TW201517538A - 用於多小區無線系統之分散慢速衰減預先編碼 - Google Patents

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Alexei Ashikhmin
Thomas L Marzetta
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Alcatel Lucent
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Abstract

本發明提供用於多小區無線系統之慢速衰減預先編碼之方法及裝置。在其中伺服複數個終端機之一蜂巢式網路之一基地台處，該基地台伺服複數個相同小區終端機及鄰近小區終端機，且該蜂巢式網路包含伺服各自複數個相同小區終端機及鄰近小區終端機之鄰近小區基地台，選擇該蜂巢式網路內之一相同小區及一或多個鄰近小區，該等相同小區及一或多個鄰近小區構成一截斷網路。獲得複數個慢速衰減係數，該複數個慢速衰減係數之各者與頻道狀態資訊相關聯以在該截斷網路內在一鄰近小區基地台與該等各自相同小區終端機或鄰近小區終端機之一者之間通信，及基於該複數個慢速衰減係數，產生一組慢速衰減預先編碼係數用於在該截斷網路內將信號傳輸至相同小區終端機及鄰近小區終端機。

Description

用於多小區無線系統之分散慢速衰減預先編碼
本揭示內容大體上係關於使用多個天線來達成改良型網路效能之無線通信系統。
吾人早已知道空間多工技術可用來改良無線網路之頻譜效率。(頻譜效率描述每單位頻率之資料傳輸速率，通常以位元每秒每赫茲(HZ)為單位)。在空間多工之典型實例中，一多傳輸天線陣列將一訊息疊加發送至一多接收天線陣列。假定頻道狀態資訊(CSI)(即，各自傳輸-接收天線對之間的頻道係數)為已知。若各自頻道係數之間存在低相關性，則CSI可被傳輸器或接收器或兩者用來定義傳輸訊息之各者之一準獨立頻道。因此，可在接收天線陣列處恢復個別訊息。
最近，專家提議空間多工技術擴展，其中由甚至更大數目個基地台天線等(吾人在本文中將其等稱為「服務天線」或簡稱為「天線」)同時在相同時頻槽中伺服大量行動或固定使用者終端機(本文中被稱為「終端機」)。尤其在服務天線數目遠大於終端機數目時，此等網路可被稱為「大規模天線系統」(LSAS)。
理論研究預測LSAS網路之效能隨服務天線數目增大而有利地提高。特定言之，不僅頻譜效率存在增益，且能量效率亦存在增益。(能量效率描述總資料輸送量對總傳輸功率之比率，且例如以位元每 焦耳(Joule)來量測)。
一項此種研究係T.L.Marzetta，「Noncooperative Cellular Wireless with Unlimited Numbers of Base Station Antennas」，IEEE Trans.on Wireless Communications 9(2010年11月)3590-3600，後文中被稱為「Marzetta 2010」。
依一些方法，基地台可透過依賴於分時雙工(TDD)互反性之一程序獲得CSI。即，終端機在反向鏈路上發送導頻序列，基地台可自該等導頻序列估計CSI。接著，基地台可將CSI用於波束成形。此方法在可對各終端機指派一組相互正交的導頻序列中之一者時有效地發揮作用。
通常，認為有利的是，終端機在一給定頻率上且甚至可能在所有頻率上利用導頻序列之相互正交性同步傳輸所有導頻序列。
然而，可用正交導頻序列之數目相對較小，且可能不大於相干時間(其中假定一基地台與一終端機之間的普遍頻道狀況為靜態之一間隔)對延遲擴展(最早有效多路徑分量之到達時間與最晚多路徑分量之到達時間之間的差)之比率。一單一小區內之終端機可使用正交導頻序列，但來自鄰近小區之終端機通常將被要求重新使用相同導頻序列之至少一些。在不同小區中導頻序列之此重新使用產生導頻污染問題。導頻污染造成一基地台不僅將其訊息承載信號波束成形至定位於相同小區中之終端機，且亦波束成形至定位於鄰近小區中之終端機。此現象被稱為定向干擾。定向干擾不隨基地台天線數目增大而消失。事實上，定向小區間干擾連同所要信號與基地台天線數目成比例地增長。
如Marzetta 2010中所示，例如，隨著在一LSAS網路中基地台天線數目增長，起因於導頻污染之小區間干擾最終將作為主干擾源出現。
一種用於抑制小區間干擾且因此達成甚至更大的信號對干擾及雜訊比(SINRs或單數形式SINR)之方法係將一LSAS網路細分成諸叢集。存在用於減輕對各個叢集內之小區的定向小區間干擾之基於叢集之方案。
然而，用來抑制小區間干擾之基於叢集之方法的一缺點在於對沿一叢集周長定位之終端機產生叢集間干擾之可能性。沿一叢集周長定位之終端機之數目通常係大的，在其中存在許多叢集之一大型網路之情況中尤為如此。因此，大部分終端機可受叢集間干擾影響且以相對較低的資料傳輸速率伺服。此外，增大叢集大小以降低沿一叢集周長定位之終端機的量亦將增大叢集周長之大小，從而使得將在一給定時間相對較接近於一叢集周長定位較大數目個終端機變得更有可能。此外，較大叢集可要求相對較大數目個基地台之間的協作，其亦可增大複雜度。
