehrere Möglichkeiten) zu finden, um die globale Nutzenfunktion U zu verbessern oder vorzugsweise zu maximieren.
Die zweite Größe ist die Sendeleistung. Hier wird in dem Zusammenhang mit OFDMA-Systemen (Orthogonal Frequency Division Multiple Access, orthogonaler Frequenzmultiplex-Zugriff), wie zum Beispiel LTE, erwartet, dass die Sendeleistung frequenzabhängig ist. P_k,J sei die auf einem Teilband j der Zelle k zugeteilte Leistung, und die maximale Leistung, die Zelle k haben kann, sei P_k, das heißt Σ_jP_k,j≤ P_k. Das ganze Problem der Koordination der von Nachbarzellen verursachten Interferenzen reduziert sich darauf, wie P_k,j,∀j für jedes k zugeteilt wird, um U zu verbessern oder zu maximieren.
In A. L. Stolyar, H. Viswanathan, „Self-organizing Dynamic Fractional Frequency Reuse for Best-Effort Traffic Through Distributed Inter-cell Coordination“, Tagungsband IEEE Infocomm, April 2009, wird ein gradientengestütztes Verfahren vorgeschlagen, bei dem der globale Nutzen auf distributive Weise suboptimal verbessert wird. Der Hauptgedanke hinter dem vorgeschlagenen Verfahren ist der Folgende:
D_j (m,k) = ∂U_k /∂P_m,j sei die Änderungsrate der Nutzenfunktion U_k für die Zelle k im Hinblick auf die Sendeleistung, die der Zelle m für das Teilband j zugeteilt wurde. Die Größe entspricht der Änderung der Stärke der Zufriedenheit, der eine Zelle m bei dem Teilband j der Zelle k ausgesetzt wäre. Zum Zwecke der Erörterung wird diese Größe der Einfachheit halber auch D-Wert genannt. Offensichtlich kann eine Erhöhung von P_m,j potenziell eine negative Auswirkung auf U_k haben, wenn k≠m gilt (das heißt die Zelle m ist eine Nachbarzelle), da eine derartige Erhöhung eine zusätzliche, von Zelle m kommende Interferenz bei dem Teilband j generieren würde und umgekehrt. Wenn andererseits k = m ist, würde eine Erhöhung der Leistung bei dem Teilband j die Signalgüte bei diesem bestimmten Teilband verbessert und eine positive Auswirkung auf dessen Nutzen haben.
Es sei angemerkt, dass D_j(m,k) nicht sehr nützlich ist, wenn dieser Wert nur jeweils in einer Zelle berücksichtigt wird. Wenn er jedoch zwischen Nachbarzellen ausgetauscht wird, erlaubt er es der Nachbarzelle, die in den anderen Zellen verursachte Stärke der Auswirkung zu kennen, wenn dem jeweiligen Teilband ein bestimmter Leistungspegel zugeteilt wird. Indem sie D_j(m,k) von den Nachbarzellen empfängt, würde die Zelle k diese Werte dann für jedes Teilband j kumulieren, das
(wobei der Tausch der Indizes m und k der Tatsache entspricht, dass die Zelle k jetzt die Nachbarzelle jeder der Nachbarzellen m ist), einschließlich des Falles k = m.
Anders ausgedrückt entspricht D_j(k) der kumulierten Empfindlichkeit der Nutzenfunktion für alle Zellen aufgrund der Störung ihrer eigenen Sendeleistung bei Teilband j.
Wenn D_j(k)<0 gilt, würde ein positives Leistungsinkrement eine negative Auswirkung auf die kumulierte Zufriedenheit unter allen Zellen bewirken und umgekehrt. Der allgemeine Gedanke, der in dem oben erörterten Dokument nach dem Stand der Technik vorgeschlagen wird, besteht darin, dass für die Zelle k die Leistung durch Auswahl eines mit dem größten positiven Wert von D_j(k), verbundenen Teilbandes erhöht wird und umgekehrt.
δP > 0 sei ein fester Parameter, P_k =Σ_jP_k,j sei die gesamte aktuell verwendete Leistung, und P̃_k sei die Leistungsgrenze. In jedem der n_p. Zeitschlitze aktualisiert die Zelle k die Leistung nacheinander wie folgt:

1. Setzen von
wobei j_* der Teilbandindex ist, sodass D_i.(k) das kleinste unter allen /Teilbändern ist, wobei D_j(k) < 0 und P_k,j > 0 gegeben sind.
2. Wenn P_k = P̃_k, Setzen von
wobei j^* der Teilbandindex ist, sodass D_j(k) das größte unter allen j-Teilbändern ist, wobei D_j(k) > 0.
3. Wenn P_k = P̃_k und max_j D_j(k)>0, Setzen von
und
wobei D_j(k) und D_j*(k) das größte und das kleinste unter jenen j-Teilbändern sind, wobei P_k,j > 0 und

In diesem veranschaulichten Ausführungsbeispiel berücksichtigt der Anpassungsalgorithmus für die Abwärtsstreckenleistung die von den Nutzern wahrgenommene Dienstgüte (QoS).
Eine allgemeine Nutzenfunktion für die Zelle k wird typischerweise als die Summe der Logarithmen der mittleren Bitraten über alle Nutzer innerhalb der Zelle k definiert. Diese Nutzenfunktion ist in der Ökonomie verankert und wird durch die Tatsache motiviert, dass eine feste Erhöhung der Bitrate bei einer niedrigen Bitrate wichtiger ist als für Nutzer, die sich bereits einer hohen Bitrate erfreuen. Ein weiterer Vorteil einer derartigen Funktion ist, dass sie gleichmäßig und kontinuierlich differenzierbar ist, was die Komplexität bei der Berechnung der Nutzenempfindlichkeit vereinfacht. Trotz der oben genannten Vorteile sieht eine derartige Nutzenfunktion nicht ohne Weiteres ein Mittel zur Einbeziehung der Dienstgüte in den Mechanismus zur Leistungsanpassung vor. Es sollen zum Beispiel drei Nutzer in Betracht gezogen werden, die von einer Basisstation mit Bitraten von 1 Mbit/s, 2 Mbits bzw. 3 Mbit/s bedient werden. Wenn alle drei Nutzer lediglich eine Bitrate von 500 KBit/s benötigen, ist es möglicherweise aus der Sicht der Ressourcennutzung nicht effizient, mehr als nötig bereitzustellen. Eine unnötige hohe Leistung erzeugt einen unnötigen Interferenzpegel, der einen Dominoeffekt auf die Nachbarzellen hätte. Um eine gute Stärke der Zufriedenheit aufrecht zu erhalten, würden die Nachbarn eine höhere Leistung benötigen, wodurch die Gesamtinterferenz im Hintergrund verstärkt würde. Auch das Gegenteil trifft zu: Wenn eine Basisstation ihre Leistung auf einen Pegel verringert, der gerade noch die Bitratenanforderungen der Nutzer erfüllt, würde sich der Interferenzpegel zu ihren Nachbarn verringern. Die Nachbarn würden wiederum weniger Leistung benötigen, um die Anrufgüte aufrecht zu erhalten, wodurch weniger Interferenz an die ursprüngliche Basisstation abgegeben würde. Dies führt dazu, dass die ursprüngliche Basisstation wiederum weniger Leistung benötigen würde, um die Anrufgüte aufrecht zu erhalten. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis sich die Hintergrundinterferenz und daher die Sendeleistungen aller Basisstationen schließlich auf einem niedrigeren Pegel einpendeln.
Die Implikation des oben genannten Prozesses ist wichtig, da der Gedanke, unnötige Leistung zu entfernen, einen „Rückkopplungsmechanismus“ vorsieht, der schließlich dabei hilft, die Leistungsanforderung für eine feste Dienstgüte aufgrund der Absenkung der Gesamtinterferenz weiter zu verringern. Diese Absenkung der Leistungsanforderung wirkt sich für das Netz als Energieeinsparung aus.
Eine Möglichkeit, um die Dienstgüte zu berücksichtigen, besteht darin, die Nutzenfunktion zu modifizieren. Ein solcher Ansatz macht die Nutzenfunktion jedoch potenziell komplexer und kompliziert dadurch die Empfindlichkeitsberechnung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird quantifiziert, ob die Erwartung eines Nutzers mittels einer Größe erfüllt wird, die als „Zufriedenheitsfaktor“ H_k,i bezeichnet wird, der folgendermaßen angegeben wird: $H_{k, i} = \frac{{\bar{R}}_{k, i}}{{\tilde{R}}_{k, i}}$
wobei:
die gemittelte, von dem Nutzer /in der Zelle k erreichte Bitrate ist und
die entsprechende Bitratenanforderung ist, die direkt proportional zu der garantierten Bitrate (GBR) (wie zum Beispiel in 3GPP TS 36.413, S1 Anwendungsprotokoll (S1AP), Release 9, v9.5.1 erörtert) oder eine Funktion der GBR sein kann.
Wenn H_k,_i> 1, nimmt der Nutzer eine Bitrate wahr, welche die Erwartung übertrifft. Das Gegenteil gilt, wenn H_k,i < 1 gilt. H_k ⁽ⁿ⁾ sei das gewichtete n-te Moment der Zufriedenheit der Zelle k, das heißt $H_{k}^{(n)} = \frac{1}{N_{k}} \sum_{i = 1}^{N_{k}} w_{k, i} H_{k, i}^{n}_{_{,}}$
wobei Folgendes gilt:
N_k ist die Anzahl von Nutzern in der Zelle k und
w_k,i ist eine zellenspezifische Gewichtung für den Nutzer i in Zelle k.
Diese Gewichtung kann verwendet werden, um den Schwerpunkt unter den Nutzern innerhalb der Zelle zu beeinflussen, und folgt der Zwangsbedingung
Bei einem besonderen Fall, wenn w_k,1 = w_k,2 = ... = w_k,N, = 1, reduziert sich
auf ein einfaches arithmetisches Mittel.
Es sei angemerkt, dass H̅_k =1 impliziert, dass die mittlere Zufriedenheit für die Zelle k die Erwartung erfüllt. Es impliziert jedoch auch, dass einige Nutzer unter der Erwartung liegen, während einige über der Erwartung liegen. Während dieses Mittel zur Quantifizierung der Leistung im Allgemeinen nützlich ist, besteht ein verfeinerter Ansatz darin, einen konservativen Spielraum für den Mittelwert vorzusehen, sodass $H_{k} = {\bar{H}}_{k} - λ_{k} {\hat{H}}_{k},$
wobei H_k als die „wahre“ Zufriedenheit bezeichnet wird und λ_k ein Skalierungsfaktor ist, der die Stärke der „Konservativität“ regelt. Die Größe Ḣ_k ist die gewichtete Standardabweichung der Zufriedenheit innerhalb der Zelle k und wird angegeben durch
Der Effekt des Versetzens des Zufriedenheitsfaktors, um die Konservativität für die Leistungsanpassung zu erhöhen, ist in 3 gezeigt. 3 zeigt die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion von H_k. Wenn die Leistungsverwaltung so betrieben wird, dass
gilt, gibt die Fläche des Bereichs A in 3 die Wahrscheinlichkeit an, dass die wahre Zufriedenheit unter dem Einswert liegt. Durch Versetzen des Zufriedenheitsfaktors um λ_kH̅_k̂ verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass die wahre Zufriedenheit unter dem Einswert liegt, von der Fläche von Bereich A zu der von Bereich B.
