TWI471041B - 用以附加使用者終端至網路之基地站的方法 - Google Patents
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Description
本發明有關於一種用以附加使用者終端至網路的基地站之方法。本發明還關於一種用於進行該方法的網路管理。
這種方法可用於包含異質型基地站的任何網路系統中。
熟悉此技藝人士所熟知的附加使用者終端至網路的基地站之方法，也稱為使用者關聯，包含將使用者終端附接到最接近的基地站之步驟。
該眾所週知先前技術的一個問題在於這會導致不平衡負載，尤其在異質型基地站(一些具有低最大傳輸功率、且一些具有高最大傳輸功率)之間，當小型胞及大型胞共同存在時。另一個問題為附接至小型胞的高速使用者終端需頻繁地交遞，這造成用於交遞之額外資源成本(例如，比如，在不執行資料傳輸而僅交遞期間之操作負擔)。
此外，這還造成低頻譜利用效率。確實，當使用者終端交遞時，會有因從一個基地站切換到另一個而造成的時間差距。在此時間差距(持續期間)中，必須暫停資料傳輸。例如，若此時間差距必須為1秒，然而，切換/交遞將會在每1秒的資料傳輸之後規律地立即發生，則時間效率僅為50%(由1秒/2秒所得出)。
本發明之一目的在於提供一種用以附加使用者終端至網路的基地站之方法，其允許解決上述問題。
為此，提供一種用以附加使用者終端至網路的基地站之方法，該方法包含：- 使用代表使用者終端的特性之使用者終端的上下文加權因子來界定在該網路中的所有該些使用者終端的總體成本函數，其為該些使用者終端傳輸延遲的加權總和；- 從該總體成本函數界定每一個使用者終端之本地成本函數，該本地成本函數將每一個使用者終端之該使用者終端的上下文加權因子納入考量，且為此使用者終端關聯至其之該基地站的函數；- 以該本地成本函數運行的吉布絲(Gibbs)取樣器以產生使用者-基地站關聯概率；- 選擇有利於低本地成本的該使用者-基地站關聯概率；及- 根據選定之該使用者-基地站關聯概率附加該使用者終端到該基地站。
將更詳細見到，該方法允許藉由將異質型周圍胞環境內的使用者終端之外部使用者上下文特性納入考量來增進使用者關聯並藉由僅執行本地操作來實現總體最優性。
在第一非限制實施例中，該使用者傳輸延遲為使用者
通量的倒數。
在第二非限制實施例中，根據香儂(Shannon)容量公式從SINR界定該通量，其等於：r u
=K
loge
(1+SINRu
)，其中K為常數。
在第三非限制實施例中，該將使用者終端關聯到基地站b 0
之該使用者-基地站關聯概率等於其中：- b為該使用者終端之該組相鄰基地站；-(b 0
)為當該使用者終端與該基地站b 0
關聯時在該使用者終端所考量的本地成本函數；- T為常數或隨時間減少之參數。
在第四非限制實施例中，該參數T等於T0
/In(1+t)，其中t為該時間且T0
為常數。
在第五非限制實施例中，該Gibbs取樣器的該運行以一任意初始狀態開始，其中該使用者終端附加到從其可接收信號的該網路之該些基地站的任一者。
在第六非限制實施例中，該使用者終端的特性為服務等級及/或該使用者終端的速度。
在第七非限制實施例中，該服務等級為資料率或抖動。
在第八非限制實施例中，當該使用者終端的特性為該使用者終端的速度時，界定加權因子，該加權因子將該使用者終端的速度及覆蓋相應於該網路的地理區域之周圍胞的類型納入考量。
在第九非限制實施例中，中該使用者終端的上下文加權因子係界定為下列之函數：- 使用者終端之交遞頻率，該交遞頻率取決於該使用者終端的速度、在相應於該網路的地理區域上的胞密度、及胞半徑；- 該使用者終端的每一次交遞所花費的時間；及- 該使用者需要的服務等級。
在第十非限制實施例中，該本地成本函數等於：
其中：- Wu
(X)為關聯到該使用者終端的加權因子；- Wv
(X)為關聯到另一使用者終端的加權因子；- Nu
為在該使用者終端之熱雜訊；- l(b,u)為從基地站到該使用者終端之傳輸的路徑損耗；- Pu
為該使用者終端的傳輸功率；- γ(v,u).Pv
.l(bv
,u)為從給該另一使用者終端的傳輸到該使用者終端的干擾；- γ(u,v)為該使用者終端與該另一使用者終端之間的正交因子；- l(b,v)為從基地站到該另一使用者終端之傳輸的路徑損耗；及- Pv
.l(bv
,v)為在該另一使用者終端所接收到的來自
該另一使用者終端附加至其的基地站之信號的功率。
因此，該方法適用於下鏈中。
在第十一非限制實施例中，該本地成本函數()等於：
其中：- Wu
(X)為關聯到該使用者終端的加權因子；- Wv
(X)為關聯到另一使用者終端的加權因子；- Nu
為在該使用者終端之該基地站之熱雜訊；- l(u,b)為從該使用者終端到該基地站之傳輸的路徑損耗；- Pu
為該使用者終端的傳輸功率；- γ(v,u).Pv