為解決用於抑制小區間干擾之當前方法的缺點，提供用於多小區無線系統之分散慢速衰減預先編碼之方法及裝置。根據一實施例，在其中伺服複數個終端機之一蜂巢式網路之一基地台處，該基地台伺服複數個相同小區終端機及鄰近小區終端機，且該蜂巢式網路包含伺服各自複數個相同小區終端機及鄰近小區終端機之鄰近小區基地台，選擇該蜂巢式網路內之一相同小區及一或多個鄰近小區，該等相同小區及一或多個鄰近小區構成一截斷網路。獲得複數個慢速衰減係數，該複數個慢速衰減係數之各者與頻道狀態資訊相關聯以在該截斷網路內在一鄰近小區基地台與該等各自相同小區終端機或鄰近小區終端機之一者之間通信，及基於該複數個慢速衰減係數，產生一組慢速衰減預先編碼係數用於在該截斷網路內將信號傳輸至相同小區終端機及鄰近小區終端機。可由一鄰近小區基地台選擇該相同小區及該一或多個 鄰近小區之一或多者來構成與該截斷網路相交之一鄰近截斷網路。
根據一實施例，產生該組慢速衰減預先編碼係數可包括判定經最佳化慢速衰減預先編碼係數。
根據一實施例，可基於以下之一者判定用於將一信號傳輸至相同小區終端機及其他小區終端機之各經最佳化慢速衰減預先編碼係數：最大化一最小信號對干擾及雜訊比，最大化資料傳輸速率之一和，或最大化資料傳輸速率之一對數和。
根據一實施例，產生該組慢速衰減預先編碼係數可包含執行一迭代函數，其中可基於一精度控制臨限值終止該迭代函數。該迭代函數包含一準凸最佳化演算法。
根據一實施例，可接收意欲用於定位於該截斷網路內之相同小區終端機及鄰近小區終端機之一或多者之資料信號。
根據一實施例，該基地台可包括該截斷網路之一中心集線器。
根據一實施例，可自該複數個相同小區終端機及鄰近小區終端機獲得導頻信號，且可基於該組慢速衰減預先編碼係數，將信號波束成形至該等相同小區終端機及鄰近小區終端機之一或多者。該波束成形可係基於一組快速衰減係數，且可使用正交分頻多工(OFDM)調變來執行。
一般技術者藉由參考下文詳細描述及隨附圖式將明白本發明之此等及其他優點。
1‧‧‧天線
10‧‧‧小區
11‧‧‧小區
12‧‧‧小區
13‧‧‧小區
20‧‧‧基地台
21‧‧‧基地台
22‧‧‧基地台
23‧‧‧基地台
30‧‧‧行動終端機
31‧‧‧行動終端機
32‧‧‧行動終端機
33‧‧‧行動終端機
40‧‧‧行動終端機
41‧‧‧行動終端機
42‧‧‧行動終端機
43‧‧‧行動終端機
50‧‧‧行動終端機
51‧‧‧行動終端機
52‧‧‧行動終端機
53‧‧‧行動終端機
60‧‧‧行動終端機
61‧‧‧行動終端機
62‧‧‧行動終端機
63‧‧‧行動終端機
70‧‧‧路徑
71‧‧‧路徑
72‧‧‧路徑
73‧‧‧路徑
100‧‧‧小區
101‧‧‧小區
110‧‧‧小區100之基地台天線陣列
300‧‧‧第j基地台/基地台j
302‧‧‧第k終端機
400‧‧‧蜂巢式網路
402‧‧‧叢集
404‧‧‧叢集
406‧‧‧叢集
408‧‧‧叢集
410‧‧‧基地台
412‧‧‧基地台
414A-414T‧‧‧終端機
500‧‧‧網路
502‧‧‧第j小區
503‧‧‧基地台j
504‧‧‧小區
506‧‧‧小區
508‧‧‧小區
509‧‧‧基地台i
510‧‧‧小區
512‧‧‧小區
514‧‧‧小區
602‧‧‧步驟
604‧‧‧步驟
606‧‧‧步驟
608‧‧‧步驟
700‧‧‧基地台裝置
710‧‧‧處理器
720‧‧‧資料儲存器件
730‧‧‧記憶體
740‧‧‧接收器模組
750‧‧‧預先編碼模組
760‧‧‧波束成形模組
770‧‧‧網路介面
780‧‧‧輸入/輸出器件
圖1係一LSAS網路之一部分之一示意圖式，其繪示歸因於導頻污染之小區間干擾；圖2係一LSAS網路之一部分之一示意圖式，其繪示快速衰減係數與慢速衰減係數之間的一區別；圖3係繪示根據一實施例之一基地台與一鄰近小區終端機之間的 頻道向量之一示意圖式；圖4係一LSAS網路之一部分之一示意圖式，其中叢集式慢速衰減預先編碼用來減輕歸因於導頻污染之叢集間干擾；圖5係一截斷LSAS網路之一示意圖式，其中可根據一實施例執行分散慢速衰減預先編碼；圖6繪示根據一實施例之用於分散慢速衰減預先編碼之一流程圖；及圖7係可用於執行本文中之各項實施例之一基地台裝置之一高階方塊圖。
根據各項實施例，在一頻道使用間隔期間自一基地台天線陣列傳輸之一訊息載送信號在本文中被稱為「符號」。一符號分佈在空間及頻率中，此係因為各基地台具有多個天線用於傳輸，且各符號通常將分佈在多個OFDM子載波或「頻調」上。
術語「天線」指代與一小區相關聯之一基地台天線。各小區具有至多M個天線。術語「終端機」指代一靜態或行動使用者終端機。
小區之總數目為L。各小區含有至多K個終端機。導頻信號之總數目為K。導頻信號被編號為1、...、K。假定導頻信號被分配至終端機使得在各小區中，對第k終端機分配導頻信號k。
