УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ В ВОСХОДЯЩЕМ КАНАЛЕ Российский патент 2014 года по МПК H04W52/14 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Управление мощностью в восходящем канале может использоваться для управления мощностью передачи для поддержания разумного баланса между пропускной способностью канала и емкостью батареи терминала, а также для снижения внутриканальных помех между секторами. Для управления мощностью в восходящем канале могут использоваться такие способы, как управление мощностью без обратной связи (открытый контур) и управление мощностью с обратной связью (замкнутый контур). Управление мощностью без обратной связи может осуществляться на основе оценок потерь в канале и информации, передаваемой в широковещательном режиме, и обычно используется для медленного управления мощностью. Управление мощностью с обратной связью может использоваться для быстрого управления мощностью с большими потерями пропускной способности, связанными с одноадресной передачей служебной информации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение иллюстрируется на примерах, которые не должны рассматриваться как ограничения, со ссылками на фигуры прилагаемых чертежей. В целях упрощения и наглядности иллюстраций элементы, показанные на фигурах, необязательно выполнены в масштабе. Например, размеры некоторых элементов для наглядности могут быть непропорционально увеличены относительно других элементов. Кроме того, там, где это уместно, на фигурах используются одинаковые ссылочные номера для указания соответствующих или аналогичных элементов.

Фигура 1 - схема среды 100, которая может поддерживать способ обеспечения максимальной пропускной способности в секторах для обеспечения максимальной пропускной способности в секторах и на краю соты в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.

Фигура 2 - блок-схема мобильного узла, который может поддерживать упрощенный способ (SMST) обеспечения максимальной пропускной способности в секторах и обобщенный способ (GMST) обеспечения максимальной пропускной способности в секторах для обеспечения максимальной пропускной способности в секторах и на краю соты в соответствии с одним из вариантов.

Фигура 3 - блок-схема алгоритма обеспечения максимальной пропускной способности в секторе в соответствии с одним из вариантов.

Фигура 4 - блок-схема алгоритма определения прироста спектральной эффективности (SE) в домашнем секторе, поддерживающего домашний мобильный узел в соответствии с одним из вариантов.

Фигура 5 - блок-схема алгоритма определения падения спектральной эффективности (SE) в виртуальном секторе, представляющем соседние узлы в соответствии с одним из вариантов.

Фигура 6 - таблица 6, содержащая значения параметров, которая иллюстрирует характеристики способа обеспечения максимальной пропускной способности в секторе в соответствии с одним из вариантов.

Фигура 7 - график 700, иллюстрирующий взаимозависимость между функцией (CDF) интегрального распределения и пропускной способностью в соответствии с одним из вариантов.

Фигура 8 - таблица 800, содержащая сравнительные данные по спектральной эффективности, полученных для различных способов управления мощностью в восходящем канале в соответствии с одним из вариантов.

Фигура 9 - блок-схема устройства 900 связи, которое может поддерживать способы управления мощностью в восходящем канале в соответствии с одним из вариантов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В нижеприведенном описании рассматриваются варианты устройств и способов управления мощностью в восходящем канале для сетей широкополосной беспроводной связи. Чтобы обеспечить более четкое представление о настоящем изобретении, в описании раскрываются различные конкретные подробности, такие как схемы приемопередатчиков, распределение ресурсов, алгоритмы повторений, типы и взаимосвязи компонентов системы. Однако специалисту в данной области техники будет ясно, что изобретение может быть осуществлено и без некоторых таких конкретных деталей. В других случаях логика управления, логические микросхемы и полные последовательности блоков алгоритмов не описываются подробно, чтобы они не мешали пониманию сущности изобретения. Специалисты в данной области техники после ознакомления с настоящим описанием смогут реализовать соответствующие функциональные возможности без необходимости проведения экспериментальных работ.

Указания в описании типа "один из вариантов" или "иллюстративный вариант" означают, что рассматриваемый вариант может содержать определенные признаки, структуры или иметь определенные характеристики, однако такие признаки, структуры или признаки необязательно должны быть в каждом варианте. Более того, такие указания необязательно относятся к одному и тому же варианту. Кроме того, когда определенные признаки, структуры или характеристики описываются в связи с некоторым вариантом, то предполагается, что специалистам в данной области техники известно, как воздействовать на такие признаки, структуры или характеристики в связи с другим вариантом, независимо от того, рассмотрен он или нет в настоящем описании.