.l(v,b)為因該另一使用者終端之傳輸所致的施加在由該使用者終端所傳送的信號上的干擾；- γ(u,v)為該使用者終端與該另一使用者終端之間的正交因子；- l(u,bv
)為從該使用者終端到該另一使用者終端附加至其的基地站之傳輸的路徑損耗；及- Pv
.l(v,bv
)為在該基地站所接收到的由該另一使用者終端所傳送的信號之功率。
因此，該方法也適用於上鏈中。
另外，提供一種用以附加使用者終端至網路的基地站之網路設備，該網路包含複數基地站，該網路元件調適成：- 界定在該網路中的所有該些使用者的總體成本函數，其為該些使用者終端傳輸延遲的加權總和；- 使用代表使用者終端的特性之使用者終端的上下文加權因子；- 從該總體成本函數界定每一個使用者終端之本地成本函數，該本地成本函數將每一個使用者終端之該使用者終端的上下文加權因子納入考量，且為此使用者終端關聯至其之該基地站的函數；- 以該本地成本函數運行吉布絲(Gibbs)取樣器以產生使用者-基地站關聯概率；- 選擇有利於低本地成本的該些使用者-基地站關聯概率；及- 根據選定之該使用者-基地站關聯概率附加該使用者終端到該基地站。
在第一非限制實施例中，該網路設備為基地站。
在第二非限制實施例中，該網路設備為使用者終端。
在第三非限制實施例中，在每一個使用者終端以分散方式或在該基地站中以集中方式履行該些步驟。
另外，提供一種電腦程式產品，包含一組指令，當其被載入到該電腦中時，令電腦進行根據先前特性之任一者之用以附加使用者終端至網路的基地站之方法。
在下列說明中，並未詳細描述熟悉此技藝人士已知的功能或構造，因其會以不必要的細節模糊本發明。
本發明有關於一種用以附加使用者終端至網路的基地站之方法。詳言之，該方法允許執行使用者關聯。
需注意到使用者關聯代表在時間及位置上關聯使用者到基地站的操作，該基地站將負責服務使用者並與其交換資訊/資料。
在下列說明中，將無差異地使用詞語使用者終端或使用者。
將於下說明，該方法允許藉由結合吉布絲(Gibbs)取樣器與外部使用者上下文(亦即，使用者終端的特性)，包括使用者終端之速度(例如，使用者速度=低、中等、或高速)及服務要求(例如，使用者可能會有不同的資料率需求)來增進使用者關聯。另外，該方法將周圍胞的異質性(例如，基地站的類型為大型胞或小型胞)納入考量。因此，透過建立加權因子，將使用者要求、使用者終端速度、及周圍胞的特性納入考量。除此之外，藉由根據使用者終端上下文還有周圍基地站的數量及類型界定附接方法，可以分散方式執行該方法。
在此，「分散」意指一者可以且將會用針對他自己/她自己的已界定本地成本函數來運行Gibbs取樣器。然而，每個人都如此做，亦即，針對每一個使用者終端運行
Gibbs取樣。當網路中的每個人依照已界定本地成本函數來如此做時，將優化總體成本函數並驅使其到最小值，只要以適當方式降低稱為溫度之參數。換句話說，使用者終端在聯合活動中以本地更新(亦即，狀態過渡)共同合作。注意到此聯合活動不需要集中控制或協調者。可發現到上述本地更新的合作結果(以分散方式)會造成總體成本函數的優化(越低越好)。因此，使用者關聯之聯合的本地更新有利於低總體成本。
因此，優化整個網路的性能。分散的方法僅需要本地操作及有限資訊交換(在相鄰基地站之間)來達成總體優化。每一個使用者做出選擇其服務基地站的個別決定。除此之外，對於決策的順序並無要求，亦即，可在無集中協調者下以分散且異步的方式進行使用者關聯調整。這符合現今自我優化網路的需求。
網路NTW，如第1圖中所示，係由下列所構成：- 大型胞MC及小型胞SC，一個基地站關聯到每一個胞；及- 使用者終端MT。在一非限制實施例中，使用者終端為行動終端。
附接使用者終端u至網路NTW的基地站b的方法M，該方法包含複數基地站，如第2圖中所示該方法包含：- 使用代表使用者終端的特性X之使用者終端的上下文加權因子Wu
(X)，界定在該網路NTW中的所有該些使用者終端的總體成本函數CW
，其為該些
使用者終端傳輸延遲的加權總和(第2圖中所示之步驟DEF_Cw(ru
,WU(X)))；- 從該總體成本函數CW
界定每一個使用者終端u之本地成本函數，該本地成本函數將每一個使用者終端u之該使用者終端的上下文加權因子Wu
(X)納入考量，且為此使用者終端關聯至其之該基地站的函數(第2圖中所示之步驟DEF_Cu(Cw,))；- 以該本地成本函數運行吉布絲(Gibbs)取樣器以產生使用者-基地站關聯概率(第2圖中所示之步驟GIBBS(Cu,V,π u
(b
),S0)；- 選擇有利於低本地成本的該使用者-基地站關聯概率(第2圖中所示之步驟SELEC(V,opt(Cw))；及- 根據選定之該使用者-基地站關聯概率π u
(b
)附加該使用者終端u到該基地站b(第2圖中所示之步驟ATTCH(u,b,π u
(b
)))。
將於下詳細說明附接方法。
將參考第2及3圖。
在第一步驟1
)中，如第2圖中所示，使用代表使用者終端的特性X之使用者終端的上下文加權因子Wu