4 veranschaulicht eine allgemeinere Möglichkeit, um die Konservativität zu erhöhen, indem H_k als das X-te Perzentil von
∀i definiert wird. Nach dieser Definition würden nur X % der Zufriedenheit wie in 4 gezeigt unter dem Einswert liegen.
5 zeigt einen Prozess zum Einstellen der Abwärtsstreckenleistung, wobei der wahre Zufriedenheitsfaktor mit einbezogen wird. Dieser Prozess wird periodisch wiederholt.
Bei Schritt 70 wird ein Teilbandindex j· so ausgewählt, dass Dj. (k) das kleinste unter allen j-Teilbändern ist, da D_j(k) < 0 und P_k,j > 0. Folglich wird bei diesem Schritt das Teilband ausgewählt, für das eine Leistungsminderung den vorteilhaftesten Effekt hätte.
Der Prozess wird dann bei Schritt 72 fortgesetzt, bei dem die Leistung auf dem Teilbandindex
verringert wird. Die Leistung wird speziell von ihrem aktuellen Wert P_k,j. um einen Dekrementwert δP verringert, obwohl sie natürlich nicht unter null gesenkt werden kann. Folglich ist $P_{k, j *} = max (P_{k,j*} - δ P,0) .$
Nach dem Ende von Schritt 72 wird der Prozess bei Schritt 74 fortgesetzt. Bei Schritt 74 wird bestimmt, ob die Gesamt-Sendeleistung für die Zelle P_k, geringer ist als die maximal erlaubte Gesamtleistung P̃_k.
Wenn die Gesamt-Sendeleistung für die Zelle geringer ist als die maximal erlaubte Gesamtleistung, kann die Leistung in einem der Teilbänder erhöht werden, und dieses Teilband wird bei Schritt 76 ausgewählt. Folglich wird bei Schritt 76 das Teilband ausgewählt, für das eine Leistungserhöhung den vorteilhaftesten Effekt hervorrufen würde. Das heißt, das Teilband j* wird so ausgewählt, dass D_j*(k) das größte unter allen j-Teilbändern ist, wobei D_j(k) > 0 gilt.
Die Zufriedenheit der Zelle wird dann verwendet, um zu entscheiden, ob die Leistung in diesem Teilband tatsächlich erhöht werden soll. Der Prozess wird speziell bei Schritt 78 fortgesetzt, in dem geprüft wird, ob die Zelle zufrieden ist. Dies wird dadurch bestimmt, dass geprüft wird, ob die wahre Zufriedenheit geringer ist als der Einswert, das heißt, ob H_k< 1. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird bestimmt, dass die Zelle nicht ausreichend zufrieden ist, und der Prozess wird bei Schritt 80 fortgesetzt, bei dem die Leistung in dem bei Schritt 76 ausgewählten Teilband erhöht wird. Die Leistung wird speziell von ihrem aktuellen Wert P_k,j* um einen Inkrementwert δP erhöht oder um das maximale Inkrement, das angewendet werden kann, ohne die Gesamtleistung der Zelle über die maximal erlaubte Gesamtleistung P̃k hinaus zu erhöhen, wenn das letztgenannte Inkrement kleiner ist. Das heißt, bei Schritt 80 wird P_k,j*= P_k,j* + min (δP, P̅_k - P_k) gesetzt.
Wenn bei Schritt 78 bestimmt wird, dass die Zelle ausreichend zufrieden ist, das heißt H_k≥ 1, wird die Leistung verringert, um Energie zu sparen und die Effizienz zu erhöhen. Die Leistung wird speziell von ihrem aktuellen Wert P_k,j* um einen Dekrementwert δP verringert, obwohl sie natürlich nicht unter null gesenkt werden kann. Folglich wird bei Schritt 82 P_k,j* = max (P_k,j* -δP, 0) gesetzt.
Wenn bei Schritt 74 bestimmt wurde, dass die maximale Gesamtleistung für die Zelle bereits verwendet wird, dann kann die Leistung in einem Teilband nur dann erhöht werden, wenn sie gleichzeitig in einem anderen Teilband gesenkt wird. Wenn daher bei Schritt 74 bestimmt wird, dass die Ungleichheit nicht wahr ist, wird der Prozess bei Schritt 84 fortgesetzt, in dem Teilbänder ausgewählt werden. Folglich wird auf der Grundlage, dass D_j*(k) für verschiedene Werte von j, wobei P_kj > 0 ist, der größte Wert von D_j(k) unter allen j-Teilbändern ist und D_j* (k) der kleinste Wert von D_j(k) ist, ein Teilband j* als günstigstes für eine Leistungserhöhung ausgewählt und ein Teilband j* als günstigstes für eine Leistungsabsenkung ausgewählt.
Nachdem bei Schritt 84 das Teilband ausgewählt wurde, das nun das günstigste für eine Leistungsabsenkung ist, wird der Prozess bei Schritt 86 fortgesetzt, im dem die Leistung von ihrem aktuellen Wert P_k,j. um einen Dekrementwert δP verringert wird, obwohl sie natürlich nicht unter null gesenkt werden kann. Folglich wird in Schritt 86
gesetzt.
Es wird dann bestimmt, ob es vorteilhaft ist, die Leistung in einem der Teilbänder zu erhöhen, indem die Leistung, die einem der Teilbänder in Schritt 86 entzogen wurde, neu zugeteilt wird. Bei Schritt 88 wird speziell geprüft, ob die Zelle zufrieden ist. Dies wird bestimmt, indem geprüft wird, ob die wahre Zufriedenheit geringer ist als der Einswert, das heißt, ob H_k< 1. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird bestimmt, dass die Zelle nicht ausreichend zufrieden ist, und der Prozess wird bei Schritt 90 fortgesetzt, bei dem die Leistung in dem bei Schritt 86 ausgewählten Teilband erhöht wird, und zwar dem Teilband, in dem die Leistungserhöhung den vorteilhaftesten Effekt hat. Die Leistung wird speziell um den Betrag erhöht, um den die Leistung in dem Teilband j· in Schritt 86 gesenkt wurde. Folglich wird die Leistung von ihrem aktuellen Wert P_k,j* um den Inkrementwert δP oder um die vorherige Leistung auf dem Teilband j· erhöht, wenn der letztgenannte Betrag kleiner ist. Das heißt, bei Schritt 90 wird
gesetzt.
Wenn bei Schritt 88 bestimmt wird, dass die Zelle ausreichend zufrieden ist, das heißt H_k≥ 1 gilt, wird die Leistung verringert, um Energie zu sparen und die Effizienz zu erhöhen. Die Leistung wird speziell von ihrem aktuellen Wert P_k,j* um einen Inkrementwert δP verringert, obwohl sie natürlich nicht unter null gesenkt werden kann. Folglich wird in Schritt 92
gesetzt.
Folglich prüft der Prozess bei den Schritten 78 und 88, ob die wahre Zufriedenheit unter dem Einswert liegt, und bei den Schritten 82 und 92 ist es möglich, niedrigere Leistungswerte einzustellen, als sonst eingestellt würden, wenn die wahre Zufriedenheit größer als oder gleich dem Einswert wäre.
6 veranschaulicht, welche Auswirkung der erreichte Nutzen auf die Wahl von unterschiedlichen Werten für den Skalierungsfaktor λ_k hat. 6 zeigt speziell den mittleren Nutzen pro Zelle (bei diesem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel ist dieser wie oben definiert, das heißt als die Summe der Logarithmen der mittleren Bitraten über alle Nutzer) als Funktion der Zeit für λ_k = 0,01 (Linie 100 in 6) und λ_k = 1,20 (Linie 102 in 6) bei einer Soll-Transportblockgröße (TBS) von 70 Byte pro Übertragungszeitintervall (TTI). Zu Vergleichszwecken wurde das Ergebnis des Falls ohne Dienstgüte-Anforderung (Linie 104 in 6) ebenfalls mit aufgenommen. Bei λ_k = 0,01 ist ersichtlich, dass der mittlere Nutzen dem Soll (Linie 106 in 6) leidlich gut folgt. Wenn sich λ_k auf 1,20 erhöht, wird das System konservativer, was wie erwartet zu einer Erhöhung des mittleren Nutzens und folglich zu einer Verringerung der Anzahl von Nutzern führt, bei denen die erreichte Bitrate unter die erforderliche Rate fällt. In dem Fall, in dem kein Grenzwert für die Dienstgüte angewendet wird, würde das System so viel Leistung wie möglich verwenden, und der Nutzen wäre entsprechend höher.
7 veranschaulicht die Ausweitung der Wahl von unterschiedlichen Werten für den Skalierungsfaktor λ_k auf die mittlere Leistung pro Zelle. 7 zeigt speziell die mittlere Leistung pro Zelle als Funktion der Zeit für λ_k = 0,01 (Linie 110 in 7) und λ_k = 1,20 (Linie 112 in 7). Zu Vergleichszwecken wurde das Ergebnis des Falls ohne Dienstgüte-Anforderung (Linie 114 in 7) ebenfalls mit aufgenommen. Wenn folglich das System einen größeren Nutzen erreicht, ohne den Grenzwert für die Dienstgüte zu berücksichtigen, ist die Sendeleistung auch höher, da jeder eNB mit seiner maximalen Leistung von 10 mW sendet, wie in 7 gezeigt. Wenn andererseits der Zufriedenheitsfaktor angewendet wird, während die Dienstgüte-Anforderung berücksichtigt wird, kann eine deutliche Leistungseinsparung erreicht werden. In dem Fall, in dem λ_k = 0,01 gilt, verringert sich der Nutzen um etwa 8 %, verglichen mit dem Fall ohne Grenzwert für die Dienstgüte, während die Sendeleistung um mehr als 80 % gesenkt wird. Eine geringere Verringerung des Nutzens, aber mit einer entsprechend geringeren Verringerung der Sendeleistung, kann durch Einstellen eines höheren, konservativeren Skalierungsfaktors erreicht werden. Diese Verringerung der Sendeleistung kann nicht nur einer verringerten Bitratenanforderung zugeschrieben werden, sondern auch der Verringerung der Gesamtinterferenz. Dies zeigt, dass deutliche Leistungseinsparungen erreicht werden können.
Wie oben erwähnt, regelt der Skalierungsfaktor λ_k die „Konservativität“ des Nutzens so, dass ein höherer Wert den Gesamtnutzen des Systems zu Lasten einer höheren Sendeleistung verbessert. Folglich sieht dieser Parameter einen Freiheitsgrad vor, um die Höhe des Nutzens des Systems über den Kompromiss zwischen Nutzen und Leistungsaufnahme abzustimmen.
Zum Beispiel kann der Skalierungsfaktor auf der Grundlage der aktuellen Sendeleistung angepasst werden. Wenn die aktuelle Sendeleistung ihren Maximalwert erreicht, erhöht sich die Systemleistung vermutlich nicht. Indem andererseits λ_k verringert wird, könnte eine geringfügige Verringerung in dem Gesamtnutzen auftreten, aber es könnte auch eine potenziell deutliche Leistungsverringerung auftreten. Folglich ist es eine Alternative zu den obigen Algorithmen, λ_k um einen Schritt Δλ_k zu verringern, wenn die mittlere Leistung P̅_k oberhalb eines gewissen Schwellenwerts liegt, und λ_k um einen Schritt Δλ_k zu erhöhen, wenn die mittlere Leistung unterhalb eines weiteren Schwellenwerts liegt.
