TWI420840B - 於具有多重干擾通信資源之無線系統中之功率控制 - Google Patents

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Description

於具有多重干擾通信資源之無線系統中之功率控制
本發明一般係關於無線系統中的通信，且更特定言之，係關於用於控制發送參數之新策略，該等參數如具有多重干擾通信資源之無線系統中的發送功率參數。
發送參數之控制與調適一般包含諸如功率控制與速率調適之問題。
功率控制係用於許多無線系統(例如蜂巢式系統)中以致動"有效率的"通信而無需花費不必要的功率資源。
已提議許多不同的功率控制機制。在參考[1]中提供良好的看法，在該參考中將現有的功率控制方法分成兩個類別，即固定與可變速率功率控制。
大多數功率控制方案均可將SIR(信號干擾比)或CIR(載波干擾比)控制為某些目標數值。
已經在1960年代執行固定速率功率控制方面的早期工件，其主要目標係獲得所有鏈路上的相同品質，即所謂的品質平衡或SIR平衡。SIR平衡的基本概念後來得到增強，從而得到最佳功率指派以根據找到所有鏈路均可以同時達到的最大可達到SIR來最小化停機或然率。已調查對於異質的SIR目標之平衡。
此區域的某些工作已集中在開發實際性SIR平衡演算法，而無需花過多的努力來收集於中央控制器的必要資訊。為此目的起見，已引入迭代及分佈平衡演算法。此等演算法的共同點係排除背景雜訊，此使得功率向量有必要按比例縮放。為減輕此問題，已提議採用預設的SIR目標及非零背景雜訊之某範圍的分佈演算法。
在用於CDMA之下行鏈路功率分配的區域中，可分配小區功率以便小區中的所有使用者在會聚至一預設目標期間均經歷相同的SIR，從而考量總的總數功率約束。然而，此可能使整個小區具有不足的品質。用於CDMA中的功率控制之另一方法係在基地台提供恆定接收功率。遺憾的係，此方法一般對共通道干擾沒有任何重要影響。
所謂的最小功率指派(MPA)問題包含用於找到最低可行上行鏈路功率向量的基地台選擇。
關於可變速率功率控制，最大可達到通道容量傳統上已成為得到適當審查的話題。已找到用於衰退的上行鏈路單一小區多重接取通道之容量區，其考量延遲容忍及不容忍情況。亦已應用水填充(例如在時域中)，以使功率及速率可達到衰退通道內的容量。結果突顯傳統輸出最大化之共同特徵，即分配資源給良好的通道。
貪婪功率控制演算法一般在無任何SIR目標的情況下運算，並以具有高鏈路增益的行動電話開始來指派高資料速率。然而，此類型的功率控制係十分不穩定並且一般產生所用的最大或零功率。
已在衰退通道上考量所謂的斜截功率控制，其目標係避免當藉由減小發送速率或功率或兩者而補償較深的衰退時損失容量。已建議針對容忍較長延遲的流量而使用當鏈路增益係在某臨界值以下時基於懸置發送的斜截速率調適方案。
速率調適係發送參數之控制與調適的另一範例，其中調適用於通信的發送參數(通常為調變與編碼方案)以便最佳地使用通信媒體之潛能，以通常提供高資料傳輸速率與低位元錯誤速率。
DS－CDMA之速率調適方面的早期工作考量最小化對個別使用者資料速率的總下行鏈路發送功率之給定約束。一替代性方法係最大化單一小區系統之總數速率，其中需要每位元的能量對雜訊密度超過用於每個鏈路的最小位準。亦已建議最大化CDMA系統中的總數速率，其中需要每位元的能量對雜訊密度應該等於用於每個鏈路的特定位準。另一建議的方法係最大化CDMA中由對總接收功率之約束決定的上行鏈路之總數速率，其中所有的接收功率(排除雜訊與干擾)之總數應該等於一常數。
儘管某些先前技術方案可在特定情況下提供十分令人滿意的性能，但是傳統功率/速率控制方案一般為可觀的改良留有餘地。
參考[2]係關於具有干擾MIMO鏈路之網路中的串流控制。目標係輸出性能並且基本想法係藉由引入約束來限制用於干擾MIMO鏈路之網路中每個發送節點的獨立串流之數目來最大化輸出。
本發明克服先前技術配置之此等及其他缺點。
本發明之一般目的係提供一改良式方案，其用於控制具有多重干擾通信資源之無線通信系統中的發送參數。
特定言之，一特定目的係最大化考量的通信資源之總合計資料速率或輸出。
另一特定目的係提供一功率控制方案，其共同解決最大化合計資料速率及平衡通信品質之不同功率控制目標。
亦需要避免過多的總干擾及避免使用不必要數量的發送功率。
一目的係亦提供衰退通道上的強健性。
一特定目的係提供一定制的功率控制方案，其用於最佳化延遲容忍(最佳速率)流量之輸出性能。
另一目標係當鏈路在彼此干擾時最佳化系統性能。
藉由如由所附申請專利範圍加以定義的本發明來滿足此等及其他目的。
本發明一般著眼於具有多重干擾通信資源之無線通信系統。簡要而言，本發明係基於指派一共同控制參數給考量的通信資源，以及使用控制參數與一獨特功率控制條件以決定通信資源之個別發送功率參數。特定言之，想法係針對通信資源之至少一子集之每一個，根據一功率控制條件來決定一個別發送功率參數，該條件暗示用通信資源之路徑增益除以總接收功率應該對應於共同控制參數。接著將決定的發送功率參數用於控制對應通信資源之發送功率。為進行闡明，總接收功率通常係等於來自所需來源、來自干擾不合需要的資源、以及接收器內部與外部雜訊的接收功率。
