CN103843279A - 蜂窝多用户网络的借助分数复用的协调干扰的负载感知动态小区选择 - Google Patents

Abstract

描述了一种为无线蜂窝网络的多个用户，确定用于确定服务所述用户的候选速率配置的无线蜂窝网络的发射器的方法，其中无线蜂窝网络的发射器按照分数复用方案工作，所述分数复用方案把不同的资源块分配给相应的发射器划分，每个划分包括已分配相同资源块的发射器，其中对于每个用户，通过按照预定标准，从每个发射器划分中选择发射器作为活动发射器，确定活动发射器集。

Description

蜂窝多用户网络的借助分数复用的协调干扰的负载感知动态小区选择

技术领域

本发明的实施例涉及无线蜂窝网络，比如多小区MIMO通信网络(MIMO=多入多出)的领域。更具体地，本发明的实施例涉及为无线蜂窝网络的多个用户，确定用于确定服务所述用户的候选速率配置的那些发射器的方法。另外的实施例涉及无线蜂窝网络，以及所述无线蜂窝网络的发射器和网络控制器。

背景技术

当考虑包含在相同的资源块，例如，在相同的频率，服务多个用户的发射器的无线蜂窝网络的高效运行时，可最佳地协调由相同发射器服务的用户之间的干扰。例如，用多天线技术提供的空间自由度可被用于建立正交性，以致小区间干扰是对网络的性能的主要递减影响。图1中示意地描述了这种情况，图1表示蜂窝网络的一小部分，更具体地说，蜂窝网络的两个小区100和102。每个小区包含基站104、106。在小区边缘108，存在两个用户设备110、112，例如蜂窝电话机。用户设备110由基站104服务，如实线箭头114所示。用户设备112由小区102的基站106服务，如实线箭头116所示。由于用户设备110和112位于小区边缘108，因此它们还经历来自相邻小区的基站的较大小区间干扰，如用虚线箭头示意所示。

为了有效地管理小区间干扰，一种常见的途径是“分数复用(FR)”。按照这种途径，在不可供最主要的干扰源利用的受保护资源块中，服务位于小区边缘的用户。然而，由于衰落的缘故，导致主要干扰的发射器也是潜在的候选服务发射器。

另一种已知的途径是“动态小区选择”(DCS)，DCS是通过以快速时标重新分配用户，从小区选择获得分集的技术。另外，DCS允许重新分配用户，以进行导致更高效的资源利用的负载均衡。

下面，考虑蜂窝网络的下行链路，其中蜂窝网络包括一组发射器阵列

和分布在整个覆盖范围内的一组用户

通过利用固定并且预定的天线方向图，多个发射器阵列(一般3个或6个)可被安装在相同地点，以形成扇区。对于每个用户k，可以设想一组发射器从所述一组发射器

用户可接收和解码参考信号。对于集合中的每个发射器，用户计算长期平均质量的标量指标u_kt，例如，LTE中的“参考信号接收质量”(RSRQ)。集合中的发射器代表向用户k发送数据的适当候选者，而且代表最主要的干扰源。依据利用速率矢量

描述的某个传输权重，服务每个用户。用户的速率

由共享资源和干扰耦接，并由可达到的速率区域R普适模拟。通过把速率矢量映射成实数，即，

效用U(r)度量***性能。其一个已知的例子是如在F.P.Kelly，A.K.Maulloo和D.K.H.Tan的“Rate control forcommunication networks:shadow prices，proportional fairness andstability”(Journal of the Operational Research Society，vol.49，no.3，pp.237-252，1998)中描述的网络范围的比例公平。

网络的有效工作点由以下优化问题的解答给出：

为了获得按照目前和未来网络的规范(例如，未来的网络将提供各种各样的服务)而需要的数据速率，期望为1的频率复用。然而，在具有普遍复用的网络中，由于小区间干扰较高，小区边缘的用户可能被排除在服务之外。在S.W.Halpern的“Reuse partitioning in cellularsystems”(33rd IEEE Vehicular Technology Conference，1983，vol.33，pp.322-327，May1983)中，描述了作为普遍复用和较高复用因子的组合的混合方案(所谓的分数复用)。

下面将基于较小的3分扇区蜂窝网络，参考图2说明构成分数复用途径的原理。图2(a)表示包含小区1-9的蜂窝网络，每个小区包含相应的发射器。在图2(b)中，描述了由小区中的相应发射器使用的资源块，例如频率。每个发射器1-9在相同的频率下，在小区中央工作，然而，在小区边缘区域，提供不同的资源块，更具体地，与邻近小区的资源块不同的资源块(频率)。此外，从图2(a)可看出，假定6位用户(参见用户设备1-6)目前在网络中。从而，网络包含9个发射器，即，

和6位用户，即

为1的复用(参见图2(b))是非协调方案，按照该方案，所有发射器

在相同的资源块上都处于运行状态。为了获得为3的复用，发射器集合和在不同的资源块上处于运行状态，以致相邻的扇区未运行，或者不干扰。图2(c)描述随着时间的过去，图2(a)的网络中的不同资源块(频率)的使用。可以看出，发射器集合

和

按照相邻扇区不干扰的方式，在相应的时隙内处于运行状态。

常规的途径通常建立在每个资源块的主要指标上，以通告发射器是否保持发射功率低于某个阈值。相邻小区的指标可用在调度算法中。例如，通过避免调度具有高干扰的小区边缘用户或资源块，可以隐含地实现分数复用。对于单用户***和多用户***，分别在M.Rahman和H.Yanikomeroglu的“Enhancing cell-edge performance:a downlinkdynamic interference avoidance scheme with inter-cellcoordination”(IEEE Transactions on Wireless Communications，vol.9，no.4，pp.1414-1425，2010)和A.Dotzler，W.Utschick和G.Dietl的“Fractional reuse partitioning for MIMO networks”(Proc.IEEE GlobalTelecommunications Conference(GLOBECOM2010)，Dec.2010)中，描述了利用主动资源控制和集中协调实现的分数复用的动态协调方案的例子。该途径试图根据