Wenn der Skalierungsfaktor λ_k hoch ist, wird mehr Leistung verwendet, um den Gesamtnutzen innerhalb der Zelle zu verbessern, wodurch die Stärke der Abwärtsstreckeninterferenz für die Nachbarn erhöht wird. Folglich ist es eine weitere Alternative zu den obigen Algorithmen, λ_k auf der Grundlage der bei der Zelle beobachteten Stärke der Abwärtsstreckeninterferenz in einer Zelle anzupassen. Der Interferenzwert kann auf der Grundlage des Indikators RSSI (Carrier Received Signal Strength Indicator) der Luftschnittstelle E-UTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access) unter Verwendung des Abwärtsstrecken-Empfangsmodus (DLM) oder Messungen an mobilen Vorrichtungen erhalten werden. Diese Messungen können auf der Grundlage der zeitgemittelten RSSI-Werte oder auf der Grundlage des Perzentils der RSSI-Werte erfolgen. Die Empfehlung, den Wert λ_k zu senken, wird dann an die Nachbarn gesendet, zum Beispiel über eine private Nachricht auf der X2-Schnittstelle.
Wie oben erörtert, beschreibt die Größe D_j(k,m) die Stärke von Nutzeneffekten aufgrund der Leistungsänderung von dem Nachbar m bei dem Teilband j. Anschließend wird die kumulierte Auswirkung der Änderung des Nutzens über alle Nachbarn für das Teilband /angegeben durch $D_{j} (k) = \sum_{m} D_{i} (k, m)$
Das bei Stolyar vorgeschlagene Verfahren zum Berechnen von D_j(k) bezieht folglich die Berechnung der Änderungsrate der Nutzenfunktion im Hinblick auf die Leistung mit ein. Diese Größe wird dann kumuliert, wie mittels Gleichung (2) gezeigt, und das Ergebnis wird an die Nachbarn verteilt. Es gibt jedoch keine Standardschnittstelle, die es erlaubt, eine solche Größe zwischen Basisstationen weiterzugeben (insbesondere wird eine solche Größe von der X2-Standardschnittstelle nicht unterstützt), und somit erfordert die Kommunikation dieses Ergebnisses eine proprietäre Schnittstelle zwischen Basisstationen. Da es unpraktisch oder unmöglich sein kann, eine proprietäre Schnittstelle bereitzustellen, und es effizienter ist, die X2-Standardschnittstelle zu verwenden, sofern eine verfügbar ist, wird daher eine alternative Formulierung des Werts D_j(k) verwendet, um einen Algorithmus vorzusehen, der nur von mittels der X2-Schnittstelle verbundenen Basisstationen verwendet werden kann.
Gemäß TS36.423, X2-Anwendungsprotokoll (X2AP), V8.3.0, 3GPP, 2008.0 ist ein Informationselement (IE) von dem Typ RNTP (Relative Narrowband Tx Power, relative Schmalband-Sendeleistung) in der X2-Nachricht Load Information (Lastinformationen) enthalten. Für jeden Ressourcenblock informiert das RNTP-IE die Nachbarzellen darüber, ob die Leistung der sendenden Zelle bei einem derartigen Ressourcenblock über (1) oder unter (0) einem bestimmten Schwellenwert (RNTP threshold, RNTP-Schwellenwert) liegt. Damit die X2-Schnittstelle verwendet werden kann, muss D_j(k,m) unter Berücksichtigung der Elemente formuliert werden, die in X2 verfügbar sind. Die neu formulierten Werte für D_j(k,m) können dann zwischen Basisstationen ausgetauscht werden.
Als ein Beispiel für eine derartige Neuformulierung soll Folgendes gelten: $D_{j} (k, m) = {\begin{matrix} - \sum_{i} \frac{G_{i}^{(m)}}{G_{i}^{(k)}} ρ_{j, m} & m \neq k \\ 0 & m = k \end{matrix}$
wobei G_i ^(m) der Pfadgewinn zwischen der mobilen Vorrichtung i (von der Zelle k bedient) und dem Nachbarn m, und ρ_j.m der RNTP-Wert für das Teilband j ist.
Auf diese Weise können mobile Vorrichtungen Messungen von den Nachbarzellen durchführen, um diese Informationen zu erhalten, und an die bedienende Basisstation zurückmelden. Die bedienende Basisstation kann dann die Berechnungen auf der Grundlage von Gleichung (8) durchführen.
Der Pfadgewinn G_i ^(m) kann an der mobilen Vorrichtung durch Messen der RSRP (Reference Signal Reference Power, Referenzsignal-Referenzleistung) (beschrieben in TS 36.214, Physical layer; Measurements, V9.2.0, 3GPP, 2010) und der entsprechenden Sendeleistung von dem Nachbarn m über den Broadcast-Kanal des Nachbarn erhalten werden.
Genauer gesagt, soll der zu dem Zeitpunkt t abgetastete Pfadgewinn wie folgt definiert sein:
wobei RSRP_m(t) die RSRP der zu dem Zeitpunkt t abgetasteten Zelle m ist, und P_m ^ref die Referenzsignalleistung von dem Broadcast-Kanal des Nachbarn ist.
Als Alternative kann
definiert werden, da das Verhältnis der RSRP-Werte außerdem die relative Auswirkung der Nachbar-Basisstation m im Hinblick auf die bedienende Basisstation vorsehen würde.
Es sei angemerkt, dass die an der mobilen Vorrichtung oder an der Basisstation (unter Verwendung eines Abwärtsstrecken-Monitors (DLM) in der Nachbarschaft der Basisstation) erhaltenen Messungen aufgrund von Kanal-Fading, Abschattung, usw. schwanken können. Es ist typischerweise repräsentativer, ein Mittel über viele Abtastungen zu nehmen, um das Langzeitmittel des Pfadgewinns wiederherzustellen. Auf diese Weise kann G_i ^(m)(t) als exponentielles Mittel erhalten werden: $G_{i}^{(m)} (t) = (1 - α) G_{i}^{(m)} (t - 1) + α g_{i}^{m} (t),$
oder, einfacher, als Blockmittelwert:
Alternativ kann G_i ^(m)(t) ein x-tes Perzentil der Abtastungen {g_i ^(m)(t), t=t-1, t-2, ..., t-N} sein.
Die Größe ρ_j,m kann eine sinnvolle Kumulierung der RNTP-Werte für jeden Ressourcenblock innerhalb eines Teilbandes sein. Eine einfache Lösung ist
wobei Q die Anzahl von Ressourcenblocks pro Teilband und ρ_j,m ^(q) die RNTP für den Ressourcenblock q in dem Teilband /von dem Nachbarn m ist. Eine andere Möglichkeit zum Kumulieren der Werte pro Ressourcenblock zu einem Teilband besteht darin, zum Beispiel den Maximalwert aus
zu nehmen.
8 ist ein Ablaufdiagramm des Gesamtprozesses, der sich periodisch wiederholt. Es sei angemerkt, dass die Größe D_j(k,m) nicht mehr explizit die Empfindlichkeit des Nutzens für die Zelle k in dem Teilband j in Bezug auf die Leistung von dem Nachbarn m darstellt. Vielmehr stellt sie die kumulierte Auswirkung unter mobilen Vorrichtungen in der Zelle k aufgrund der Zelle m dar, wenn die Zelle k auf dem Teilband j übertragen sollte. Je negativer die Größe ist, um so mehr Auswirkung hat sie, und daher würde die Zelle k ferner die Übertragung auf dem jeweiligen Teilband vermeiden.
Es ist wichtig anzumerken, dass die Formulierung von D_j(k,m) in der Gleichung (8) oben davon ausgeht, dass die mobilen Vorrichtungen die Fähigkeit haben, den Broadcast-Kanal zu messen und die Sendeleistung des Nachbarn sowie die direkte Messung der RSRP desselben Nachbars zu erhalten. Eine vereinfachte Möglichkeit zum Berechnen von D_j(k,m) ist angegeben durch $D_{i} (k, m) = {\begin{matrix} - \frac{G^{(m)}}{G_{k}} ρ_{i, m} & m \neq k \\ 0 & m = k \end{matrix}_{,}$
wobei G^(m) der Pfadgewinn zwischen dem DLM, der sich in der Nachbarschaft der Basisstation für die Zelle k befindet, und dem entsprechenden Sender bei der Basisstation in der Zelle m ist und G_k eine positive Konstante ist.
Bei der Formulierung in Gleichung (11) ist ein größerer Wert von D_j(k,m) ein Wert, der näher bei null liegt. Wenn der Pfadgewinn des Nachbarn bei j groß ist und der Nachbar mit einer höheren Leistung als von ρ_j,m angegeben sendet, dann nimmt das Verhältnis einen großen Wert an, und das negative Vorzeichen würde diese Größe negativer machen und weiter von null weg führen. Je negativer diese Größe ist, umso nachteiliger wäre dieses Teilband /für die Übertragung. Folglich sind die Empfindlichkeit, und damit das Risiko, höher, wenn die bedienende Basisstation in dem Teilband j übertragen sollte.
Wenn keine Meldungen von mobilen Vorrichtungen verfügbar sind, die eine Berechnung des Pfadgewinns zwischen der bedienten mobilen Vorrichtung und den Nachbarn erlauben, kann sich die bedienende Basisstation immer noch auf ihren Abwärtsstrecken-Monitor (DLM) stützen, um den Pfadgewinn (zwischen ihrem DLM und dem Nachbarn) zu schätzen, wobei dieser Signale erkennt, die von benachbarten Basisstationen auf System-Abwärtsstreckenfrequenzen übertragen werden. Anders ausgedrückt, fungiert der DLM als Nutzer zum Zwecke der Schätzung des Pfadgewinns. Natürlich wäre dies nicht so repräsentativ wie das Erhalten von Informationen von den mobilen Nutzern, da sich die mobilen Nutzer an unterschiedlichen Standorten innerhalb der Zelle befinden.
Wenn keine DLM-Informationen zur Verfügung stehen, müsste sich die Basisstation schließlich auf die Informationen stützen, welche die X2-Schnittstelle bereitstellt, und zwar den Wert ρ_j,m, und so könnte D_j(k,m) definiert werden als: $D_{i} (k, m) = {{\begin{matrix} - ρ_{i, m} & m \neq k \\ 0 & m = k \end{matrix}}_{.}$
Folglich wird in der X2-kompatiblen Version des Algorithmus die Größe D_j(k) so neu formuliert, dass sie Daten nutzt, die in der X2-Schnittstelle zwischen zwei eNBs verfügbar gemacht werden können. Beispielshalber kann D_j(k) so neu definiert werden, wie in den Gleichungen (8), (11) bzw. (12) oben gezeigt ist.
Die Neudefinition führt dazu, dass einige Modifikationen des ursprünglichen Algorithmus vorgenommen werden, um den Algorithmus stabiler und robuster zu machen.
Folglich wird in 8 bei Schritt 120 ein Teilband-Index
so ausgewählt, dass D_j.(k) das kleinste unter allen j-Teilbändern ist, da D_j(k) < 0 und P_k,j > 0 gelten. Folglich wird bei diesem Schritt das Teilband ausgewählt, für das eine Leistungserhöhung den geringsten oder am wenigsten vorteilhaften Effekt auf die Zellenleistung hat, und die Leistung genau dieses Teilbandes könnte später verringert werden.