(X)，界定在該網路NTW中的所有該些使用者終端的總體成本函數CW
，其為的該些使用者終端傳輸延遲的加權總和。
使用者終端的特性X代表使用者終端之當前外部的上
下文資料，比如在一非限制範例中，服務等級及使用者終端的速度。
因此，界定一總體成本函數，其含括代表使用者終端的特性(例如將在說明中稍後敘述的服務等級及使用者終端的速度)之加權因子並反映低交遞頻率及較高的無線電頻譜(或頻寬)利用效率之偏好。
為了通量增進還有使用者間的頻寬共享公平性之間的平衡，致力於最小化網路的聚集傳輸延遲而非通量的總和，亦即，Σ u
D u
，其中D u
為由網路中使用者終端u
所經歷的傳輸延遲且
注意到上述最小化的目的在於最小化在網路NTW中正在進行的資料傳輸之總體潛在延遲。這(最小化整體潛在延遲)提供最大-最小及比例公平性之間的中間解決辦法，比後者較不嚴厲地懲罰長路徑。注意到在最大-最小公平性的情況中，比如通量、SINR、等等的性能對於在胞中央的使用者終端和在胞邊緣的使用者終端而言為相同，但在比例公平性的情況中，則將非如此，在上述最小化的情況中也非如此。
因此，選定的成本函數最小化通量倒數之總和，或等效於發送一個資訊單元給所有使用者的總延遲，其懲罰非常低的通量。
因此，下列總體成本函數，其為網路的加權聚集傳輸延遲，係界定成：
其中U為將由網路NTW中的基地站組所服務之使用者終端組。
在加性高斯白雜訊(AWGN)模型下，在使用者終端u之單位為位元/s/Hz的通量(也稱為資料率)係由r u
=K
loge
(1+SINR u
)[2]所界定，其中K為常數。K取決於分配到使用者終端u之頻率帶的寬度。
因此，總體成本函數CW
係界定成：
此總體成本函數仿真潛在延遲公平性。
注意到CW
將為Gibbs取樣器的總體能量。
因此，在一非限制實施例中，使用者傳輸延遲為使用者通量r u
的倒數，且根據香儂(Shannon)容量公式從SINR(信號對干擾加雜訊比)界定該通量r u
，其等於：r u
=K
log e
(1+SINR u
)，其中K為頻寬常數。[4]
至於優化，常數K不會具有任何影響，可忽略此常數。這在下列說明中進行。
因此，藉由此公式，可具有在使用者終端u獲得之通量的指標。
注意到針對每一個使用者終端，假設針對上鏈(從使用者終端到基地站)及下鏈(從基地站到使用者終端)通訊分別有一對正交通道。由於上鏈與下鏈間無干擾，為了簡明，一開始僅考慮下鏈。
因此，針對使用者終端u及基地站b，在u的SINR可表示為：
其中：- U為由胞狀無線電網路NTW中的一組基地站所服務之一組使用者終端u；- bu
為使用者終端u的服務基地站；- Pu
為使用者終端u的傳輸功率；- l(bu
,u)為從基地站bu
到使用者終端u的路徑損耗；- Nu
為在該使用者終端u之熱雜訊(也稱為接收器雜訊)；- γ(v,u).Pv
.l(bv
,u)為從給該另一使用者終端v的傳輸到該使用者終端u的干擾。
藉由將上述SINRu
表式[5]代到[4]中，可獲得[6]：
其中：γ(u,v)為給該另一使用者終端v的傳輸信號上的正交因子；
Pv
.l(bv
,u)為在使用者終端u因傳輸到使用者終端v的信號所致的干擾之功率。換言之，其為針對使用者終端v或給使用者終端v由其之基地站bv所傳送的信號。注意到「其之基地站」意指該使用者終端v所附接之基地站。
注意到可用非Shannon的其他方法來計算通量及SINR。
在非限制實施例中，將一或複數特性X納入考量。
●特性X為服務等級
在第一非限制實施例中，特性X為服務等級Q。在此非限制實施例的變化例中，服務等級Q為資料率或抖動。
由於使用者終端可具有不同的服務要求，將此使用者終端的特性納入考量。
當服務等級為資料率時，在一非限制範例中，低或高資料率，界定兩個相應的加權因子，針對Q等於低資料率為W u1
，且針對針對Q等於高資料率為W u2
，使得W u2
>W u1
，其中0<W u
(Q
)<1，如第3圖之(步驟1a)DEF_Cw(ru
,Wu1,Wu2)中所示。
●特性X為使用者終端的速度S
在第二非限制實施例中，特性X為使用者終端的速度S。
使用者終端可具有不同移動性，比如在一非限制範例中，低或高速。從交遞的觀點來看，具有高速的使用者較
佳與大型胞而非小型胞關聯，原因在於附接到小型胞會導致頻繁的交遞且因此服務及/或系統不穩定性，所以將此使用者終端的特性納入考量。
在此情況中，界定一加權因子Wu
(S)，該加權因子Wu
(S)將使用者終端的速度S及覆蓋相應於網路NTW之地理區域的周圍胞CI之類型納入考量。
若考慮到在傳統胞狀網路中，在上層-下層(overlay-underlay)或不相交架構中採用大型及小型胞且在地理服務區域中均勻且隨機分散胞，藉由胞密度(例如，大型胞密度及小型胞密度)和胞半徑(例如，大型胞半徑及小型胞半徑)，可在給出使用者速度下估計每一段時間所需之相應的平均交遞數量。