的适当描述，求解由上面的等式给出的优化。

如上所述，除了分数复用途径之外，本领域中还已知动态小区选择方法。现有网络一般利用基于平均信道质量的小区(发射器)选择方案。用户k的活动发射器a_k可被选择为

快尺度地起作用的小区选择是为HSDPA提出的“快速小区选择”(FCSS)。在FCSS中，用户根据瞬时信道条件，选择最佳发射器。然而，由于用户通常不知道小区中的负载，因此负载均衡需要在网络方的协调。一种可能的实现是操纵过载小区的参考信号，以致用户选择负载较低的小区。这种途径可能不适合于需要精确的小区状态信息的未来无线网络。在S.Das，H.Viswanathan和G.Rittenhouse的“Dynamic loadbalancing through coordinated scheduling in packet data systems”(Proc.22nd Annual Joint Conference of the IEEE Computer andCommunications Societies(INFOCOM2003)，vol.1，Apr.2003，pp.786-796)中描述了就小区选择，使用负载感知协调调度器的途径。按照该途径，利用CDMA的功率控制，实现干扰管理。A.Sang，X.Wang，M.Madihian和R.Gitlin的“Coordinated load balancing，handoff/cellsite selection，and scheduling in multi-cell packet data systems”(Wireless Networks，vol.14，pp.103-120，2008)描述一种分散式途径，代替直接控制小区选择，该途径操纵每个小区中的调度器，以致用户转移到低负载小区。调度器(于是，隐含的小区选择方案)知道小区间干扰，但不被主动管理。

对于未来的无线***，在协同多点(CoMP)架构内考虑FCSS，并命名为“动态小区选择”(DCS)。在M.Feng，X.She，L.Chen和Y.Kishiyama的“Enhanced dynamic cell selection with muting scheme for DL CoMPin LTE-A”(Proc.IEEE71st Vehicular Technology Conference(VTC2010-Spring)，2010，pp.1-5)中，描述了关于单用户LTE-A***的DCS方法。利用小区静噪(它可被解释成特定形式的FR)，实现干扰协调。

DCS的主要优点是源于由独立衰落引起的小区选择分集的增益，以及在小区拥塞的情况下，把用户推给邻近小区的能力。然而，当在越区切换的情况下需要在发射器之间传递用户数据，或者需要在多个发射器可以得到用户数据时，存在用于协调和用户数据分发的额外成本。

下面，考虑由LTE版本8提供的干扰和负载管理。一般来说，下行链路发射器协调不是标准的一部分，只规定将用于协调方案的信令。在S.Sesia，I.Toufik和M.Baker的LTE，The UMTS Long Term Evolution:From Theory to Practice(Wiley，Apr.2009)中说明了LTE版本8。LTE中的小区间干扰协调可以是静态的，例如通过提供很少发生重新配置的小区规划，或者可以是半静态的，一般是以数秒或更长的时间尺度进行的。这种半静态干扰协调主要是利用关于资源块的简单“开-关”掩蔽进行的。下行链路的标准化信令是每个资源块的“相对窄带发射功率”(RNTP)指标，以通告发射器是否将保持发射功率低于某个阈值。相邻小区的RNTP指标可以用在调度算法中，例如，以避免调度具有高干扰的资源块的小区边缘用户，这是实现FR的一种可能方式。

在LTE中，由于几个原因，可以发起越区切换，包括：

-基于质量的越区切换：在相邻发射器提供比当前的服务发射器的信道质量更好的信道质量的情况下，

-基于负载的越区切换：由网络进行，以均衡负载；在某个小区拥塞的情况下，可把一些用户转移到相邻的发射器。

以秒级的频率工作的检测负载不均衡的长期机制可用于配置小区之间的越区切换偏移值。在LTE中主动防止快速小区选择，因为不能在多个发射器获得用户数据，但是在越区切换期间，用户数据被转移到新的活动发射器。另外，为了能够实现负载感知的增强干扰管理，采用独立的负载指示过程，数十毫秒左右地交换负载信息。

CHEN S L等人的“Dynamic Channel Assignment with FlexibleReuse Partitioning in Cellular Systems”(2004IEEE INTERNATIONALCONFERENCE ON COMMUNICATIONS；ICC2004；20-24JUNE2004，PARIS，IEEE OPERATIONS CENTER，PISCATAWAY，NJ，USA，vlo.7，20June2004，pp.4275-4279描述具有RP(复用划分)技术的灵活使用的基于网络的DCA(动态信道分配)方案，名为具有干扰信息的灵活动态复用划分(FDRP-WI)。信道向所有到来的通话开放，不需要关于每个区域的任何信道预分配。只要信道分配满足同信道干扰约束，来自任何区域的任何用户都可使用任何信道。该方案目的在于使分配的信道对供干扰小区之用的信道的可用性的影响降至最小，和减小总的复用距离。描述了关于固定用户和移动用户的两种FDRP-WI。

发明内容

本发明的目的是提供一种服务多个用户的无线蜂窝网络中的发射器的改进的协同途径。

上述目的是利用按照权利要求1所述的方法，按照权利要求12所述的无线蜂窝网络，权利要求13所述的无线蜂窝网络用发射器，和按照权利要求14所述的无线蜂窝网络用网络控制器实现的。

发明的实施例提供一种为无线蜂窝网络的多个用户，确定用于确定服务所述用户的候选速率配置的无线蜂窝网络的发射器的方法，其中无线蜂窝网络的发射器按照分数复用方案工作，所述分数复用方案把不同的资源块分配给相应的发射器划分，每个划分包括已分配相同资源块的发射器，所述方法包括对于每个用户，通过按照预定标准，从每个发射器划分中选择发射器作为活动发射器，确定活动发射器集。

按照实施例，根据动态小区选择方案，发射器被确定为活动发射器，其中可从每个发射器划分中选择一个发射器，作为活动发射器。

按照实施例，预定标准包含描述用户和发射器之间的通信的参数，其中所述参数包含平均信道质量。在当与发射器划分中的所有剩余发射器相比时，与某个发射器关联的参数具有最大/最小值的情况下，该发射器被选为活动发射器。