藉由當決定發送功率參數時使用提議的功率控制條件，可以針對總投入功率之任何給定數量而最大化合計資料速率。
有用的係使用合計功率約束以便針對系統操作者願意投入的功率之總數量來提供盡可能大的合計輸出。事實上，共同控制參數與合計功率約束係密切相互關聯的，並且通常指派控制參數以便考量的通信資源之合計發送功率滿足一給定合計發送功率約束。若需要，則可根據QoS(服務品質)要求及/或流量負載(全球或個別)來調整共同控制參數或等效的功率約束。
本發明採用較小的功率消耗成本來提供較低的平均功率消耗。避免發送過多的功率有意義，因為電池待用時間可以延長，而且可滿足對輻射功率的調節要求。
可以採用(例如)直接(以矩陣為主的)計算程序或迭代計算程序來實施功率控制計算。後者適合於分佈運算，此通常具有最大實際用途。
總接收功率一般包含考量的通信資源之所需信號以及來自其他通信資源的干擾加上雜訊的功率。
較佳而言，本發明亦包含速率調適，其中根據通信資源之決定的發送功率及經歷的發送品質來控制用於每個考量的通信資源之個別發送速率。
在實際系統中，發送功率明顯需要大於零並且通常小於最小的功率位準。在本發明之特定較佳具體實施例中，本發明因此提供用於每個考量的通信資料之個別功率(上及/或下)極限設定。
解決功率約束下的最大合計速率可產生不切實際的高速率(或頻譜效率)，因為信號星形可能受到限制。因此，本發明之一重要但為可選範圍係一機制，其確保針對每個考量的通信資源而控制發送功率以便速率不會超過上速率極限。在此背景下，考量的資源之通信品質較佳不應該違背對應於上速率極限的品質約束。此實際上意味著總體功率控制方案提供兩個不同功率控制目標之混合物，從而共同解決合計速率最大化與品質平衡。
干擾通信資源較佳係無線電發送資源並可對應於(例如)發射器與接收器節點對之間的多重干擾鏈路。然而，本發明並不限於此，而實際上可適用於許多不同的方案及應用。例如，多重干擾通信資源可以係以頻率為主的通信資源、以碼為主的通信資源及/或以空間多工為主的通信資源。
本發明可適用於(例如)MIMO(多重輸入多重輸出)通信。與當前的信任相反，MIMO系統模擬揭露MIMO容量與MIMO陣列中的天線之數目線性成比例，即使在具有MIMO子通道之間的干擾之蜂巢式系統中亦如此。MIMO方案更重要，因為頃發現隨天線數目的增加，使用者經歷與零相同的速率之或然率得到減小。
本發明亦可適用於無線OFDM(正交分頻多工)或OFDMA(正交分頻多向近接)系統中的副載波，或無線CDMA(分碼多向近接)系統中以碼為主的資源。在後者情況下，此可以係CDMA下行鏈路系統，或CDMA上行鏈路系統，其中基地台使用多使用者偵測方式。
在蜂巢式系統中，功率(及速率)控制方案亦作為對(選定的)使用者是否使用小區中的資源之自動控制。因此，在系統上自動地控制資源再用。
儘管本發明一般可適用，但是其已變得尤其有利的係最佳化延遲容忍(最佳速率)流量之輸出性能。
本發明提供下列優點：可以針對任何給定的合計功率來最大化合計速率或輸出。
本發明可應用於許多不同的方案。
低平均功率消耗，從而產生改良式電池時間及較小功率消耗成本。
衰退通道下的強健性。
遠處的干擾保持相當恆定，此便於鏈路及鏈路叢集之間較小受影響的功率及速率互動。
最佳化的最佳速率流量(而大部分對於即時流量而言係足夠良好)。
提供簡單、迭代、潛在分佈、穩定及特性良好的功率控制方案。
上及/或下個別功率約束可加以併入所提議的功率及速率控制程序中。
上及/或下個別速率約束可加以併入所提議的功率及速率控制程序中。
共同解決合計速率最大化及品質平衡(作為折衷)。
資源再用得到自動地管理，而非針對再用進行靜態網路規劃，意義在於可以強制某些鏈路資源使用零功率。
在閱讀本發明之具體實施例之以下說明時，將瞭解由本發明提供的其他優點。
在所有圖式中，相同參考字元將用於對應或類似元件。
介紹
本發明一般著眼於具有一般係無線電發送資源的多重干擾通信資源之無線通信系統。
通信資源可對應於(例如)個別發射器與接收器節點對之間的多重干擾鏈路，如圖1所說明。
在圖1中，鏈路之數目I係考量處於I個發射器與接收器對之間，假定各鏈路彼此干擾。參數Pi 係發射器TXi 之發送功率，Ni 係由接收器RXi 經歷的雜訊，以及G係路徑增益矩陣，其中Gij 係從發射器i至接收器j的路徑增益。
然而，本發明並不限於此，而實際上可適用於許多不同的方案及應用。例如，多重干擾通信資源可以係以頻率為主的通信資源、以碼為主的通信資源、以空間多工為主的通信資源及/或其組合。
本發明可應用於以空間多工為主的MIMO(多重輸入多重輸出)通信。本發明因此可適用於多重干擾MIMO鏈路，但是亦可適用於單一MIMO鏈路內的干擾MIMO子串流。