在非限制範例中，大型胞具有約1 km的覆蓋面積且小型胞具有約100-200 m的覆蓋面積。
需提醒上層-下層網路係由一地理區域中之大型胞狀網路構成，該大型胞網路上建立另一個(例如，小型、微型、或微微型)胞狀網路，比如在一非限制範例中，建立在CDMA網路上的GSM網路，兩者皆同時提供大型及小型覆蓋面積。
因此，當使用者終端的速度S為低或高時，加權因子W u
(S
)係界定成下列之函數(如第3圖(步驟1b)DEF_Cw(ru
,Wu(S)中所示)：- 使用者終端u的交遞頻率fHO
，該交遞頻率取決於該使用者終端的速度S、在相應於該網路NTW的
地理區域上的胞密度cld
及胞半徑clr
；- 該使用者終端u的每一次交遞所花費的時間THO
。注意到每一次交遞的成本(所花時間)為已知標準且為常數。在一非限制範例中，此時間THO
在3G標準中等於1秒。
因此，在一非限制範例中，W u
(S
)=1-fHO
(S,cld
,clr
)＊
THO
，使得0 W u
(S
)1且THO
>0。
加權因子W u
(S
)代表通量之有效時間，其為當無交遞時傳輸資料之實用時間。
在第二步驟2
)中，從該總體成本函數CW
界定每一個使用者終端u之本地成本函數，該本地成本函數將每一個使用者終端u之該使用者終端的上下文加權因子Wu
(X)納入考量，且為此使用者終端關聯至其之該基地站的函數。
從[6]，界定每一個使用者終端u之下列本地成本函數 (b)
，使得：
其中：- Wu
(X)為關聯到該使用者終端u的加權因子；- Wv
(X)為關聯到另一使用者終端v的加權因子；- Nu
為在該使用者終端u之熱雜訊；- l(b,u)為從基地站b到該使用者終端u之傳輸的
路徑損耗；- Pu
為該使用者終端u的傳輸功率；- γ(v,u).Pv
.l(bv
,u)為從給該另一使用者終端v的傳輸到該使用者終端u的干擾；- γ(u,v)為該使用者終端u與該另一使用者終端v之間的正交因子；- l(b,v)為從基地站b到該另一使用者終端v之傳輸的路徑損耗；及- Pv
.l(bv
,v)為在該另一使用者終端v所接收到的來自該另一使用者終端v附加至其的基地站bv
之信號的功率。
注意到使用者終端v可為任何使用者終端，包括u。
可將[7]表示為，其為b之函數。[8]
其中：
換言之且
注意到項可看成能量或成本之「自私的」部
分，若使用者終端u的SINR為大，則該部份為小。換句話說，它告知由使用者終端u所接收到的信號相較於另一個使用者終端v有多好。
項可看成能量或成本之「無私的」部分，若因為P對所有其他使用者終端(亦即，v≠u)所造成之干擾的功率相較於從它們自己的基地站bv
所接收到的功率為小，則該部份為小。換句話說，它告知由使用者終端u可對其他使用者終端v做出多少破壞。注意到本地成本函數為b的函數，將如說明中進一步加以說明般使用該特徵。
●特性X為服務等級
當特性X為服務等級Q時，從[7]，界定本地成本函數使得：
其相應於總體成本函數：
●特性X為使用者終端的速度S
當特性X為使用者終端的速度S時，界定本地成本函數使得：
其相應於總體成本函數：
當然，在一非限制實施例中，特性Q及S可結合在一起，使得：
其相應於總體成本函數：
在第三步驟3
)中，以該本地成本函數運行用以產生使用者-基地站關聯概率的Gibbs取樣器。
注意到Gibbs取樣器(或Gibbs取樣)為從一或更多隨機變數的概率分佈產生一取樣序列的一種取樣方法。它係一種隨機方法(亦即，利用隨機數字(在此，隨機變數為b)的方法且狀態過渡並非以確定性方式而係以由概率分佈π u
(b
)所主導之概率方式。
由於本地成本函數為b的函數，如後所述般根據一概率分佈取樣在基地站b組(亦即相鄰基地站組)上的一個隨機變數b。
將如後說明，當針對所有使用者終端運行Gibbs取樣器時，針對每一個使用者終端獲得其可附接之基地站b，
該基地站係根據所得之概率分佈所選定。
在一非限制實施例中，將使用者終端u關聯到基地站b之使用者-基地站關聯概率π u
(b
)等於：，其中：- b為該使用者終端u之該組相鄰基地站；-(b
)為當該使用者終端u與該基地站b關聯時在該使用者終端u所考量的本地成本函數；及- T為稱為溫度的參數，其為常數或隨時間減少。
注意到此概率分佈有利於低成本。
在第一非限制實施例中，溫度T為常數。
在第二非限制實施例中，溫度T隨時間減少且等於T0
/In(1+t)，其中t為時間且T0
為常數。
當T為常數時，網路將會收斂至靜止的分佈，其有利於低能量狀態。換句話說，該網路被驅使到具有低能量的網路組態。此所得的能量(成本)可能並非總體最小點。
注意到藉由進行退火，亦即當T隨時間減少且等於T0
/In(1+t)，其中t為時間，可保證收斂到最小總體成本Cw
的最佳組態。網路將被驅使到最小能量的狀態(亦即，總體成本函數)。換句話說，網路將被驅使到總體最小點。
●Gibbs取樣器