按照实施例，活动发射器集至少之一包含至少两个活动发射器。

按照实施例，所述方法还包括对于每个发射器，确定该发射器的所有活动用户集的集合，其中活动用户集包含已被分配资源块的发射器的用户。

按照实施例，活动发射器集由用户确定，并反馈给发射器，或者由网络控制器根据从用户接收的描述用户和发射器之间的通信的参数确定。

按照实施例，所述方法还包括通过在每个发射器，按该发射器为其一部分的发射器划分进行优化，确定候选速率配置；和按照确定的候选速率配置，把资源块分配给发射器。所述优化可包括加权和速率优化，加权和速率优化包括对于每个发射器，进行每个划分的加权和速率优化；和获得在每个发射器应用的最佳的网络范围的划分。所述方法还包括进行收敛检查；在收敛检查为否定的情况下，更新用于加权和速率优化的权重，并重复先前的步骤。

按照实施例，找出最佳的网络范围的划分由网络控制器确定，其中网络控制器从每个发射器接收加权和速率优化结果，进行收敛检查，必要时更新权重，并把最终的资源分配和速率分配传送给发射器，或者由每个发射器确定，其中每个发射器从所有其它发射器接收加权和速率优化结果，其中在发射器之间交换用于收敛检查，必要时用于权重的更新，和用于最终的资源分配和速率分配的消息。

按照实施例，在分配给特定小区的多个用户是包含活动发射器集(所述活动发射器集包括所述特定小区的发射器，和不同的相邻小区的发射器)的小区边缘用户的情况下，小区边缘用户被转移到相邻的小区，所述特定小区的发射器被关闭。

本发明的实施例提供一种包括指令的计算机程序产品，当在计算机上执行所述指令时，所述指令实现按照本发明的实施例的方法。

本发明的实施例一种无线蜂窝网络，所述无线蜂窝网络包括按照分数复用方案工作的多个发射器，其中所述网络被配置成按照根据本发明的实施例的方法运行。

本发明的实施例提供无线蜂窝网络用发射器，无线蜂窝网络包括按照分数复用方案工作的多个发射器，其中所述发射器被配置成至少部分地进行按照本发明的实施例的方法。

本发明的实施例提供无线蜂窝网络用网络控制器，所述无线蜂窝网络包括按照分数复用方案工作的多个发射器，其中所述网络控制器被配置成至少部分地进行按照本发明的实施例的方法。

本发明的实施例提供用于多入多出(MIMO)蜂窝网络中的下行链路传输的借助分数复用协调干扰的负载感知动态小区选择方案，其中为了提高网络的性能，利用分数复用和有助于在小区之间均衡负载的动态小区选择，小心地管理干扰，以致本发明的实施例提供一种新颖的发射器协同途径，其中分数复用和动态小区选择被结合，并且协调地起作用。

本发明基于以下发现，即，多用户***的有效运行需要资源资源分配，以致在未被相邻发射器使用的资源块的基础上服务在不利位置中的用户，另外，联合干扰管理进行快速的负载均衡，所述干扰管理允许防止小区的任何不对称加载，和避免网络的负载拥塞，这导致更高的整体性能。利用按照优选实施例，协调地起作用的FR和DCS的复杂方法，建立无线蜂窝网络的所述有效运行，从而改善网络性能。在常规途径中，FR通常借助用户分配，或者由中央控制单元或者利用分散途径实现，其中交换和磋商二元指标和限制列表，随后在调度决策中考虑所述二元指标和限制列表。对多用户***来说，在一个小区内的用户不受相同的干扰发射器影响，于是，指标图必须被合并，这可能阻止许多资源块，从而导致资源的低效利用。通常，已知的尝试并不适合于其中相同发射器的用户的传输速率相互依赖的多用户***。从而，按照本发明的途径，利用DCS丰富如在A.Dotzler，W.Utschick和G.Dietl的“Fractionalreuse partitioning for MIMO networks”(Proc.IEEE GlobalTelecommunications Conference(GLOBECOM2010)，Dec.2010)中所述的多用户***中的FR的方法。对单用户***来说，DCS可被包含在在中心解决的用户分配问题中。另一方面，发射器可保持和磋商用户的越区切换阈值。在A.Sang，X.Wang，M.Madihian和R.Gitlin的“Coordinatedload balancing，handoff/cellsite selection，and scheduling in multi-cellpacket data systems”(Wireless Networks，vol.14，pp.103-120，2008)中，集中协调的小区呼吸导致用户的越区切换和不太拥塞的小区，而不存在越区切换参数的明确操作。从而，本领域中已知的上述最令人感兴趣的途径不适用于多用户***，以致对多用户***来说，缺少与FR结合的负载感知DCS方案。

从而，按照第一方面，本发明的实施例提供一种选择无线蜂窝网络中的发射器的新方式，所述发射器用于确定服务用户的候选速率配置。本发明的途径按照对每个用户来说，并不仅仅确定单个活动发射器，而是当起始于分数复用方案时，确定所有可能的活动发射器，作为“活动发射器集”的方式，结合分数复用和动态小区选择的有利效果。

按照源于第一方面的另一个方面，不需要任何明确的小区选择机制。相反，按照第二方面-根据用户的确定的活动发射器集-例如通过应用WSR优化(WSR=加权和速率)，确定候选配置，并分配资源和速率，以致利用资源和速率分配固有地进行小区选择。

本发明途径的另一方面涉及按照第二方面的优化和分配处理期间的信令的细节。

另一个方面涉及发射器静噪，以避免过多的干扰，同时便于节能的可能性。这是可能的，因为按照第一方面的途径为用户确定多个活动发射器，并提供在分配的小区内的用户可由相邻小区的发射器服务的情况下，使发射器之一静噪的可能性，以致用户被分配给的小区的发射器不再需要，从而可被关闭。