例如，天線mj係小區j之第m天線。終端機kl係小區l之第k終端機。
術語「相同小區」指代從基地台角度來看之一元件之一空間位置。例如，對於定位於小區j內之一基地台，術語相同小區終端機指代定位於小區j內之一終端機。
術語「鄰近小區」亦可指代從基地台角度來看之一空間位置。例如，對於定位於小區j內之一基地台，一鄰近小區終端機可指代定 位於與小區j共用一周長邊界之另一小區內之一終端機。替代地，一鄰近小區終端機可指代定位於在定位於小區j內之基地台之一天線之傳輸範圍內但不與小區j共用一周長邊界之另一小區內之一終端機。
對於頻調n，天線mj與終端機kl之間的頻道係數係。藉由以下方程式定義小區j之基地台與小區l之終端機之間的一M×K頻道矩陣G jl ：
可將頻道係數g分解成一快速衰減係數h及一慢速衰減係數β ½：
表示快速衰減之係數h可隨少至1/4波長運動而變更。另一方面，由係數β表示之衰減行為慢速變化。儘管係數β(即，慢速衰減係數)通常被稱為遮蔽衰減係數，但此衰減通常係幾何衰減及遮蔽衰減之一組合。通常，β隨頻率恆定且隨空間及時間慢速變化。相比之下，快速衰減係數h通常隨空間及時間快速變更。在頻率方面，快速衰減隨為頻道延遲擴展之倒數之頻率間隔變化。在不失一般性之情況下，在下文數學分析中，可作出係數h具有單位方差之假定(此係因為g之乘法分解非唯一)。後文中，為便於理解，將不對頻調索引n做此記號。
如上文提及，已為小區j之基地台及小區l之第k終端機之慢速衰減係數β編索引。尚未為小區j之基地台之一個別天線編索引，此係因為假定至少在一天線陣列之空間規模上，此等係數係準獨立於空間位置。
圖1係一LSAS網路之一部分之一示意圖式，其繪示歸因於導頻污染之小區間干擾。圖1展示一蜂巢式網路之一部分，其包含小區10至13，該等小區10至13具有各自基地台20至23。複數個行動終端機被展示為在各小區中，分別標記為30至33、40至43、50至53及60至63。為簡化該圖式，將基地台之各者視作僅具有一單一天線。
在正向鏈路傳輸中，基地台20例如在路徑70上將一訊息傳輸至終端機30。若已對終端機40、50及60指派相同於終端機30之導頻信號，則導頻污染可造成傳輸訊息分別在路徑71、72及73上干擾終端機40、50及60。
相反，在反向鏈路傳輸中，終端機30在路徑70上將一訊息傳輸至基地台20。(出於此闡釋之目的，吾人將路徑70至73視作雙向路徑)。導頻污染可造成路徑71至73上之反向鏈路訊息在基地台20處干擾在路徑70上自終端機30傳輸之反向鏈路訊息。
圖2係一LSAS網路之一部分之一示意圖式，其繪示快速衰減係數與慢速衰減係數之間的一區別。圖2展示一蜂巢式網路之一部分，其包含小區100及101。為闡釋何謂快速衰減係數及慢速衰減係數，該圖式包含小區100之基地台天線陣列110、小區100之行動終端機k及小區101之行動終端機k'。為簡化該圖式，已省略小區之所有其他特徵。如該圖式中指示，出於此闡釋之目的，小區100係小區j，且小區101係小區l。天線陣列110包含M個天線，已明確展示其中之天線1及天線M。儘管為了方便起見已將天線陣列110繪製為一線性陣列，但應注意，不要求天線之地理分佈採取一線性形狀或任何其他特定形狀。同樣地，僅為了方便起見已將線性天線陣列之規模描繪為與小區大小相當。天線陣列之地理規模不存在限制，除通常將天線分隔開達至少二分之一波長以最小化天線之間的電磁耦合將是有利的以外。
在圖2中，已用快速衰減係數、、及分別標記自天線1至終端機k、自天線1至終端機k'、自天線M至終端機k及自天線M至終端機k'之傳播路徑。亦指示兩個慢速衰減係數。其等係自天線陣列110至小區j之終端機k之及自天線陣列110至小區l之終端機k'之。僅由虛線指示自陣列110之中間天線至各自終端機之其他快速 衰減係數。
在下文論述中，假定OFDM信號調變用於正向鏈路信號及反向鏈路信號兩者。然而，應瞭解，本文中之實施例不限於OFDM，而是可使用其他調變技術(諸如時間反轉調變或CDMA調變)來實施。
在一分時雙工多小區無線網路(本文中亦被稱為TDD網路或被簡稱為網路)中，各小區包含一基地台。各基地台裝配有M個天線，且終端機各裝配有一個天線。基地台天線數目M通常相對較大，此係因為多小區無線網路之效能通常隨天線數目成比例地增長。例如，天線數目M可介於20個至1000個天線或更多個之間。
一相干間隔T界定其中假定基地台與行動終端機之間的普遍頻道狀況為靜態(即，頻道狀況不變更)之一間隔。例如，在高階下行鏈路傳輸協定中，所有小區中之終端機可同步發送導頻序列。導頻序列傳播至所有基地台之所有天線。各基地台使用此等導頻序列來估計其天線之各者與小區中行動終端機之間的CSI(頻道向量)。將假定在一相干間隔之持續時間內各經估計CSI值係有效。基地台接著可使用其CSI估計以將信號同步波束成形至定位於其等小區中之終端機(即，至相同小區終端機)。