將於下說明，Gibbs取樣器意指狀態過渡係指使用者
-基地站關聯，其中概率分佈跟隨Gibbs之已界定的概率π u
(b
)。
在一非限制實施例中，Gibbs取樣器在於下界定的圖G上操作：- 圖之節點組為使用者終端u組；- 每一個節點具有為其使用者-基地站關聯之狀態；- 在此圖中節點u的鄰居組為所有使用者v≠u的組，使得在使用者終端u接收到來自基地站bv
的信號功率高於特定臨限值θ。
透過相鄰基地站間的資訊交換，如下評估本地成本函數(b
)來判定π u
(b
)。狀態過渡係基於本地成本函數(b
)。所以基地站bu
需要收集一些資訊來判定(b
)的係數。要這樣做，每一個使用者vU通報下列資料給其之基地站bv
。
- (a)其之SINRv
；- (b)其接收到的信號之功率，亦即，P v
．l
(b v
,v
)；及- (c)從其他基地站接收到的信號之功率，亦即，γ(u
,v
)P u
．l
(b u
,v
)。
從收集到的資訊，每一個基地站bu
能夠計算本地成本函數(b
)。
當運行Gibbs取樣器時，從任意初始狀態S0開始，其中隨機選擇一使用者終端u。接著，運行Gibbs取樣器
以決定使用者終端u將附接到哪個基地站b。針對隨機選定的每一個使用者終端執行Gibbs取樣器。這造成至少一個使用者關聯概率π u
(b
)，使得π u
(b
)=1，或這造成複數使用者關聯概率π u
(b
)，使得針對每一個b，0<π u
(b
)<1。
因此，結果為一概率分佈(π u
(b
)的組)，敘述使用者-基地站關聯應被選擇的概率。
因此，在每一個狀態過渡中，Gibbs取樣器取樣具有較可能小的本地成本函數之隨機變數b。
注意到總體成本函數最終可表示為SINR之倒數的總和，可使用Gibbs取樣器來保證最佳性能。
注意到在一非限制範例中，Gibbs取樣器在基地站b中運行，因為基地站運算上更強大且有較多資源。
在另一非限制實施例中，若沒有資源限制問題或潛在約束，也可在使用者終端實作並運行Gibbs取樣器。
在第四步驟4)中
，選擇有利於低本地成本的使用者-基地站關聯概率π u
(b
)。
根據先前獲得的概率分佈(π u
(b
)的組)來執行此選擇。
在一非限制範例中，若使用者終端有兩個可能的基地站選擇，譬如說b1及b2，其分別相應於使用者-基地站關聯概率0.9及0.1，則將選擇使用者-基地站關聯概率0.9，且因此選擇具有較高概率(亦即，0.9)的基地站b1。
選定的使用者-基地站關聯概率π u
(b
)相應於一基地
站b。
因此，在第五步驟5)中
，根據選定的使用者-基地站關聯概率π u
(b
)附接使用者終端u到基地站b。
針對隨機選擇的所有其他使用者終端疊代這些步驟3、4、及5。
注意到在實務上，網路為動態，這意味著附接方法將隨時都在運行，亦即持續調諧並調適網路。因此，優化不會停止。
注意到當使用者終端u附接到一基地站b時，SINR的值會改變。這意味著每次使用者終端u附接到一個不同的基地站b時(這意指當運行Gibbs取樣器在每一疊代)本地成本函數會改變(尤其係本地成本函數的干擾元素)。
在運行Gibbs取樣器後，結果為：針對每一個使用者終端，終端可附接之選定的基地站b(基於本地成本函數)；網路中整組的使用者-基地站關聯會造成一最佳總體成本。
因此，此附接方法允許藉由以本地成本函數運行Gibbs取樣器來自動優化總體成本函數C w
(因為總體成本函數C w
為本地成本函數的總和)，將異質型網路NTW(其包含大型及小型胞)內之使用者終端的上下文特性納入考量，比如服務等級Q及使用者終端的速度S。
可以分散方式執行其並優化整個網路的性能。因此，其為優化總體成本函數之完全分散方式。
因此，根據行動使用者的特性(服務等級+行動速度)還有周圍基地站之數量及類型界定使用者關聯程序。
藉由一種用以附加使用者終端u至網路NTW的基地站b之網路設備NE來進行該附接方法，該網路NTW包含複數基地站b，如在第4圖上所示。
該網路設備NE調適成：- 使用代表使用者終端的特性X之使用者終端的上下文加權因子Wu
(X)來界定在該網路NTW中的所有該些使用者的總體成本函數CW
，其為該些使用者終端傳輸延遲的加權總和；- 從該總體成本函數CW
界定每一個使用者終端u的本地成本函數，該本地成本函數將每一個使用者終端u之該使用者終端的上下文加權因子Wu
(X)納入考量，且為此使用者終端關聯至其之該基地站的函數；- 以該本地成本函數運行用以產生使用者-基地站關聯概率π u
(b
)的Gibbs取樣器；- 選擇有利於低本地成本的該些使用者-基地站關聯概率π u
(b
)；及- 根據選定之該使用者-基地站關聯概率π u
(b
)附加該使用者終端u到該基地站b。
在第一非限制實施例中，該網路設備NE為一基地站b。在此情況中，以集中方式執行該附接方法。
在第二非限制實施例中，該網路設備NE為一使用者
終端u。在此情況中，以分散方式執行該附接方法。