圖2示意性地說明一經典MIMO系統之一範例，其中一發送節點10具有倍數m個發送天線並且一接收節點20具有倍數n個接收天線以提供多重干擾MIMO子串流。採用矩陣形式，可以將通道模型表達為：y＝Hx＋w x＝G(c1 、...、cp )，其中y係接收的信號向量，H係n×m複雜通道矩陣，x係發送的信號向量，w係白雜訊之向量表示，G係碼矩陣並且c係碼薄中的符號，以及p係每個區塊中符號之數目。可以將複雜通道增益矩陣H寫為： 其中hij 係從發送節點中的發送天線j至接收節點中的接收天線i之複雜通道增益。
應該瞭解在一系統中可能存在若干MIMO、MISO、SIMO及/或其他鏈路，每個鏈路具有至少一個(子)串流(僅MIMO鏈路具有多重子串流)。例如，圖1之系統中的發射器及/或接收器之一或多個可裝備有多個天線以提供MIMO、MISO及/或SIMO類型的操作。
本發明亦可適用於無線OFDM(正交分頻多工)或OFDMA(正交分頻多向近接)系統中的副載波，或無線CDMA(分碼多向近接)系統中以碼為主的資源。在後者情況下，此可以係CDMA下行鏈路系統，或CDMA上行鏈路系統，其中基地台使用多使用者偵測方式。
在多重干擾通信資源之背景下，本發明主要集中在全球速率或輸出最大化，較佳同時避免過多的總干擾而且避免使用不必要數量的發送功率。例如，解決通信台之群組的總干擾有意義，因為此群組之干擾對於通信台之其他群組係有害的。避免發送過多的功率也有意義，因為電池待用時間可以延長，而且還可滿足對輻射功率的調節要求。
本發明之一基本想法係基於指派一共同控制參數給考量的通信資源，以及使用控制參數與一獨特功率控制條件以決定干擾通信資源之個別發送功率參數。
一般而言，想法係針對該等通信資源之至少一子集之每一個，根據一功率控制條件來決定一個別發送功率參數，該條件暗示用通信資源之路徑增益除以總接收功率應該實質上等於共同控制參數。
如圖3之示意流程圖所說明，本發明基本上包含指派共同的一控制參數給干擾通信資源之考量集(S1)。接著，想法係針對通信資源之至少一子集之每一個，藉由使用一功率控制條件來決定一個別發送功率參數，該條件暗示用通信資源之路徑增益除以總接收功率對應於共同控制參數(S2)。最後，根據決定的發送功率參數來控制與通信資源相關聯的發送功率(S3)。
所提議的功率控制條件允許針對總投入功率之任何給定數量而最大化合計資料速率，並因此有時稱為最佳性條件。
有用的係使用合計功率約束以便針對系統操作者願意投入的功率之總數量來提供盡可能大的合計輸出。本發明一般採用較小的功率消耗成本來提供較低的平均功率消耗。
共同控制參數與合計功率約束係密切相互關聯的，並且通常指派控制參數以便考量的通信資源之合計發送功率滿足一給定合計發送功率約束。若需要，則可根據QoS要求及/或流量負載來調整共同控制參數或等效的功率約束。
本發明一般係關於發送參數之控制與調適。發送參數包含發送功率參數以提供功率控制，但是也可包含其他類型的參數(例如與發送速率相關的發送參數)以支援速率調適。
較佳而言，除以上提議的功率控制方案以外，本發明亦包含速率調適，其中根據通信資源之決定的發送功率及經歷的發送品質來控制用於每個考量的通信資源之個別發送速率。
可以藉由直接計算方法或迭代計算方法來實施所需要的功率控制計算。發送功率之迭代計算可尤其適合於分佈實施方案。
本發明並不需要嚴格地堅持最佳性條件。實際上，發送功率可能必須小於最小功率位準。在本發明之一特定較佳具體實施例中，本發明因此提供用於每個考量的通信資料之個別功率極限設定。解決最大合計速率可有時產生不切實際的高速率。在此情況下，可能有用的係設定發送功率以便通信資源之對應發送速率並不超過給定的最大發送速率。
較佳而言，考量的資源之通信品質不應該違背對應於上速率極限的品質約束。此意味著總體功率控制方案提供兩個不同功率控制目標之混合物，從而共同解決合計速率最大化與品質平衡以提供相衝突的目的之間的折衷。
此外，如上速率極限係通常實際上較重要一樣，亦可作為可選範圍來引入下速率極限。此下極限為每個活動使用者服務以便其具有受保障的最小資料速率，但是偶爾當提供機會(由於增益矩陣情形)時，可以採用較高速率進行發送。
換言之，本發明之一示範性具體實施例一般係關於根據最大化表示合計發送功率約束下該等多重干擾通信資源之總合計資料速率之目標函數而決定發送功率，同時考量干擾的問題。
在一可選範圍內，本發明之另一示範性具體實施例係關於根據至少兩個不同功率控制目標而決定發送功率的問題：a)最大化表示合計發送功率約束下該等多重干擾通信資源之總合計資料速率的目標函數以及b)平衡該等通信資源之通信品質。採用此方式，本發明共同解決合計速率最大化與品質平衡。
便於較佳地瞭解，現在參考對應於圖1之系統的一示範性系統模型來說明本發明。然而，應該明白本發明並不限於此而且一般原理可適用於其他類型的無線通信資源。
系統模型
以下，將鏈路速率模製為Shannon容量並將干擾信號模製為AWGN(加成性白高斯雜訊)1 。具有I個鏈路的無線系統之合計速率可加以定義為個別鏈路速率的總數： 其中在鏈路i之接收節點處的信號對雜訊及干擾比可加以定義為： 其中G係路徑增益，P係功率以及N係雜訊功率。系統之合計功率可加以定義為個別鏈路功率之總數：