波束成形技術明顯減小發送至不同終端機之信號之間的干擾。例如，在各小區中，可存在由整數1、...、K枚舉之K個終端機(K個相同小區終端機)。K個終端機可採用K個唯一導頻序列以與基地台通信。同樣地，不同小區中之終端機(即，其他小區終端機)可使用相同組之K個正交導頻序列r 1,...,r i * r j =0。如此，在各小區中，第k終端機將經由導頻序列r k 通信。
當前TDD網路可達成明顯高於LTE系統之資料上行鏈路及下行鏈路傳輸速率。然而，迄今為止，此等系統中各種固有問題已阻止資料傳輸速率進一步增大。此等問題包含：(1)由導頻污染造成之定向小 區間干擾、(2)頻道估計誤差、(3)非正交頻道向量及(4)終端機處之波束成形增益不確定性。
由導頻污染造成之定向小區間干擾描述由終端機導頻序列造成之一狀況。通常，導頻序列相對較短，此係因為終端機可貫穿一網路快速移動。短導頻序列之一結果係序列正交次數少。因此，一網路可不包含足夠正交導頻序列用於所有終端機，例如，用於從相同小區基地台角度來看之鄰近小區終端機。實際上，導頻污染可起因於不可避免地使用非正交導頻序列。由於導頻污染，小區間干擾不可能消失，即使基地台天線數目M趨向於無窮大。
頻道估計誤差描述其中一基地台估計CSI伴隨一誤差之一實例。由於典型導頻序列相對較短，頻道估計誤差可係明顯的。實際上，波束成形包含一頻道估計誤差之信號之一基地台可導致網路內之干擾。
當基地台天線數目M趨向於無窮大時，基地台與不同終端機之間的CSI(其係頻道向量 通常 變成相互正交(即，)，因此允許避免下行鏈路干擾。然而，事實上，在基地台天線數目M有限之情況中，頻道向量非正交且可造成網路干擾。
波束成形增益不確定性起因於一終端機不具有關於其自身與其相同小區基地台之間的有效頻道增益之準確資訊。因此，該終端機僅可估計頻道增益。估計誤差可減小在與終端機通信期間達成之SINR。
圖3係繪示根據一實施例之一基地台與一鄰近小區終端機之間的頻道向量之一示意圖式。展示第j基地台300(亦在本文中被稱為基地台j)與定位於第l小區中之第k終端機302之間的頻道向量(CSI)。當一信號自終端機302傳播至基地台300之第m天線時，其乘以係數 。可假定下行鏈路及上行鏈路互反性，因此當一信號自基地台j 300之第m天線傳播至第k行動終端機302時，該信號乘以相同係數
係數係一慢速衰減係數。係變更相對較慢之一實數。通常，對於基地台j之所有天線且對於一OFDM頻道之所有頻率，慢速衰減係數相同。
係數係一快速衰減係數。與慢速衰減係數不同，一旦一(行動)終端機移動達一波長之1/4，快速衰減係數即可變更。此外，快速衰減係數係取決於一天線索引(例如，M個天線之各者可具有其自身快速衰減係數)且取決於一OFDM頻道之特定頻率之一複數。如此，快速衰減係數難以估計，且一實際網路中之快速衰減係數之數目將非常大。實際上，各基地台處之快速衰減係數之數目等於MKN，其中K係一給定小區內之終端機之數目，且N係OFDM頻道中之頻格(頻率)之數目。
相比之下，慢速衰減係數並非取決於一天線索引或一OFDM頻道之特定頻率。而是，各基地台僅具有對應於相同小區終端機數目之K個慢速衰減係數。
如此，在一實施例中，鄰近小區基地台可彼此交換慢速衰減係數，且傳輸至定位於第j小區中之終端機之資料亦可由所有鄰近小區中之基地台獲得。
可在數學上考量根據一實施例之一通信協定，其中T係上述相干間隔之長度。可將導頻序列描述為τ-tuples，例如，任何導頻序列r k =(r k1,r k2,...,r kτ ) T ，其中T意指一向量之轉位。記號ρ r 係一終端機之傳輸功率。例如，可假定所有終端機具有相同傳輸功率。記號ρ r 係一基地台之傳輸功率(例如，可假定所有基地台具有相同傳輸功率)。
記號係第j基地台300與定位於第l小區內之第k 終端機302之間的快速衰減頻道向量(如圖3中所示)。
記號係頻道向量，其包含慢速衰減係數及快速衰 減係數兩者。
記號s [kj]係傳輸至定位於第j小區中之第k終端機之信號資料，且L係網路中之小區之總數目。替代地，L可僅等於鄰近小區之數目，或如下述，等於一截斷(虛擬)網路中之小區之總數目。
在一實施例中，各基地台經調適以估計其慢速衰減係數並追蹤慢速衰減係數之演進。基地台進一步經調適以將其等慢速衰減係數傳輸至一網路集線器。一截斷網路中之任何基地台可執行一網路集線器之各種功能，如下述。替代地，網路集線器可係用於執行定位於該截斷網路內之下述各種功能之一獨立單元。
如此，當所有終端機同步發送其等導頻序列時，導頻序列傳播至所有鄰近基地台(包含在其M個天線處接收M x τ複數矩陣之第j基地台)： 其中係r k 之轉位且W係相加雜訊。
為估計第j基地台與定位於第j小區中之第k終端機之間的CSI，第j基地台計算以下向量： 且將頻道向量之最小均方誤差(MMSE)進一步計算為 ，其中σ 2係相加雜訊之方差。由定義估計誤差。
