УПРАВЛЕНИЕ РЕСУРСАМИ РАДИОСВЯЗИ НА ОСНОВЕ МАРКЕРОВ Российский патент 2010 года по МПК H04B7/05 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу управления ресурсами радиосвязи на основе маркеров в сотовой сети радиосвязи, а также к центральному узлу и точке доступа, использующим данный способ.

В частности, изобретение относится к способу динамического распределения мощности передачи абонентскому оборудованию (UE) в системе радиосвязи, состоящей из множества сот, с ограниченными помехами и устойчивым повторным использованием частоты, с использованием системы регулирования ВЧ-мощности.

Предшествующий уровень техники

Целью схемы распределения мощности является динамическое распределение ВЧ-мощности абонентскому оборудованию (UE) в соте для устранения внутриканальных помех нисходящей линии связи в среде, состоящей из множества сот. Это наиболее важно в среде, состоящей из множества сот, основанной на множественном доступе с ортогональным частотным разделением (OFDMA), с устойчивым повторным использованием частоты, например, с повторным использованием с коэффициентом 1 или повторным использованием с коэффициентом 3.

В системе, основанной на OFDMA, доступная полоса пропускания подразделяется на несколько частотных диапазонов. Как правило, частотный диапазон является двумерным ресурсом радиосвязи, определенным как во временной, так и в частотной областях, а также включает в себя ортогональные поднесущие. Каждый экземпляр абонентского оборудования (UE) оценивает качество канала нисходящей связи в каждом частотном диапазоне, а также передает информацию об измеренном качестве, например, индикатор качества канала (CQI), в сеть. Индикатор качества канала (CQI) может быть определен абонентским оборудованием (UE) по пилот-символам. Измерения качества канала нисходящей связи могут использовать любой другой подходящий измеримый сигнал, который может описать текущее качество канала нисходящей связи. На основе передаваемого индикатора качества канала (CQI) контроллер сети радиосвязи (RNC) динамически распределяет используемые для передачи данных частотные диапазоны абонентскому оборудованию (UE) в нисходящей линии связи. Для распределения частотных диапазонов контроллер сети радиосвязи (RNC) использует любую обычную схему распределения частот. Базовые станции, также называемые точками доступа (AP), выполняют передачу по выбранным частотным диапазонам с использованием некоторого уровня мощности, определенного обычной схемой управления мощностью, управляемой контроллером сети радиосвязи (RNC).

Описание предшествующего уровня техники

В Источнике [1] было рассмотрено влияние внутриканальных помех в системе OFDMA, состоящей из множества сот. Были исследованы некоторые схемы распределения мощности для сотовой системы радиосвязи, основанной на OFDMA. В Источнике [2] была предложена схема распределения мощности, основанная на потерях в полосе пропускания в беспроводной ad-hoc сети, основанной на OFDMA. В Источниках [3] и [4] были рассмотрены схемы управления мощностью для регулирования отношения мощности несущей к помехе (CIR) в различных технологиях доступа. Главной задачей этих схем является распределение мощности способом, при котором одинаковое отношение CIR поддерживается всеми линиями связи с одинаковым требованием к качеству обслуживания (QoS). Эти схемы направлены на минимизирование внутриканальных помех. В Источнике [5] предложено управление мощностью на основе индикаторов CQI для системы OFDMA. Схема управления мощностью в Источнике [5] не адресована к сценарию системы OFDMA, состоящей из множества сот, где увеличение мощности в одной соте вызывает помехи в других сотах.

Проблемы существующих решений

Управление мощностью или распределение мощности подробно рассматривалось для систем CDMA. Предложенные или используемые в настоящее время схемы распределения мощности имеют следующие недостатки:

Схема распределения мощности, основанная на потерях в полосе пропускания, не учитывает качество канала (Источник [2]).

В реальных сетях линии радиосвязи даже с одинаковым качеством обслуживания (например, коэффициентом стирания кадров (FER)) могут требовать различных целевых показателей отношения CIR для удовлетворения их целевым показателям качества. Следовательно, описанные в Источнике [3] и [4] схемы распределения мощности, основанные на регулировании отношения CIR, целью которых является минимизирование внутриканальных помех, не адресованы к проблеме удовлетворения максимальным целевым показателям качества (например, коэффициенту FER).

Описанное в Источнике [5] управление мощностью на основе индикаторов CQI в системе OFDMA не разрешает ситуацию со средой, содержащей множество сот, где увеличение мощности в соте вызывает помехи в других сотах. В худшем случае это приведет к нежелательному глобальному увеличению или уменьшению мощности во всех сотах. Это и является проблемой, которая должна быть разрешена.

Фиксированное распределение мощности в нисходящей линии связи канала радиосвязи может привести к снижению пропускной способности соты в тех случаях, когда мощность передачи в мощности нисходящей линии связи ниже уровня, требуемого для поддержки качества канала, соответствующего текущему обслуживанию. Подобным образом, при фиксированном распределении мощности потери ресурсов мощности нисходящей линии связи больше необходимой мощности.

Сущность изобретения

Цель изобретения заключается в обеспечении, в сотовой системе радиосвязи с устойчивым повторным использованием частот, способа, узла центрального контроллера и точки доступа, которые в комбинации с обычными схемами управления мощностью регулируют мощность передачи нисходящей линии связи на повторно используемых частотах для устранения внутриканальных помех в среде, состоящей из множества сот.

В широком смысле, изобретение относится к схеме регулирования мощности вышеупомянутого вида, которая: (i) реагирует на мгновенное изменение канала и внутриканальные помехи и (ii) удовлетворяет требованиям пропускной способности различных сот, распределяя мощность нисходящей линии связи абонентскому оборудованию (UE).

Кроме того, цель изобретения заключается в обеспечении схемы регулирования мощности, которая обеспечивает упомянутое регулирование посредством динамического назначения или снятия маркеров с конкретного повторно используемого канала радиосвязи на основе качества или мощности передачи в канале, маркер: (i) при снятии с канала, запрещает обычное управление мощностью, таким образом, фиксируя мощность передачи в канале на ее текущем уровне, и (ii), при назначении или повторном назначении на канал, повторно возобновляет обычное управление мощностью, таким образом, предоставляя возможность динамического изменения мощности передачи в канале согласно обычному управлению мощностью. Следовательно, в повторно используемом канале, с которого был снят маркер, обычное управление мощностью запрещается (прерывается).