В одном из вариантов для получения максимальной пропускной способности в секторах и на краю соты может быть использован способ управления мощностью в восходящем канале, указываемый как способ (MST) обеспечения максимальной пропускной способности в секторах. В одном из вариантов способ MST может обеспечивать управление мощностью в восходящем канале без использования отношения (IoT) мощности взаимных помех к мощности тепловых шумов. В одном из вариантов при использовании способа MST может определяться спектральная эффективность SE_Gain для мобильных узлов в "домашнем секторе" (home sector) после определения новой величины мощности передачи (P_New) путем увеличения текущей величины мощности передачи (P₀) на единичное приращение мощности (ΔР) с использованием способа медленных замираний для определения отношения (SINR) сигнала к взаимным помехам плюс шумы. В одном из вариантов отношение SINR может быть определено без определения текущей реализации канала, которая могут быть оценена заранее, что может потребовать значительных вычислительных ресурсов и привести к задержкам при обработке информации.

В одном из вариантов может использоваться величина SE_Loss, _E, определяемая в виртуальном соседнем секторе, которая может представлять суммарные взаимные помехи в соседних секторах (1-N) в результате увеличения мощности передачи домашнего мобильного узла. В одном из вариантов величина SE_Loss, _E может определяться без использования преамбулы в нисходящем канале, передаваемой соседними базовыми станциями (BS), и величин уровня шумов плюс взаимные помехи (N1), которые передаются широковещательно и адресно между соседними BS. В одном из вариантов величины SE_Gain и SE_{Loss, E} могут использоваться для определения оптимальной мощности для обеспечения максимальной общей пропускной способности. В одном из вариантов величины SE_Gain и SE_{Loss, E} могут также использоваться для повышения пропускной способности на краю соты.

На фигуре 1 иллюстрируется вариант среды 100, в которой может использоваться способ обеспечения максимальной пропускной способности в секторах (MST) для получения максимальной пропускной способности в секторах и на краю соты. В одном из вариантов среда 100 может включать домашний сектор 101, соседние секторы 102-А-102-D и виртуальный сектор 170. В одном из вариантов домашний сектор 101 может содержать домашний мобильный узел (HMN) 105. В одном из вариантов узел HMN 105 может быть сотовым телефоном, смартфоном, карманным персональным компьютером, мобильным Интернет-устройством, ноутбуком или другим вычислительным устройством. В рассматриваемом варианте сектор 101 содержит сотовый телефон 105 (всего лишь пример). В принципе, узел HMN 105 может быть любым устройством, которое поддерживает технологии беспроводной связи, такие как проект партнерства третьего поколения (3GPP), стандарт общемировой совместимости широкополосного беспроводного доступа (WiMAX) и системы долговременной эволюции (LTE).

Узел HMN 105 может использовать различные способы доступа, такие как мультиплексирование с разделением времени (TDM), мультиплексирование с разделением частоты (FDM), мультиплексирование с кодовым разделением, мультиплексированием с ортогональным частотным разделением (OFDM) и мультиплексирование с частотным разделением и одной несущей (SC-FDM) и др. Узел HMN 105 может быть подключен к домашней базовой станции HBS 110. Домашний сектор 101 может быть окружен соседними секторами 102-А-102-D, которые могут содержать соседние мобильные узлы 120-А-120-D, соответственно. Соседние мобильные узлы 120-А-120-D могут быть связаны с соседними базовыми станциями NBS 130-А-130-D, соответственно.

Узел HMN 105 может использовать текущую величину мощности передачи (Р₀) для передачи информационных пакетов получающему мобильному узлу, находящемуся в пределах домашнего сектора 101 или в соседних секторах 102-А-102-D. Узел HMN 105 может передавать информационные пакеты на станцию HBS 110. Для улучшения характеристик восходящего канала, таких как пропускная способность сектора и пропускная способность на краю соты в пределах домашнего сектора 101, мощность передачи в восходящем канале может быть увеличена путем увеличения текущей величины мощности передачи (Р₀) на единичное приращение мощности (ΔР) для получения новой величины мощности передачи (P_New). Однако увеличение мощности передачи в восходящем канале до новой величины мощности передачи (P_New) может вызывать помехи для узлов NMN 120-А, 120-В, 120-С и 120-D, которые могут работать в этом же частотном канале в соседних секторах 102-А-102-D, соответственно, и может ухудшить характеристики линии в этих соседних секторах.

Способ MST, описанный ниже, может использоваться для установления баланса между характеристиками канала в домашнем секторе 101 и в соседних секторах 102 для обеспечения максимальной общей пропускной способности в секторах и на краю соты. Для расчета эффективной величины SE_{Loss, E} во всех соседних секторах 102 может использоваться виртуальный сектор, такой как виртуальный сектор 170. Суммарные помехи, создаваемые новой мощностью P_New передачи на базовой станции VBS 160, могут обеспечить оценку эффективной величины SE_{Loss, E}.