通常，第j基地台對定位於第j小區中之第K終端機傳輸資料信號s [kj],k=1,...,K。然而，根據一實施例，網路集線器(例如，截斷網路中之任何基地台)計算KL 2 j個預先編碼係數 ,r=1,...,L；k=1,...,K；1=1,...,L，其中慢速衰減預先編碼係數係慢速衰減係數之一函數。網路集線器接著將預先編碼係數KL(即，預先編碼係數,k=1,...,K；1=1,...,L)發送至第j基地台，該第j基地台傳輸信號,k=1,...,K，其成形為資料信號s [kj],k=1,...,K及預先編碼係數之線性組合：
如此，網路集線器可藉由最佳化慢速衰減預先編碼係數考量所有鄰近基地台與終端機之間的干擾信號之慢速衰減特性。
當計算信號時，第j基地台可形成一1xM向量 且自對應天線傳輸w j =(w 1 j,w 2j ,...,w Mj )之分量。此被稱為共軛預先編碼。熟習此項技術者應注意，共軛預先編碼取決於快速衰減係數。實際上，向量且此外w j 取決於快速衰減係數，其等在第j基地台處本地可用。如此，不要求在基地台之間或在基地台與一網路集線器之間交換快速衰減係數。
如上述，判定慢速衰減預先編碼係數要求在基地台與一網路集線器之間僅交換慢速衰減係數。同時，共軛波束成形僅取決於本地已知之快速衰減係數，其等可用於各基地台。
在上述程序中定義或已知各變數，除慢速衰減預先編碼係數之一最佳值以外。瞭解由終端機自基地台接收之信號有助於判定一最佳慢速衰減預先編碼係數。例如，第1小區中之第k終端機接收 +相加雜訊，其中γ係一功率標準化因子。上述表達式可簡化為由以下形式一表達式表示 +相加雜訊， 其中
干擾項、、、對應於關於上述TDD網路之問題。特定言之，係由導頻污染造成之定向小區間干擾，係關於頻道估計誤差，係關於頻道向量之非正交性，且係關於終端機處之波束成形增益不確定性。
如此，在對計算進行額外簡化之後(熟習此項技術者將瞭解)，得出的結果是第l小區中之第k終端機之SINR值係：
應注意，係數直接或間接影響枚舉數()及分母中之所有項()。因此，為達成一可行SINR(即，一成功信號傳輸可行之一SINR)，必須找到一最佳使得慢速衰減預先編碼係數使分母變小，且同時使枚舉數儘可能大。如此，用於找到一最佳慢速衰減預先編碼係數之一最佳化函數可用公式表示為： 其等效於準凸最佳化函數
在一實施例中，一網路集線器採用一迭代運算函數以判定一經 最佳化慢速衰減預先編碼係數。特定言之，網路集線器可採用一準凸最佳化函數以判定(該準凸最佳化函數不具有一可行慢速衰減預先編碼係數之一SINR值)及(存在一可行慢速衰減預先編碼係數之一SINR值)。熟習此項技術者亦應注意，例示性準凸最佳化函數僅用於闡釋目的，且亦可由一基地台採用多種其他迭代類型函數以判定一經最佳化慢速衰減預先編碼係數。
圖4係一LSAS網路之一部分之一示意圖式，其中叢集式慢速衰減預先編碼用來減輕歸因於導頻污染之叢集間干擾。在圖4中，可將蜂巢式網路400分隔成複數個叢集，例如，叢集402、404、406及408，各叢集包括選定數目L個鄰近小區。例如，網路400包含叢集402、404、406及408，其中各叢集中之小區之數目L=7。在各叢集內，一中心基地台(例如，叢集402中之基地台410)可扮演一網路集線器之角色且計算該叢集內之所有基地台的慢速衰減預先編碼係數，例如，基地台410可判定叢集402中之基地台412之最佳慢速衰減係數。通常，網路400之組態允許一給定叢集內之正向鏈路信號干擾(例如，基地台410與基地台412之間)之明顯減小。此外，若一網路包含相對較小數目個叢集(例如，1至3個叢集，諸如對於一小城鎮或一封閉網路指定區域)，則可在各叢集內之基地台與終端機之間達成一高資料傳輸速率。
然而，沿一叢集之一周長定位之終端機(例如，終端機414A至414T)可遭遇來自鄰近叢集之叢集間干擾(例如，類似於上述小區間干擾)，此係因為各叢集內使用之慢速衰減預先編碼之先前方法將不會減輕此類型干擾。例如，叢集402內之終端機414A至414T可遭遇來自叢集404、406及408之叢集間干擾。此外，例如，在其中存在許多叢集之一大型網路之情況中，沿一叢集周長定位之終端機之數目通常係大的。因此，可以相對較低的資料傳輸速率伺服大部分終端機。此 外，增大叢集大小以降低沿一叢集周長定位之終端機之量亦將增大該叢集周長之大小，從而使得將在一給定時間相對較接近於一叢集周長定位較大數目個終端機變得更有可能。此外，較大叢集可要求相對較大數目個基地台之間的協作，其亦可增大複雜度。然而，可實施一種用來網路分隔之分散無叢集方法以明顯改良一網路中之所有終端機之資料傳輸速率。
圖5係一截斷LSAS網路之一示意圖式，其中可根據一實施例執行分散慢速衰減預先編碼。在網路500中，各基地台經組態以藉由界定其自身截斷(即，虛擬)網路(包括一相同小區及一或多個鄰近小區R)並用作此截斷網路之網路集線器而實施一分散慢速衰減預先編碼方法。例如，若在第j小區502中，基地台j 503對其截斷網路選擇五個鄰近小區(R=6)，則截斷網路R+1除可包含第j小區502以外，亦包含小區504、506、508、510、512及514。此外，基地台j 503可選擇包含在截斷網路R+1中之各種其他鄰近小區R，包含非直接鄰近於第j小區502之小區。如此，可由一鄰近小區基地台選擇相同小區(第j小區502)或一或多個鄰近小區R之一或多者來構成與由基地台j 503界定之截斷網路R+1相交之一鄰近截斷網路，藉此允許減輕沿該截斷網路R+1之一周長定位之終端機之干擾。