附图说明

下面参考附图，说明本发明的实施例，其中：

图1表示蜂窝网络的一小部分，

图2表示小型的3分扇区蜂窝网络，其中图2(a)表示蜂窝网络，其中图2(b)表示由小区中的相应发射器使用的资源块，其中图2(c)描述随着时间的过去，图2(a)的网络中的不同资源块，例如，频率的使用，

图3表示求解等式(1.2)的最终算法，

图4是与活动集的直接反馈关联的信令的消息序列图，

图5是活动集的集中计算的消息序列图，

图6表示对图2(a)的网络来说，当只利用常规的分数复用方案时的用户的可用资源，

图7表示当应用本发明的结合分数复用和动态小区选择的途径时的用户的可用资源，

图8表示显示按照本发明的途径确定的活动用户的集合的表格，

图9表示指示发射器的有效用户的表格，

图10更详细地表示图3的算法，

图11表示在图2(a)中所示的例证网络中，用于用户的发射器的快速重选，

图12表示按照本发明的实施例的集中动态小区选择的序列图，

图13表示动态小区选择的分散途径的序列图，

图14是表示模拟参数的表格，

图15表示利用比例公平效用测量的网络性能的曲线图，

图16表示用户频谱效率的曲线图。

具体实施方式

本发明的实施例提供一种新颖的蜂窝网络的下行链路的发射器协调方法，所述方法是FR(分数复用)和负载感知DCS(动态小区选择)的集成途径。例如在A.Dotzler，W.Utschick和G.Dietl的“Fractional reusepartitioning for MIMO networks”(Proc.IEEE GlobalTelecommunications Conference(GLOBECOM2010)，Dec.2010)中，描述了实现FR的机制，该文介绍了一种利用发射器的预定划分，以致能够建立分数FR的方法。相对于由发射器服务的多个用户之间的发射器划分和速率分配的所有可行的资源分配构成可达速率区域按照本发明的途径，利用迭代算法来求解在上面的等式(1.2)中给出的优化。所述算法计算一组候选配置，直到找到作为这些点的凸组合的解答为止。所述解答由资源分配确定，以致每个候选配置被应用于与凸组合的系数关联的资源的一小部分。利用其中根据效用，更新权重的一系列加权和速率(WSR)优化，找出候选配置。

为了能够实现DCS，与现有途径相反，使用每个用户的一组活动发射器(而不是单个活动发射器)，应用一种机制，根据关于FR定义的发射器划分，选择所述一组活动发射器。按照适当的标准，例如，平均信道质量，每个发射器划分中的最大一个发射器被选为可能的活动发射器。如在A.Sang，X.Wang，M.Madihian和R.Gitlin的“Coordinated loadbalancing，handoff/cellsite selection，and scheduling in multi-cell packetdata systems”(Wireless Networks，vol.14，pp.103-120，2008)中所述，不给出任何明确的选择规则，相反，小区(发射器)选择是候选配置的结构和后面的资源分配的直接结果。

按照如在A.Dotzler，W.Utschick和G.Dietl的“Fractional reusepartitioning for MIMO networks”(Proc.IEEE GlobalTelecommunications Conference(GLOBECOM2010)，Dec.2010)中所述的类似方式，利用WSR优化和所有发射器划分之间的竞争，得出候选配置。然而，除了现有途径之外，按照本发明的实施例，提供一种其中每个发射器按它为其一部分的发射器划分地进行WSR的途径，并且按照另一个方面，还描述了计算候选点的信令。WSR最大化自动进行用户选择，并且在用户具有太差的信道条件的情况下，和在发射器过载的情况下，允许丢弃用户。这确保只有在其它发射器的信道条件足够好(与其他用户的信道条件有关)，并且发射器具有服务用户的可用资源的情况下，才发生重选。

由于用户被允许具有每个发射器划分的不同活动发射器，并且由于解答是利用配置的组合得出的，因此重选是可能的。然而，构成活动发射器集和资源分配的机制确保在资源块(例如，时隙)内，用户仅仅由单个发射器服务。选择DCS的活动发射器集，以致它与FR结合。由于不需要明确的选择规则，因此不需要磋商和保持用户的越区切换阈值。改为在发射器，利用WSR优化(多用户调度)，计算传输策略，协调发射器之间的资源分配和权重更新只会导致微小的开销。另外，按照实施例，使DCS途径与干扰管理结合，以致提供下行链路协调的更大灵活性。例如，小区边缘用户可被转移到相邻小区，发射器可被临时关闭，以便不干扰这些用户。

从而，本发明的实施例的主要贡献是：

-为每个用户选择活动发射器集的途径，

-通过在每个发射器进行加权和速率优化，计算候选配置的途径，

-协调资源分配和权重更新的信令方法，

-使发射器静噪，以避免过多的干扰，实现节能。

下面将解释分数复用的定义(另外参见A.Dotzler，W.Utschick和G.Dietl的“Fractional reuse partitioning for MIMO networks”(Proc.IEEEGlobal Telecommunications Conference(GLOBECOM2010)，Dec.2010))。一组复用因子|被认为可用，并如下定义复用模式：

定义1：通过把发射器

划分成全部的子集

给出具有因子

的复用模式。正交资源被分配给依据分数f_(n1)，...，f_(nn)给出的每个子集，以致

其中f_n是分配给因子n的全部资源的分数。

一般来说，模式被设计成以致子集内的发射器在地理上分开，于是借助归因于路径损耗的衰减，降低干扰。一个复用模式内的用户速率的相互依赖用可达速率区域

描述。对复用模式的资源的动态分配被称为分数复用，形式上如下定义所述分数复用：

定义2：以致

的

的动态分配

被称为分数复用。

利用资源分配和速率分配

确定网络的工作点。

根据这些定义，可以下述优化问题的解答的形式，获得网络的有效工作点：

等式(1.3)意味通过调度多种物理层模式实现的可达速率区域

从而产生结构与等式(1.2)相同的公式表述：

在假定凸起(依据应用的模型中的定义，这是成立的)，并且在所有用户速率中，效用都共同凹陷的情况下，可以采用图3中描述的算法1来求解该问题，在A.Dotzler，W.Utschick和G.Dietl的“Fractional reusepartitioning for MIMO networks”(Proc.IEEE GlobalTelecommunications Conference(GLOBECOM2010)，Dec.2010)中也描述了此。