Согласно изобретению назначение маркеров основывается либо на некой предварительно определенной схеме, либо на сообщениях о связанных с радиосвязью измерениях от точек доступа и абонентского оборудования, либо на уровне мощности радиопередачи, используемом в точке доступа. При способе, основанном на уровне мощности передачи, регулирование мощности происходит быстрее по сравнению со способом, основанным на связанных с радиосвязью измерениях, ввиду отсутствия требования к передаче входных параметров схеме регулирования мощности по радиоинтерфейсу.

Главная идея изобретения заключается в том, что каждая точка доступа обеспечивает обычное управление мощностью (пошаговое увеличение или уменьшение мощности передачи) в каждом канале, только в том случае, если ему назначен маркер. В комбинации с обычным управлением мощностью схема регулирования мощности используется для предотвращения глобального увеличения или уменьшения помех в среде, состоящей из множества сот. Согласно изобретению управление мощностью в комбинации с регулированием мощности не принадлежит исключительно одной соте, оно принадлежит многим сотам, а также согласовано среди многих сот. Изобретение обеспечивает решение проблемы регулирования мощности для различных конфигураций сети радиосвязи в технологиях радиодоступа в системе, состоящей из множества сот, со специфическим преимуществом в системах с ограниченными помехами, например OFDMA, CDMA и т.д.

Способ регулирования мощности на основе маркеров гарантирует стабильность системы посредством предотвращения внезапного роста или сокращения внутриканальных помех в системе, состоящей из множества сот, с ограниченными помехами, такой как OFDMA и CDMA, с устойчивым повторным использованием частоты, например, повторным использованием с коэффициентом 1 или повторным использованием с коэффициентом 3.

Способ регулирования мощности настоящего изобретения делает эффективным использование ресурсов мощности нисходящей линии связи.

Способ регулирования мощности настоящего изобретения регулирует помехи, а также удовлетворяет требования пропускной способности различных сот.

Термин «канал», используемый в описании и формуле изобретения, обозначает частоту, временной интервал, частотный диапазон, ортогональный код или другое выражение канала в зависимости от техники доступа, используемой в сотовой системе связи.

«Пропускная способность» соты зачастую измеряется в форме общей суммы битов, успешно принятых за единицу времени в соте.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематическое представление сотовой системы связи.

Фиг.2 - трехмерное представление, иллюстрирующее частотные диапазоны.

Фиг.3 - матрица, изображающая назначение маркеров.

Фиг.4 - диаграмма, изображающая отличие идентификаторов качества канала (CQI), связанных с конкретным частотным диапазоном, между сотами без использования схемы регулирования мощности.

Фиг.5 - диаграмма, иллюстрирующая повторное использование одного частотного диапазона в различных сотах. Частотный диапазон изображен в двух различных моментах времени.

Фиг.6 - диаграмма, иллюстрирующая зависимость индикатора CQI от времени в соте системы.

Фиг.7 - диаграмма, подобная изображенной на Фиг.5, но после применения настоящего изобретения с использованием назначения маркеров на основе индикатора CQI.

Фиг.8-11 - диаграммы, подобные изображенным на Фиг.4-7, но с использованием мощности передачи в качестве зависимой переменной, а также c использованием назначения маркеров на основе мощности радиопередачи.

Фиг.12-16 - схемы передачи сигналов для схемы регулирования мощности на основе предварительно определенных схем, состояний радиосвязи или мощности передачи.

Фиг.17 - архитектура сети радиодоступа с центральным узлом для назначения маркеров.

Фиг.18 - архитектура сети радиодоступа без центрального узла, где назначение маркеров выполняется посредством согласования между точками доступа.

Фиг.19 - полностью распределенная архитектура сети радиодоступа, где назначение маркеров посредством согласования между точками доступа выполняется с помощью абонентского оборудования.

Подробное описание вариантов осуществления

Далее изобретение будет описано со ссылкой на сотовую систему связи, включающую в себя множество точек 1 доступа (AP), контроллер 2 точек доступа (АРС), множество сот (I) A, B..., а также множество мобильного абонентского оборудования 3 (UE) в каждой соте.

(В сети радиодоступа, основанной на OFDMA, аналогом контроллера точек доступа (APC) является контроллер сети радиосвязи (RNC), а аналогом точки доступа (AP) является узел-B.)

Точки доступа (AP) рассредоточены в большой области и обмениваются информацией с контроллером точек доступа (APC) через непоказанные наземные линии связи, а с абонентским оборудованием (UE) - через линию радиосвязи.

Контроллер точек доступа (APC) включает в себя планировщик, который назначает частотные диапазоны точке доступа (AP). Как правило, точке доступа (AP) назначаются множество частотных диапазонов, по которым она обменивается информацией с обслуживаемым абонентским оборудованием (UE). Обмен информацией с абонентским оборудованием (UE) происходит как по нисходящей линии связи, так и по восходящей линии связи соответственно.

Как правило, частотные диапазоны используются в системе со скачкообразной перестройкой частоты, в которой передача по нисходящей линии связи «перескакивает» с одного частотного диапазона на другой в течение непрерывной передачи информации. Частотные диапазоны, используемые для «скачка», выбираются для борьбы сражаться с частотно-избирательным замиранием. Как правило, такое замирание является последствием перемещения абонентского оборудования (UE).

Фиг.2 схематично иллюстрирует термин «частотный диапазон». Полоса частот разделена на частотные диапазоны, и каждый частотный диапазон содержит множество поднесущих.

Исключительно в иллюстративных целях, общая ширина полосы частот, выделенная сотовой системой связи, может быть равна 10 МГц, а частотный диапазон может иметь полосу пропускания в диапазоне 200-400 кГц. Если ширина полосы частотного диапазона составляет 300 кГц, а полоса пропускания частотного диапазона составляет 15 КГц, то в каждом частотном диапазоне присутствует 20 поднесущих.