На фигуре 2 иллюстрируется вариант узла HMN 105, который может поддерживать способы обеспечения максимальной пропускной способности в секторах и на краю соты. Узел HMN 105 может содержать устройство 201 сопряжения, контроллер 205, блок 309 управления мощностью, один или несколько приемопередатчиков 210-А-210-N, переключатель 230 и антенну 290. Устройство в соответствии с блок-схемой 200 может обеспечиваться как часть сетевой интерфейсной карты в таких устройствах, как компьютер, ноутбук, мобильное Интернет-устройство, смартфон, телевизионный приемник или им подобные устройства.

Устройство 201 сопряжения может соединять узел HMN 105 с домашней базовой станцией HBS 110. Устройство 201 сопряжения может обеспечивать физический, электрический и логический интерфейс между узлом HMN 105 и другими блоками. Контроллер 205 может поддерживать соединения с приемопередатчиками 210, которые могут быть в рабочем состоянии. Контроллер 205 может осуществлять управление выполнением способа модуляции и демодуляции, выбранного приемопередатчиками 210. Контроллер 205 может осуществлять управление параметрами связи, такими как скорость передачи данных, частота ошибочных битов и т.п.

Приемопередатчик 210-А может содержать передатчик 250 и приемник 270. Каждый из приемопередатчиков 210-В-210-N может содержать передатчик и приемник, аналогичные передатчику 250 и приемнику 270 приемопередатчика 210-А. При приеме сигналов из антенны 290 приемники, такие как приемник 270 приемопередатчиков 210-А-210-N, могут принимать сигнал из антенны 290 через переключатель 230. При передаче сигналов передатчики, такие как передатчик 250 приемопередатчиков 210, могут передавать радиосигнал в антенну 290 через переключатель 230.

Передатчик 250 может принимать сигналы, которые необходимо передавать, из контроллера 205 или непосредственно из устройства 201 сопряжения под управлением контроллера 205. Передатчик 250 может осуществлять модуляцию сигналов, используя способы фазовой, амплитудной или частотной модуляции. Затем передатчик 250 может передавать сигналы в антенну 290 через переключатель 230. Приемник 270 может принимать электрические сигналы из антенны 290 и демодулировать их перед направлением демодулированных сигналов в контроллер 205 или непосредственно в устройство 201 сопряжения.

Переключатель 230 может подключать передатчик приемопередатчиков 210 к антенне 290, например, с использованием разделения времени. Переключатель 230 может подключать определенный приемопередатчик 210 к антенне 290 в соответствии с некоторым событием, таким как управляющий сигнал выбора, полученный из контроллера 205. Переключатель 230 может быть снабжен соответствующими логическими схемами, обеспечивающими подключение соответствующего приемопередатчика 210 к антенне 290. Переключатель 230 может подключать антенну 290 к передатчику 250, в то время как передатчик 250 может быть готов для передачи сигналов в приемник другой системы. Переключатель 230 может подключать антенну 290 к приемнику 270, когда в антенне 290 формируются сигналы, которые должны быть переданы в приемник 270. Антенна 290 может быть подключена к переключателю 230.

Блок 209 управления мощностью может поддерживать способ MST для определения оптимальной мощности передачи для обеспечения максимальной пропускной способности в секторах и на краю соты. Блок 209 может передавать текущую величину мощности Р₀ передачи в передатчик 250 для обеспечения передачи им информационных пакетов. Величина Р₀ может определяться в зависимости от требуемых характеристик канала. Блок 209 управления мощностью может увеличивать мощность передачи в восходящем канале путем увеличения текущей величины (Р₀) мощности передачи на единичное приращение (ΔР) мощности для получения новой величины (P_New) мощности передачи. Однако увеличение мощности передачи в восходящем канале до новой величины мощности передачи (P_New) может ухудшить характеристики канала в соседних секторах 102-А-102-D, создавая помехи для узлов NMN 120-А, 120-В, 120-С и 120-D, которые могут работать на этом же частотном канале в соседних секторах 102-А-102-D, соответственно.