Bei Schritt 122 wird ein Teilband-Index j* ausgewählt, wobei die Absicht ist, dasjenige Teilband auszuwählen, für das eine Leistungserhöhung den größten oder vorteilhaftesten Effekt auf die Zellenleistung hat. Wie mittels der Gleichungen (7) und (11) gezeigt, hätte D_j(k) in dem besten Teilband einen Wert von null, und es ist möglich, dass es mehrere Teilbänder gäbe, die dieses Kriterium erfüllen würden. Um die Möglichkeit zu vermeiden, dass die Leistung nur in einem Teilband erhöht wird, wird das Teilband, in dem die Leistung später erhöht werden könnte, zufällig aus einer Menge von Teilbändern mit D_j(k) =0 ausgewählt. Auf diese Weise können potenziell mehr Teilbänder eine Leistung ungleich null annehmen, und die Auslastung der Teilbänder erhöht sich.
Bei Schritt 124 wird geprüft, ob
(k) < 0 gilt. Da der Teilband-Index so ausgewählt wurde, dass D_i.(k) das kleinste unter allen j-Teilbändern ist, wird in Schritt 124 tatsächlich geprüft, ob es ein Teilband mit einem negativen Wert für D_j.(k) gibt. Das heißt, dass bei Schritt 124 geprüft wird, ob es irgendein Teilband gibt, bei dem eine Leistungserhöhung einen unvorteilhaften Effekt hätte.
Bei Schritt 124 kann auch geprüft werden, ob die Zelle zufrieden ist. Dies wird dadurch bestimmt, dass geprüft wird, ob die wahre Zufriedenheit H_k größer ist als das Produkt aus der Dienstgüte-Anforderung (QoS-Anforderung) η_k und einem Hysteresefaktor ζ_k, das heißt, es wird geprüft, ob H_k > η_kζ_k gilt. Der Wert der Dienstgüte-Anforderung kann zum Beispiel auf den Wert 1 eingestellt werden.
Wenn bei Schritt 124 ermittelt wird, dass (k) < 0 und, wobei auch geprüft wird, ob die Zelle zufrieden ist, außerdem ob H_k > η_kζ_k, wird der Prozess bei Schritt 126 fortgesetzt, in dem die Leistung in dem Teilband-Index j_* verringert wird. Die Leistung wird speziell von ihrem aktuellen Wert ρ_k.j. um einen Dekrementwert δP verringert, obwohl sie natürlich nicht unter null gesenkt werden kann.
Nach dem Ende von Schritt 126, oder wenn bei Schritt 124 ermittelt wurde, dass es kein Teilband gibt, für das eine Leistungserhöhung keinen vorteilhaften Effekt hat und/oder die wahre Zufriedenheit H_k nicht größer ist als das Produkt der Dienstgüte-Anforderung (QoS-Anforderung) η_k und eines Hysteresefaktors ζ_k, wird der Prozess bei Schritt 128 fortgesetzt.
Bei Schritt 128 wird bestimmt, ob die Gesamt-Sendeleistung für die Zelle, P_k, geringer ist als die maximal erlaubte Gesamtleistung P̃_k, und gleichzeitig, ob es vorteilhaft ist, wenn die Leistung in dem bei Schritt 122 ausgewählten Teilband erhöht wird, das heißt, ob D_j*(k) = 0 gilt.
Wenn beide Bedingungen erfüllt sind, wird der Prozess bei Schritt 130 fortgesetzt, bei dem geprüft wird, ob die Zelle zufrieden ist. Dies wird dadurch bestimmt, dass geprüft wird, ob die wahre Zufriedenheit geringer ist als die Dienstgüte-Anforderung η_k, das heißt, ob H_k < η_k gilt. Dort, wo die Anforderung nach Dienstgüte auf den Einswert eingestellt ist, wird dies dadurch bestimmt, dass geprüft wird, ob die wahre Zufriedenheit geringer als der Einswert ist, das heißt, ob H_k < 1. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird bestimmt, dass die Zelle nicht ausreichend zufrieden ist, gung erfüllt ist, wird bestimmt, dass die Zelle nicht ausreichend zufrieden ist, und der Prozess wird bei Schritt 132 fortgesetzt, bei dem die Leistung in dem bei Schritt 122 ausgewählten Teilband erhöht wird. Die Leistung wird speziell von ihrem aktuellen Wert P_k,j* um einen Inkrementwert δP erhöht oder um das maximale Inkrement, das angewendet werden kann, ohne die Gesamtleistung der Zelle über die maximal erlaubte Gesamtleistung P̃_k hinaus zu erhöhen, wenn das letztgenannte Inkrement kleiner ist. Das heißt, bei Schritt 132 wird P_k,j* = P_k,j ^. + min (δP , P _k - P_k) gesetzt.
Wenn bei Schritt 130 bestimmt wird, dass die Zelle ausreichend zufrieden ist, das heißt, dass H_k≥ η_k (oder dort, wo die Dienstgüte-Anforderung auf den Wert 1 eingestellt ist, dass H_k≥ 1 gilt), wird der Prozess bei Schritt 133 fortgesetzt, in dem bestimmt wird, ob die wahre Zufriedenheit H_k größer ist als das Produkt der Dienstgüte-Anforderung η_k und des Hysteresefaktors ζ_k, das heißt, es wird bestimmt, ob H_k > η_kζ_k. Dort, wo die Dienstgüte-Anforderung auf den Wert 1 eingestellt ist, wird tatsächlich bestimmt, ob die wahre Zufriedenheit H_k größer ist als der Hysteresefaktor ζ_k, das heißt, es wird bestimmt, ob H_k > ζ_k.
Wenn in Schritt 133 bestimmt wird, dass die wahre Zufriedenheit mehr als ausreichend ist, das heißt, dass H_k > η_kζ_k (oder dort, wo die Dienstgüte-Anforderung auf den Wert 1 eingestellt ist, dass H_k>ζ_k gilt), wird die Leistung verringert, um Energie zu sparen und die Effizienz zu erhöhen. Die Leistung wird speziell von ihrem aktuellen Wert P_kj* um einen Inkrementwert δP verringert, obwohl sie natürlich nicht unter null gesenkt werden kann. Folglich wird bei Schritt 134 P_k,j* = max (P_k,j*-δP, 0) eingestellt.
Wenn bei Schritt 128 bestimmt wurde, dass die maximale Gesamtleistung für die Zelle bereits genutzt wird oder dass es für das beste Teilband nicht vorteilhaft ist, wenn die Leistung erhöht wird, wird der Prozess bei Schritt 136 fortgesetzt, bei dem bestimmt wird, ob die Gesamt-Sendeleistung für die Zelle, P_k, gleich der maximal erlaubten Gesamtleistung Pk ist, und gleichzeitig, ob es vorteilhaft ist, wenn die Leistung in dem bei Schritt 122 ausgewählten Teilband erhöht wird, das heißt, ob D_j*(k) = 0. Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind, hält der Algorithmus an und wartet, bis die nächste Ausführung beginnt. Wenn diese Bedingungen jedoch erfüllt werden, schlägt er vor, dass es sich lohnt, weitere Leistungsanpassungen vorzunehmen.
Da die Gesamt-Sendeleistung bereits bei der maximal erlaubten Gesamtleistung liegt, können die Anpassungen ein Teilband erfordern, in dem die Leistung gesenkt werden kann. Folglich wird in Schritt 138 geprüft, ob D_j.(k) = 0, das heißt, ob die Leistung selbst in dem Teilband mit dem niedrigsten Wert von D_j.(k) vorteilhafterweise erhöht werden kann. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird der Prozess bei Schritt 140 fortgesetzt.
Bei Schritt 140 wird ein neues Teilband zufällig aus der Menge von Teilbändern mit D_j(k) = 0 ausgewählt, und der Prozess wird dann bei Schritt 142 fortgesetzt.
Wenn alternativ in Schritt 138 ermittelt wird, dass für das Teilband mit dem niedrigsten Wert von D_j.(k) die Ungleichung D_j.(k) # 0 gilt, oder spezieller D_j.(k) < 0 gilt, das heißt, dass die Leistung in diesem Teilband vorteilhafterweise gesenkt werden kann, wird der Prozess direkt bei Schritt 142 fortgesetzt.
Bei Schritt 142 wird in dem Teilband, für das bei Schritt 138 ermittelt wurde, dass es den niedrigsten negativen Wert für D_j.(k) hat, oder in dem bei Schritt 140 ausgewählten Teilband die Leistung gesenkt. Die Leistung wird speziell von ihrem aktuellen Wert P_k.j. um einen Dekrementwert δP verringert, obwohl sie natürlich nicht unter null gesenkt werden kann. Folglich wird in Schritt 142 P_k,j. = max (P_k.j. - δP, 0) gesetzt.
Es wird dann bestimmt, ob es vorteilhaft ist, die Leistung in einem der Teilbänder zu erhöhen, indem die Leistung, die einem der Teilbänder in Schritt 142 entzogen wurde, neu zugeteilt wird. Bei Schritt 144 wird speziell geprüft, ob die Zelle zufrieden ist. Dies wird bestimmt, indem geprüft wird, ob die wahre Zufriedenheit geringer ist als der Einswert, das heißt ob H_k< 1 gilt. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird bestimmt, dass die Zelle nicht ausreichend zufrieden ist, und der Prozess wird bei Schritt 146 fortgesetzt, bei dem die Leistung in dem bei Schritt 122 ausgewählten Teilband erhöht wird, und zwar dem Teilband, in dem die Leistungserhöhung den vorteilhaftesten Effekt hat. Die Leistung wird speziell um den Betrag erhöht, um den die Leistung in dem Teilband j· in Schritt 142 gesenkt wurde. Folglich wird die Leistung von ihrem aktuellen Wert P_k,j*um den Inkrementwert δP oder um die vorherige Leistung in dem Teilband j· erhöht, wenn der letztgenannte Betrag kleiner ist. Das heißt, dass bei Schritt 146
gesetzt wird.
Wenn bei Schritt 144 bestimmt wird, dass die Zelle ausreichend zufrieden ist, das heißt, dass H_k≥η_k (oder dort, wo die Dienstgüte-Anforderung auf den Wert 1 eingestellt ist, dass H_k≥ 1 gilt), wird der Prozess bei Schritt 147 fortgesetzt, in dem bestimmt wird, ob die wahre Zufriedenheit H_k größer ist als das Produkt der Dienstgüte-Anforderung η_k und des Hysteresefaktors ζ_k, das heißt, es wird bestimmt, ob H_k > η_kζ_k gilt. Dort, wo die Dienstgüte-Anforderung auf den Wert 1 eingestellt ist, wird tatsächlich bestimmt, ob die wahre Zufriedenheit H_k größer ist als der Hysteresefaktor ζ_k, das heißt, es wird bestimmt, ob H_k > ζ_k gilt.
Wenn in Schritt 147 bestimmt wird, dass die wahre Zufriedenheit mehr als ausreichend ist, das heißt, dass H_k > η_kζ_k (oder dort, wo die Dienstgüte-Anforderung auf den Wert 1 eingestellt ist, dass H_k > ζ_k), wird die Leistung verringert, um Energie zu sparen und die Effizienz zu erhöhen. Die Leistung wird speziell von ihrem aktuellen Wert P_k,j* um einen Inkrementwert δP verringert, obwohl sie natürlich nicht unter null gesenkt werden kann. Folglich wird bei Schritt 148 P_k,j*= max (P_k,j*- δP, 0) eingestellt.