На Фиг.2 изображен частотный диапазон 4 полосы f1 частот, одновременно используемый точками доступа (AP) сот А, В, С и D в течение периода 0-t₁ времени. Другой частотный диапазон 5 также одновременно используется теми же точками доступа (AP) сот A-D в течение того же самого периода времени. Таким образом, точка доступа (AP) одной соты может одновременно использовать множество частотных диапазонов. Другая точка доступа (AP) другой соты может использовать те же самые частотные диапазоны в течение того же самого периода времени.

Правая часть Фиг.1 иллюстрирует использование частотного диапазона 4 в сотах A-D в течение другого периода времени t₂-t₃. Во избежание неясности фигуры, частотный диапазон 5 не показан для этого периода времени. Следует отметить, что в течение периода t₁-t₂ времени соты A-D могут использовать большее количество частотных диапазонов, нежели как частотные диапазоны 4 и 5.

Контроллер точек доступа (APC) назначает частотные диапазоны точке доступа (AP), предоставляет каждому частотному диапазону идентификатор (ID), а также передает идентификаторы (ID) точке доступа (AP).

Далее изобретение будет описано касательно повторного использования частотного диапазона с коэффициентом 1, используемого во всех сотах A-I. Повторное использование с коэффициентом 3 указывает на то, что тот же самый частотный диапазон не используется в остальных сотах. Также может иметь место быть повторное использование с коэффициентом меньше 1, например 1/2, означающее, что тот же самый частотный диапазон используется дважды в той же самой соте. Повторное использование частотных диапазонов с коэффициентом от приблизительно 3 до Ѕ и меньше может быть расценено как устойчивое повторное использование частотных диапазонов.

Поскольку тот же самый частотный диапазон 4 используется в соседних сотах, из этого следует, что одновременная передача по частотному диапазону 4 в соте A вызовет помехи в частотном диапазоне 4 в соседствующих с ним сотах B-G. И наоборот, передача по частотному диапазону 4 в любой из сот B-G вызовет помехи в частотном диапазоне 4 в соте A. Такие помехи называются взаимными помехами. В дополнение к взаимным помехам сота также подвергается помехам от других источников. Таким образом, передача на высокой ВЧ-мощности по частотному диапазону 4 в соте A вызовет внутриканальные помехи в сотах В-G, окружающих соту A. Аналогично этому передача на высокой ВЧ-мощности по частотному диапазону 4 в любой из сот В-G вызовет внутриканальные помехи в соте A. Согласно изобретению мощность передачи по частотному диапазону 4 должна быть отрегулирована среди сот A-G. Слишком малая ВЧ-мощность в частотном диапазоне 4 в соте A не является хорошим признаком, поскольку это сделает соту восприимчивой к внутриканальным помехам, а также и к другим типам помех. Кроме того, в этом случае пропускная способность соты A будет низкой.

Несмотря на то, что вышеупомянутое обсуждение помех и взаимных помех касается сот А-G, должно быть понятно, что это обсуждение относится к каждой отдельной соте в системе.

Согласно изобретению используемая в частотном диапазоне ВЧ-мощность должна быть отрегулирована среди сот системы. Более того, ВЧ-мощность, используемая во всех частотных диапазонах, должна быть отрегулирована среди сот системы. Соответственно, желательно глобальное регулирование ВЧ-мощности. В широком смысле, одинаковая ВЧ-мощность должна использоваться во всех частотных диапазонах во всех сотах. Для этих целей изобретение предлагает схему регулирования ВЧ-мощности.

В дополнение к назначению идентифицированного частотного диапазона точке доступа (AP) контроллер точек доступа (APC) назначает предварительно определенную ВЧ-мощность для использования в частотном диапазоне в отдельной соте. Таким образом, каждая сота может выполнять передачу в том же самом частотном диапазоне, используя различные уровни мощности (в зависимости от сформированного размера соты). Как было указано выше, соте может быть назначено множество различных частотных диапазонов, и ВЧ-мощность, назначенная на частотные диапазоны в той же самой соте, в широком смысле, должна быть той же самой.

Согласно изобретению точка доступа (AP) увеличивает или уменьшает ВЧ-мощность для частотного диапазона, исключительно в случае, если точке доступа (AP) назначили маркер Г для этого частотного диапазона. С другой стороны, если точка доступа (AP) не имеет маркера, то ВЧ-мощность соответствующих частотных диапазонов остается постоянной. Маркер Г может иметь значение 0 или 1. Следовательно, маркер назначается точке доступа (АР) посредством установки Г в 1, в противном случае маркер не назначается. Тот же самый маркер может быть назначен на одну точку доступа (AP) или на группу точек доступа (AP). Группа точек доступа (AP), на которую назначается маркер, может быть локализована или же может быть рассосредоточена в области.

Маркер может быть назначен на каждый доступный частотный диапазон в пределах точки доступа (AP). В этом случае назначение маркеров будет содержать двухмерный вектор Г _i,j , где i и j являются точкой доступа (AP) и частотным диапазоном соответственно. Фиг.1 иллюстрирует назначение двухмерных маркеров, допускающее N целых точек доступа (AP) и М максимальных частотных диапазонов, доступных в точке доступа (AP).

Маркер также может быть трехмерным вектором Г _i,j,k, где i, j и k являются точкой доступа (AP), частотным диапазоном и абонентским оборудованием (UE) соответственно. Это означает, что маркер также может быть задан абонентскому оборудованию (UE).

В случае сценария с множеством передающих антенн, например MIMO или формирования луча, маркер также может являться четырехмерным вектором Г _i,j,k,l, где i,j,k и l являются точкой доступа (AP), частотным диапазоном, абонентским оборудованием (UE) и лучом/антенной соответственно.

Распределение мощности

После того как точка доступа (АР) получила маркер, для распределения мощности ее абонентскому оборудованию (UE) может быть использован любой обычный алгоритм распределения мощности. В качестве примера, один такой обычный алгоритм распределения мощности обсуждается ниже касательно назначения трехмерного маркера.