將可了解到本發明對於上述實施例並無限制，且可做出修改而不背離本發明的範疇。有鑑於這方面，做出下列注釋。
將可了解到本發明對上述申請案並無限制。
因此，已針對下鏈敘述了本發明，但其可應用至之後敘述的上鏈。
已於上在下鏈部分說明中敘述的內容(第五步驟、Gibbs取樣器、網路設備等等)以相同方式適用於上鏈。
於下，為了簡要，僅敘述下鏈與上鏈之間的差異，且為了清楚，重提在下鏈部分說明中的數個段落。
如在下鏈部分說明中所提及，使用者傳輸延遲為使用者通量的倒數。根據下列從SINR界定通量：r u
=K
loge
(1+SINRu
)，其中K為常數。
將使用者終端關聯到基地站之使用者-基地站關聯概率π u
(b
)等於，其中：- b為該使用者之該組相鄰基地站；- (b)
為當該使用者與該基地站關聯時在該使用者所考量的本地成本函數；及- T為為常數或隨時間減少之參數。
總體成本函數，其為網路的加權聚集傳輸延遲，係界
定為：
其中，針對一個使用者終端u及一個基地站b，針對上鏈，可將在u的SINR表示為：
其中：- U為由胞狀無線電網路NTW中的一組基地站b所服務之一組使用者終端u；- bu
為使用者終端u的服務基地站；- Pu
為使用者終端u的傳輸功率；- l(u,bu
)為從使用者終端u到基地站bu
的路徑損耗；- Nu
為在針對使用者終端u之基地站(bu
)中的接收器之熱雜訊(也稱為接收器雜訊)；- γ(v,u).Pv
.l(v,bu
)為使用者v之傳輸施加在由使用者終端u所傳輸的信號(其係給bu
)上的干擾。
藉由將上述SINRu
表式代到CW
中，可針對上鏈獲得：
其中：γ(v,u)為給該另一使用者終端v的傳輸信號上的正交因子；Pv
.l(v,bu
)為因使用者終端v的傳輸所造成的在使用者終端u的基地站(其為接收器)所接收到的干擾之功率。
使用者終端的特性為服務等級及/或使用者終端的速度。
針對上鏈，本地成本函數等於：
其中：- Wu
(X)為關聯到該使用者終端u的加權因子；- Wv
(X)為關聯到另一使用者終端v的加權因子；- Nu
為在該使用者終端u的基地站b之熱雜訊(也稱為接收器雜訊)；- l(u,b)為從使用者終端u到基地站b之傳輸的路徑損耗；- Pu
為該使用者終端u的傳輸功率；- γ(v,u).Pv
.l(v,b)為另一使用者終端v之傳輸施加在由使用者終端u所傳輸的信號上的干擾；- γ(u,v)為該使用者終端u與該另一個使用者終端v之間的正交因子；- l(u,bv
)為從使用者終端u到基地站bv
(另一個使
用者終端v所附接)之傳輸的路徑損耗；及- Pv
.1(v,bv
)為在基地站b所接收到的由另一個使用者終端v所傳送的信號之功率。
注意到使用者終端v可為包括u的任何使用者終端。
如在下鏈部分說明中所提到，在非限制實施例中，將一或複數特性X納入考量。
●特性X為服務等級
在第一非限制實施例中，特性X為服務等級Q。在此非限制實施例的變化例中，服務等級Q為資料率或抖動。
已在下鏈部分說明中相應段落中所敘述的內容適用於此。
●特性X為使用者終端的速度S(移動速度，meter per sec)
在第二非限制實施例中，特性X為使用者終端的速度S。
已在下鏈部分說明中相應段落中所敘述的內容適用於此。
如在下鏈部分說明中所提到，從該總體成本函數CW
界定每一個使用者終端u之本地成本函數，該本地成本函數將每一個使用者終端u之該使用者終端的上下文加權因子Wu
(X)納入考量，且為此使用者終端關聯至其之該基地站b的函數。
界定下列針對每一個使用者終端u之本地成本函數，使得針對上鏈：
其為b之函數，其中第一項可看成能量或成本之「自私的」部分，若在該基地站b接收到的由使用者終端u所傳送之信號的SINR為大，則該部份為小，而第二項可看成能量或成本之「無私的」部分，若因為u對所有其他使用者終端(亦即，v≠u)所造成之干擾的功率相較於在它們自己的基地站所接收到的功率為小，則該部份為小。
●特性X為服務等級
當特性X為服務等級Q時，界定本地成本函數，使得針對上鏈：
其相應於總體成本函數：
●特性X為使用者終端的速度S
當特性X為使用者終端的速度S時，界定本地成本函數，使得針對上鏈：
其相應於總體成本函數：
當然，在一非限制實施例中，特性Q及S可結合在一起，使得：
其相應於總體成本函數：
以該本地成本函數運行Gibbs取樣器來產生使用者-基地站關聯概率。
透過相鄰基地站間的資訊交換，如下評估本地成本函數(b
)來判定π u
(b
)。狀態過渡係基於本地成本函數(b
)。所以，在上鏈中，基地站需要收集一些資訊來判定(b
)的係數。為了要這樣做，每一個使用者vU通報其之Pv
值給其之基地站bv
，其(該資訊)會在相鄰基地站之間進行交換。藉此，基地站可估計(b
)的係數，亦即，路徑損耗值來判定π u
(b
)。
因此，已針對比如小型胞及大型胞類型之異質型基地站說明本發明，但本發明亦可應用於異質型基地站的情況(例如小型胞的網路)。
