TWI522001B - 行動網路，對應之存取節點，處理單元及操作該行動網路之方法 - Google Patents

行動網路，對應之存取節點，處理單元及操作該行動網路之方法 Download PDF

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Description

行動網路，對應之存取節點，處理單元及操作該行動網路之方法
本發明相關於電信領域，且更具體地相關於行動網路。
常為人所知的行動無線電通訊網路係基於蜂巢式架構的系統。此種系統從第2代GSM網路，經過第3代CDMA、UMTS網路或彼等的演變，到第4代LTE或LTE先進網路。此種系統的原理依據複數個基地站係以彼等在預界定區域中提供連續無線電覆蓋的此種方式散佈。各基地站監督一胞元，此胞元的尺寸取決於數個因子，但並未受限於彼等，例如，使用在該等發射器的天線以與該胞元中之終端通訊的最大輻射功率。當終端意圖與該網路建立通訊時，其首先識別所在的胞元並藉由該對應胞元的基地站實施網路存取程序。
圖1展示已為人所知之蜂巢式通訊網路的簡化圖示。所呈現的蜂巢式網路描繪基地站及位於該等基地站之一者的覆蓋區域中且因而與此基地站通訊之終端。蜂巢式網路的原理係該等基地站服務位於彼等胞元中的終端且該等胞元具有預界定尺寸。在該等基地站及核心網路或如界定於3GPP中之增強型封包核心之間建立連接的回載鏈接可能採點對點連接形式的有線鏈接或無線鏈接。
藉由使用如聯合處理COMP(合作式多點)或MIMO(多重輸入多重輸出)的技術，此種蜂巢式網路，尤其係最新之LTE-先進網路的效能已到達可僅部分地克服之限制並具有大量的額外處理複雜度。蜂巢式網路的最大挑戰部分包含干擾情況防止其得到良好服務品質的胞元邊緣。
即使使用先進特性，像是聯合處理COMP或網路MIMO，在胞元邊緣實現品質良好的使用者經驗證明係困難的，且在該網路中導入高複雜度的同時，必需針對協調目的以使用者資料通量為成本在不同基地站之間交換大量資料。
本發明的明確目的係提供用於應付上述缺點之新的行動網路基礎結構。
本發明的另一目的係提供網路節點、處理單元、以及用於操作該行動網路的方法。
本發明係關於解決上文陳述之一或多個問題的效應。下文呈現本發明的簡化內容，以提供對本發明之部分實施樣態的其本理解。此發明內容不係本發明的詳盡概述。未意圖確定本發明的關鍵或緊要元件或描寫本發明的範圍。其唯一目的係以簡化形式呈現部分觀念，作為稍後討論之更詳細描述的序言。
呈現於上文的此等目的及出現在下文的其他目的特別藉由申請專利範圍第1項之系統、申請專利範圍第9項的處理單元、以及申請專利範圍第11項的方法實現。
本發明呈現用於建立不再係胞元導向之無線網路的解決方案。取而代之的，該行動網路係根據使用者需求及位置設定。動態地指定服務存取節點的同時，該網路架構動態地適於使用者需求。
動態無線回載系統以使用最大通量並產生最小干擾的方式僅動態地連接必需服務現行使用者的此等存取節點。
此觀念實作動態回載，其中該等存取節點不具有預界定的胞元覆蓋或固定指定給特定區域，並由監督部分行動網路的控制單元24控制。
根據本發明，該行動網路包含處理單元，具有判定該等可用存取節點中的何者必需係現行節點以及不必將何者用於服務請求與該網路通訊之該等終端的功能。動態地實施此判定以將終端的場景演變及所請求之通訊類型及/或服務列入考慮。
該處理單元另外負責判定該等終端及應服務該等終端的該等存取節點之間的映射。此映射係動態的並與現行及未使用之存取節點的先前判定保持一致。此映射不依據通常的(例如，六角形)胞元邊界。
該處理單元另外管理該等存取節點及無線回載終端單元之間的點-對-多點無線回載鏈接。該等無線回載鏈接的管理係動態的並將現行及未使用之存取節點的判定列入考慮為佳。然後將回載鏈接控制成使用必要的容量以及可能出自一組適應性多天線傳輸方案中的適應傳輸方案僅服務該等現行存取節點。