Рассмотрим среду, состоящую из множества сот, в которой точка доступа (AP) распределяет мощность P _i,j,k (t) в частотном диапазоне j пользователю k в течение интервала t времени/планирования. Мощность, распределенная одному пользователю в одном частотном интервале после интервала Т, т.е. P _i,j,k (t+Т) выражается следующим образом:

P _i,j,k (t+Т)=P _i,j,k (t)+ ΔP _i,j,k (t+Т) (уравнение 1),

где ΔP _i,j,k (t+Т) должен быть предсказан для правильного распределения мгновенной мощности. ΔP _i,j,k (t+Т) может быть основано на любых подходящих сообщениях об измерении качества, например на индикаторе CQI, отношении SINR и т.д. Подробное описание алгоритма распределения мощности не включено в настоящее изобретение.

Если (Г _i,j,k=1), оценка ΔP _i,j,k в уравнении 1 с использованием обычного алгоритма регулирования мощности,

Ежели ΔP _i,j,k = 0 в вышеупомянутом уравнении 1, то изменения в передаваемой мощности отсутствуют.

Другими словами, если точка доступа (AP) не имеет маркера, то она не увеличивает и не уменьшает свою ВЧ-мощность, а скорее всего она продолжит выполнять передачу на предыдущей ВЧ-мощности в соответствующем частотном диапазоне соответствующему пользовательскому оборудованию (UE).

Если Δp увеличивается, то увеличение не должно быть слишком большим из-за того, что это вызовет помехи. В связи с этим устанавливаются пороговые значения, как будет обсуждаться ниже.

Следует отметить, что активный обычный алгоритм распределения мощности (маркер = 1) позволяет ВЧ-мощности в частотном диапазоне точки доступа (AP) увеличиваться или уменьшаться предварительно определенными шагами, например с шагом в 1 дБ, благодаря измерениям качества канала, регулярно производимым абонентским оборудованием (UE), например одно измерение за каждую 1/10 секунду. Эти измерения передаются абонентским оборудованием (UE) точке доступа (AP), и в зависимости от измеренного качества канала точка доступа (AP) увеличивает или уменьшает свою мощность передачи до тех пор, пока качество канала не будет соответствовать качеству, связанному с обслуживанием, используемым в канале.

Схема регулирования мощности

Цель схемы регулирования мощности была упомянута выше. Точки доступа (AP) передают информацию о мощности передачи, которую они используют, контроллеру точек доступа (APC), а контроллер точек доступа (APC) в свою очередь использует схему регулирования мощности для взаимного регулирования мощности передачи среди частотных диапазонов и сот для сокращения внутриканальных помех, а также для поддержки разумно высокой пропускной способности соты. Регулирование мощности достигается в течение приблизительно Ѕ секунды или нескольких сотен миллисекунд после того, как контроллер точек доступа (APC) принимает сообщение о существовании неудовлетворительного частотного диапазона. Как было отмечено выше, частотный диапазон считается неудовлетворительным в тех случаях, когда его мощность передачи либо слишком высока, либо слишком низка по сравнению с пороговым значением. Далее будут описаны три различные схемы регулирования мощности на основе маркеров: схема назначения на основе маркеров, основывающаяся на запланированных правилах, схема назначения на основе маркеров, основывающаяся на состояниях радиосвязи, и схема назначения на основе маркеров, основывающаяся на мощности передачи.

Регулирование мощности на основе запланированных правил:

На Фиг.8 изображена мощность передачи, используемая в частотном диапазоне 4 в сотах A-D в определенный момент. Линия 6 является своего рода желательной средней величиной мощности передачи в частотном диапазоне, как видно в глобальной перспективе. Таким образом, желательная средняя величина относится не только к изображенным четырем сотам A-D, но также ко всем сотам A-I системы. Контроллер точек доступа (APC) имеет это глобальное представление. Предположим, что всем сотам назначены маркеры, на этом основании мощность передачи регулируется согласно обычной схеме регулирования мощности. В соте D мощность передачи является слишком высокой, поскольку она превышает линию 6. В связи с этим контроллер точек доступа (APC), информированный о мощности передачи, используемой в соте D, следуя запланированному правилу, снимает маркер с соты. Снятие маркера замораживает мощность передачи в соте A на текущем уровне мощности передачи. Это имеет эффект, при котором сота D может уменьшить свою мощность передачи, при этом сокращая внутриканальные помехи. Контроллер точек доступа (APC) выжидает ситуацию. Если изменений мощности в соте D не происходит, то контроллер точек доступа (APC) снимает маркер с другой соты, которая соседствует с неудовлетворительной сотой D, и наблюдает, уменьшится ли мощность передачи в соте D до желательной единой средней величины, изображенной линией 6. Запланированное правило таково, что маркеры снимаются с неудовлетворительных сот А, С, Е и т.д., по одному с каждой соты, находящейся по соседству с плохой сотой D. Таким образом ситуация в среде, состоящей из множества сот, стабилизируется. После стабилизации ситуации и после того, как мощность передачи в сотах, в целом, будет находиться на едином среднем уровне, контроллер точек доступа (APC) может повторно назначить маркеры на соту или соты, с которых он был снят.

Это простое запланированное правило, которое может быть модифицировано разными способами. Одна модификация правила может одновременно снимать маркеры с двух соседних сот до тех пор, пока маркеры не будут сняты со всех соседних сот. Другая модификация может снимать маркеры с группы предварительно определенных сот, окружающих неудовлетворительную соту.

Схема регулирования мощности на основе предварительно определенных правил или предварительно определенной схемы реагирует быстро, не требуя передачи служебных сигналов, является легкой в осуществлении, но не является динамичной и, возможно, не является эффективной с точки зрения пропускной способности соты.