在也可从A.Dotzler，W.Utschick和G.Dietl的“Fractional reusepartitioning for MIMO networks”(Proc.IEEE GlobalTelecommunications Conference(GLOBECOM2010)，Dec.2010)得到的分数复用定义的上述简单解释之后，说明按照本发明的实施例的第一方面。与现有方法相反，按照本发明的实施例，不存在明确的小区(发射器)选择机制。改为利用资源分配和速率分配，固有地进行选择。受益于动态选择的用户是在小区边缘或者边界的那些用户，于是也是存在来自相邻发射器的显著干扰的那些用户，所述相邻发射器又是作为传输候选者的发射器。在资源块被分配给子集中的发射器的情况下，用户可能能够从其接收数据的发射器被称为“活动发射器”，并由下式确定：

用户k的一组活动发射器是

发射器a_(ni)，k的分配是利用加权和速率优化得到的对候选配置c_(ni)的资源分配的结果，其中c_(ni)，k>0。从网络的角度看，在资源块被分配给模式(ni)的情况下，发射器t的一组候选用户是

发射器t的所有活动用户集的集合是

其中i'使得

在用户已知发射器划分

的情况下，可由用户确定，并反馈给发射器。通过发送随后在中的各个发射器之间分发的一个消息，或者利用发送给每个用户的消息，可以实现所述反馈，其中

指示用户在

中的成员资格。

图4表示与活动集的直接反馈相关的信令的消息序列图。从图4可以看出，示意地表示了网络控制器200，第一发射器t₁，第二发射器t₂，和用户k。控制器200利用消息202和204，向它所控制的所有发射器(在图4的例子中，两个发射器t₁和t₂)，提供关于发射器划分的信息。借助消息206和208，用户k从发射器t₁和t₂(它们是网络中的多个发射器的一部分)接收参考信号。另外，在用户k接收指示发射器划分的消息210。根据接收的信息，用户计算作为用户k的发射器划分的一部分的每个发射器t的长期平均质量，例如，参考信号接收质量(RSRQ)的标量指标u_kt(参见方框212)。根据方框212中的计算结果，在方框214计算用户k的活动发射器集利用消息216，把活动发射器集

从用户k传给发射器t₂，发射器t₂再利用消息218，把活动发射器集

传给第一发射器t₁。如方框220和222中所示，在每个发射器t₁和t₂，计算相应发射器的所有活动用户集的集合，即，用户集

和

也可由中央控制器集中地计算用户的活动发射器集，和发射器的所有活动用户集的关联集合。这示于图5中，图5是活动集的集中计算的消息序列图。按照和图4类似的方式，控制器200借助消息202和204，把发射器划分分别转发给发射器t₁和t₂。借助消息208和210，发射器t₁和t₂分别向用户k传送参考信号，在方框212，用户k计算如上所述的u_kt。借助消息224和226，经发射器t₂，指标u_kt被传给网络控制器200。在方框228，网络控制器200为每个用户确定活动集

并为作为划分

的一部分的每个发射器，确定相应发射器的所有活动用户集的集合，如方框230中所示。利用消息232和234，发射器t₁和发射器t₂的所有活动用户集的集合从控制器200被传给相应的发射器t₁和t₂。

从而，按照本发明的实施例的第一方面，选择满足预定标准，例如，平均信道质量的所有发射器，以定义活动发射器集，下面基于图2(a)中图解所示的网络，更详细地说明活动发射器集。图2(a)中所示的网络包含9个发射器，即，

此外，提供6个用户，即，

在典型的小区选择方案中，每个用户

被分配给唯一的活动发射器

在图2(a)中所示的例子中，这意味用户1的活动发射器是发射器2，用户3的活动发射器是发射器7，用户4的活动发射器是发射器7，用户5的活动发射器是发射器6，用户6的活动发射器是发射器6，换句话说：

a₁=2，a₂=2，a₃=7，a₄=7，a₅=6，a₆=6.

通过把资源的分数f₍₁₁₎，f₍₃₁₎，f₍₃₂₎，f₍₃₃₎分配给发射器集

和

建立分数复用。按照等式(1.3)，这种网络的工作点由下述给出：

$\begin{array}{c}r=f_{\left(11\right)}{c}_{\left(11\right)}+f_{\left(31\right)}{c}_{\left(31\right)}+f_{\left(32\right)}{c}_{\left(32\right)}+f_{\left(33\right)}{c}_{\left(33\right)}\\ =f_{\left(11\right)}\left(\begin{array}{c}{c}_{\left(11\right),1}\\ c_{\left(11\right),2}\\ c_{\left(11\right),3}\\ c_{\left(11\right),4}\\ c_{\left(11\right),5}\\ c_{\left(11\right),6}\end{array}\right)+f{\left(31\right)}_{}\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ c_{\left(31\right),3}\\ c_{\left(31\right),4}\\ 0\\ 0\end{array}\right)+f_{\left(32\right)}\left(\begin{array}{c}{c}_{\left(32\right),1}\\ c_{\left(32\right),2}\\ 0\\ 0\\ 0\\ 0\end{array}\right)+f_{\left(33\right)}\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\\ 0\\ c_{\left(33\right),5}\\ c_{\left(33\right),6}\end{array}\right)\end{array}$

其中

f₍₁₁₎+f₍₃₁₎+f₍₃₂₎+f₍₃₃₎≤1

并且

图6表示对图2(a)中的例证网络来说，当只利用常规的分数复用方案时的用户的可用资源。图6从用户的角度图解说明该例子，可以看出在资源的某些分数f₍₃₁₎，f₍₃₂₎和f₍₃₃₎上，只有一些发射器是活动的，于是，小区间干扰被降低。例如，在资源块的仅仅分配给包含发射器1，4，7的发射器划分