1 雖然兩種假定僅為簡化形式，但是其離現實並不太遠。例如，Shannon容量可與現代錯誤校正碼相當接近，但是若實際鏈路速率僅為不同於Shannon容量的比例因數，則下列求導亦適用。
在本發明之一示範性具體實施例中，目標問題之公式化可加以定義為：最大化R由Ptot ＝P決定 (4a)
如下文將說明，可以引入上及/或下個別功率約束，但是此最初因清楚及簡短而加以避免。
藉由解決下列拉格朗日問題而直接解決(4a)中的問題：
與約束(3)，其中λ係拉格朗日乘數。在針對Pi 進行部分求導之後，產生下列條件(用於每個鏈路)：
因為λ 係常數，所以C也係常數。應注意等式(5)中的總數通常在所有發送台上，與等式(2)中的總數形成對比。
等式(5)表示功率控制條件，其必須針對所有鏈路而達到以便合計速率可最大化欲在發送台上加以分佈的功率之某一給定數量。等式(5)之解釋係，當每個接收台匯總天線處的所有信號之接收功率(即，雜訊＋干擾＋重要信號)並且用對應的發送器與接收器鏈路之路徑增益除以此總數時，淨結果應該係常數。此常數一般對於所有接收台而言係相同的。
例如，假定控制功率以實現等式(5)，每個發送台較佳依據經歷的瞬間信號與干擾比或某另一適當的品質指示來控制其發送速率。從示範性等式(5)，可以進行更多的觀察。首先，等式(5)指示P j C ，因而限制發送功率上升，此暗示系統中的一種穩定性。此外，若G ii >>G ij 、以及N i <<P i G ii ，則所有P i ＝C ，即所有台將採用實質相同的功率進行發送。然而實際上，鄰近小區干擾始終存在，因此用於相同功率的條件(G ii >>G ij )無效。此外，通常重要的係採用最小需要的數量之功率來操作系統，因此雜訊係稍微小於接收功率或N i kP i G ii ，其中k係稍微小於1的數值。
功率約束或等效的拉格朗日乘數或常數C可以較佳根據流量負載(全球或個別負載)加以調整，或可以係固定的。用於合計速率最大化的重要準則係，在等式(5)中定義的比率係常數，其對於所有發送器與接收器鏈路而言係共同的。當使用藉由等式(5)表示的最佳性條件時，功率分佈對於任何獲得的合計發送功率而言均將係最佳(相對於合計速率)。
以下將說明如何執行計算之兩個範例。第一個範例提供發送功率的直接計算並有助於中央控制。第二個範例提供發送功率之迭代計算並適合於分佈控制，但是顯然亦可用於中央控制。將引入上及/或下功率極限，且後來亦引入上及/或下速率極限。
直接(以矩陣為主的)計算
可將等式(5)改寫為等效矩陣形式：p ＝G －1 (Cg －n )， (6)其中p R I ×1 、n R I ×1 及g R I ×1 分別係發送功率、雜訊功率與增益(實際與正編號)向量，並且GRI×I 係增益(實際與正編號)矩陣。增益向量係由對角元素G所組成，即g ＝[G 11 G 22 …G II ] T 。應注意，因為G中的元素係正及隨機變數，所以增益矩陣G係以統計方式保證為全秩並因此係可逆的。
從等式(6)及功率約束，可得到常數C： 其中1係僅具有1的1×I 列向量，即1＝{1 1...1}。接著可將等式(7)插入等式(6)以決定所需要的發送功率。藉由合併等式(6)及(7)，得到下列等式： 接著藉由(1)至(2)中的Shannon速率來提供速率。
上及/或下功率極限
以上解決方案並不直接解決發送功率之非負要求，即P i 0，或更一般而言為下極限P i P min 。此在(6)中比較明顯，因為可能冒險決定負功率。此外，迄今在問題中未直接考量上功率極限P i P max 。
存在處理此問題的不同方式。首先，Ptot 可選擇為足夠大以確保非負功率，並因此以上所有等式自動有效。其次，可以移除使用者以便實現條件。第三，可注意到(4b)並不防止某些鏈路採用一固定功率，因為對此鏈路之右及左側的部分導數因此產生0＝0。因此，可放慢增加Ptot (或等效的拉格朗日乘數)，直至第一使用者的發送功率接近其極限值，並接著將功率設定為此極限值，而且隨後繼續增加Ptot (或等效的拉格朗日乘數)並採用類似的方式處理接近其極限值的下一個鏈路。不過，對於以迭代計算為主的方案而言，問題相當容易解決，並且此係下文的焦點。
迭代(以純量為主的)計算
以下揭示操縱非負功率準則與最大功率準則的一迭代演算法之一範例。首先，引入如下定義的函數： 其中，並且(m)係迭代指數。如在等式(5)中看出，等式(9)應該驅動至常數值(先前表示為C)，在迭代方案將其稱為FTarget 。
將與所需要的接收目標之偏差定義為： 從等式(5)瞭解等式(9)對功率Pi 的相依。因此，可針對功率Pi 來區分等式(9)，從而以矩陣形式改寫該等式並解決補償不合需要的偏差所需要之Pi 中的△變化：△P ＝diag (g )G －1 △F ， (11)其中diag(g)係正方形矩陣，其中g在對角元素上以及零在其他元素上。