В блоке 209 управления мощностью может использоваться алгоритм MST, описанный ниже, для определения оптимальной величины мощности передачи, которая может обеспечить установление баланса между характеристиками канала в домашнем секторе 101 и в соседних секторах 102 для получения максимальной общей пропускной способности в секторах и на краю соты. Блок 209 управления мощностью может определять величину SE_Gain в домашнем секторе 101 и прогнозировать эффективную величину SE_{Loss, E} во всех соседних секторах 102 путем объединения эффективных помех в виртуальном секторе 170. Суммарные помехи, создаваемые новой мощностью P_New передачи на базовой станции VBS 160, могут обеспечивать оценку эффективной величины SE_{Loss, Е}.

Блок-схема 300, иллюстрирующая алгоритм работы узла HMN 105 для обеспечения максимальной общей пропускной способности в секторах и на краю соты, приведена на фигуре 3. На стадии 310 блок 209 управления мощностью может определять величину новой мощности P_New передачи путем прибавления единичных приращений ΔР мощности к текущей величине мощности Р₀ передачи.

На стадии 350 блок 209 управления мощностью может определять изменение величины спектральной эффективности SE_change без использования отношения уровня взаимных помех к тепловым шумам (IoT) от соседних базовых станций NBS 130-А-130-D. Блок 209 управления мощностью может определять разницу между SE_Gain в домашнем секторе 101 и эффективной величиной SE_{Loss, E} для соседних секторов 102-А-102-D, представленной как суммарные или эффективные помехи в виртуальном секторе 170 в результате изменения величины мощности передачи от Р₀ к P_New(=(P₀+ΔР)). На фигурах 4 и 5 приведены блок-схемы 400 и 500 алгоритмов определения SE_Gain и эффективной величины SE_{Loss, E}, соответственно.

На стадии 370 блок 209 управления мощностью может проверять выполнение условия SE_change=0, и если оно выполняется, то следует переход на стадию 380, и если условие не выполняется, то следует переход на стадию 390. На стадии 380 блок 209 управления мощностью может использовать новую величину P_New мощности передачи в качестве мощности передачи в восходящем канале. На стадии 390 блок 209 управления мощностью может определять новую величину P_New мощности передачи путем прибавления единичного приращения мощности, которое может быть равно ΔР или другой такой малой величине ΔP₁, и следует переход на стадию 350.

На фигуре 4 приведена блок-схема 400, иллюстрирующая алгоритм работы узла HMN 105 для определения SE_Gain. На стадии 410 блок 209 управления мощностью может определять исходное отношение (SINR_Orig) сигнала к взаимным помехам плюс шумы, используя способ медленных замираний без получения текущих характеристик реализации канала. Для определения SE_Gain могут использоваться следующие параметры:

1) Потери в канале: Мобильный узел, такой как узел HMN 105 может входить в сеть (например, входить в домашний сектор 101), и потери в канале между узлом HMN 105 и станцией HBS 110 могут быть равны величине CL₀, указанной обозначением 141, и потери в канале между узлом HMN 105 и соседними узлами NMN могут быть равны величинам CL_i ("i" может представлять узлы 120-А, 120-В, 120-С, 120-D, …120-N), указанным обозначениями 151, 152, 153 и 154. В одном из вариантов потери 151 в канале могут быть определены с использованием преамбулы в нисходящем канале, принятой от станции NBS 130-A. Аналогично, потери 152, 153 и 154 в каналах могут быть определены с использованием преамбул в нисходящем канале, полученных от станций NBS 130-B, NBS 130-С и NBS 130-D, соответственно.

2) Уровень шумов плюс взаимные помехи (NI): На каждой соседней базовой станции величину NI можно оценить как суммарную мощность шумов и взаимных помех на этой базовой станции. Например, величина NI_130-A на станции NBS 130-A может быть определена с использованием информации, которой обмениваются станции NBS 130 по транзитной сети. В одном из вариантов величина NI может быть выражена через отношение взаимных помех к тепловым шумам (IoT) и шумы в этом секторе с помощью уравнения (I):

Однако определение величин потерь в канале и NI может потребовать затрат значительных вычислительных ресурсов, в результате чего могут возникать задержки.

В одном из вариантов блок 209 управления мощностью может определять величину SE_Gain, которая будет иметь место после увеличения мощности передачи в восходящем канале до P_New.