在另一實施例中，該等回載鏈接及該等存取鏈接係在不同的頻帶中，使得前者的操作不干擾後者的操作。
在另一實施例中，該等回載鏈接及該等存取鏈接係在相同頻帶中，使得該處理單元在選擇現行及未使用存取節點的同時，不僅考慮終端場景，亦將內回載/存取干擾列入考慮。
根據本發明的方法呈現提供能迅速地適應之非常靈活的行動網路架構的優點，而確保最低干擾可能並因此節省能量、增加網路通量，特別係胞元邊緣的通量、頻譜效率、網路可用性。
本發明的另一優點包含不僅在該網路的存取部分，也在該網路的無線回載部分提供適應性鏈接管理、容許更有彈性及成本效益的部署、以及在網路操作期間節省能量。
將本發明的其他有利特性界定在相關的申請專利範圍中。
可能經由使用專屬硬體以及能執行與合適軟體關聯之軟體的硬體，提供顯示於該等圖式中之包括任何功能區塊的各種元件之功能。當藉由處理器提供時，該等功能可能藉由單一專屬處理器、藉由單一共享處理器、或藉由彼等的一部分可能係共享之複數個獨立處理器提供。再者，術語「處理器」、「控制器」、或「單元」的明顯使用不應構成對能執行軟體之硬體的獨佔指稱，並可能無限制地隱含地包括數位訊號處理器(DSP)硬體、網路處理器、特定應用積體電路(ASIC)、場效可規劃閘極陣列(FPGA)、用於儲存軟體的唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、及非揮發性記憶體。也可能包括其他習知及/或定製的硬體。相似地，顯示於該等圖式中的任何方塊均僅係概念的。彼等的功能可能經由程式邏輯的操作、經由專屬邏輯、經由程式控制及專屬邏輯之互動，甚至係手動地實行，從本文中會更具體地理解可由實作者選擇的特定技術。
圖1已相關於先前技術描述。
圖2顯示根據本發明之行動網路的實施例。該行動網路包含存取節點21、終端22、無線回載終端設備23、以及處理單元24。經由無線存取鏈接將終端22連接至存取節點21，彼等自身係經由點-對-多點回載鏈接連接至無線回載終端設備23。
終端22可能係具有適於連接至存取節點21的無線電收發機之任何種類的固定或行動使用者裝備。
存取節點21a、21b、21c可能係一般的基地站、微型基地站、城域基地站、中繼節點、射頻遠端網路架構、彼等的混合、或適於在使用者終端及行動網路間建立連接之任何種類的等效裝備。存取節點21a、21b、21c可能使用單一天線系統，但可有利地使用用於到達終端22的適應多天線傳輸系統。
無線回載終端設備23係適於產生朝向存取節點21之點-對-多點鏈接的一台裝備。無線回載終端設備23使用該核心網路(未呈現)與該網路之無線電存取部連接為佳。將該無線回載組織為點-對-多點網路(例如，以30-80GHz)。將自適應波束成型陣列用於連接存取節點21a、21b、21c係有利的。
無線回載終端設備23的收發器包含藉由在該多天線系統使用適應傳輸權重，致能其產生朝向待服務的存取節點21a、21b、21c定向之波束的適應多天線系統為佳。此波束成型可能採用二維(依據方位)或三維(依據方位及高度)方式。在較佳實施例中，將適應多天線系統適應地用於選擇性地產生僅朝向已由根據本發明之處理單元24選擇為現行的存取節點21a、21c之子集的波束。
無線回載終端設備考慮來自處理單元24的資訊以排程回載流量、界定適當的適應多天線傳輸方案係可應用的、並計算天線加權為佳。
在較佳實施例中，可能將適應調變使用在該等回載鏈接上。此特別顯現更好地管理與該行動終端分佈及該干擾情況相關之制約的優點。