Регулирование мощности на основе состояний радиосвязи

Состояния радиосвязи описываются посредством вышеупомянутых сообщений об измерении качества нисходящей линии связи от абонентского оборудования (UE). Измерения качества могут касаться индикатора качества канала (CQI), отношения сигнал/помеха (SINR), индикатора мощности принятого сигнала (RSSI), мощности принятого сигнала, принятых помех и т.д. В этом случае маркер снимается с тех частотных диапазонов точки доступа (AP), качество нисходящей линии связи которых опускается ниже определенного уровня (y ₁ ) в течение времени (T₁). Маркер может быть повторно назначен в тех случаях, когда качество в этом частотном диапазоне поднимается выше определенного уровня (y ₂) в течение времени (T₂). На Фиг.6 изображены уровни y ₁ и y ₂.

Фиг.4 иллюстрирует ситуацию, где вертикальные стрелки отображают индикатор качества канала (CQI) для частотного диапазона 4 в сотах A-D, как отмечено контроллером точек доступа (APC). Несмотря на то, что изображена только ситуация с четырьмя сотами, применяются подобные глобальные аспекты, как обсуждалось выше. Линия 7 представляет единую среднюю величину для индикатора качества канала (CQI).

На Фиг.5 показано, что индикатор качества канала (CQI) соты A удовлетворителен (приемлемый, отмечен желтым цветом), индикатор качества канала (CQI) в соте В неудовлетворителен (= неприемлем, отмечен красным цветом), сота С удовлетворительна (= приемлема, отмечена желтым цветом) и сота D неудовлетворительна (= слишком хорошие показатели, и поэтому неприемлема, отмечена красным цветом). Фиг.5 иллюстрирует два частотных диапазона 4 и 5 в сотах A-D, левая часть Фиг.5 связана с Фиг.4 и 6. Цветная маркировка частотных диапазонов, изображенная на Фиг.5, аналогична цветной маркировке частотных диапазонов, изображенной на Фиг.6. Частотный диапазон 5, f ₂, изображенный на Фиг.5, имеет индикаторы качества канала (CQI), отличные от индикаторов качества канала (CQI) частотного диапазона 4, f ₁.

Диаграмма, изображенная на Фиг.6, включает в себя две кривые 8 и 9, иллюстрирующие изменение индикатора качества канала (CQI) в течение времени, кривые 8 и 9 связаны с частотным диапазоном 4 и определенным абонентским оборудованием (UE) в соте B. Изображены высокое пороговое значение y ₁ и низкое пороговое значение y ₂. Если значение y ₁ индикатора качества канала (CQI) ниже, то это означает, что частотный диапазон является неудовлетворительным (RE), если же значение y ₂ индикатора качества канала (CQI) выше, то это означает, что частотный диапазон удовлетворителен (GR), а если значение индикатора качества канала (CQI) между y ₁ и y ₂ обеспечивает гистерезис, то это означает, что индикатор качества канала (CQI) частотного диапазона удовлетворителен (=YE). Если индикатор качества канала (CQI) опускается и находится в красной области RE ниже y ₁ в течение времени t₂-t₁ (=T), то контроллер точек доступа (APC) снимает маркер с частотного диапазона f ₁ в ближайшей соте, соседствующей с сотой B, то есть либо с соты A, либо с соты B, либо с них обеих в зависимости от определенной схемы регулирования мощности на основе состояний радиосвязи. Временные моменты t ₁ -t ₃, изображенные на Фиг.6, отличаются от временных моментов t ₁ -t ₃, изображенных на Фиг.2. Контроллер точек доступа (APC) информирован о мощности передачи, используемой сотами в частотном диапазоне 4, и поэтому для снятия маркера (или маркеров) контроллеру точек доступа (АРС) не требуется передача служебных сигналов. Допустим, что маркер снят (маркер =0) с соты A, точка доступа (AP) в соте А фиксирует мощность передачи на ее текущем уровне, то есть точка доступа (AP) продолжает выполнять передачу по частотному диапазону 4 на той же мощности, зафиксированной при снятии маркера. После снятия маркера с соты А контроллер точек доступа (APC) проверяет результат в системе с использованием глобальной перспективы. В частности, контроллер точек доступа (АРС) проверяет изменения в распределении индикаторов качества канала (CQI), изображенном на Фиг.4. Следует надеяться, что распределение индикаторов качества канала (CQI) выглядит как изображенное на Фиг.7, причем индикаторы качества канала CQI приблизительно одинаковые во всех сотах. Индикатор качества канала (CQI) соты D немного уменьшился, но до сих пор является приемлемым.

В результате снятия маркера с соседней соты А внутриканальные помехи в соте В сокращаются, что в свою очередь улучшает индикатор качества канала (CQI) в соте B. Другие соты также поддаются влиянию, поскольку у них есть собственное активное регулирование мощности. Если повышение индикатора качества канала (CQI) в соте B сохраняется в зеленой области GR в течение времени, большего, чем t₄-t₃ (=Т₂ для кривой 9), то контроллер точек доступа (АРС) повторно назначает (маркер=1) маркер на соту A.

Маркер не назначается и не снимается в тех случаях, когда уровень качества частотного диапазона находится между уровнем y ₁ и y ₂, то есть когда уровень качества находится в пределах желтой области YE.

При отсутствии маркера мощность передачи остается на прежнем уровне, как обсуждено выше. Следовательно, сообщения с информацией об измерении абонентского оборудования (UE), например, индикатор качества канала (CQI), индикатор мощности принятого сигнала (RSSI) не являются необходимыми для распределения мощности, когда у точки доступа (AP) нет маркеров для соответствующих частотных диапазонов.

Абонентское оборудование (UE) передает информацию об измерении, например, индикатор качества канала (CQI), индикатор мощности принятого сигнала (RSSI), только в тех случаях, когда у его точки доступа есть маркер (а также отсутствуют другие требования для индикаторов качества канала (CQI)). Период времени, в течение которого абонентское оборудование (UE) передает информацию о собственном индикаторе качества канала (CQI), выделяется точкой доступа (AP) и/или контроллером точек доступа (APC) и зависит от схемы регулирования мощности. Период времени может являться постоянной величиной или же может быть основан на некоторой вероятности, а также выбран точкой доступа (АР) или установлен контроллером точек доступа (АРС). Период передачи информации либо сообщается точкой доступа (AP), либо передается абонентскому оборудованию (UE) точкой доступа (AP) и/или контроллером точек доступа (APC) с использованием определенного механизма передачи служебной информации абонентского оборудования (UE). Механизм сокращает количество сообщений об измерении, мощность передачи восходящей линии связи, обработку на абонентском оборудовании (UE) и точке доступа (AP), когда сообщения об измерении UE не являются необходимыми.