В одном из вариантов величина SE_Gain в домашнем секторе 101 может быть выражена уравнением (2):

В одном из вариантов блок 209 управления мощностью может использовать методику медленных замираний для вычисления величин SINR_New и SINR_Orig, и величина SE_Gain может быть достаточно точно определена на основе математического ожидания. В одном из вариантов величина SINR_Orig (отношение сигнала к взаимным помехам плюс шумы в домашнем секторе 101) перед увеличением текущей величины мощности передачи до новой величины мощности передачи может быть выражена уравнением (3):

На стадии 440 блок 209 управления мощностью может определять SINR_New после увеличения мощности Р₀ передачи на единичное приращение ΔР для получения новой величины P_New.(=(P₀+ΔР)) мощности передачи, используя способ медленных замираний без накопления текущих характеристик реализации канала. В одном из вариантов величина SINR_Orig (отношение сигнала к помехам плюс шумы в домашнем секторе 101) перед увеличением текущей величины мощности передачи до новой величины мощности передачи может быть выражена уравнением (4):

На стадии 480 блок 209 управления мощностью может определять SE_Gain с использованием величин SINR_New и SINR_Orig, полученных в соответствии с уравнениями (3) и (4), соответственно. В одном из вариантов величина SE_Gain может определяться в соответствии с уравнением (5):

На фигуре 5 приведена блок-схема 500, иллюстрирующая алгоритм работы узла HMN 105 для определения эффективной величины SE_Loss. На стадии 105 блок 209 управления мощностью может определять эквивалентные потери CL_E в канале от узла HMN 105 до виртуального сектора 170, возникающие в результате суммарных помех в соседних секторах 102-А-102-D, которые могут быть вызваны работой узла HMN 105 на новой мощности P_New передачи.

Для оценки потерь в канале в соседних секторах 102 блок 209 управления мощностью должен иметь следующую информацию: 1) потери в канале от узла HMN 105 до каждой из станций NBS 130-А-130-D; 2) N1 для каждого из узлов NBS 130-А-130-D; и 3) мощность передачи в восходящем канале каждого из узлов NMN 120-А-120-D в соседних секторах 102-А-102D, соответственно. Однако для получения величины потери в канале для каждого сектора может использоваться преамбула, передаваемая в нисходящем канале каждой станцией NBS 130-А-130-D. Кроме того, сначала может осуществляться обмен величинами NI_i между станциями NBS 130-А-130-D, и затем они передаются в широковещательном режиме. Для получения величин потерь CL_i в канале и NI_i для каждой из станций 130-А-130-D может потребоваться сложное оборудование в дополнение к высоким потерям на обмен информацией обратной связи и интенсивному использованию вычислительных ресурсов. Кроме того, может оказаться нереалистичным получение величин мощности передачи в восходящем канале узлами NMN 120-А-120-D, в то время как узлы NMN 120-А-120-D могут пытаться увеличить свою мощность передачи путем единичного приращения на величину ΔР.

В одном из вариантов для устранения вышеуказанных недостатков блок 209 управления мощностью может определять эквивалентные потери CL_E в канале от узла HMN 105 до виртуального сектора 170 (или на станцию VBS 160), и величина CL_E может быть выражена уравнением (6):

;

В одном из вариантов перед определением SE_{Loss, E} могут быть выполнены следующие приближения (упрощения):

Приближение (1): Эквивалентные потери CL_E в канале могут быть определены путем оценки величины CINR для преамбулы в нисходящем канале по сравнению с потерями CL_i в канале для каждой из станций 130-А-130-D.

Приближение (2): Кроме того, эффективное отношение SNR_E уровня сигнала к шумам в виртуальном секторе 170 может быть примерно таким же, как и среднее отношение SNR_{Avg, home} уровня сигнала к шумам в домашнем секторе 101, поскольку средние уровни SNR в разных секторах 102-А-102-D не могут изменяться или могут изменяться в очень небольшой степени, чтобы их нужно было принимать во внимание. В одном из вариантов отношение между SNR_E и SNR_{Avg, home} определяется уравнением (7):

Приближение (3): Кроме того, эффективный уровень NI_E шумов плюс взаимные помехи в виртуальном секторе 170 может быть аппроксимирован уровнем NI₀ шумов плюс взаимные помехи в домашнем секторе 101. В одном из вариантов отношение между NI_E и NI₀ определяется уравнением (8):

На стадии 540 блок 209 управления мощностью может определять эквивалентную исходную величину SINR (SINR_E, _Orig) без определения потерь CL_i в канале отдельно для каждого соседнего сектора 102-А-102-D и без использования величин NI_i из соседних секторов 102-А-102-D. В одном из вариантов величина SINR_Orig (эффективное отношение сигнала к взаимным помехам плюс шумы в виртуальном секторе 170) перед увеличением текущей величины мощности передачи до новой величины мощности передачи может быть выражена уравнением (9):

На стадии 550 блок 209 управления мощностью может определять величину SINR_{E, New} в виртуальном секторе 170 (или на станции VBS 160) после увеличения мощности P₀ передачи на единичное приращение ΔР для получения новой величины P_New.(=(P₀+ΔР)) мощности передачи.