在截斷網路R+1內，R+1基地台之各者(即，小區502中之基地台j 503、小區508中之基地台i 509及小區504、506、510、512及514中之基地台，為了清楚起見其等未在圖5中展示)估計其等自身與定位於截斷網路(R+1)中之所有使用者之間的慢速衰減係數。基地台進一步與該截斷網路之網路集線器(例如，與扮演網路集線器之角色之基地台j 503)交換慢速衰減係數之估計。網路集線器(例如，基地台j 503)判定該截斷網路R+1內之基地台之所有共同最佳之K(R+1)2個慢速衰減預先編碼係數，仿佛小區502至514係整個蜂巢式網路。一種用於判定慢速 衰減預先編碼係數之例示性方法在標題為「Slow-Fading Precoding for Multi-Cell Wireless Systems」之美國專利申請案第13751470號中予以描述，該案以引用方式併入本文中。基地台j 503收集意欲用於傳輸至定位於截斷網路R+1內之所有終端機之所有資料信號s [kj]，但不收集意欲用於傳輸至定位於該截斷網路外之終端機之資料信號。基地台j 503接著僅使用將資料自基地台j 503傳輸至定位於該截斷網路內之終端機所需之K(R+1)2個慢速衰減預先編碼係數中之K(R+1)個，仿佛小區502至514係整個蜂巢式網路。
在一實施例中，基地台j 503經組態以僅使用其自身慢速衰減預先編碼係數將正向鏈路信號傳輸至定位於截斷網路(R+1)內之終端機。其他基地台形成其等自身截斷網路且用作其等各自截斷網路之網路集線器。例如，小區508內之基地台i 509形成其自身截斷網路，用作該截斷網路之集線器且判定其截斷網路之慢速衰減預先編碼係數。如此，基地台僅使用其等自身慢速衰減預先編碼係數將正向鏈路信號傳輸至其等截斷網路內之終端機。例如，基地台i 509使用獨立於基地台j 503之慢速衰減預先編碼係數判定之慢速衰減預先編碼係數將正向鏈路信號傳輸至定位於由小區508之R=6個鄰近小區形成之截斷網路內之終端機。
圖6中概述先前論述。圖6繪示根據一實施例之用於分散慢速衰減預先編碼之一流程圖。圖6繪示用於處理正向鏈路信號之一可行程序，其意在例示性且非限制性。網路中之各基地台實行該圖式中所示之程序。圖6可結合圖5檢視且係關於如由一代表性基地台(即，定位於第j小區502中之基地台j 503)執行之程序的步驟。
在步驟602處，基地台j 503選擇蜂巢式網路內之一相同小區(第j小區502)及一或多個鄰近小區R，該等相同小區及一或多個鄰近小區構成一截斷(即，虛擬)網路R+1。如此，出於本文中之實施例之目 的，對於基地台j 503，該蜂巢式網路僅包括R+1個小區。例如，若基地台j 503選擇6個鄰近小區(R=6)，則該截斷網路R+1可包含小區502、504、506、508、510、512及514，如圖5中所示。基地台j 503可例如藉由對其自身指派索引1且此後使小區504、506、508、510、512及514之索引增量而枚舉R+1個小區。
在604處，基地台j 503接收R+1個基地台與該截斷網路內之終端機之間的慢速衰減係數,j=1,...,R+1；r=1,...,R+1；k=1,...,K，以基於定位於截斷網路R+1內之所有終端機之慢速衰減係數判定慢速衰減預先編碼係數,j=1,...,R+1；1=1,...,R+1；k=1,...,K。
在606處，基於慢速衰減係數,j=1,...,R+1；r=1,...,R+1；k=1,...,K，基地台j 503產生共同最佳化之慢速衰減預先編碼係數,j=1,...,R+1；1=1,...,R+1；k=1,...,K。共同最佳化慢速衰減預先編碼係數,j=1,...,R+1；1=1,...,R+1；k=1,...,K，仿佛小區502至514係整個蜂巢式網路。熟習此項技術者應注意，用於產生一整個網路之慢速衰減預先編碼係數之任何方法可在本文中用來產生慢速衰減預先編碼係數。任何此種方法將應用於該截斷網路，仿佛截斷網路係整個網路。例如，可基於最大化伺服於截斷網路中之終端機之資料傳輸速率之一和(即，一和速率)、最大化資料傳輸速率之一對數和或基於其他方法，產生慢速衰減預先編碼係數。根據用於產生在美國專利申請案第13751470號中提出且以引用方式併入本文中之慢速衰減預先 編碼係數之方法，基地台j 503可計算之第i迭代以判定SINR (i)之可行性，例如，藉由執行一半定程式化程序以判定SINR (i)之可行性。若SINR (i)可行，則基地台j指派。否則，基地台j指派
若<△，則基地台j 503可判定停止迭代程序，其中△係用於控制精度之一參數(即，一精度控制臨限值)。在此情況中，將獲得當前最佳之慢速衰減預先編碼係數。若，則基地台j 503將對於下一(第i+1)迭代繼續進行迭代程序。