Схема регулирования мощности, управляемая контроллером точек доступа (APC), может быть выполнена с возможностью снятия маркера с нескольких соседних сот, как было упомянуто выше. Контроллер точек доступа (APC) также может снять маркер со всех ближайших соседних сот, например, с сот C, A и G, изображенных на Фиг.1. Это непосредственно окажет влияние на индикатор качества канала (CQI) соты B.

Должно быть понятно, что оператор должен должным образом настроить параметры, например y ₁ и y₂ , t₁ , t₂, t₃ и t₄ для сотовой системы радиосвязи при запуске схемы регулировки мощности. После чего контроллер точек доступа (APC) будет информирован о количестве соседних сот, с которых должны быть сняты маркеры в случаях, когда индикатор качества канала (CQI) понижается до красной области RE.

Схема распределения мощности работает следующим образом: об измерениях CQI сообщают точке доступа (AP). Точка доступа (AP) использует сообщения для распределения ресурсов, а также для других целей, таких как ARQ и повторная передача. Обычно точка доступа (AP) не отправляет сообщения CQI контроллеру точек доступа (APC), но когда CQI становится выше y ₂ или ниже y ₁ в течение определенного времени, то об этом событии сообщают контроллеру точек доступа (APC). Это означает, что до тех пор, пока ни о каких событиях не сообщается контроллеру точек доступа (APC) по определенному частотному диапазону определенной соты, частотный диапазон находится в желтой области YE. Если маркер снят, передача служебных сообщений может быть сокращена сообщающим абонентским оборудованием (UE), не сообщая об измерении, используемом для обычного регулирования мощности.

Регулирование мощности на основе мощности передачи

Маркер не назначается (=снимается с) на точку доступа (AP) для частотного диапазона в тех случаях, когда мощность, переданная по этому частотному диапазону, остается выше определенного уровня (y ₃ ) в течение определенного времени (T₃). Маркер может быть повторно назначен в тех случаях, когда мощность передачи становится ниже определенного уровня (y ₄ ) в течение времени (T₄).

Кривые 11 и 12, изображенные на Фиг.8-11, относятся к частотному диапазону 4 для соты D. На сей раз частотные диапазоны, ассоциативно связанные со слишком высокой и слишком низкой мощностью передачи, классифицируются как неудовлетворительные, поскольку высокая мощность передачи генерирует помехи в соседних сотах. Поэтому частотный диапазон 4 в соте D является неудовлетворительным (отмечен красным цветом на Фиг.9). После схемы регулирования мощности маркер, связанный с частотным диапазоном 4 в соте D, снимается (маркер устанавливается равным нулю), если он находится в красной области RE в течение интервала времени, большего t₈-t₇ (=T₃). После снятия маркера с помощью контроллера точек доступа (APC) контроллер точек доступа (APC) выжидает и проверяет изменения в изображенном на Фиг.8 распределении. Следует надеяться, что оно изменяется и примет вид, изображенный на Фиг.11. Схема регулирования мощности может повторно назначить маркер на соту D в тех случаях, когда уровень мощности передачи падает ниже y ₄ в течение периода времени, большего t₆-t₅ (=T₄). Когда уровень мощности передачи для частотного диапазона падает ниже y ₄, помехи в соседних сотах сокращаются, а частотный диапазон классифицируется как зеленый GR.

Маркер не назначается и не снимается в тех случаях, когда уровень качества частотного диапазона находится между y ₃ и y ₄ , то есть если качество находится в пределах желтой области YE.

Подобным образом, слишком низкая мощность передачи, подобно соте B, не является удовлетворительной, поскольку она делает систему нестабильной. В связи с этим маркер снимается с соты В, и следует надеяться, что глобальное распределение мощности изменится вследствие этой меры. Маркер может быть повторно назначен на соту B в тех случаях, когда мощность передачи поднимается выше нижнего порогового значения y ₄ в течение определенного времени.

Схема передачи энергии на основе состояний радиосвязи или мощности передачи обеспечивает динамическое снятие маркеров, а также динамическое повторное назначение маркеров, увеличивает пропускную способность сот и осуществляет стабильность системы.

Единственным различием между схемой регулирования мощности на основе индикатора качества канала (CQI) и схемой регулирования мощности на основе мощности передачи является то, что в последнем случае маркер снимается с частотных диапазонов, на которых выполняют передачу на слишком низкой (зеленая область GR) или слишком высокой (красная область RE) ВЧ-мощности. В первом случае, когда индикатор качества канала (CQI) является неудовлетворительным в частотном диапазоне, маркер снимается с соседней соты с удовлетворительным индикатором качества канала (CQI).

Фиг.12-14 изображает схему передачи служебных сигналов, иллюстрирующую информационный обменен между точкой доступа (AP) и контроллером точек доступа (APC) для любой из трех обсужденных схем регулирования мощности. Фиг.15 и 16 иллюстрируют передачу служебных сигналов между контроллером точек доступа (APC) и точкой доступа (AP) при установленных параметрах y ₁ , y ₂ , y ₃ и y ₄ и соответствующих периодах времени. На фигурах контроллер точек доступа (APC) включает в себя средство 12 для назначения и повторного назначения маркера на частотный диапазон, средство 13 приема и схему 14 регулирования мощности. Средство приема взаимодействует со средством регулирования мощности и опознает идентификатор (ID) частотных диапазонов, на которые должны быть назначены/повторно назначены или сняты маркеры. Точка доступа (АР) включает в себя средство 15 для приема информации о маркерах, которые должны быть назначены/повторно назначены или сняты с отдельных частотных диапазонов.

Конструктивный анализ сети радиодоступа при назначении маркеров

Объект сети, назначающий маркеры на точки доступа (AP), зависит от топологии и конфигурации сети радиосвязи, как обсуждается ниже.