В одном из вариантов величина SINR_E,New (отношение сигнала к взаимным помехам плюс шумы в виртуальном секторе 170) после увеличения текущей величины мощности передачи до новой величины P_New мощности передачи может быть выражена уравнением (10):

На стадии 580 блок 209 управления мощностью может определять эквивалентную величину SE_{Loss, E} с использованием величин SINR_{E, New} и SINR_{E, Orig}, полученных с использованием уравнений (9) и (10), соответственно. В одном из вариантов величина SE_{Loss, E} может определяться в соответствии с уравнением (11):

В одном из вариантов блок 209 управления мощностью может определить оптимальную мощность P(Optimal) передачи. В одном из вариантов, если увеличение P_New - дает в результате положительную величину SE_change, то суммарная пропускная способность секторов может увеличиться, и текущая мощность передачи может последовательно увеличиваться приращениями, пока ожидаемая величина SE_change не станет отрицательной. В одном из вариантов может быть получена оптимальная мощность P(Optimal) передачи, когда величина SE_change равна нулю, и ΔР стремится к нулю. В одном из вариантов величина SE_change может определяться в соответствии с уравнением (12):

В одном из вариантов вышеописанный способ управления мощностью передачи в восходящем канале может быть указан как упрощенный способ (SMST) обеспечения максимальной пропускной способности в секторах. В одном из вариантов из уравнения (12) может быть получено уравнение (13) обобщенного способа (GMST) обеспечения максимальной пропускной способности в секторах.

где CINR_Preamble=(CL_E/CL₀); SINR_Target=[P(Optimal)/CL₀×NI₀]; и SINR_{Avg, home}=(SNR_{Avg, home}×P_Noise/NI₀). Как можно видеть из уравнения (13), способ GMST может основываться на SINR_Target. В одном из вариантов для выбора оптимального соотношения между компенсацией потерь в канале для домашнего сектора и управлением IoT соседних секторов 102-А-102-D может использоваться отношение CINR_Preamble уровня несущей к взаимным помехам плюс шумы. В одном из вариантов, поскольку величина SINR_Target может быть получена с использованием CINR преамбулы в нисходящем канале, то блок 209 управления мощностью может не выполнять оценку индивидуальных величин CL_i, что может существенно снизить сложность способа GMST.

Кроме того, в одном из вариантов величина SINR_Target может находиться в определенном фиксированном отношении с CINR_Preamble, и в качестве расширения могут использоваться другие регулируемые параметры. В одном из вариантов выражение для способа GMST может иметь форму уравнения (14).

где γ (гамма) может использоваться для частичной компенсации потерь в канале. Сравнивая уравнения (13) и (14), можно видеть, что способ SMST может быть частным случаем способа GMST с α (альфа)=-1, β (бета)=1+(1/SINR_{Avg, home}), и γ=1. В одном из вариантов способ GMST может обеспечить улучшение пропускной способности на краю соты за счет настройки набора параметров (α, β, γ).

В одном из вариантов малая величина SINR_Target может привести к снижению пропускной способности для пользователей на краю соты, и большая величина SINR_Target может увеличивать взаимные помехи в соседних секторах. В одном из вариантов для повышения пропускной способности на краю соты величина SINR_Target может ограничиваться, как это указано в уравнении (15):

Из уравнения (13) можно определить

где SINR_Min и SINR_Max могут быть расчетными параметрами, которые могут использоваться для обеспечения оптимального соотношения между пропускной способностью в секторах и на краю соты. В одном из вариантов блок 209 управления мощностью может использовать ограничение для величины SINR и управление IoT для дополнительного улучшения пропускной способности на границе соты. В одном из вариантов уровень IoT для виртуального сектора 170 может быть ограничен таким образом, чтобы он находился в пределах заданного диапазона, который определяется уравнением (18):

где IoT_Limit может использоваться как еще один параметр, который можно корректировать при разработке системы связи.