迭代功率控制公式現在可改寫為：P ( m ＋1) ＝P ( m ) －△P ( m ) ＝P ( m ) －β ．diag (g )G －1 △F ( m ) ， (12)其中0<β1係依據所需會聚速度加以設定的參數。
應注意，當考量分佈計算時，完全矩陣G及其倒數需要加以瞭解以便使用等式(12)。然而，可以藉由下列等式來適當求等式(12)的近似值：P ( m ＋1) ＝P ( m ) －β ．△F ( m ) ， (13)此時G ii >G ij ，即其他鏈路干擾係低於自己鏈路的信號之接收功率。應注意，藉由此近似值，所有等式變為解耦並且每個鏈路可個別地及以分佈方式來控制其功率。
功率控制方案之目標之一係控制合計功率以等於所需總功率。此在採用分佈方式實施迭代方案的情況下於該方案中比較難。此可採用不同方式加以操縱。
在第一示範性方法中，對固定總功率的要求得到免除，並且改為觀察到下列則足夠：功率分佈對於由於拉格朗日問題公式而起的任何所獲得的合計功率而言均為"最佳"。對於實驗而言，頃發現所獲得的合計功率無論如何均發生很小的變化，所以此近似值解決方案似乎較好。
在第二示範性方法中，網路(例如RNC)中的中央台可收集增益矩陣G及計算的FTarget 之資訊，並接著將此資訊分佈給接收器。本文中另一替代性方法係，每個發送器向網路(例如RNC)中的中央台報告其使用的功率，該中央台隨後計算新的更新FTarget ，其係接著分佈給接收器。
迭代計算：上及/或下功率極限
為管理個別發射器約束(例如上及/或下功率極限)，可在已計算等式(13)之後決定對功率更新的下列修改： 基於等式(13)的模擬指示系統會聚於所需準則，即FTraget 。基於等式(14)的模擬亦指示系統管理發送功率之下及上極限。
上及下速率極限
因為發送功率具有一有限範圍，所以可視需要而引入上及/或下發送功率極限。可將下極限Pmin 設定為零，而Pmax 係給定的某適當非負功率數值。兩個數值皆可以按使用者終端機加以設定或設定為用於所有終端機的共同數值。在迭代方案中看出，上及下功率極限條件直接包含，簡單地使計算的功率不超過Pmin 及Pmax 。現在，對於實際調變及編碼方案(MCS)而言，通常亦存在一台可發送所採用的上最大速率。以下將說明用於併入此類上速率極限，但可視需要亦併入下速率極限的機制之一範例。在此特定範例中，焦點將在發送功率之迭代計算，但是限制速率之基本想法係亦適用於直接計算。
首先，可依據(例如)下列等式來引入CIR平衡準則： 此準則之目的係防止具有高速率的終端機違背由對應於所需最大速率Rmax 之信號對干擾條件提供的此條件。若一終端機係在採用某功率進行發送，則可以計算功率位準方面的所需變化以便上CIR平衡會出現： 例如，速率可限於基於下列方法的上極限。若CIR平衡方法建議應該採用比速率最佳化方案大的功率數值來減小功率，則應該遵循該建議。否則，應該遵循速率最佳化方案。以下正式說明此想法。在此情況下，功率更新應該較佳為： 其中β1 及β2 係會聚速度參數(在需要的情況下提供不同速度)。應注意，在需要的情況下，可在此之上應用上及下功率極限。
採用類似的方式，若需要最小速率Rmin 性能，則可以在需要的情況下強加下速率極限。用於下速率極限的對應關係則首先係所需控制準則： 若一終端機係在採用某功率進行發送，則可以計算功率位準方面的所需變化以便下CIR平衡會出現： 在此特定範例中，併入用於功率控制方案的下及上速率極限之可能的獲得之功率控制設定可看似如下：
實施方案方面
以下將更詳細地說明發送器與接收器架構，主要集中在分佈功率(及速率)控制方案。
圖4係依據本發明之一較佳示範性具體實施例的接收器功能之示意方塊圖。與本發明相關的接收器功能100基本上包含與電路(為簡單起見而未顯示)相關聯的一天線110、一資料解碼器120、一功率估計器130、一路徑增益估計器140、一功率決定模組150及一回授模組160。實際上，通常藉由功率估計器130估計或明確地測量總接收功率，其包含考量的通信資源之所需信號以及來自其他通信資源的干擾加上雜訊之功率。較佳藉由路徑增益估計器140來估計考量的通信資源之路徑增益。根據此資訊，可以在功率決定模組150中計算及分析總接收功率與通信資源之路徑增益之間的比率。較佳而言，功率決定模組根據計算的功率條件比率及目標數值(例如C或FTarget )決定所謂的△功率數值(表示應該改變多少發送功率參數)。此一般意味著若功率條件比率係高於目標，則可以減小功率；且若該比率係太低，則可以增加功率。因此可將△功率數值或絕對功率數值傳輸至回授模組160，其將此資訊提供為適合於回授給發送側的形式。若需要，則將回授模組160整合於功率決定模組150中。顯然，關於總接收功率、路徑增益及目標數值的基本資訊可作為替代形式加以傳輸至發送側以進行評估及功率計算。