該等點-對-多點鏈接可能經由單發射器將相同資料流傳輸至複數個存取節點21a、21b、21c，彼等將在彼等的順次中從該資料流擷取出定址至彼等的資料及/或彼等之運作所需的資料(無線回載終端設備23的單天線系統以及多天線系統之任一者均可能適於實施此實施例)。或者，無線回載終端設備23可能使用如SDMA(分空多重存取)的技術，經由點-對-多點回載鏈接選擇性地將不同資料流傳輸至不同存取節點21a、21b、21c。在此情形中，無線回載終端設備23的多天線系統係強制性的。
在本實施例中，假設僅有一無線回載終端設備。儘管如此，熟悉本技術的人士將理解在該行動網路中可能出現一個以上的無線回載終端設備，每個無線回載終端設備負責建立至一組存取節點的回載無線鏈接。一無線回載終端設備及一組存取節點之間的配置可能係動態的為佳。
在本發明的第一實施例中，由朝向存取節點21a、(21b)、21c之該等回載鏈接使用的頻帶與用於存取節點21a、(21b)、21c及終端22之間的存取鏈接之頻帶不同。可能的實作會係將2.5GHz的頻帶用於該等存取鏈接而將30-50GHz範圍中的頻帶用於該等回載鏈接。
在本發明的另一實施例中，回載及存取鏈接二者分享相同頻帶，導致在存取鏈接及回載鏈接之間的干擾。處理單元24必需將此干擾列入考慮而選擇現行存取節點並將終端映射至該等現行存取節點。
在另一實施例中，經由回載終端設備，在該等存取節點及核心網路之間組合無線及有線回載鏈接係可能的。
處理單元24適於動態地從複數個可用存取節點21判斷出將存取節點21b保持為未使用並將存取節點21a、21c用於支援行動終端22的通訊。此判斷至少將降低行動終端及服務該等終端的現行存取節點之間的干擾之一最佳化準則列入考量。
例如，根據先前技術，由存取節點21b服務的行動終端22a將經受來自存取節點21c的高干擾。
慮及在存取節點周圍的一般六邊形胞元結構25，其中所有存取節點均係現行的並服務位於彼等覆蓋區中的終端，此係由於終端22a位於存取節點21b及21c的胞元邊緣。在最差情形中，位於胞元21b及胞元21c之胞元邊緣的行動終端22a係在極低之訊號對干擾比(SINR=0dB，或甚至更少)的區域中，且在二存取節點均為現行時，不能以保證服務品質服務其。藉由在存取節點21a、21b、21c周圍的較小六邊形25將終端22a的此胞元邊緣情況描繪於圖2中。
根據本發明，並為避免胞元邊緣的缺點，若將基地站21b保持為未使用，處理單元24測試行動終端22a所經受的干擾情況是否較佳且作為整體的系統是否會經受較少干擾。處理單元24也因此判定行動終端及現行存取節點之間的適當映射。然後將落在基地站21b之地理覆蓋區域中的行動終端重配置，並由彼等自身仍保持現行之附近基地站21a、21b服務。
較佳地，處理單元24執行最佳化演算法以針對目前行動終端拓撲及通訊請求找出最佳可能干擾情況。
該最佳化演算法找尋將該系統或作為整體之該系統的區域所經受之干擾最小化。
用於實施該最佳化的可能方式係以無行動終端位於SINR低於預界定臨界之區域中的方式選擇現行節點及未使用節點。此對應於無終端位於存取節點之胞元邊緣中的情況。此可藉由避免終端在來自服務胞元之訊號會在由相鄰胞元產生的干擾範圍中之區域中的該最佳化演算法說明。使用此最佳化演算法導致動態地改變現行存取節點周圍之覆蓋區域的尺寸及幾何形狀。
胞元結構26係將存取節點21b保持未使用且存取節點21a及21c負責服務原本由存取節點21b服務之終端的結果。將注意到胞元結構26不會自動成為六邊形，僅係為了簡化而繪為六邊形。在沒有終端的區域中，可能有部分覆蓋洞發生在根據本發明之系統的胞元26之間。藉由處理單元24將胞元26的尺寸更加定向在由存取節點產生以確保覆蓋配置給彼等之所有終端的波束上。
在外觀上，將無使用者存在或低流量需求，或相反地，存在具有高需求的使用者列入考量，此導致現行存取節點的胞元邊緣持續移動。使用者可能簡單地因為處理單元中的系統最佳化演算法重組胞元結構，而因此在未移動時改變所附屬的基地站/胞元。