的分数f₍₃₁₎上，只有用户3和4处于活动状态，并且无小区间干扰地得到服务。然而，用户3和4的速率相互依赖，由发射器7选择的传输策略c_(31)，7决定。在所有可用资源都被分配给发射器集

的情况下，可达速率由速率区域

描述。

现在扩展上述例子，以图解说明按照第一方面的本发明的途径。图7表示当应用本发明的结合分数复用和动态小区选择的途径时的用户的可用资源。首先，按照上面给出的定义，确定活动用户集，结果总结在图8中所示的表格中。随后，同样根据上面的途径，确定适合于发射器的用户集，在图9中所示的表格中给出了结果，所述表格指示发射器的适合用户。

根据该信息，网络的工作点由下式给出：

$\begin{array}{c}r=f_{\left(11\right)}{c}_{\left(11\right)}+f_{\left(31\right)}{c}_{\left(31\right)}+f_{\left(32\right)}{c}_{\left(32\right)}+f_{\left(33\right)}{c}_{\left(33\right)}\\ =f_{\left(11\right)}\left(\begin{array}{c}{c}_{\left(11\right),1}\\ c_{\left(11\right),2}\\ c_{\left(11\right),3}\\ c_{\left(11\right),4}\\ c_{\left(11\right),5}\\ c_{\left(11\right),6}\end{array}\right)+f{\left(31\right)}_{}\left(\begin{array}{c}0\\ c_{\left(31\right),2}\\ c_{\left(31\right),3}\\ c_{\left(31\right),4}\\ c_{\left(31\right),5}\\ 0\end{array}\right)+f_{\left(32\right)}\left(\begin{array}{c}{c}_{\left(32\right),1}\\ c_{\left(32\right),2}\\ c_{\left(32\right),3}\\ c_{\left(32\right),4}\\ c_{\left(32\right),5}\\ 0\end{array}\right)+f_{\left(33\right)}\left(\begin{array}{c}0\\ c_{\left(33\right),2}\\ 0\\ c_{\left(33\right),4}\\ c_{\left(33\right),5}\\ c_{\left(33\right),6}\end{array}\right)\end{array}$

图7表示在使用FR和DCS的情况下，可供用户利用的资源。可以看出，除了用户1和6之外，所有其他用户，即用户2、3、4和5都与至少2个发射器关联。例如，用户2与3个不同的发射器关联，即，发射器2、6和7。另外，用户4和5与发射器2、6和7关联。用户3与发射器2和6关联。从而，用户k现在知道活动发射器集

下面，说明本发明途径的第二方面，即，瞬时信道的估计。更具体地，在用户k知道活动发射器集之后，进行用户k和发射器

之间的瞬时信道，例如，MIMO***中的信道矩阵的估计。假定在每种模式内，其它发射器的干扰被近似，以致它只取决于活动发射器集

而不取决于它们的传输策略，例如，MIMO***中的发射功率或发射信号协方差矩阵。利用速率区域

模拟在模式(ni)有效的情况下，分配给发射器t的用户

达到的数据速率的相互依赖。在模式(ni)有效的情况下，不能被服务的一组用户由下式给出：

依据用户的置换，可以从下式获得速率区域：

可以分3步进行加权和速率优化

(1)对于每个发射器

对每种模式(ni)进行加权和速率优化，其中

速率矢量c_(ni)，t是下式的解答

(2)得出作为下式的解答的最佳的网络范围的模式

(3)网络范围的加权和速率优化c＊的解答由下式给出

图10中表示了按照第二方面的方法的完整算法。

现在转到图7-9中所示的例子，假定算法产生多种模式(11)、(31)、(32)和(33)的候选点，并且最终的资源分配允许激活它们全部，那么用户4可能由发射器7用分配给模式(11)和(31)的资源服务，由发射器2用(32)的资源服务，由发射器6用模式(33)的资源服务。在分配的资源是时隙的情况下，这导致发射器的快速重选，如在图11的表格中所示。图11表示对图2(a)中所示的例证网络中的用户4来说的发射器的快速重选。时间线表示连续的时隙TS1-TS6，表格表示时隙的相应发射器模式。借助对候选点的资源(例如，时隙)的上述分配，实现隐含的选择规则(动态小区选择)，以及分数频率复用。借助加权和速率优化，进行用户选择，所述用户选择考虑例如干扰，瞬时信道条件和发射器的负载。如图11中所示，在第一时隙TS1，用户4与发射器模式1关联，由发射器7服务。在该时隙，用户4的数据速率为0，实际上不存在服务用户4的发射器，因为用户4经历的干扰过高。在下一个时隙TS2，选择发射器模式31，以致用户4的活动发射器同样是发射器7，以3.2的数据速率服务用户4的发射器是发射器7。不经历任何干扰。在时隙TS3内，应用发射器模式33，以致对用户4来说，活动发射器是发射器6。从而，服务用户4的发射器从发射器7切换到发射器6，未报告任何干扰。在时隙TS4内，选择发射器模式32，这意味用户4的活动发射器现在是发射器2。然而，确定发射器2过载，以致在该时隙内，用户4不能得到服务。在下一个时隙TS5内，模式同样是模式33，以致用户4的活动发射器可以是发射器6，然而，确定存在强衰落情形，以致用户4的数据速率为0。在时隙TS6内，选择发射器模式31，同样发射器7是用户4的活动发射器。未报告任何干扰，以致进行发射器从发射器6到发射器7的改变，从而发射器7是服务发射器，在发射器7和用户4之间的通信中实现1.9的数据速率。

注意基本上，用户也可在连续时隙中由(活动发射器集中的)所有发射器服务，但是不在单个时隙中由不止一个发射器服务。用户是否实际由所有3个发射器服务取决于作为加权和速率优化(参见等式(1.6))的结果获得的候选配置的条目。