若已停止迭代程序且已獲得最佳慢速衰減預先編碼係數，則(在自各終端機獲得導頻信號之後)在608處，基於最佳慢速衰減預先編碼係數，基地台j 503將用於正向鏈路傳輸之信號波束成形至截斷網路R+1內之一或多個相同小區及鄰近小區終端機以達成。儘管熟習此項技術者將認知可使用各種方法實施一正向鏈路傳輸，但一例示性而非限制性實例係Marzetta 2010中所述之正向鏈路傳輸方法。
本文中用於分散慢速衰減預先編碼之各項實施例可明顯減小對至定位於一截斷網路內之一或多個相同小區及鄰近小區終端機之正向鏈路信號傳輸之小區間干擾。對於定位於一截斷網路外之終端機，歸因於此等小區相對於使用最佳慢速衰減預先編碼係數傳輸正向鏈路信號之一基地台之遠端近接，可減輕干擾。此外，分散慢速衰減預先編碼可減輕與沿一截斷網路/叢集周長定位之終端機相關聯之問題且可允許一更均勻的高資料傳輸速率用於至一蜂巢式網路中之所有終端機之正向鏈路信號傳輸。
可由定位於個別基地台處之數位處理器或由定位於一中心單元處之數位處理器或由依各種方式定位之數位處理器之一組合執行上述各種數學運算，包含導頻污染預先編碼矩陣之運算。數位處理器可係在以軟體、韌體或硬體具體實施之控制下發揮作用之通用或專用數位電腦、微處理器、數位信號處理器等之任何一者，而不受限制。
將瞭解，在不悖離上述原理之情況下，可依實施方式使用上文未明確描述之各種近似法及替代演算法以及數學公式。若此等近似法 及替代演算法以及數學公式之值低於一適當臨限值，則其等尤其係特定量(諸如傳播係數之量測值)至零之設定。
亦應瞭解，吾人已在一廣泛意義上使用術語「小區」來意指一無線網路內之一小區、一扇區或任何類似界定之接收區域。
此外，在各項實施例中，一基地台可包括經調適用於執行本文中所述之特徵之一或多個模組。應瞭解，就此而言，一模組可係一專用電路或電路組合，或可係記錄於一機器可讀記憶體中之一組指令與能夠實行經記錄指令之通用或專用電路。此外，可在相異於基地台之網路節點處、在若干基地台(個別地或共同地)處或在節點及基地台之一組合處執行本文中所述之特徵之一或多者。
可使用數位電路或使用一或多個電腦(其使用熟知電腦處理器、記憶體單元、儲存器件、電腦軟體及其他組件)實施本文中所述之系統、裝置及方法。通常，一電腦包含用於執行指令之一處理器及用於儲存指令及資料之一或多個記憶體。一電腦亦可包含或耦合至一或多個大容量儲存器件，諸如一或多個磁碟、內部硬碟及可抽換磁碟、磁光碟、光碟等。
可使用依用戶端-伺服器關係操作之電腦實施本文中所述之系統、裝置及方法。通常，在此一系統中，用戶端電腦經定位遠離伺服器電腦且經由一網路相互作用。可由在各自用戶端及伺服器電腦上運行之電腦程式定義及控制用戶端-伺服器關係。
可使用在一資訊載體中(例如，在一非暫時性機器可讀儲存器件中)有形地具體實施以由一可程式化處理器執行之一電腦程式產品實施本文中所述之系統、裝置及方法；且可使用可由此一處理器執行之一或多個電腦程式實施本文中所述之方法步驟，包含圖6之步驟之一或多者。一電腦程式係可在一電腦中直接或間接用來執行一特定活動或促成一特定結果之一組電腦程式指令。一電腦程式可依任何形式之 程式化語言(包含編譯或解譯語言)寫入，且該電腦程式可依任何方式部署，包含部署為一獨立程式或部署為適於在一運算環境中使用之一模組、組件、子常式或其他單元。
圖7中繪示可用來實施本文中所述之系統、裝置及方法之一例示性基地台裝置之一高階方塊圖。基地台裝置700包括可操作地耦合至一資料儲存器件720及一記憶體730之一處理器710。處理器710藉由執行定義此等操作之電腦程式指令控制基地台裝置700之總操作。電腦程式指令可儲存於資料儲存器件720或其他電腦可讀媒體中，且在需要執行該等電腦程式指令時載入至記憶體730中。例如，經調適用於獲得複數個慢速衰減係數之接收器模組740、經調適用於產生一組慢速衰減預先編碼係數之預先編碼模組750及用於將信號傳輸至相同小區終端機之波束成形模組760可包括電腦700之一或多個組件。因此，可由儲存於記憶體730及/或資料儲存器件720中之電腦程式指令定義且藉由處理器710執行該等電腦程式指令而控制圖6之方法步驟。例如，電腦程式指令可實施為藉由熟習此項技術者程式化以執行由圖6之方法步驟定義之一演算法之電腦可執行程式碼。據此，藉由執行電腦程式指令，處理器710執行由圖6之方法步驟定義之一演算法。基地台裝置700亦包含用於經由一網路與其他器件通信之一或多個網路介面770。基地台裝置700亦可包含使得使用者能夠與基地台裝置700互動之一或多個輸入/輸出器件780(例如，顯示器、鍵盤、滑鼠、揚聲器、按鈕等)。
處理器710可包含通用微處理器及專用微處理器兩者，且可係基地台裝置700之僅有處理器或多個處理器之一者。處理器710可包括(例如)一或多個中央處理單元(CPU)。處理器710、資料儲存器件720及/或記憶體730可包含一或多個特定應用積體電路(ASIC)及/或一或多個場可程式化閘陣列(FPGA)，以作為補充，或併入其中。