圖5係依據本發明之另一示範性具體實施例的接收器功能之示意方塊圖。在此特定範例中，基本接收器功能亦包含品質/速率估計器170。此模組藉由決定信號雜訊比(SNR)、載頻干擾比(CIR)或類似品質指示來提供通信資源之品質的估計。較佳而言，此模組亦可計算一發送速率參數，其可加以傳輸至回授模組160以回授給發送側。或者，品質指示本身得以傳輸至回授模組以傳輸至發送側。採用任一方式，此使得發射器可基本上根據接收器側的估計品質來執行速率調適。若需要，則在發送功率計算中亦可由功率決定模組150使用品質指示，如藉由從品質/速率估計器170至功率決定模組150的虛線所指示。亦由圖5中的虛線指示具有上及/或下速率極限的可選範圍。
圖6係依據本發明之一較佳示範性具體實施例的發射器功能之示意方塊圖。相關發射器功能200基本上包含一調變器及編碼器210、一功率放大器220、具有可行的另一相關電路(未顯示)之一天線230、一功率控制器240及一回授接收模組250。回授接收模組250係調適用於接收表示來自接收側的發送功率或△功率數值之回授資訊。此資訊接著可加以傳輸至功率控制器，其根據接收的資訊而決定功率控制並相應地調節功率放大器220之增益。若需要，則功率控制器240亦可考量關於上及/或下功率極限的資訊，如由圖6中的虛線所指示。若需要，則可將回授接收模組250整合於功率控制器240。
圖7係依據本發明之另一示範性具體實施例的接收器功能之示意方塊圖。在此特定具體實施例中，回授接收模組250亦接收表示發送速率的回授資訊或表示SNR或類似品質數值的品質指示。此速率相關資訊接著可加以傳輸至速率控制器260，其根據此資訊最終決定適當的發送速率，並相應地調節調變器及編碼器210之調變及編碼方案。
如先前所說明，功率及速率控制方案及其變化可應用於不同的應用及方案。
MIMO/MISO/SIMO
可行的方案係關於在多重MIMO、MISO及/或SIMO鏈路彼此干擾的情況下，當在無線系統中控制功率(及速率)時的情形。為簡單起見，將主要說明MIMO情況。在本文中，假定每個MIMO鏈路使通道"正交化"為與K無關且理想而言為非干擾MIMO子通道中。儘管每個MIMO鏈路理想地避免建立任何自干擾，但是假定不同的MIMO鏈路可彼此干擾。實際上，MIMO子通道亦可彼此干擾。
如下為用於操作多重MIMO鏈路之一可行示範性方法。每個MIMO鏈路可藉由使用接收器及發射器天線權重來努力最佳化鏈路性能。採用此方式，用於MIMO鏈路的MIMO子串流可加以正交化並理想地經歷MIMO子串流之間的無干擾。然而，不可以使干擾與其他鏈路協調，因此來自一個鏈路的任何MIMO子串流將干擾另一鏈路上的任何其他MIMO子串流。因此可以將所提議的功率及速率控制方案應用於每個MIMO子串流。
MIMO方案係特別重要，因為與當前的信任形成對照，MIMO系統模擬揭露MIMO容量與MIMO陣列中的天線之數目線性成比例，即使在具有MIMO子通道之間的干擾之蜂巢式系統中亦如此。MIMO方案係更重要，因為頃發現隨天線數目的增加，使用者經歷與零相同的速率之或然率得到減小。
OFDM(A)
本發明亦可適用於OFDM(A)所需的副載波，該等副載波係視為多重干擾通信資源，並且同樣視為以上說明之範例中的干擾鏈路。較佳而言，將本發明獨立應用於每個副載波或副載波之群組(亦稱為塊)。
為提供具體範例，應考量基地台集，其使用OFDM(A)並意欲在下行鏈路中發送資料至不同行動電話使用者。對於一基地台而言，可能已選擇一使用者以接收一副載波或副載波之群組。考量此副載波或副載波之群組，當考量多重基地台時選擇使用者集。依據本發明來控制功率及速率。另一副載波或副載波之群組可考量欲發送的另一使用者集，因為正在處理OFDM(A)。總之，可在OFDM(A)中的頻率及時間資源上考量許多不同使用者集。亦應注意可將MIMO、MISO、SIMO及SISO用於每個副載波或副載波之群組上的每個使用者。
此外，在OFDM及OFDMA中，通道間干擾可能出現在發送器及接收器中的本地振盪器並未得到對準或在都卜勒展頻存在於通道中時。實際上亦可在部分干擾OFDM(A)副載波上使用功率控制以稍微減小干擾影響。
功率(及速率)控制方法用之其他方案
提議的功率(及速率)控制策略亦可用於CDMA下行鏈路(具有或沒有多使用者偵測器，後者變成等效於資訊理論內的廣播通道)、具有以連續干擾取消為主的多使用者偵測器之CDMA上行鏈路(需要連續干擾取消以避免用於與相同基地台連接之不同鏈路的控制率則(5)相矛盾)。此外，可從較大潛在發射器集選擇發送節點。此類選擇可以基於(例如)潛在發射器與接收器之間的瞬間通道品質，即經歷峰值通道機會並具有欲發送的某些資料之發送器將得以選擇為發送器。此通道相依排程係通常表示為機會排程或以多使用者多樣性為主的排程。
明顯地，本發明並不限於蜂巢式系統，而亦可用於其他系統，例如繼電器輔助蜂巢式系統、無線特別系統或無線多跳躍系統。
概念之性能與證據
在圖8中，將提議的方案之性能與兩項先前技術方法進行比較，該等方法即i)具有速率調適的固定相同發送功率，以及ii)產生相同CIR(CIR平衡)並因此相同速率的功率控制。該系統係由400個六邊形小區組成，其中受功率控制的每個小區中具有一鏈路。路徑損失模型具有冪律損失指數α＝3.0。圖8顯示平均速率(或合計速率除以鏈路之數目)對平均功率(或合計功率除以鏈路之數目)。上線顯示依據本發明之提議的方案，中間線係固定發送功率方案，以及下線係CIR平衡方案。可以注意到，提議的方案之性能係比任何先前技術方案好，從而一般針對功率之投入數量來提供較高速率。