求解等式(1.2)中的问题的上述算法可以利用两种不同的信令途径来实现该算法，即，集中形式或分散形式。图12表示按照本发明的实施例的集中式动态小区选择的序列图。描述了在网络的控制器200到发射器t₁，t₂和用户k之间交换的消息。在第一个方框300中，控制器200把用于加权和速率优化的权重初始化成初始值λ₀。方框302描述一次迭代1，在方框302中，借助消息304和306，控制器把当前权重λ_l转发给第一和第二发射器t₁，t₂。在方框308中，每个发射器

按照等式(1.4)，进行n次加权和速率优化。借助消息310和312，作为结果的重新配置(c_(ni)，t，l)被返回给控制器200。控制器200按照等式(1.5)，确定最佳模式(ni)_l，并更新权重λ_l+1，权重λ_l+1被发送给发射器，如在方框314中所示。另外，在方框316中，在控制器200进行收敛检查，在所述检查的结果为肯定的情况下，在方框318恢复速率分配r＊，借助消息320和322，资源分配和速率分配被分别传送给发射器t₁和t₂。根据速率分配和资源分配，发射器t₁和t₂进行与用户k的数据传输，如用消息324和326所示。

如上所述，所述算法的分散式实现也是可能的，图13表示动态小区选择的分散式途径的序列图。与集中式途径中不同，初始权重由相应的发射器t₁和t₂初始化，如在方框300₁和300₂中所示。和集中式途径中一样，在每个发射器t₁和t₂本地计算按照等式(1.4)的加权和速率优化，如方框340所示。借助消息342和344，在发射器t₁和t₂之间传递每种模式的加权和速率{w_(ni)，t，l}_n∈N，

以致每个发射器t₁和t₂能够按照等式(1.5)计算(ni)_l。注意不必所有的发射器直接相互通信，相反也可借助网络控制器或者其它适当的装置，进行关于额定和速率的通信。图13中利用方框346₁和346₂，描述了在每个发射器的(ni)_l的计算。从消息342和344可以看出，为了确定收敛，另外需要消息CM。在方框348₁和348₂，计算作为结果的速率配置，并进行收敛检查。另外，如果需要，下次迭代的权重被确定为λ_l+1。按照分散式方法，在确定模式优胜者之后，在位于

的活动用户集中的发射器之间需要相互交换一些消息，这又允许在发射器本地更新权重。最后，借助消息350和352，在发射器之间交换速率分配信息，以致发射器能够与用户k通信。

下面，根据图2(a)和根据图7，说明本发明途径的允许提高干扰管理的灵活性的另一个方面。例如考虑发射器7，在提及的例子中，发射器7是固定发射器指派中的用于用户3和用户4的活动发射器，本发明的途径向作为小区边缘用户的这两个用户提供转移到相邻发射器的可能性，以致发射器7可被关闭，从而降低干扰，还允许节约相当大的能量。

按照在“Working document towards proposed draft new report[guidelines for evaluation of radio interface technologies forIMT-advanced]”(International Telecommunication Union(ITU)，Geneva，Switzerland，ITU-R Document5D/TEMP/46-E，Feb.2008)中概述的准则，对于绕回结构，用蒙特卡洛模拟评估上面说明的协调算法的性能。如在3GPP，“Further Advancements for E-UTRA Physical LayerAspects(Release X)”(3rd Generation Partnership Project(3GPP)，TR36.814，Jan.2009)中所述，使用为实际信道模型产生的信道矩阵，参数总结在图14中所示的表格中。考虑每个站点3个天线阵列的扇区化小区，以致T=57。每个扇区平均10个用户，K=570，被认为均匀地分布在该区域中(这意味小区负载不等)，并且假定平均超过20次掉线（drop）。频谱噪声密度被假定为-174dBm/Hz，并且使发射功率逐渐从0dBm增大到40dBm。每个发射器的可达速率区域是MIMO广播信道的容量区域。已知有解决方案主要用于单用户***，而本发明途径集中在支持多用户的***。从而，比较以下的下行链路策略：

-非协调传输，

小区选择：平均信道质量

-非协调传输

小区选择：瞬时信道质量(FCSS)

-如在A.Dotzler，W.Utschick和G.Dietl的“Fractional reusepartitioning for MIMO networks”(Proc.IEEE GlobalTelecommunications Conference(GLOBECOM2010)，Dec.2010)中所述的分数复用，小区选择：平均信道质量

-本发明的途径：结合动态小区选择的分数复用

图15表示利用比例公平效用测量的网络性能。首先，可以看出，与基于平均信道质量的选择相比，FCSS产生增益。其次，注意分数复用独自并不显示任何增益，意味算法不向模式31、32和33分配资源。按照本发明的途径，通过结合FR和DCS，获得增益，尤其是对高发射功率来说更是如此。由于难以判断效用的绝对值，因此包括关于40dBm的发射功率的用户速率的CDF。图16表明本发明的途径尤其有益于网络中的最弱用户，并且这些增益不是在损害其他用户的情况下建立的，相反，所有用户都受益于新颖的发射器协调方案。

从而，本发明的实施例为多用户网络提供一种结合动态小区选择和频率复用划分的途径，作为与预定的复用模式匹配的每个用户的活动发射器的选择(活动发射器集)，其中活动发射器集用于依据加权和速率优化，确定候选配置。活动发射器集可包含对所有给定的复用模式来说，具有最大的长期平均信道质量的发射器。此外，可以提供发射器、用户和中央单元或控制器之间的信令过程，从而以集中和分散的方式允许资源分配和权重更新。与常规途径相比，本发明的实施例还为多用户***提供包括分数频率复用在内的更灵活的动态小区选择。不需要信道状态信息的任何交换。负载均衡可被用于关闭小区，从而降低基站或eNB的电力消耗，节约能量(绿色通信)和降低OPEX。此外，小区边缘用户的吞吐量(特效)被增大，导致更多感到满意的顾客和更高的ARPU。

尽管关于设备说明了一些方面，不过显然这些方面也代表对应方法的说明，其中块或装置对应于方法步骤，或者方法步骤的特征。类似地，关于方法步骤说明的方面也代表对应设备的对应块或零件或特征的说明。