可選擇性地針對待服務至一終端22a之聯合傳輸/來自該終端的聯合接收，將一個以上的現行存取節點21a、21c動態地指定給該終端。
熟悉本技術的人士將清楚將直接或間接導致該干擾情況最佳化的任何準則視為落在本發明的範圍中。
特別係若能量消耗降低最佳化準則或任何其他最佳化準則(例如，但未受限於下文提及的準則)有助於降低現行存取節點及行動終端之間的干擾時，應將此理解為降低現行存取節點及行動終端之間的干擾之準則。
可能使用在處理單元24的其他最佳化準則可能係，例如，下列之一或多個準則：降低作為整體之無線電存取網路中或其區域中的能量消耗、將至行動終端的通量最大化、將回載容量最佳化、將回載鏈接的能量消耗最佳化。
在本發明的較佳實施例中，待由存取節點服務之地理區域的尺寸係基於以規律時間間隔在處理單元24實施的判定及最佳化處理而動態地改變。根據終端移動及流量改變頻繁地更新終端至存取節點的指定導致動態非胞元多重存取節點網路方案。
在多於一個無線回載終端設備23在行動網路中的情形中，處理單元24可能負責將一組存取節點配置至各無線回載終端設備23。此配置可能依據預界定準則隨時間動態地改變。
當有多於一個無線回載終端設備可用時，可有利的將網路MIMO型傳輸施用在回載鏈接上。
在本發明的一實施例中，處理單元24係控制無線回載終端設備23及存取節點21的中央化單元。在替代實施例中，處理單元24係可能散佈在存取節點21a、21b、21c、無線回載終端設備23、及/或該核心網路中的其他實體之間的行動網路中的分散功能。
在較佳實施例中，依據處理單元24的最佳化結果，將朝向不同存取節點21a、21b、21c的無線回載鏈接動態地開啟及關閉。在該情形中，將存取節點21a及21c顯示為現行的而將存取節點21b顯示為未使用的。因此朝向存取節點21a及21c的回載鏈接仍保持建立，而將朝向存取節點21b的無線回載鏈接關閉。
圖3顯示根據本發明之處理單元24的實施例。
處理單元24包含機構241，用於從複數個存取節點動態地判定出保持未使用的存取節點，以及用於支援該等行動終端之通訊的存取節點。此判斷至少將降低現行存取節點及行動終端之間的干擾之一最佳化準則列入考量。
由於選擇現行節點的動態實施樣態，熟悉本技術的人士將清楚若必需實施新選擇，必需以規律時間間隔實施檢查。若行動終端迅速地移動或若頻道迅速地改變，選擇可能必需在非常短的時間週期之後改變。可能使用以下的不同場景發現修改選擇的觸發點：以固定時間間隔重選擇，在觸發時重選擇等。
處理單元24另外包括機構242，用於判定行動終端及由機構241選擇的現行存取節點之間的映射。
基於實際的使用者分佈及流量需求，機構242評估終端至可用存取節點的指定，以將部分或全部下列準則最佳化：
*最小之由於來自不同基地站的傳輸而在終端的干擾
*最大的使用者通量(例如，至使用者的平均通量、胞元邊緣通量、加權和率、…)
*無線回載容量/回載可用性
*無線回載系統中的干擾(回載節點之間的干擾，或若使用SDMA通訊服務基地站，來自一回載節點的干擾)
*能量消耗
*使用者要求的流量請求
機構242可將一終端指定至多於一個存取節點，以得到聯合傳輸。
處理單元24另外包括機構243，用於依據已由機構241選擇為現行存取節點的該等存取節點，動態地管理朝向存取節點的點-對-多點連接。
或者，機構243可能依據用於服務該等現行存取節點所需之回載容量，管理朝向該等存取節點的點-對-多點連接。熟悉本技術之人士將清楚機構243也可依據先前提及的二準則管理該點-對-多點連接。