圖9係一示意圖，其說明與用於提議的方案及使用不同數目之天線的固定功率方案之平均功率成函數關係的平均速率。提議的方案(在此MIMO應用中)及具有速率控制的固定功率方案之性能係針對3 b/Hz/s的上速率極限及MIMO而考量，其中MIMO陣列中具有M個天線。採用M＝1、2及3考量三種不同情況。圖9針對兩個功率及速率控制方案與不同的MIMO情況而描述平均速率對平均發送功率。應明白提議的方案之性能係比兩個功率及速率控制方案好。
亦重要的係顯示可以控制發送功率以便上速率極限不會超出。圖10A至10C係示意圖，其說明用於不同數目之天線的串流/子串流之累積密度函數(CDF)，從而考量當平均功率＝－40[dB＋ref](參見圖9)時的情況。更精確而言，每個鏈路的子串流係以速率性能為順序，並且將用於具有相同順序位置的不同鏈路之MIMO子串流集合在一起，而且接著在該等圖式中顯示用於每個MIMO子串流群組的CDF。從圖10A至10C可明顯看出，速率上限為3 b/Hz/s的最大速率。將下速率極限設定為零b/Hz/s。另外應明白，當M＝1(粗略為25%的鏈路)時並非為所有鏈路服務，但是當使用MIMO並且天線的數目增加時，每個使用者顯現為統計上保證得到服務並獲得某資料速率，儘管可能較低。
以上說明的具體實施例係僅提供為範例，而且應該瞭解本發明並不限於此。保持本文揭示並要求的基本原理之另外的修改、變化及改良係在本發明之範疇內。
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10．．．發送節點
20．．．接收節點
100．．．接收器功能
110．．．天線
120．．．資料解碼器
130．．．總功率估計器
140．．．路徑增益估計器
150．．．功率決定模組
160．．．回授模組
170．．．品質/速率估計器
200．．．發射器功能
210．．．調變器及編碼器
220．．．功率放大器
230．．．天線
240．．．功率控制器
250．．．回授接收模組
260．．．速率控制器
本發明連同其另外的目的及優點將藉由參考採用附圖進行的以上說明得到最佳瞭解，在該等圖式中：圖1係說明個別發射器與接收器節點對之間的多重干擾鏈路之示意圖。
圖2係說明裝備有多重天線的發射器與接收器節點對之間的MIMO鏈路之示意圖。
圖3係用於控制依據本發明之一較佳具體實施例之無線通信系統中的發送參數之一示範性方法的示意流程圖。
圖4係依據本發明之一較佳示範性具體實施例的接收器功能之示意方塊圖。
圖5係依據本發明之另一示範性具體實施例的接收器功能之示意方塊圖。
圖6係依據本發明之一較佳示範性具體實施例的發射器功能之示意方塊圖。
圖7係依據本發明之另一示範性具體實施例的接收器功能之示意方塊圖。
圖8係一示意圖，其說明與用於提議的方案、固定功率方案與CIR平衡方案之平均功率成函數關係的平均速率。
圖9係一示意圖，其說明與用於提議的方案及使用不同數目之天線的固定功率方案之平均功率成函數關係的平均速率。
圖10A至10C係示意圖，其說明用於具有多重干擾MIMO鏈路之系統中的不同數目之MIMO陣列天線的各種MIMO串流/子串流之累積密度函數的示意圖。

Claims (25)

  1. 一種控制發送參數的方法，該發送參數包含具有多重干擾通信資源之一無線通信系統中的發送功率參數，該方法包含：- 指派一共同控制參數給該等多重干擾通信資源，其中該等通信資源包含無線電傳輸資源；- 針對該等通信資源之至少一子集之每一個，根據一功率控制條件來決定一個別發送功率參數，該條件暗示用該通信資源之路徑增益除以總接收功率應該對應於共同控制參數；- 根據該等決定的發送功率參數來控制該等對應通信資源之該等發送功率。
  2. 如請求項1之方法，其中根據該等流量負載及服務品質(QoS)要求之至少一個來調整該共同控制參數。
  3. 如請求項1之方法，其中指派該共同控制參數以便該等多重干擾通信資源之合計發送功率滿足一給定合計發送功率約束。
  4. 如請求項1之方法，其進一步包括下列步驟：針對該等通信資源之至少一子集之每一個，根據該通信資源之該決定的發送功率與經歷的發送品質來控制一個別發送速率。
  5. 如請求項1之方法，其中該等多重干擾通信資源對應於發送器與接收器節點對之間的多重干擾鏈路，並且決定該等節點對之該等發射器的該等發送功率參數以便針對 該等鏈路之至少一子集之每一個，用該節點對之間的該鏈路之該路徑增益除以在該接收器中接收的該總功率對應於該共同控制參數。
  6. 如請求項1之方法，其中該等多重干擾通信資源係選自以頻率為主的通信資源、以碼為主的通信資源與以空間多工為主的通信資源之至少一項。