Folglich dient der kombinierte Effekt der Schritte 140, 142 und 146 dazu, die Leistung in einem guten Teilband zu verringern und sie in einem anderen guten Teilband zu erhöhen. Dies schafft eine Gelegenheit für das System, die Leistung zwischen Teilbändern neu zu verteilen und die den Teilbändern zugeteilte Leistung zu randomisieren und zu diversifizieren, um das Auftreten lokaler Maximalwerte zu vermeiden.
Eine Alternative zu dem in 8 gezeigten Algorithmus besteht darin, die Entscheidungsblöcke 128 und 136 durch eine einzige Entscheidung im Hinblick darauf zu ersetzen, ob die Gesamt-Sendeleistung für die Zelle geringer ist als die maximal erlaubte Gesamtleistung, das heißt, ob P_k < P̃_k. Auf diese Weise braucht mit der Leistungserhöhung nicht zwangsläufig gewartet zu werden, bis ein Teilband vollständig interferenzfrei ist, und die Basisstation kann die Leistung in dem Teilband mit der geringsten Interferenz erhöhen.
Eine weitere Alternative, die eine geringfügige Verallgemeinerung des Algorithmus von 8 vorsieht, besteht darin, die Auswahl bei Schritt 120 durch eine zufällige Auswahl von j· zu ersetzen. Das heißt, dass j· zufällig aus der Menge Ω_k ausgewählt werden kann, wobei Ω_k = {(1), (2), ..., (M_k)}, wobei 1 ≤ M_k ≤ J und (j) der dem j-ten kleinsten Wert von D_j(k) entsprechende Index ist, das heißt D(₁)(k) ≤ D(₂)(k) ≤ ... ≤ D_(J)(k). Wenn M_k= 1, wird der Algorithmus auf den ursprünglichen Schritt 120 von 8 reduziert. Der Zweck dieser Verallgemeinerung ist es, die Auswahl von j· zu randomisieren und zu diversifizieren, um die Optimierungsergebnisse weiter zu verbessern.
9 zeigt den mittleren Nutzen pro Zelle als Funktion der Zeit, wenn bei einer Soll-Transportblockgröße (TBS) von 90 Byte pro Übertragungszeitintervall (TTI) unterschiedliche Werte für den Skalierungsfaktor λ_k = 0,01 (Linie 160 in 9) und λ_k = 1,20 (Linie 162 in 9) gewählt werden. Zu Vergleichszwecken wurde das Ergebnis des Falls ohne Dienstgüte-Anforderung (Linie 164 in 9) ebenfalls mit aufgenommen. Ähnlich wie in 6 oben konvergiert der mittlere Nutzen zu dem Soll hin (Linie 166 in 9), vorausgesetzt, dass dies machbar ist. Die Konvergenzzeit ist jedoch geringfügig länger, insbesondere für den Fall λ_k = 0,01.
10 veranschaulicht die Ausweitung der Wahl von unterschiedlichen Werten für den Skalierungsfaktor λ_k auf die mittlere Leistung pro Zelle. 10 zeigt speziell die mittlere Leistung pro Zelle als Funktion der Zeit für λ_k = 0,01 (Linie 170 in 10) und λ_k = 1,20 (Linie 172 in 10). Zu Vergleichszwecken wurde das Ergebnis des Falls ohne Dienstgüte-Anforderung (Linie 174 in 10) ebenfalls mit aufgenommen. Folglich ist die Leistungseffizienz bei einem sinnvollen Bitraten-Sollwert erneut sehr hoch.
Wie oben beschrieben, kann der Skalierungsfaktor auf der Grundlage der aktuellen Sendeleistung oder auf der Grundlage der beobachteten Stärke der Abwärtsstreckeninterferenz angepasst werden.
Es ist ersichtlich, dass die Lücke zwischen dem kumulierten Dienstgüte-Grenzwert unter den unterstützenden mobilen Vorrichtungen und der Zellenkapazität die Energieeffizienz der Zelle definiert. Anders ausgedrückt, würde die volle Leistung verwendet und keine Leistungseinsparung wäre möglich, wenn der kumulierte Dienstgüte-Grenzwert höher ist als die Zellenkapazität. Indem der Dienstgüte-Grenzwert auf die Zellenkapazität und geringfügig darunter gesenkt wird, wird eine Leistungseinsparung langsam möglich.
Ein weiterer Vorschlag zum Erreichen einer Energieeinsparung besteht darin, den Dienstgüte-Grenzwert mittels Beobachten der Dynamik des Zellendurchsatzes adaptiv abzusenken.
Um die Empfindlichkeit D_j(k,m) wie oben beschrieben zu erhalten, muss die Ableitung des Zellennutzens im Hinblick auf die Sendeleistung in der Zelle m in dem Teilband j berechnet werden. Der Zellennutzen steht typischerweise mit der Bandbreiteneffizienz der Teilbänder in Beziehung. Zum Beispiel sei
wobei Ω_k die Menge von Nutzerindizes in Zelle k ist,
das Signal-zu-Interferenz-und-Rausch-Verhältnis (SINR) des Nutzers /in Zelle k in dem Teilband j ist, und
die Bandbreiteneffizienz ist, die als Funktion von
vorliegt. Der Term f(.) ist eine vordefinierte Funktion, die D_j(k,m) definiert und daher der Basisstation bekannt ist. Die Größe
ist relativ unkompliziert, da
eine wohlbekannte Funktion von P_m,j* ist. Das Hauptproblem stellt die Größe $\partial ω (γ_{i, j}^{(k)}) / \partial γ_{i, j}^{(k)}$
dar, die von der Beschaffenheit von ω abhängt und in der Praxis nicht genau bekannt ist. Typischerweise wird oft angenommen, dass $ω (x) = {log}_{2} {(1 + \frac{x}{\hat{Γ}})}_{,}$
wobei Γ̂ ein fester Wert ist, der oft als die Konstante der „Kapazitätslücke“ bezeichnet wird, da sie bestimmt, wie groß der Abstand zu der tatsächlichen Kanalkapazität ist. Der Einfachheit halber wird in dem Dokument nach dem Stand der Technik von R. Kwan, C. Leung, „A Survey of Scheduling and Interference Mitigation in LTE", Band 2010, Artikel-I D 273486 angenommen, dass Γ̂ =
gilt, während in anderen Dokumenten nach dem Stand der Technik, wie zum Beispiel in A. J. Goldsmith, S-G Chua, „Variable-Rate Variable-Power MQAM for Fading Channels", IEEE trans. on Comm. Band 45, Nr. 10, Oktober 1997; G. Piro, N. Baldo, M. Miozzo, „An LTE module for the ns-3 network simulator", in dem Tagungsband des Wns3 2011 (in Verbindung mit SimuTOOLS 2011), März 2011, Barcelona (Spanien); und H. Seo, B. G. Lee „A proportional-fair power allocation scheme for fair and efficient multiuser OFDM systems", in dem Tagungsband von IEEE GLOBECOM, Dezember 2004, Dallas (USA) angenommen wird, dass $\hat{Γ} =− log (5 ε_{b}) / 1.5$
gilt (wobei
die Bitfehlerquote ist).
Es ist wichtig anzumerken, dass die in Gleichung (14) oben beschriebene analytische Beziehung der Basisstation nur theoretischer Natur ist, dar der tatsächliche SINR-Wert nicht bekannt ist. Gemäß 3GPP TS 36.213, Physical layer procedures, Release 9, v9.3.0, misst die mobile Vorrichtung die Güte des Abwärtsstreckenkanals in Form eines SINR und verpackt eine derartige Größe in Form eines als CQI (Channel Quality Indicator, Kanalgüte-Indikator) bezeichneten Index. Der CQI steht der empfangenden Basisstation zur Verfügung.
Die Gleichung (14) definiert außerdem eine statische Beziehung, die, auch wenn es sich um eine gute Approximation in einer bestimmten Umgebung handelt, in einer anderen möglicherweise nicht genauso exakt ist. In der Praxis wäre die Abhängigkeit von der Beziehung zwischen der Bandbreiteneffizienz und der Kanalgüte aufgrund einer anbieterspezifischen Implementierung der Empfängerstrukturen anders. Folglich wäre eine robustere Art, ω mit in Beziehung zu setzen, äußerst nützlich.
Gemäß 3GPP TS 36.213, Physical layer procedures, Release 9, v9.3.0, gibt es eine fest vorgegebene Beziehung zwischen der Bandbreiteneffizienz und dem von der mobilen Vorrichtung gemeldeten CQI. Anders ausgedrückt kann die Basisstation, sobald der CQI bekannt ist, die Bandbreiteneffizienz entsprechend jeder CQI-Meldung über eine Nachschlagetabelle erhalten. Während eine explizite analytische Beziehung zwischen der Bandbreiteneffizienz und dem CQI nicht gegeben ist, wird vorgeschlagen, die Bandbreiteneffizienz auf recht vernünftige Weise als Potenzfunktion des CQI zu approximieren: $ω = a q^{b}$
wobei q der CQI ist, a = 0,077 und b = 1,586.
Während die Beziehung zwischen der Bandbreiteneffizienz und dem CQI fest vorgegeben ist, ist die Art, wie der CQI gemessen wird, nicht standardisiert, obwohl er höchstwahrscheinlich von dem gemessenen SINR abhängt. Die Art, wie das SINR gemessen wird, ist anbieterspezifisch und hängt von einer Anzahl von Faktoren, einschließlich der Implementierung von beteiligten Empfängeralgorithmen, der Genauigkeit der Schätzung, usw. ab. In der Praxis wird der CQI jedoch so ausgelegt, dass er als Funktion des SINR in dB ziemlich linear ist. Jeder Punkt bei einem gegebenen CQI-Wert in einer derartigen Linearbeziehung weist in einen ähnlichen Abstand von seinem Nachbarpunkt auf. Trotz der möglichen Vielfalt anbieterspezifischer Implementierungen wird nicht erwartet, dass derartige Beziehungen stark voneinander abweichen, da es bei einem gegebenen standardisierten Algorithmus auf der Senderseite nur eine begrenzte Anzahl sinnvoller Möglichkeiten zum Auslegen eines guten Empfängers gibt. Ein gutes Beispiel für die Beziehung zwischen dem CQI und dem SINR findet sich in dem Dokument nach dem Stand der Technik von C. Mehlführer, M. Wrulich, J. C. Ikuno, D. Bosanska, M. Rupp, „Simulating the Long Term Evolution Physical Layer", Tagungsband der 17. European Signal Processing Conference (EUSIPCO), 2009.
Eine empirische Approximation einer solchen Beziehung ist: $q = c γ_{d B} + d$
wobei γ_dB das in Dezibel ausgedrückte SINR ist (und folglich γ_dB= 10.log₁₀ γ, wobei γ das SINR ist), c= 0,5 und d=4,4. Folglich wird die Bandbreiteneffizienz als Funktion des SINR dann angegeben durch $ω = a {(c' l o g^{10} (γ) + d)}^{h}$
wobei c' = 10c.
Wie zuvor erwähnt, ist die Kurve, welche die Beziehung zwischen dem CQI und dem SINR darstellt, nicht standardisiert, und es kann geringfügige Implementierungsunterschiede zwischen den Anbietern geben. Trotzdem ist es möglich, solche Unterschiede auszugleichen, indem in die Gleichung (17) ein Versatz Δd so einbezogen wird, dass $ω = a {(c' l o g_{10} (γ) + d + Δ d)}^{b} .$
Die Gleichung (18) eignet sich für eine einfache Form, die stetig differenzierbar ist, und die Ableitung selbst ist relativ einfach.