Таблица 600 содержит перечень значений параметров, которые могут использоваться для оценки основных характеристик способов SMST и GMST в соответствии с одним из вариантов. Таблица 600 может содержать две колонки: перечень 610 параметров и перечень 650 их значений. В одном из вариантов перечень 610 параметров и перечень 650 их значений могут содержать: ширину полосы частот (=10 МГц) для каждого сектора, кратность использования частот (=1), конфигурация сот (=3 сектора на соту, и покрытие зоны 19 сотами), число пользователей (10 на сектор), количество сильных взаимных помех (=8), модель канала (пешеходы, 3 км/час, E-ITU, В), режим перестановки групп каналов (=WiMax UL), символы в восходящем канале (=15) и расстояние между станциями (=500 м). В одном из вариантов при использовании вышеуказанных параметров и величин может быть выполнена оценка следующих способов:

- T1: Максимальная мощность: все мобильные узлы 105 и 120-А-120-D могут использовать максимальную мощность без какого-либо управления мощностью;

- Т2: Целевой параметр SNR: мощность может задаваться таким образом, чтобы величины SNR на базовых станциях достигали заданного значения, а именно, Р=SNR×Р×CL, где SNR=7 дБ;

- Т3: способ SMST+SINR_Min+SINR_max: где SiNR_Min=0 дБ и SINR_Max=20 дБ;

- Т4: способ SMST+IoT_Limit: где IoT_Limit=7 дБ;

- Т5: способ SMST+SINR_Min+IoT_Limit: где SINR_Min=0 дб и IoT_Limit=7 дБ;

- Т6: способ GMST: где α (альфа)=-0,9, β (beta)=-0,64 и γ (гамма)=0,9.

На графике 700 фигуры 7 иллюстрируется зависимость между функцией интегрального распределения (CDF) и пропускной способностью для вышеуказанных способов Т1-Т6. В одном из вариантов пропускная способность в килобайтах в секунду (кБ/сек) может быть отложена по оси Х 705, и величина CDF может быть отложена по оси Y 795. В одном из вариантов графики 710, 720, 730, 740, 750 и 760 иллюстрируют зависимость между CDF и пропускной способностью для вышеуказанных способов Т1-Т6. Как можно видеть из графика 760 для способа GMST, в этом случае обеспечиваются максимальные величины CDF и пропускной способности, а способы SMST с ограничениями SINR_Min и SINR_Max вместе с IoT_Limit обеспечивают примерно такие же величины CDF и пропускной способности, как это можно видеть из графиков 730, 740 и 750, соответственно. Однако, как показывает график 710, способ максимальной мощности может обеспечивать меньшую пропускную способность по сравнению со способами на основе SMST и способом GMST. График 720, относящийся к целевому параметру SNT, показывает, что в этом случае может быть обеспечена высокая реакция на CDF, но с очень низкой пропускной способностью. В одном из вариантов способы на основе SMST (Т3, Т4 и Т5) и способ GMST могут использоваться для обеспечения максимальной пропускной способности в секторах и на краю соты по сравнению со способом максимальной мощности и SNR.

В таблице 800, приведенной на фигуре 8, представлены сравнительные результаты иллюстрирующие спектральную эффективность для условий в секторах и на краю соты, которая может обеспечиваться с использованием способов Т1-Т6. В одном из вариантов таблица 800 может содержать три колонки: для способа 810 управления мощностью в восходящем канале (ULPC), для спектральной эффективности 850 в секторах и спектральной эффективности 880 на краю соты (5%). В одном из вариантов способ ULPC 810 может быть одним из способов Т1-Т6, и в колонках спектральной эффективности 850 для секторов и спектральной эффективности 880 на краю соты приведены соответствующие величины пропускной способности в бит/сек/Гц.

В одном из вариантов для способа SNR спектральная эффективность на краю соты, равная 0,0369 (пропускная способность=141,3 кБ/сек) может быть максимумом, однако спектральная эффективность в секторах равна 0,4294 (пропускная способность=1,6444 МБ/сек), что является минимальной величиной для всех рассматриваемых способов. В способе максимальной мощности спектральная эффективность 850 в секторах может быть равна 0,5787 (пропускная способность=2,2163 МБ/сек), и спектральная эффективность на краю соты может быть равна 0,005 (пропускная способность=19,3 кБ/сек). В способах SMST (Т3-Т5) величины спектральной эффективности в секторах могут быть равны 0,7486 (пропускная способность=2,867 МБ/сек), 0,7609 (пропускная способность=2,9142 МБ/сек) и 0,7247 (пропускная способность=2,7754 МБ/сек), и величины спектральной эффективности на краю соты могут быть равны 0,0199 (пропускная способность=76,3 кБ/сек), 0,0082 (пропускная способность=31,5 кБ/сек) и 0,0216 (пропускная способность=82,6 кБ/сек). Величины спектральной эффективности (и пропускные способности) в секторах и на краю соты для способов SMST (Т3-Т5) могут быть оптимальными по сравнению соответствующими величинами для способов Т1 и Т2. Величина спектральной эффективности в секторе для способа GMST может быть равна 0,6426 (пропускная способность=2,4612 МБ/сек), и спектральная эффективность на краю соты может быть равна 0,0339 (пропускная способность=129,8 кБ/сек)