將可了解到本發明對上述實施例並無限制。
因此，可使用非基地站b或使用者終端u之其他網路
設備NE。例如，在附接方法的集中式實作中，網路設備NE可為：- 行政所有者AO，其為與營運者無關之第三者；- 網路管理系統NMS；或- 營運支援系統OSS。
將可了解到根據本發明之方法及元件對任何實作並無限制。因此，在一非限制實施例中，可使用二元編碼(並接著使用Shannon公式中的log2
)，使得總體成本函數C w
係界定為：
有透過硬體或軟體之物件或兩者來實作附接方法的功能之各種方式，只要硬體或軟體之單一物件可進行若干功能。這不排除硬體或軟體之物件或兩者之組件進行一項功能。例如，建立路徑之步驟可與更新關聯的字組之步驟結合，因此形成單一功能而不修改根據本發明之建造方法M。
可以若干方式實作該些硬體或軟體物件，比如透過分別適當編程之有線電子電路或電腦程式產品。電腦程式產品PG可包含在電腦中或在網路設備NE中，該設備NE包含單元控制UC，該單元控制為於上陳述之硬體或軟體。電腦程式產品PG包含第一組指令。因此，例如包含在電腦編程記憶體中或在網路設備NE中的該組指令可令電腦或網路設備NE進行附接方法的不同步驟。
可藉由讀取比如，例如，碟之資料載體將該組指令載入到編程記憶體中。服務提供者亦可經由比如，例如，網際網路之通訊網路使該組指令變成可得。
因此，本發明之一些實施例可包含一或複數個下列優點：
- 附接方法(也稱為使用者關聯程序)以分散方式優化既定地理區域內的可得基地站之間的使用者之關聯/附接，同時將使用者上下文(比如目標服務及行動速度)還有周圍胞之特性納入考量以最小化因交遞所致之整體傳輸延遲及操作負擔。
- 以使用者終端的上下文特性，比如服務等級(例如，目標/預期的資料率)，進行優化。
- 相關於使用者終端的速度及覆蓋地理區域的可能帶來交遞之周圍胞的類型進行優化。所得之優化最小化因交遞所致之整體傳輸延遲及操作負擔。
因此，其致能行動終端在越來越複雜且異質型網路的上下文中與基地站交換資料。
因此，其為每一個使用者終端提供較佳的服務品質，尤其係在異質型網路的上下文中並將使用者上下文納入考量。
因此，其以數個基地站(例如，大型及小型胞)優化使用者關聯程序。因此，本發明解決具有異質型基地站(由大型及小型基地站所構成)之新(新興)網路的問題。
- 其允許以分散方式判定使用者終端所附接之最佳
基地站且使得其優化網路(包括多層網路)之整體運作；- 其避免(若要的話)需具有集中協調者來計算總體函數成本。其係基於本地測量及有限的資訊交換並可調適性驅使系統到總體最佳組態的狀態。因此，其避免網路中之資料資訊的大量交換及具有高複雜性之集中式使用者關聯方法；- 其不僅提供系統通量增進但還支援網路中之使用者之間的公平頻寬。因此，其允許有和大型無線網路有關之使用者關聯程序；- 其允許找出(網路/總體)成本函數之最佳(最小)點，該函數可具有多個本地最佳點，而熟悉此技藝人士所熟知的其他方法(例如，爬坡方式)可找出非最佳點。
- 其適用於上鏈及下鏈。
在隨後的申請專利範圍中的任何參考符號不應視為限制申請專利範圍。很明顯地動詞「包含」及其共軛不排除除了在任何申請專利範圍中所界定的那些以外之任何其他步驟或元件的存在。在元件或步驟前的字「一」不排除複數個這種元件或步驟的存在。
說明及圖僅繪示本發明之原理。因此可認知到熟悉此技藝人士將能夠做出各種配置，其雖未在此明確加以說明或顯示，體現本發明之原理且係包括在本發明之精神與範圍內。此外，在此所提及之所有範例主要意圖僅明確為了
教學用，以幫助讀者了解本發明之原理及本發明人為了促進技藝而貢獻之概念，且應視為對這種特別敘述之範例及條件並無限制。另外，在此敘述本發明之原理、態樣、及實施例還有其之特定範例的所有陳述意在涵蓋其之等效者。
茲僅以範例並參照附圖說明根據本發明之實施例的本發明及/或設備之一些實施例，圖中：第1圖繪示具有小型及大型胞之示意多層網路系統，其中將使用根據本發明之附接使用者終端到基地站的方法；第2圖繪示根據本發明之非限制實施例的附接使用者終端到基地站的方法之示意組織圖；第3圖繪示圖2之附接使用者終端到基地站的方法之加權因子的界定步驟之示意組織圖；及第4圖示意繪示調適成進行圖2之附接使用者終端到基地站的方法之網路管理元件。
Claims (17)