11 zeigt die Anpassung der Beziehung zwischen der Bandbreiteneffizienz ω und dem SINR über den CQI-Versatz Δd. Speziell verschiebt das Einbeziehen eines positiven Versatzes Δd die Beziehung zwischen dem CQI und dem SINR von der mittels Linie 180 angegebenen zu der mittels Linie 182 angegebenen Beziehung, und es bedeutet somit, dass für einen gegebenen gemessenen SINR-Wert ein höher CQI-Wert erhalten wird. Dies bedeutet dann, dass ein Punkt, der auf der Linie 184, welche die Beziehung zwischen der Bandbreiteneffizienz und dem CQI darstellt, höher liegt, und folglich ein höherer Wert für die Bandbreiteneffizienz ω ausgewählt wird. Es sei angemerkt, dass von dem Standpunkt der Berechnung von D_j(m,k) der Versatz Δd nicht zwangsläufig quantifiziert zu werden braucht, da das Hauptziel darin besteht, eine analytische Approximation für die Bandbreiteneffizienz ω zu erhalten, sodass die Ableitung im Hinblick auf das SINR berechnet werden kann.
12 zeigt den Effekt der CQI-Anpassung mittels des Versatzes Δd. Als Beispiel zeigt 12(a) den Effekt des Einbeziehens eines Versatzes Δd=-2, und zwar, dass die ursprüngliche CQI-Linie 190 (auf der Grundlage der in dem Dokument nach dem Stand der Technik von C. Mehlführer, M. Wrulich, J. C. Ikuno, D. Bosanska, M. Rupp, „Simulating the Long Term Evolution Physical Layer", Tagungsband der 17. European Signal Processing Conference (EUSIPCO), 2009 erhaltenen Ergebnisse) vertikal nach unten auf die Linie 192 verschoben wird. Das heißt, dass für jeden gegebenen SINR-Wert ein niedrigerer CQI-Wert erhalten wird.
12(b) zeigt dann, dass durch Verschieben des CQI-Werts die ursprüngliche Bandbreiteneffizienzkurve, die von der Technischen Universität Wien (VUT) in dem Dokument nach dem Stand der Technik von Mehlführer et al (Linie 194 in 12(b)) erzeugt wurde, verschoben wird, um niedrigere Werte für die Bandbreiteneffizienz zu erzeugen, und dass die resultierende Kurve (Linie 196 in 12(b)) der Bandbreiteneffizienzkurve entspricht (Linie 198 in 12(b)), die unabhängig davon von dem Centre Tecnològic de Telecommunicacions de Catalunya (CTTC) auf der Annahme aus dem Dokument nach dem Stand der Technik von G. Piro, N. Baldo. M. Miozzo, „An LTE module for the ns-3 network simulator", in dem Tagungsband des Wns3 2011 (in Verbindung mit SimuTOOLS 2011), 30. März 2011, Barcelona (Spanien), erzeugt wurde.
Eine Möglichkeit zum Bestimmen des Werts von Δd besteht in dem Hybrid-ARQ-Feedback. Wenn das Verhältnis der Anzahl von NACK-Meldungen (Negative ACKnowledgement, negative Quittung) zu der Gesamtanzahl von Übertragungen (einschließlich erneuter Übertragungen) während eines bestimmten Zeitraums größer ist als ein bestimmter Schwellenwert, wird Δd um 1 dekrementiert. Wenn andererseits dieses Verhältnis während eines bestimmten Zeitraums niedriger ist als ein bestimmter Schwellenwert, wird Δd um 1 inkrementiert.
Wenn es einen hohen Anteil an NACK-Meldungen gibt, bedeutet dies folglich, dass die Kanalgüte niedriger ist als zuvor gedacht, und so wird der Versatzwert wieder dekrementiert, was bedeutet, dass der abgeleitete Wert des CQI verringert wird. Ein niedrigerer Wert des CQI bedeutet, dass er „konservativer“ und weniger fehleranfällig ist.
Dies sieht folglich eine Möglichkeit zum Erhalten einer empirischen, analytisch einfachen Beziehung zwischen der Bandbreiteneffizienz und dem SINR vor. Dies ist wichtig, da der CQI gemäß dem Standard die einzige für die Basisstation verfügbare Information ist. Eine derartige Beziehung kann dann verwendet werden, um die Empfindlichkeitsfunktion für den oben beschriebenen Leistungsverwaltungsmechanismus zu erhalten. Diese generische Beziehung sieht eine Möglichkeit vor, um sich selbst über eine einfache Parameteranpassung an eine wahre, zugrunde liegende Beziehung anzupassen.
Das Hybrid-ARQ-Feedback kann dann verwendet werden, um den Parameter so anzupassen, dass die geschätzte Beziehung besser mit der wahren, zugrunde liegenden Beziehung übereinstimmt. Als Alternative zu dem HARQ-Feedback kann die Differenz zwischen der mittleren Blockfehlerrate (Block Error Rate, BLER) und dem jeweiligen Sollwert, das heißt X = mittlere BLER - Soll-BLER, verwendet werden. Wenn X während eines Zeitraums T größer als null (oder, noch besser, als ein kleiner, positiver Schwellenwert) ist, wird der Versatz um eine Einheit verringert. Wenn andererseits X während eines Zeitraums T kleiner als null (oder als ein kleiner, negativer Schwellenwert) ist, wird der Versatz um eine Einheit erhöht.
Es sei angemerkt, dass die obigen Verfahren eine dedizierte Schnittstelle zwischen zwei Knoten erfordern, sodass die Knoten die zum Einstellen der Leistungswerte wie oben erörtert erforderlichen Informationen übertragen können. 13 veranschaulicht eine mögliche Bereitstellung mit einer Femto-Schicht 220 mit mehreren HeNBs 222a, 222b, ..., 222k und eine Makroschicht 224 mit mehreren eNBs 226a, 226b, ..., 226k. Innerhalb der Femto-Schicht 220 kann es sinnvoll sein anzunehmen, dass alle HeNBs untereinander über die X2-Schnittstelle kommunizieren können. Dies kann insbesondere vermutlich in einer so genannten „Enterprise“-Umgebung geschehen, wo alle HeNBs wahrscheinlich von demselben Anbieter stammen. Auf der Makroschicht 224 wird auch erwartet, dass alle eNBs in der Lage sind, untereinander über die X2-Schnittstelle zu kommunizieren. Es kann jedoch nicht immer möglich sein, dass zwischen der Femto-Schicht 220 und der Makroschicht 224 eine X2-Schnittstelle verfügbar ist.
Ein weiterer relevanter Aspekt der Bereitstellung in einem Netz des in 13 gezeigten Typs liegt in der Art und Weise, in der sich die Bandbreite zwischen der Makro- und der Femto-Schicht überlagert.
14 zeigt drei unterschiedliche Möglichkeiten, die schematisch veranschaulichen, wie das verfügbare Frequenzband zwischen der Makro- und der Femto-Schicht aufgeteilt wird.
Eine erste Möglichkeit, Fall A, besteht darin, dass die Teilbänder 230 der Makroschicht zugeteilt werden und die Teilbänder 232 der Femto-Schicht zugeteilt werden, sodass es keine Frequenzüberlagerung zwischen den beiden Schichten gibt. Folglich besteht keine Notwendigkeit, eine Interferenzabschwächung zwischen den beiden Schichten durchzuführen, da die beteiligten Frequenzbänder keine Co-Kanäle sind.
Eine zweite Möglichkeit, Fall B, besteht darin, dass die Teilbänder 234 der Makroschicht 10 zugeteilt werden und die Teilbänder 236 der Femto-Schicht zugeteilt werden, sodass das Frequenzband der Femto-Schicht vollständig von dem der Makroschicht überlagert wird. Während folglich der nicht überlagerte Bereich der Makroschicht nicht betroffen ist, könnte die Auswirkung auf den überlagerten Bereich möglicherweise wesentlich sein. In diesem Fall wird eine Interferenzverwaltung sehr hilfreich.
Die dazwischen liegende Möglichkeit, Fall C, besteht darin, dass die Teilbänder 238 der Makroschicht zugeteilt werden und die Teilbänder 240 der Femto-Schicht zugeteilt werden und dass es eine partielle Überlagerung zwischen der Makroschicht und der Femto-Schicht gibt. Von den Schedulern der Basisstationen auf den entsprechenden Schichten wird erwartet, dass sie Teilbänder automatisch auswählen, um die von Nachbarzellen verursachten Interferenzen zu vermeiden, und die Beziehung zwischen Teilbändern auf den beiden Schichten kann unter Verwendung der jeweiligen EARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Numbers, absolute Funkfrequenz-Kanalnummern gemäß E-UTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access, entwickelter terrestrischer UMTS-Funkzugang)) und der Bandbreiten, die über die X2-Schnittstelle ausgetauscht werden können, abgebildet werden. Indem jedoch die Leistungsverwaltung mit einbezogen wird, wodurch Teilbändern mit höherer Interferenz weniger Leistung zugeteilt wird und umgekehrt, kann eine noch höhere Leistung erwartet werden.
Nachfolgend werden die möglichen Bereitstellungsszenarien dargelegt, die in dem Fall des ersten oben beschriebenen und in 5 gezeigten Verfahrens, bei dem sich die Leistungsverwaltung auf das Einstellen der Leistungswerte gemäß den berechneten Zufriedenheitswerten stützt, wobei eine proprietäre Schnittstelle zwischen den Basisstationen erforderlich ist, und in dem Fall des zweiten oben beschriebenen und in 8 gezeigten Verfahrens, bei dem die Leistungsverwaltung von Größen abhängt, die über die X2-Standardschnittstelle übertragen werden können, eine Kommunikation zwischen den verschiedenen Basisstationen erlauben.
Basisstationen nur auf der Femto-Schicht
Verfahren, das eine proprietäre Schnittstelle zwischen den Basisstationen erfordert Dies trifft zu, wenn die HeNBs innerhalb eines geographischen Bereichs zu demselben Anbieter bzw. Anbietern mit einer speziellen Anordnung gehören. Dies geschieht vermutlich in einer „Enterprise“-Umgebung, bei der Femtozellen gemeinsam einen Raum nutzen, in dem erwartet wird, dass sich die Nutzer frei bewegen. In diesem Fall ist es möglich, eine proprietäre Nachricht als „private Nachricht“ über die X2-Schnittstelle zu definieren.
Verfahren, das die X2-Schnittstelle nutzen kann
In diesem Szenario können die HeNBs zum Zweck der Leistungsanpassung eine X2-Standardschnittstelle verwenden. Die auf dem X2-Standard basierende Version erfordert keine Verwendung einer privaten Nachricht auf der X2-Schnittstelle. Es ist nicht ungewöhnlich, dass die HeNBs innerhalb des zu bedienenden Bereichs zu demselben Anbieter (bzw. unterschiedlichen Anbietern, die eine bestimmte Anordnung gemeinsam nutzen) gehören. Wenn jedoch zwei Basisstationen nicht zu demselben Anbieter gehören, kann der den Algorithmus implementierende HeNB nach wie vor die Standardnachricht von seinem Nachbarn nutzen. Also ist diese Lösung weniger empfindlich gegenüber Kompatibilitätsproblemen zwischen Basisstationen, solange diese die X2-Standardschnittstelle gemeinsam nutzen.