資料儲存器件720及記憶體730各包括一有形非暫時性電腦可讀儲存媒體。資料儲存器件720及記憶體730可各包含高速隨機存取記憶體(諸如動態隨機存取記憶體(DRAM)、靜態隨機存取記憶體(SRAM)、雙倍資料速率同步動態隨機存取記憶體(DDR RAM)或其他隨機存取固態記憶體器件)，且可包含非揮發性記憶體(諸如一或多個磁碟儲存器件(諸如內部硬碟及可抽換磁碟)、磁光碟儲存器件、光碟儲存器件、快閃記憶體器件、半導體記憶體器件(諸如可擦除可程式化唯讀記憶體(EPROM)、電可擦除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)、光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、數位多功能光碟唯讀記憶體(DVD-ROM)磁碟))或其他非揮發性固態儲存器件。
輸入/輸出器件780可包含周邊裝置，諸如一列印機、掃描器、顯示螢幕等。例如，輸入/輸出器件780可包含一顯示器件，諸如一陰極射線管(CRT)、用於對使用者顯示資訊之電漿或液晶顯示器(LCD)監控器、一鍵盤及使用者可藉由其將輸入提供至基地台裝置700之一指標器件，諸如一滑鼠或一軌跡球。
可由一基地台(諸如基地台裝置700)執行本文中所述之系統及裝置之任何一者或所有者，包含接收器模組740、預先編碼模組750及波束成形模組760。
熟習此項技術者將認知一實際電腦或電腦系統之一實施方案可具有其他結構且亦可含有其他組件，且圖7係用於闡釋目的之此一電腦之一些組件之一高階表示。
應瞭解，前述實施方式之每個方面係闡釋性及例示性而非限制性，且並非自實施方式判定而是自如根據由專利法所允許之全廣度解譯之申請專利範圍判定本文揭示之本發明範疇。應瞭解，本文中所示及所述之實施例僅係本發明之原理之闡釋性實施例且在不悖離本發明者之範疇及精神之情況下可由熟習此項技術者實施各種修改。在不悖 離本發明者之範疇及精神之情況下熟習此項技術者可實施各種其他特徵組合。
10‧‧‧小區
11‧‧‧小區
12‧‧‧小區
13‧‧‧小區
20‧‧‧基地台
21‧‧‧基地台
22‧‧‧基地台
23‧‧‧基地台
30‧‧‧行動終端機
31‧‧‧行動終端機
32‧‧‧行動終端機
33‧‧‧行動終端機
40‧‧‧行動終端機
41‧‧‧行動終端機
42‧‧‧行動終端機
43‧‧‧行動終端機
50‧‧‧行動終端機
51‧‧‧行動終端機
52‧‧‧行動終端機
53‧‧‧行動終端機
60‧‧‧行動終端機
61‧‧‧行動終端機
62‧‧‧行動終端機
63‧‧‧行動終端機
70‧‧‧路徑
71‧‧‧路徑
72‧‧‧路徑
73‧‧‧路徑

Claims (10)

  1. 一種由一蜂巢式網路之一基地台執行之方法，該基地台伺服複數個相同小區終端機及鄰近小區終端機，且該蜂巢式網路包含伺服各自複數個相同小區終端機及鄰近小區終端機之鄰近小區基地台，該方法包括：選擇該蜂巢式網路內之一相同小區及一或多個鄰近小區，該等相同小區及一或多個鄰近小區構成一截斷網路；獲得複數個慢速衰減係數，該複數個慢速衰減係數之各者與頻道狀態資訊相關聯以在該截斷網路內在一鄰近小區基地台與該等各自相同小區終端機或鄰近小區終端機之一者之間通信；及基於該複數個慢速衰減係數，產生一組慢速衰減預先編碼係數用於在該截斷網路內將信號傳輸至相同小區終端機及鄰近小區終端機。
  2. 如請求項1之方法，其中由一鄰近小區基地台選擇該相同小區及該一或多個鄰近小區之一或多者來構成與該截斷網路相交之一鄰近截斷網路。
  3. 如請求項1之方法，其中產生該組慢速衰減預先編碼係數包括：判定經最佳化慢速衰減預先編碼係數。
  4. 如請求項3之方法，其中基於以下之一者判定用於將一信號傳輸至相同小區終端機及其他小區終端機之各經最佳化慢速衰減預先編碼係數：最大化一最小信號對干擾及雜訊比；最大化資料傳輸速率之一和；或最大化資料傳輸速率之一對數和。
  5. 如請求項3之方法，其中產生該組慢速衰減預先編碼係數包含：執行一迭代函數，其中基於一精度控制臨限值終止該迭代函 數。
  6. 如請求項5之方法，其中該迭代函數包含一準凸最佳化演算法。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包括接收意欲用於定位於該截斷網路內之該等相同小區終端機及鄰近小區終端機之一或多者之資料信號。
  8. 如請求項1之方法，其中該基地台包括該截斷網路之一中心集線器。
  9. 如請求項1之方法，其進一步包括：自該複數個相同小區終端機及鄰近小區終端機獲得導頻信號；及基於該組慢速衰減預先編碼係數，將信號波束成形至該等相同小區終端機及鄰近小區終端機之一或多者。
  10. 如請求項9之方法，其中該波束成形係基於一組快速衰減係數。
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