Архитектура сети радиодоступа с центральным узлом

На Фиг.17 изображен центральный узел контроллера точек доступа (APC), содержащий всю информацию, связанную с радиосвязью. Контроллер точек доступа (APC) назначает маркер (связанный с отдельным частотным диапазоном) точкам доступа (AP). Контроллер точек доступа (APC) накопляет различные сообщения об измерениях от точек доступа (AP), абонентского оборудования (UE) или от обоих. Сообщения об измерениях включают в себя индикатор качества канала (CQI), отношение сигнал/помеха (SINR), мощность передачи, значения RSSI и т.д., как было обсуждено выше. Контроллер точек доступа (APC) принимает сообщения об измерении периодически или при наступлении каких либо событий. На основе этих сообщений об измерениях контроллер точек доступа (APC) получает информацию о радиосвязи (например, об уровне помех) всех каналов или частотных диапазонов, используемых в различных точках доступа (AP). Затем контроллер точек доступа (APC) назначает маркеры на различные точки доступа (AP) для регулирования взаимных помех во всей полосе пропускания. Назначение маркеров посредством контроллера точек доступа (APC) требует обмена служебными сообщениями между контроллером сети радиосвязи (RNC), точками доступа (AP) и абонентским оборудованием (UE), как иллюстрировано на Фиг.12-16.

Архитектура сети радиодоступа без центрального узла

В архитектуре сети радиодоступа, где точки доступа (АР) соединяются через кольцевую топологию, как изображено на Фиг 18, назначение маркеров осуществляется с помощью согласования между точками доступа (AP). В этом случае точки доступа (AP) обмениваются информацией, связанной с состояниями радиосвязи по различным частотным диапазонам или каналам. Точки доступа (AP) также принимают сообщения об измерениях качества нисходящей линии радиосвязи от абонентского оборудования (UE). На основе этих сообщений об измерениях и согласовании между точками доступа (АР) маркеры назначаются на точку доступа (AP) или группу точек доступа (AP) на определенное время T ₅ . По истечении времени T ₅ маркер передается другой точке доступа (AP) или группе точек доступа (AP), которые нуждаются в маркере.

На Фиг.18 одна из точек доступа (AP) также может функционировать в качестве главной точки доступа (AP), накапливающей информацию, касающуюся радиосвязи, от всех точек доступа (АР) и абонентского оборудования (UE). Затем главная точка доступа (AP) назначает маркер на точки доступа (AP).

Полностью распределенная архитектура сети радиодоступа

В полностью распределенной архитектуре, как показано на Фиг.19, согласование между точками доступа (AP) для назначения маркеров осуществляется посредством абонентского оборудования (UE). Информация, связанная с используемым и неиспользуемым в настоящее время маркером в соте, широковещательно передается точкой доступа (АР) экземплярам абонентского оборудования (UE). Затем экземпляры абонентского оборудования (UE) передают эту информацию другим соседним точкам доступа (AP) или другим экземплярам абонентского оборудования (UE) в соседней соте, отсылающим информацию обратно их собственным точкам доступа (AP).

Изобретение может быть изменено и модифицировано в рамках приложенной формулы изобретения.

Источники информации

1. С. Yih and E. Geraniotis, "Analysis of co-channel interference in multi-cell OFDM networks," in Proc. IEEE PIMRC, Sep. 1998, vol. 2, pp. 544-548.

2. G. Kulkami and M. Srivastava, "Sub-Carrier and Bit Allocation Strategies for OFDM based Wireless Ad Hoc Networks," in Proc. IEEE Globcom, 2002.

3. J. Zander, "Performance of Optimum Transmitter Power Control in Cellular Radio Systems", IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 41, no.1, Feb. 1992.

4. J. Rohwer, О Abdullah, A. Al-Osery, "Power Control Algorithms in Wireless Communications".

5. Sang-Hoon Sung, Joong-Ho Jeong, Yun-Sang Park, Soon-Young Yoon, Jae-Hwan Chang, "Apparatus and method for selective power control for an OFDM mobile communication system", US Patent Application Publication No. US 2005/0105589 A1.

Сокращения

ARQ: Автоматический запрос на повторную передачу

UE: Абонентское оборудование

AP: Точка доступа

RAN: Сеть радиодоступа

RNC: Контроллер сети радиосвязи

CDMA: Множественный доступ с кодовым разделением каналов

CIR: Отношение мощности, несущей к помехе

CQI: Индикатор качества канала

FER: Коэффициент стирания кадров

OFDMA: Множественный доступ с ортогональным частотным разделением

RF: Высокая частота

RSSI: Индикатор мощности радиосигнала

SINR: Отношение сигнал/помеха и шум

Изобретение относится к способу глобального регулирования мощности передачи в сотовой системе радиосвязи с устойчивым повторным использованием частот, узлу центрального контроллера и точке доступа, которые в комбинации с обычными схемами регулирования мощности регулируют мощность передачи нисходящей линии связи на повторно используемых частотах для сокращения внутриканальных помех в среде, состоящей из множества сот. Техническим результатом является увеличение пропускной способности соты, а также устойчивое повторное использование частот. Для этого схема регулирования мощности динамически назначает или снимает маркер с отдельного повторно используемого канала радиосвязи на основе качества мощности передачи в канале. В случае снятия с канала маркер запрещает обычное регулирование мощности, таким образом, фиксируя мощность передачи в канале на текущем уровне. В случае назначения или повторного назначения маркер восстанавливает обычное регулирование мощности, таким образом, разрешая динамическое изменение мощности передачи в канале согласно обычному регулированию мощности. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Способ динамического распределения мощности радиопередачи абонентским оборудованиям (UE) в системе радиосвязи, состоящей из множества сот, с ограниченными помехами и устойчивым повторным использованием частоты, содержащий этапы, на которых:
распределяют канал радиосвязи абонентскому оборудованию (UE) в соте, а также одному или нескольким абонентским оборудованиям (UE) в соседних сотах, таким образом распределенный канал радиосвязи используется повторно,
управляют мощностью радиопередачи на отдельных распределенных каналах радиосвязи, следуя схеме регулирования мощности, состоящей из пошагового увеличения или уменьшения мощности передачи, отличающийся тем, что
регулируют мощность радиопередачи среди повторно используемых каналов радиосвязи посредством динамического назначения маркера или снятия маркера с отдельного повторно используемого канала радиосвязи на основе мощности радиопередачи в канале, причем маркер: (i) останавливает регулирование мощности, состоящее из пошагового увеличения или уменьшения мощности передачи, в тех случаях, когда он снят с канала, и (ii) разрешает регулирование мощности, состоящее из пошагового увеличения или уменьшения мощности передачи, в тех случаях, когда он назначен на канал.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что маркеры назначают на основе предварительно определенной схемы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что маркеры назначают на основе сообщений о связанных с радиосвязью измерениях от точек (1) доступа и абонентских оборудований (3).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что маркеры назначают на основе уровня мощности радиопередачи, используемого в точке доступа.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что схема назначения маркеров содержит этапы, на которых:
снимают маркер с повторно используемого канала, качество нисходящей линии связи которого опускается ниже первого уровня (у₁) в течение первого периода времени (T₁), и
повторно назначают маркер в тех случаях, когда качество на повторно используемом канале становится выше второго уровня (у₂) в течение второго периода времени (Т₂).