Basisstationen nur auf der Makroschicht
Verfahren, das eine proprietäre Schnittstelle zwischen den Basisstationen erfordert Die benachbarten Makro-Basisstationen können von verschiedenen Anbietern stammen, aber dieses Verfahren wäre nur in dem Fall anwendbar, dass die Basisstationen von demselben Anbieter stammen.
Verfahren, das die X2-Schnittstelle nutzen kann
Diese Lösung erfordert keine proprietäre Schnittstelle. Daher kann die X2-Schnittstelle wie in dem obigen Fall, bei dem sich die Basisstationen nur auf der Femto-Schicht befinden, genutzt werden, ohne dass die Verwendung einer privaten Nachricht erforderlich ist.
Basisstationen in der Femto- und in der Makroschicht und X2-Schnittstelle zwischen ihnen verfügbar
Verfahren, das eine proprietäre Schnittstelle zwischen den Basisstationen erfordert Aufgrund der Erwartung, dass eine große Anzahl von Femto-Zellen in einem einzigen Makrobereich liegen, ist es vermutlich komfortabler, wenn jeder HeNB eine Leistungsanpassung vornimmt, als dass die Basisstation der Makroschicht versucht, eine Leistung einzustellen, die für jede Femtozelle geeignet ist. Wenn nur die HeNBs die Anpassung vornehmen, besteht keine Notwendigkeit, dass der Leistungseinstellungsalgorithmus auf der Basisstation der Makroschicht läuft (zumindest nicht, um sich an die Leistungspegel auf der Femto-Schicht anzupassen). Folglich besteht für die Basisstationen der Makroschicht kein Problem im Hinblick auf die Anbieterkompatibilität.
Verfahren, das die X2-Schnittstelle nutzen kann
Hier kann wiederum jeder HeNB die Leistungsanpassung vornehmen, und es besteht keine Notwendigkeit, dass der Leistungseinstellungsalgorithmus auf der Basisstation der Makroschicht laufen muss.
Das in 8 gezeigte und unter Bezugnahme darauf beschrieben Verfahren wird angewendet, wobei die verfügbare X2-Schnittstelle zwischen der Femto- und der Makroschicht verwendet wird. Die erforderlichen Informationen können in das Informationselement (IE) von dem Typ RNTP (Relative Narrowband Tx Power, relative Schmalband-Sendeleistung) in der X2-Nachricht Load Information (Lastinformationen) eingebettet werden. Für jeden Ressourcenblock informiert das RNTP-IE die Nachbarzellen darüber, ob die Leistung der sendenden Zelle bei einem derartigen Ressourcenblock über (1) oder unter (0), einem bestimmten Schwellenwert (RNTP threshold) (RNTP-Schwellenwert) liegt, wobei es sich um einen weiteren X2-Parameter in der 3GPP-Spezifikation handelt. Je nach Variante des Algorithmus können Messungen der mobilen Vorrichtungen erforderlich werden, um den Pfadgewinn relativ zu der Basisstation zu berechnen. Dies kann durch Vergleichen der RSRP-Abwärtsstreckenmessung an der mobilen Vorrichtung mit der Sendeleistung des Referenzsignals des SIB (System Information Block, Systeminformationsblock) der Nachbarzelle erreicht werden. Wenn proprietäre Informationen benötigt werden, kann die private Nachricht auf der X2-Schnittstelle verwendet werden.
Basisstationen in der Femto- und der Makroschicht und keine X2-Schnittstelle zwischen ihnen verfügbar
Wenn keine X2-Schnittstelle verfügbar ist, ist es schwierig, den Effekt der Interferenz aufgrund einer spezifischen Makro-Basisstation pro Frequenzeinheit zu schätzen. Folglich müsste der Effekt der von Nachbarzellen verursachten Interferenzen indirekt geschätzt werden.
Zum Beispiel besteht eine Möglichkeit zum Schätzen der von Nachbarzellen verursachten Interferenzen ohne Verwendung einer X2-Schnittstelle darin, periodische CQI-Messungen an den mobilen Vorrichtungen über die gesamte Bandbreite zu konfigurieren.
Zunächst sammelt die Basisstation diese CQI-Messungen von allen empfangsbereiten mobilen Vorrichtungen. Diese CQI-Messungen werden auf der Teilrahmen-Ebene als momentan erachtet, und so nimmt dann die Basisstation zum Schätzen der von Nachbarzellen verursachten Interferenzen über einen langen Zeitraum eine Mittelung dieser Messungen vor, die zum Beispiel auf einem exponentiellen Mittelwert oder Blockmittelwert, usw. basieren kann.
Da sich die mobilen Vorrichtungen an unterschiedlichen geographischen Orten befinden, sind ihre Pfadgewinne relativ zu den jeweiligen Basisstationen unterschiedlich. Folglich werden dann die mittleren CQI-Messungen von jeder mobilen Vorrichtung im Hinblick auf ihren Mittelwert normalisiert.
Die bedienende Basisstation sammelt dann die normalisierten mittleren CQI-Messungen von allen zu ihr gehörenden mobilen Vorrichtungen und nimmt dann über die gesamte Bandbreite eine Mittelung des CQI unter allen mobilen Vorrichtungen für jedes Teilband vor, was zu einem Vektor der zellenweise normalisierten mittleren CQI-Messungen ϕ _k =(ϕ_k.1,ϕ_k.2,...,ϕ_k.j,...ϕ_k.J) führt, wobei j dem Index eines Teilbandes entspricht.
Für jeden Eintrag j von Φ_k, der unterhalb eines bestimmten Schwellenwerts
liegt, kann die Größe D_j(k) auf einen negativen reellen Wert eingestellt werden. Zum Beispiel kann es sich bei D_j(k) um Folgendes handeln: (a) einen festen negativen reellen Wert; (b) einen aus einer gleichmäßigen Verteilung U(-a, -b), ausgewählten Wert, wobei a und b einige positive reelle Werte sind; (c) den Wert
(d) den negativen Wert der größten Summe des Pfadgewinnverhältnisses zwischen einem Nachbarn relativ zu allen mit der bedienenden Basisstation verbundenen mobilen Vorrichtungen (zum Beispiel ähnlich wie Gleichung (8) oben); oder (e) eine Version von (d), die nur den DLM-Modus (Downlink Listen Mode, Abwärtsstrecken-Empfangsmodus) einbezieht, anstatt sich auf Messungen von mobilen Vorrichtungen (das heißt ähnlich wie Gleichung (11) oben) zu stützen.
Sobald dieser Vorgang durchgeführt wurde, kann dann der in 8 gezeigte Algorithmus angewendet werden.
Es sei angemerkt, dass die Frequenzauflösung die Genauigkeit der obigen Schätzung beeinträchtigen kann. Das heißt, dass erwartet werden kann, dass der Drahtloskanal über das Frequenzband teilweise variieren kann. Folglich wird erwartet, dass die Schätzung typischerweise in einer Femtozellen-Umgebung genauer ist, da die Verzögerungsaufspreizung typischerweise geringer ist. Das Schätzungsverfahren ist jedoch nicht auf die Femtozellen-Umgebung beschränkt.
In dem Fall, bei dem X2 zwischen der Makro- und der Femto-Schicht nicht vorhanden ist, aber innerhalb der Femto-Schicht vorhanden ist, sollte die Menge der Teilbandindizes, für die D_j(k) eingestellt wird, die Vereinigungsmenge aus der Menge, die über die X2-Schnittstelle erhalten wird, und derjenigen, die Messungen aus mobilen Vorrichtungen verwendet, sein. Der Wert von D_j(k) kann zum Beispiel unter Verwendung der Pfadgewinnmessungen wie in den Möglichkeiten (d) bzw. (e) oben dargelegt, oder von Varianten davon erhalten werden.
Oben wurde erörtert, dass ein „Zufriedenheitsfaktor“ als die mittlere von einem Nutzer erreichte Bitrate, geteilt durch die Bitratenanforderung R̃_k,i, definiert werden kann. Wenn diese Bitratenanforderung relativ zu der Kapazität des Systems, eine solche Anforderung handzuhaben, sehr hoch ist, würde das System unweigerlich versuchen, so viel Leistung wie möglich zu verwenden, um die Anforderung zu erfüllen.
15 zeigt, wie die mittlere Nutzenfunktion U_k und die mittlere Leistung P_k sich mit der Bitratenanforderung pro mobiler Vorrichtung, das heißt R̃_k,i, ändern. Wenn die „Kapazität“ C_k,sys des Systems unterhalb der Anforderung liegt, ergibt sich aus der Verwendung der vollen Leistung nur ein sehr geringer Gewinn, da die Leistung selbst durch die dem System innewohnende Begrenzung beschränkt ist. Hier ist der Begriff „Kapazität“ locker als die maximale Leistung definiert, die das System ausgehend von der Bandbreite, den Standorten der mobilen Vorrichtungen, usw. erreichen kann. Da sich andererseits die Bitratenanforderung an die Systemkapazität annähert und geringfügig darunter bleibt, beginnt sich Raum für Leistungseinsparung zu öffnen, und der Wirkungsgrad der Leistung beginnt, sich zu verbessern. Sowie die erforderliche Bitrate unter die Systemkapazität absinkt, wird es für das System möglich, die Sendeleistung auf Kosten einer geringfügigen Bitratenverschlechterung zu verringern. Aufgrund der Verringerung der von Nachbarzellen verursachten Interferenzen kann jedoch die Verringerung der Bitrate aufgrund der Leistungsabsenkung mittels der SINR-Erhöhung ausgeglichen werden. Außerdem wird die Auswirkung der Bitratenverringerung des Weiteren durch die logarithmische Beziehung des Nutzens im Hinblick auf die Bitrate aufgefangen.
16 zeigt die Beziehung zwischen der mittleren Nutzenfunktion U_k und der mittleren Leistung P_k , wobei die Punkte auf Linie 250 die Beziehung für verschiedene Werte der Bitratenanforderung pro mobiler Vorrichtung, das heißt R̃_k.i, darstellen. Sowie die erforderliche Bitrate absinkt, wandert der Zustand des Systems von Punkt A nach links. Daher ist ersichtlich, dass die Bitratenanforderung R̃_k.i auf einen Wert (zum Beispiel in dem Bereich 252 auf Linie 250) eingestellt werden kann, mit dem, im Vergleich zu den höchsten Leistungsanforderungen, wesentliche Leistungseinsparungen erreicht werden können, aber ohne dass große Abstriche im Hinblick auf die Verringerung des Nutzens die Folge sind.
Typischerweise wird die erforderliche Bitrate über die höheren Schichten des Netzwerks geregelt. Eine Möglichkeit für die Basisstation besteht jedoch darin, die Bitratenanforderungen wie folgt auf niedrigere Werte einzustellen:
Zunächst sollen N aufeinander folgende Abtastungen der Zufriedenheit H_k,i durchgeführt werden. Wenn H_k,i < 1 für wenigstens N' aufeinander folgende Abtastungen auftritt (wobei N' ≤ N) und das System mit voller Leistung sendet, wird R̃_k,i um einen Schrittwert ΔR̃_k,i verringert. Dieser Anpassungsprozess erfolgt sehr langsam, weil die Werte von N und N' im Vergleich zu der Frequenz, bei welcher der Leistungseinstellungsalgorithmus aufgerufen wird, relativ groß ist.