在本發明的較佳實施例中，機構241接收來自該等存取節點的資訊，以能實施該選擇。此資訊可能包含藉由不同存取節點朝向終端之頻道品質的量測、位於該等存取節點附近之存取節點的(估算)數量及/或存取節點的(估算)位置、附近之其他存取節點及使用者參數的資訊。此資訊係藉由，例如，上行鏈路訊號處理或經由適當的控制頻道藉由終端傳送之控制資訊的評估藉由存取節點得到。
圖4顯示用於操作行動網路之方法的實施例，該行動網路包含適於與複數個行動終端通訊的複數個存取節點，以及適於連接存取節點及與核心網路連接之無線回載終端設備的無線回載鏈接。該方式包含下列步驟：
步驟41包含從該等複數個存取節點動態地判定出保持未使用的存取節點以及用於支援與該等行動終端之通訊的存取節點，該判定將降低現行存取節點及行動終端之間的干擾之至少一最佳化準則列入考量。
步驟41可另外改進可額外施用的其他最佳化準則。此種最佳化準則的範例係：降低無線電存取網路的能量消耗、將行動終端的通量最大化、將回載容量最佳化、將回載鏈接的能量消耗最佳化。
步驟41的判定基於從存取節點及/或從可能回報區域中之使用者終端的數量及/或終端之位置的終端接收之資訊為佳，也可能將其他量測，如在上行鏈路之反饋頻道上回報的SINR/BER量測，使用為待使用之存取節點及可能保持未使用的存取節點之適當判定的基礎。
步驟42包含判定行動終端及現行存取節點之間的映射。
較佳地，現行存取節點在步驟41的判定及行動終端至現行存取節點的映射係以確保各終端之SINR高於預界定臨界的此種方式完成。然後避免胞元邊緣的不良效能。
步驟43包含建立無線回載鏈接，其包含在無線回載終端設備及存取節點之間的點-對-多點連接。步驟43僅建立朝向現行節點的無線回載鏈接為佳。
熟悉本技術之人士將清楚三個步驟41、42、43可能不會循序地執行，但可能全部互連以在彼等之間交換資訊。
該等功能之間的疊代也可能係改善結果的可能性。
21、21a、21b、21c．．．存取節點
22、22a．．．行動終端
23．．．無線回載終端設備
24．．．處理單元
25．．．六邊形胞元結構
26．．．胞元結構
241、242、243．．．機構
本發明的其他特徵及優點將在閱讀藉由非限制說明之方式提供的較佳實施例之以下描述，及該等隨附圖式時顯現，其中：
-圖1顯示先前技術的蜂巢式網路；
-圖2顯示根據本發明之行動網路的實施例；
-圖3顯示根據本發明之處理單元的實施例；
-圖4顯示用於操作根據本發明的行動網路之方法的實施例。
21a、21b、21c．．．存取節點
22、22a．．．行動終端
23．．．無線回載終端設備
24．．．處理單元
25．．．六邊形胞元結構
26．．．胞元結構

Claims (14)

  1. 一種通訊系統，包含處理單元(24)、適於與複數個行動終端(22、22a)通訊的複數個存取節點(21、21a、21b、21c)、及適於連接該等存取節點(21、21a、21b、21c)以及與核心網路介接之至少一無線回載終端設備(23)的無線回載鏈接，- 該處理單元(24)從該等複數個存取節點(21)動態地判定出保持未使用的存取節點(21b)以及用於支援該等行動終端(22、22a)之通訊的現行存取節點(21a、21c)，該判定將降低現行存取節點及行動終端之間的干擾之至少一最佳化準則列入考量，- 該處理單元判定該等行動終端(22、22a)及該等現行存取節點(21a、21c)之間的映射，- 該無線回載鏈接在於該至少一無線回載終端設備(23)及該等存取節點(21、21a、21c)之間的點-對-多點連接，- 該處理單元(24)依據該等存取節點何者為現行存取節點(21a、21c)及依據用於服務該等現行存取節點(21a、21c)所需之回載容量動態地管理該點-對-多點連接。
  2. 如申請專利範圍第1項的系統，其中將調適性多天線傳輸使用在該等回載鏈接上。
  3. 如申請專利範圍第1項的系統，其中將調適性調變使用在該等回載鏈接上。