- 一種用以附加使用者終端(u)至網路(NTW)的基地站(b)之方法(M)，該網路包含複數基地站(b)，該方法包含：- 使用代表使用者終端的特性(X)之使用者終端的上下文加權因子(Wu (X))來界定在該網路(NTW)中的所有該些使用者終端的總體成本函數(CW )，其為該些使用者終端傳輸延遲的加權總和；- 從該總體成本函數(CW )界定每一個使用者終端(u)之本地成本函數()，該本地成本函數()將每一個使用者終端(u)之該使用者終端的上下文加權因子(Wu (X))納入考量，且為此使用者終端關聯至其之該基地站(b)的函數；- 以該本地成本函數()運行吉布絲(Gibbs)取樣器以產生使用者-基地站關聯概率(π u (b ))；- 選擇有利於低本地成本的該使用者-基地站關聯概率(π u (b ))；及- 根據選定之該使用者-基地站關聯概率(π u (b ))附加該使用者終端(u)到該基地站(b)。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法(M)，其中該使用者傳輸延遲為使用者通量(r u )的倒數。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法(M)，其中根據香儂(Shannon)容量公式從SINR界定該通量(r u )，其等於：r u =K loge (1+SINRu )，其中K為常數。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法(M)，其中該將使用者終端(u)關聯到基地站(b)之該使用者-基地站關聯概率(π u (b ))等於，其中：- b為該使用者終端(u)之該組相鄰基地站；-(b )為當該使用者終端(u)與該基地站(b)關聯時在該使用者終端(u)所考量的本地成本函數；及- T為常數或隨時間減少之參數。
- 如申請專利範圍第4項所述之方法(M)，其中該參數T隨時間減少並等於T0 /In(1+t)，其中t為該時間且T0 為常數。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法(M)，其中該吉布絲(Gibbs)取樣器的該運行以一任意初始狀態開始，其中該使用者終端(u)附加到從其可接收信號的該網路(NTW)之該些基地站(b)的任一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法(M)，其中該使用者終端的特性(X)為服務等級(Q)及/或該使用者終端的速度(S)。
- 如申請專利範圍第7項所述之方法(M)，其中該 服務等級(Q)為資料率或抖動。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法(M)，其中當該使用者終端的特性(X)為該使用者終端的速度(S)時，界定加權因子(Wu (X))，該加權因子(Wu (X))將該使用者終端的速度(S)及覆蓋相應於該網路(NTW)的地理區域(A)之周圍胞(CI)的類型納入考量。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法(M)，其中該使用者終端的上下文加權因子(Wu (X))係界定為下列之函數：- 使用者終端(u)之交遞頻率(fHO )，該交遞頻率取決於該使用者終端的速度(S)、在相應於該網路(NTW)的地理區域上的胞密度(cld )、及胞半徑(clr )；- 該使用者終端(u)的每一次交遞所花費的時間(THO )。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法(M)，其中該本地成本函數()等於：
- 如申請專利範圍第1項所述之方法(M)，其中該本地成本函數()等於：
- 如申請專利範圍第1項所述之方法(M)，其中在每一個使用者終端(u)以分散方式或在該基地站(b)中以集中方式履行該些步驟。
- 一種用以附加使用者終端(u)至網路(NTW)的基地站(b)之網路設備(NE)，該網路(NTW)包含複數基地站(b)，該網路元件(NME)調適成：- 使用代表使用者終端的特性(X)之使用者終端的上下文加權因子(Wu (X))來界定在該網路(NTW)中的所有該些使用者的總體成本函數(CW )，其為該些使用者終端傳輸延遲的加權總和；- 從該總體成本函數(CW )界定每一個使用者終端(u)之本地成本函數()，該本地成本函數()將每一個使用者終端(u)之該使用者終 端的上下文加權因子(Wu (X))納入考量，且為此使用者終端關聯至其之該基地站的函數；- 以該本地成本函數()運行吉布絲(Gibbs)取樣器以產生使用者-基地站關聯概率；- 選擇有利於低本地成本的該些使用者-基地站關聯概率；及- 根據選定之該使用者-基地站關聯概率(π u (b ))附加該使用者終端(u)到該基地站(b)。
- 如申請專利範圍第14項所述之網路設備(NE)，其中該網路設備為基地站(b)。
- 如申請專利範圍第14項所述之網路設備(NE)，其中該網路設備為使用者終端(u)。
- 一種電腦的電腦程式產品(PG)，包含一組指令，當其被載入到該電腦中時，令該電腦進行如申請專利範圍第1至13項的任一項所述之附加使用者終端(u)至網路(NTW)的基地站(b)之方法(M)。
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