取决于某些实现要求，本发明的实施例可用硬件或软件实现。可以利用保存有电可读控制信号的数字或非临时性存储介质，比如软盘、DVD、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪速存储器，完成所述实现，所述电可读控制信号与(或者能够与)可编程计算机***协作，以致实现相应方法。按照本发明的一些实施例包含具有电可读控制信号的非临时性数据载体，所述电可读控制信号能够与可编程计算机***协作，以致实现这里说明的方法之一。

通常，本发明的实施例可被实现成具有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，所述程序代码能够实现这里说明的方法之一。例如，程序代码可保存在机器可读载体上。其它实施例包含保存在机器可读载体上的，实现这里说明的方法之一的计算机程序。换句话说，于是，本发明的方法的一个实施例是具有程序代码的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码实现这里说明的方法之一。

于是，本发明的方法的另一个实施例是一种数据载体(或者数字存储介质，或者计算机可读介质)，所述数据载体包含记录在上面的，用于实现这里说明的方法之一的计算机程序。于是，本发明的方法的另一个实施例是代表用于实现这里说明的方法之一的计算机程序的数据流或信号序列。例如，所述数据流或信号序列可被配置成经数据通信连接，例如经因特网传送。

另一个实施例包含配置成或者适合于实现这里说明的方法之一的处理装置，例如计算机，或者可编程逻辑器件。另一个实施例包含装有实现这里说明的方法之一的计算机程序的计算机。在一些实施例中，可以使用可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列)来实现这里说明的方法的一些或所有功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作，以实现这里说明的方法之一。通常，所述方法最好用任意硬件设备实现。

上述实施例只是本发明的原理的举例说明。显然对本领域的技术人员来说，这里说明的安排和细节的修改和变化是显而易见的。于是，本发明仅由附加的专利权利要求的范围限定，而不受利用这里的实施例的说明和解释给出的具体细节限定。

Claims (13)

1.一种用于选择无线蜂窝网络中的基站(104,106,t₁,t₂)的方法，所述基站(104,106,t₁,t₂)用于确定服务无线蜂窝网络的用户(110,112,k)的候选速率配置，

其中所述基站(104,106,t₁,t₂)按照分数复用方案工作，所述分数复用方案分配频率，以致在小区中央处，基站以相同的频率工作，而在小区边缘区域处，基站以与相邻小区的频率不同的频率工作，

其中所述基站被划分成子集，分数复用方案向各个基站子集分配不同的频率，每个子集包括被分配相同频率的基站(104,106,t₁,t₂)，

其中所述方法包括：

对于每个用户(110,112,k)，通过按照预定标准从每个基站子集中选择基站(104,106,t₁,t₂)作为活动基站，确定活动基站集，活动基站是用户可能从其接收数据的基站。

2.按照权利要求1所述的方法，其中从每个基站子集中选择一个基站(104,106,t₁,t₂)作为活动基站。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其中所述预定标准包括描述用户(110,112,k)和基站(104,106,t₁,t₂)之间的通信的参数。

4.按照权利要求3所述的方法，其中所述参数包括平均信道质量。

5.按照权利要求3或4所述的方法，其中在与基站子集中的所有其余基站相比与基站(104,106,t₁,t₂)关联的参数具有最大/最小值的情况下，该基站(104,106,t₁,t₂)被选为活动基站。

6.按照权利要求1-5之一所述的方法，其中所述活动基站集中的至少一个包含至少两个活动基站。

8.按照权利要求1-6之一所述的方法，还包括：

对于每个基站(104,106,t₁,t₂)，确定基站(104,106,t₁,t₂)的所有活动用户集的集合，其中活动用户集包含被分配资源块的基站(104,106,t₁,t₂)的用户(110,112,k)。

8、按照权利要求1-7之一所述的方法，其中所述活动基站集由用户(110,112,k)确定，并被反馈给基站(104,106,t₁,t₂)，或者由网络控制器基于从用户(110,112,k)接收的描述用户(110,112,k)和基站(104,106,t₁,t₂)之间的通信的参数来确定。

9.按照权利要求1-8之一所述的方法，还包括：

通过在每个基站(104,106,t₁,t₂)处按基站(104,106,t₁,t₂)作为其一部分的基站子集进行优化，确定候选速率配置；和

按照所确定的候选速率配置，把资源块分配给基站(104,106,t₁,t₂)，

其中所述优化包括加权和速率优化，所述加权和速率优化包括：

对于每个基站(104,106,t₁,t₂)，进行每个划分的加权和速率优化；和

获得在每个基站(104,106,t₁,t₂)处应用的最佳的网络范围的划分。

10.按照权利要求9所述的方法，其中在分配给特定小区的多个用户(110,112,k)是包含活动基站集的小区边缘用户(110,112,k)的情况下，所述小区边缘用户(110,112,k)被转移到相邻的小区，并且所述特定小区的基站(104,106,t₁,t₂)被关闭，所述活动基站集包括所述特定小区的基站(104,106,t₁,t₂)和不同的相邻小区的基站(104,106,t₁,t₂)。

11.一种包含指令的计算机程序产品，当在计算机上运行所述指令时，所述指令实现按照权利要求1-10之一所述的方法。

12.一种包含按照分数复用方案工作的多个基站(104,106,t₁,t₂)的无线蜂窝网络，其中所述网络被配置成按照权利要求1-10之一所述的方法运行。

13.一种无线蜂窝网络用基站，所述无线蜂窝网络包括按照分数复用方案工作的多个基站(104,106,t₁,t₂)，其中所述基站(104,106,t₁,t₂)被配置成至少部分地进行按照权利要求1-10之一所述的方法。

14.一种无线蜂窝网络用网络控制器，所述无线蜂窝网络包括按照分数复用方案工作的多个基站(104,106,t₁,t₂)，其中所述网络控制器被配置成至少部分地进行按照权利要求1-10之一所述的方法。

Images