  4. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該等存取節點 (21a、21b、21c)係下列各者之一：基地站、中繼節點、小節點、無線電裝置前端。
  5. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該等現行存取節點(21a、21c)使用用於到達彼等之指定行動終端(22)的調適性多天線傳輸。
  6. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該等回載鏈接及該等存取鏈接係在不同頻帶中操作。
  7. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該等回載鏈接及該等存取鏈接係在相同頻帶中操作。
  8. 一種處理單元(24)，用於在行動通訊網路中使用，該行動通訊網路包含適於與複數個行動終端(22、22a)通訊的複數個存取節點(21、21a、21b、21c)、及適於連接該等存取節點(21、21a、21b、21c)以及與核心網路介接之至少一無線回載終端設備(23)的無線回載鏈接，該處理單元(24)包含：- 機構(241)，用於從該等複數個存取節點動態地判定出保持未使用的存取節點以及用於支援該等行動終端之通訊的存取節點，該判定將降低現行存取節點及行動終端之間的干擾之至少一最佳化準則列入考量；- 機構(242)，用於判定該等行動終端及該等現行存取節點之間的映射，- 機構(243)，用於依據該等存取節點何者為現行存取節點及依據用於服務該等現行存取節點所需之回載容量動態地管理朝向該等存取節點之點-對-多點連接。
  9. 如申請專利範圍第8項的處理單元，部分地散佈在該等存取節點中。
  10. 一種用於操作行動網路的方法，該行動網路包含適於與複數個行動終端(22、22a)通訊的複數個存取節點(21a、21b、21c)、及適於連接該等存取節點(21a、21b、21c)以及與核心網路介接之至少一無線回載終端設備(23)的無線回載鏈接，該方法包含下列步驟：- 從該等複數個存取節點動態地判定出保持未使用的存取節點以及用於支援與該等行動終端之通訊的存取節點，該判定將降低現行存取節點及行動終端之間的干擾之至少一最佳化準則列入考量；- 判定行動終端及現行存取節點之間的映射；- 建立在該至少一無線回載終端設備及該等存取節點之間構成點-對-多點連接的無線回載鏈接，其中依據該等存取節點何者為現行存取節點及依據用於服務該等現行存取節點所需之回載容量動態地管理該點-對-多點連接。
  11. 如申請專利範圍第10項的方法，其中將在於下列之至少一者：降低該無線電存取網路中的能量消耗、最大化至該等行動終端的流通量、最佳化回載容量、降低該等無線回載鏈接之能量消耗的最佳化準則，用於判定保持未使用的存取節點及現行存取節點。
  12. 如申請專利範圍第10項的方法，其中由存取節點服務之地理區域的規模基於在該處理單元判定之終端至存取節點的映射而動態地改變。
  13. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該動態判定保持未使用之存取節點以及該判定行動終端及現行存取節點間之映射確保針對各終端該SINR高於臨界值。
  14. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該方法另外包含下列步驟：- 在存取節點評估相關於該位置及/或在彼等附近的終端之數量的資訊；- 傳送該資訊至該處理單元。
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