  7. 如請求項6之方法，其中該等多重干擾通信資源係MIMO(多重輸入多重輸出)子通道、無線OFDM(正交分頻多工)或OFDMA(正交分頻多向近接)系統中的副載波、與無線CDMA(分碼多向近接)系統中以碼為主的資源之至少一項。
  8. 如請求項1之方法，其中決定一個別發送功率參數之該步驟包含下列步驟：針對該考量的通信資源，測量包含所需信號以及干擾加上雜訊的該功率之該總接收功率；針對該考量的通信資源，估計該資源之該路徑增益；以及根據該測量的接收功率及該估計的路徑增益，決定該個別發送功率參數。
  9. 如請求項1之方法，其中決定一個別發送功率參數之該步驟包含下列步驟：針對該考量的通信資源，決定用該資源之該路徑增益除以該總接收功率的該當前比率與該共同控制參數之一偏差；以及 調整該發送功率參數以補償該偏差。
  10. 如請求項1之方法，其進一步包括下列步驟：針對該等通信資源之至少一個，決定一上發送功率約束下的一個別發送功率參數以限制該最大發送功率位準。
  11. 如請求項1之方法，其進一步包括下列步驟：針對該等通信資源之至少一個，決定一個別發送功率參數以便該通信資源之該對應發送速率並不超過一給定最大發送速率。
  12. 如請求項11之方法，其中決定一個別發送功率參數以便該通信資源之該對應發送速率並不超過一給定最大發送速率之該步驟包含下列步驟：針對該考量的通信資源，檢查該資源之一通信品質並不違背對應於該給定最大速率的一品質約束；以及根據該檢查步驟之結果來控制該對應發送功率參數。
  13. 一種用於控制具有多重干擾通信資源之一無線通信系統中的發送參數之裝置，其包含：- 一指派構件，其用於指派一共同控制參數給該等多重干擾通信資源，其中該等通信資源包含無線電傳輸資源；- 一決定構件，其用於針對該等通信資源之至少一子集之每一個，根據一功率控制條件決定一個別發送功率參數，該條件暗示用該通信資源之該路徑增益除以該總接收功率應該對應於該共同控制參數；- 一控制發送功率構件，其用於根據該等決定的發送 功率參數來控制該等對應通信資源之該等發送功率。
  14. 如請求項13之裝置，其中用於指派一共同控制參數的該構件可操作以根據流量負載及服務品質(QoS)要求之至少一個來動態地指派該共同控制參數。
  15. 如請求項13之裝置，其中用於指派一共同控制參數的該構件可操作以指派該控制參數以便該等多重干擾通信資源之該總合計發送功率滿足一給定合計發送功率約束。
  16. 如請求項13之裝置，其中該裝置進一步包括一控制個別發送速率構件，其用於針對該等通信資源之至少一子集之每一個，根據該通信資源之該決定的發送功率與經歷的發送品質來控制一個別發送速率。
  17. 如請求項13之裝置，其中該等多重干擾通信資源對應於發射器與接收器節點對之間的多重干擾鏈路，並且該決定構件可操作以針對每個節點對而決定該發射器之該發送功率參數，以便用該節點對之間的該鏈路之該路徑增益除以在該接收器中接收的該總功率對應於該共同控制參數。
  18. 如請求項13之裝置，其中該等多重干擾通信資源包含以頻率為主的通信資源、以碼為主的通信資源與以空間多工為主的通信資源之至少一項。
  19. 如請求項18之裝置，其中該等多重干擾通信資源係MIMO子通道、一無線OFDM(正交分頻多工)或OFDMA(正交分頻多向近接)系統中的副載波、以及一無線CDMA(分碼多向近接)系統中以碼為主的資源之至少 一項。
  20. 如請求項13之裝置，其中用於決定一個別發送功率參數的該構件包含：測量構件，其針對該考量的通信資源，測量包含該所需信號以及干擾加上雜訊的該功率之該總接收功率；估計構件，其用於針對該考量的通信資源，估計該資源之該路徑增益；以及決定構件，其用於根據該測量的接收功率及該估計的路徑增益，決定該個別發送功率參數。
  21. 如請求項13之裝置，其中用於決定一個別發送功率參數的該構件包含：決定構件，其用於針對該考量的通信資源，決定用該資源之該路徑增益除以該總接收功率的該當前比率與該共同控制參數之一偏差；以及調整構件，其用於調整該發送功率參數以補償該偏差。
  22. 如請求項21之裝置，其中用於決定一個別發送功率參數的該構件依據一迭代程序而操作。
  23. 如請求項13之裝置，其進一步包括決定構件，該構件針對該等通信資源之至少一個，決定一上發送功率約束下的一個別發送功率參數以限制該最大發送功率位準。
  24. 如請求項13之裝置，其進一步包括決定構件，其針對該等通信資源之至少一個，決定一個別發送功率參數以便該通信資源之該對應發送速率並不超過一給定最大發送 速率。
  25. 如請求項24之裝置，其中用於決定一個別發送功率參數以便該通信資源之該對應發送速率並不超過一給定最大發送速率之該構件可操作用於檢查，以針對該考量的通信資源來決定該資源之一通信品質並不違背對應於該給定最大速率的一品質約束，並且根據該檢查之該結果來控制該對應發送功率參數。
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