Dieser Vorgang kann wiederholt werden, bis R̃_k,i auf den niedrigsten zulässigen Wert verringert wurde oder bis die Verringerung der erforderlichen Bitrate bedeutet, dass der Nutzen schneller sinkt als die mittlere Leistung. So kann es zum Beispiel vorkommen, dass der Prozess sich so lange wiederholt, bis 1) die Änderungsrate des mittleren Zellennutzens im Hinblick auf die mittlere Zellenleistung (oder kurz, die Ableitung) oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts liegt oder 2) der mittlere Zellennutzen unterhalb eines bestimmten Schwellenwerts für den Nutzen liegt oder 3) eine Teilmenge des Nutzernutzens über einem bestimmten Schwellenwert liegt.
Wie in 16 gezeigt, ist die Ableitung positiv. Sowie die Bitratenanforderung auf ein bestimmtes Niveau absinkt, beginnt der Wert der Ableitung sehr schnell zu steigen. Das System verfolgt daher eine derartige Ableitung, sowie die Bitratenanforderung verringert wird, und sowie Bedingung 1), 2) oder 3) erfüllt ist, wird die Verringerung der Bitratenanforderung angehalten.
Eine minimal zulässige Bitrate kann mit jeder von einer mobilen Vorrichtung eingestellten Bitratenanforderung verbunden werden. Als Beispiel kann der niedrigste zulässige Wert auf einen vorbestimmten Bruchteil der anfänglichen Bitratenanforderung eingestellt werden. Der vorbestimmte Bruchteil könnte auf einen konstanten Wert wie zum Beispiel ½ oder ¾ eingestellt werden. Alternativ könnte der vorbestimmte Wert auf der Grundlage der Art des Datenverkehrs eingestellt werden. Folglich könnte der vorbestimmte Wert für bestimmte Arten von Datenverkehr auf ½ und für andere Arten von Datenverkehr auf ¾ eingestellt werden. Der niedrigste zulässige Wert sollte immer so eingestellt werden, dass er den Nutzer i vor einer Beendigung des Dienstes schützt.
Wie oben beschrieben, ist die Zufriedenheit eines Nutzers als die mittlere Bitrate, geteilt durch die Bitratenanforderung für den Nutzer, definiert. Folglich würde mit abnehmender Bitratenanforderung der Nutzer zufriedener erscheinen. Wenn sich die Zufriedenheit des Nutzers verbessert, besteht seltener die Notwendigkeit, dass das System während der Leistungsanpassung die Leistung erhöht. Dies bewirkt eine Verringerung der mittleren Leistung. Sowie die mittlere Leistung absinkt und die Bitratenanforderung absinkt, sinkt auch die mittlere Bitrate des Nutzers. Typischerweise ist die Nutzenfunktion U eine Funktion der Bitrate. Sowie sich die mittlere Nutzer-Bitrate verringert, verringert sich auch der entsprechende Nutzen. Jedoch kann das Verringern der Bitratenanforderung unzufriedener Nutzer (vorausgesetzt, dass die Bitratenanforderung noch oberhalb der minimalen zulässigen Bitrate liegt) die gesamte mittlere Leistung des Systems verringern.
Lastberechnungen sind ein wichtiger Aspekt von LTE und im Zusammenhang mit Zugangskontrolle, Überlastungsregelung und Lastausgleich relevant. Eine geeignete Quantifizierung der Zellenlast wird benötigt, um zu bestimmen, ob eine Zelle neue Träger zulassen kann. Wenn eine Zelle mit einer hohen Last belegt ist, kann ein weiterer Zugang von Funkträgern verhindert werden, um die Anrufqualität der vorhandenen Träger aufrecht zu erhalten. Nach der Aufnahme in das System kann die Zellenlast aufgrund der Veränderungen bei der Kanalgüte als Ergebnis von Kanal-Fading und Mobilität, usw. noch schwanken. Folglich müsste das System mit einer derartigen Lastschwankung zurecht kommen, und einige vorhandene Träger müssen möglicherweise bei Bedarf fallen gelassen werden.
Die einfachste Möglichkeit zum Berechnen der Zellenlast besteht darin, die mittlere Anzahl der verwendeten Ressourcenblöcke relativ zu der Gesamtanzahl von Ressourcenblöcken der Bandbreite zu berechnen. Ein Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass er dazu neigt, die Last höher einzuschätzen, als sie tatsächlich ist, insbesondere bei Vorhandensein eines Verkehrs mit optimalem Aufwand, und dadurch potenziell eine ineffiziente Nutzung von Ressourcen verursacht. Eine höher entwickelte Möglichkeit zum Definieren der Zellenlast für LTE wurde in R. Kwan, R.Arnott, et. al., „On Radio Admission Control for LTE Systems", Tagungsband der IEEE VTC-Herbstkonferenz 2010, vorgeschlagen. Um die Zellenlast zu berechnen, wird auf der Grundlage des Verhältnisses der erforderlichen Bitrate zu der Bandbreiteneffizienz pro Ressourcenblock des Nutzers die erforderliche Anzahl von Ressourcenblöcken pro Träger erhalten. Diese Größe wird dann auf die Gesamtanzahl von Ressourcenblöcken in der Systembandbreite normalisiert und über alle aktiven Träger in dem System summiert.
Dieser Ansatz geht jedoch von einer konstanten Leistungsspektraldichte über die Bandbreite aus. Diese Annahme ist gültig, wenn keine frequenzselektive Leistungsregelung verwendet wird. Bei dem Vorhandensein einer Leistungsregelung über die Bandbreite, das heißt, dass jedes Teilband potenziell einen anderen Leistungspegel annehmen kann, würde jedoch ein derartiger Ansatz die Last potenziell unterschätzen, weil die Leistung ungleichmäßig über die Teilbänder verteilt wird, wodurch die Nutzbarkeit einiger Teilbänder verringert würde.
Um dieses Problem zu überwinden, kann die Last definiert werden als: $ρ_{k} = \sum_{i} \begin{matrix} {\tilde{R}}_{k, i} & P_{k, i} \\ R_{k, i} & {\tilde{P}}_{k} \end{matrix}$
wobei
bzw.
die erforderliche bzw. die mittlere Bitrate für den Nutzer i in Zelle k sind und
bzw.
die mittlere Leistung für den Nutzer i in Zelle k bzw. die maximale Abwärtsstrecken-Leistungsgrenze für Zelle k sind. Die Größe $μ_{k, i} = R_{k, i} / P_{k, i}$
kann als die Rate pro Leistungseinheit interpretiert werden, was den Wirkungsgrad der Leistung für den Nutzer quantifiziert. Folglich bezieht sich die Größe R̃_k.i /µ_k.i auf die potenziell erforderliche Leistung, um die erforderliche Bitrate zu erreichen. Anschließend liefert die auf die Gesamtleistung normalisierte erforderliche Leistung dem Nutzer den relativen erforderlichen Leistungsbeitrag für den Nutzer innerhalb des Systems.
Es sei angemerkt, dass es für einen Nutzer möglich ist, mehrere Träger zu haben. In diesem Fall ist es nützlicher, i als den Index des Trägers in dem System zu definieren. Außerdem ist es in der Praxis für einen Nutzer oder einen Träger möglich, eine sehr niedrige Bitrate zu erreichen und dadurch eine hohe Lastschwankung zu verursachen. Um dies zu überwinden, wird eine alternative Version der Gleichung (19) angegeben durch $ρ_{k} = {\sum_{i} min (C_{i}, \frac{{\tilde{R}}_{k, i}}{{\bar{R}}_{k, j}}) \frac{{\bar{P}}_{k, i}}{{\tilde{P}}_{k}}}_{,}$
wobei eine positive Konstante C_i verwendet wird, um das Bitratenverhältnis mit einem oberen Grenzwert zu versehen und eine potenzielle Instabilität zu verringern.
Es wird folglich ein Verfahren zum Bereitstellen von Femtozellen beschrieben, das es einer Leistungseinstellung erlaubt, die Nutzeranforderungen zu berücksichtigen.

Claims

Verfahren zum Regeln jeweiliger, mittels einer Basisstation eines Mobilfunk-Kommunikationsnetzes jedem einer Vielzahl von Teilbändern zugeteilter Sendeleistungen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen von Informationen von wenigstens einer anderen Basisstation des Netzes, wobei die Informationen Informationen über eine Empfindlichkeit einer Nutzenfunktion in einer von der anderen Basisstation bedienten Zelle im Hinblick auf Änderungen der mittels der Basisstation jeweiligen Teilbändern zugeteilten Abwärtsstreckenübertragungsleistungen aufweisen, Identifizieren eines Teilbandes, in dem es relativ vorteilhaft wäre, eine Abwärtsstreckensendeleistung zu erhöhen; Bestimmen, ob ein Faktor in Bezug auf eine Diensterwartung von Nutzern in der Zelle einen Schwellenwert überschreitet, wobei der Faktor definiert ist durch jede durchschnittliche Bitrate eines jeweiligen Nutzers dividiert durch die erforderliche Bitrate des jeweiligen Nutzers; und Erhöhen der Abwärtsstreckensendeleistung in dem identifizierten Teilband nur dann, wenn der Faktor niedriger ist als der Schwellenwert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Faktor auf der Grundlage einer mittleren Diensterwartung von Nutzern in der von der Basisstation bedienten Zelle definiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Faktor auf der Grundlage einer gewichteten mittleren Diensterwartung von Nutzern in der von der Basisstation bedienten Zelle definiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Faktor auf der Grundlage einer Standardabweichung der Diensterwartung von Nutzern in der von der Basisstation bedienten Zelle definiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Faktor auf der Grundlage eines Perzentils der Diensterwartung von Nutzern in der von der Basisstation bedienten Zelle definiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, wobei der Faktor auf der Grundlage eines Skalierungsfaktors definiert wird, der einen Grad von Konservativität einführt.
Verfahren nach Anspruch 6, welches das Anpassen des Skalierungsfaktors auf der Grundlage einer aktuellen Sendeleistung in der Zelle umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, welches das Anpassen des Skalierungsfaktors auf der Grundlage einer gemessenen Interferenz in der Zelle umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, das Folgendes umfasst: Bestimmen eines Interferenzeffekts in einer von einer Basisstation eines Mobilfunk-Kommunikationsnetzes bedienten Zelle, wobei die Interferenz durch Übertragungen von einer Basisstation in wenigstens einer Nachbarzelle des Netzes verursacht wird; Erhalten von Messungen von mit der Basisstation verbundenen mobilen Vorrichtungen; und Verwenden der Messungen, um ein Maß für eine Empfindlichkeit einer Nutzenfunktion in der von der Basisstation bedienten Zelle im Hinblick auf Änderungen der mittels der Basisstation in der wenigstens einen Nachbarzelle des Netzwerks jeweiligen Teilbändern zugeteilten Abwärtsstreckenübertragungsleistungen abzuleiten.
Verfahren nach Anspruch 9, das Folgendes umfasst: Erhalten von Messungen von den mobilen Vorrichtungen in einer Vielzahl von Teilbändern.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, das Folgendes umfasst: wiederholtes Erhalten jeder der Messungen und Ausbilden eines zeitgemittelten Werts für jede der Messungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9-11, welches das Ausbilden von gemittelten Messungen aus Messungen umfasst, die mittels einer Vielzahl von mobilen Vorrichtungen für jedes der Teilbänder durchgeführt wurden.
Verfahren nach Anspruch 12, das für jede gemittelte Messung, die unterhalb eines Schwellenwerts liegt, das Einstellen der Empfindlichkeit einer Nutzenfunktion für jedes entsprechende Teilband auf einen negativen Wert umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9-13, wobei es sich bei den Messungen um Messungen eines Kanalgüte-Indikators handelt.