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что маркер снимают с повторно используемого канала в одной или нескольких сотах, соседствующих с сотой, качество нисходящей линии связи которой опускается ниже первого уровня (у₁) в течение первого периода времени (T₁), и маркер повторно назначают в тех случаях, когда качество нисходящей линии связи в одной или нескольких соседних сотах поднимается выше второго уровня (у₂) в течение второго периода времени (Т₂).

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что маркер не назначают и не снимают в тех случаях, когда уровень качества находится между уровнем (у₁) и уровнем (у₂).

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что схема назначения маркеров содержит этапы, на которых:
снимают маркер с точки доступа на повторно используемом канале, мощность радиопередачи которого по нисходящей линии связи поднимается выше третьего уровня (у₃) в течение третьего периода времени (Т₃), и
повторно назначают маркер в тех случаях, когда мощность радиопередачи на этом канале опускается ниже четвертого уровня (у₄) в течение четвертого периода времени (Т₄).

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что маркер не назначают и не снимают в тех случаях, когда уровень мощности радиопередачи находится между уровнем (у₃) и уровнем (у₄).

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в тех случаях, когда маркер снимают с отдельного повторно используемого канала радиосвязи, абонентскому оборудованию (3), использующему этот канал радиосвязи, выдают команду прекратить передачу сообщений об измерениях, связанных с управлением мощностью, соответствующих этому каналу.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что упомянутую команду передают абонентскому оборудованию, причем команда указывает период времени, в течение которого абонентское оборудование не должно передавать сообщения об измерениях.

12. Способ по п.2, отличающийся тем, что маркеры назначают на группу точек доступа.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что группа точек доступа расположена в соседствующих сотах или рассредоточена по области.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что маркеры назначают либо с помощью централизованного контроллера, либо с помощью прямого согласования между точками доступа, либо с помощью согласования между точками доступа через абонентские оборудования.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что согласовывают множество сетевых объектов, среди которых контроллер сети радиосвязи, точки доступа и абонентские оборудования, для назначения маркера на точку доступа или на группу точек доступа.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что маркеры назначают на каждый канал радиосвязи в соте, при этом маркер является двухмерным вектором ресурсов радиосвязи, точка доступа выполняет этап регулирования мощности.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что маркеры назначают для каждого абонентского оборудования, при этом маркер является трехмерным вектором ресурсов радиосвязи.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что маркеры назначают для каждого луча антенны, при этом маркер является четырехмерным вектором ресурсов радиосвязи.

19. Узел центрального контроллера для использования в системе радиосвязи, состоящей из множества сот, с ограниченными помехами и устойчивым повторным использованием частоты, отличающийся тем, что содержит средство для назначения и повторного назначения маркера на каждый повторно используемый канал радиосвязи, схему (14) регулирования мощности для регулирования мощности радиопередачи среди повторно используемых каналов на основе мощности радиопередачи в повторно используемых каналах, причем маркер: (i) останавливает регулирование мощности, состоящее из пошагового увеличения или уменьшения мощности передачи, в тех случаях, когда он снят с повторно используемых каналов, и (ii) разрешает регулирование мощности, состоящей из пошагового увеличения или уменьшения мощности передачи, в тех случаях, когда он назначен на повторно используемые каналы, и средство для передачи назначенных или повторно назначенных маркеров на повторно используемые каналы.

20. Узел центрального контроллера по п.19, отличающийся тем, что содержит средство (13) приема для приема идентификаторов (ID) канала, качество которого опускается ниже или поднимается выше предварительно определенных пороговых значений в течение предварительно определенных периодов времени, причем средство приема выполнено с возможностью взаимодействия со схемой регулирования мощности.

21. Узел центрального контроллера по п.20, отличающийся тем, что содержит средство (13) приема для приема идентификаторов канала, мощность радиопередачи которого опускается ниже или поднимается выше предварительно определенных пороговых значений в течение предварительно определенных периодов времени, причем средство приема выполнено с возможностью взаимодействия со схемой (14) регулирования мощности.

22. Точка доступа для использования в системе радиосвязи, состоящей из множества сот, с ограниченными помехами и устойчивым повторным использованием частоты, содержащая средство для регулирования мощности передачи, причем регулирование состоит из пошагового увеличения или уменьшения мощности радиопередачи, используемой в нисходящей линии связи отдельных каналов радиосвязи, распределенных абонентским оборудованиям, отличающаяся тем, что содержит средство (15) для приема информации о маркерах, которые будут назначены или сняты с отдельных повторно используемых каналов в точке доступа, причем маркер: (i) останавливает локальное управление мощностью в тех случаях, когда он снят с повторно используемых каналов, и (ii) разрешает локальное управление мощностью в тех случаях, когда он назначен на повторно используемые каналы.