В способе максимальной мощности может быть получена наихудшая величина пропускной способности на краю соты (=19, 3 кБ/сек), поскольку управление взаимными помехами не осуществляется. Способ SNR может обеспечивать наибольшую пропускную способность на краю соты (=141,3 кБ/сек), однако за счет пропускной способности в секторах (=1,6444 Мб/сек), поскольку мобильные узлы 105 и 120-А-120-D должны будут ограничивать максимальную мощность для снижения взаимных помех. В способах SMST (Т3-Т5) могут быть обеспечены наивысшие пропускные способности в секторах: 2,867 МБ/сек, 2,9142 МБ/сек и 2,7754 МБ/сек, соответственно. При этом пропускные способности на краю соты 76,3 кБ/сек, 31,5 кБ/сек и 62,6 кБ/сек могут быть выше чем пропускная способность в способе максимальной мощности. Способ GMST может обеспечивать оптимальные величины пропускной способности в секторах и на границе соты.

На фигуре 9 представлена блок-схема когнитивной системы 900, которая может поддерживать способы SMST и GMST для обеспечения максимальной пропускной способности в секторах и на краю соты. В одном из вариантов когнитивная система 900 может содержать процессор 910 основной полосы частот, передатчик 920 сигналов, приемник 930 сигналов, блок 940 управления мощностью и каналом, логическую схему 950, измеритель 970 спектра принятого сигнала, антенный переключатель 980 и антенну 990.

Антенна 990 может обеспечивать широкий частотный диапазон. Такая схема может обеспечивать использование антенны 990 для передачи и приема сигналов, обрабатываемых с использованием таких технологий, как Wi-Fi, WI-MAX, UMG, UWB, а также телевизионных сигналов и других им подобных сигналов. Антенна 990 может направлять принятые сигналы в антенный переключатель 980. Антенна 990 может передавать сигналы, принятые из передатчика 920. Антенный переключатель 980 может содержать логические схемы, обеспечивающие переключение между передатчиком 920 и приемником 930 сигналов.

Измеритель 970 спектра принятых сигналов может находить неиспользуемые части спектра и использовать их для передачи сигналов, требующей дополнительного спектра. Логическая схема 950 может принимать результаты измерения спектра из измерителя 970 спектра и формировать информацию в отношении каналов, которые могут использоваться. Логическая схема 950 может передавать такую информацию в блок 940 управления мощностью и каналами.

Блок 940 управления мощностью и каналами может осуществлять управление каналами и мощностью передачи в каналах путем управления передатчиком 920 и приемником 930 сигналов. Блок 940 управления мощностью может поддерживать способы SMST и GMST для обеспечения оптимальной мощности передачи в восходящем канале для достижения максимальной пропускной способности в секторах и на границе соты, как это уже было описано. Блок 940 управления мощностью может выполнять функции, как это уже было описано в отношении блока 209 управления мощностью.

Передатчик 920 сигналов может принимать сигналы из процессора 910 основной полосы частот и модулировать эти сигналы с использованием различных способов модуляции, таких как фазовая, амплитудная и частотная модуляция, и модуляция с ортогональным делением частоты. Приемник 930 сигналов может принимать сигналы из антенны 990, демодулировать их и передавать в процессор 910 основной полосы частот. Процессор 910 основной полосы частот может принимать сигналы различных блоков системы и осуществляет обработку основной полосы частот, после чего направляет сигналы в передатчик 920. Процессор 910 основной полосы частот может принимать демодулированные сигналы приемника 930 сигналов и осуществлять обработку основной полосы частот, после чего он направляет сигналы в передатчик 930.

Некоторые особенности изобретения были описаны со ссылками на варианты его осуществления. Однако настоящее описание не должно толковаться в ограничительном смысле. Различные модификации этих вариантов, а также и других вариантов осуществления изобретения, которые очевидны специалистам в данной области техники, к которой относится настоящее изобретение, находятся в рамках сущности и объема изобретения.

Изобретение относится к связи. В заявке описан способ и устройство управления мощностью в восходящем канале, в которых может использоваться упрощенный способ (SMST) обеспечения максимальной пропускной способности в секторе и обобщенный способ (GMST) обеспечения максимальной пропускной способности в секторе. Способы SMST и GMST могут использоваться для определения максимальной пропускной способности в секторах и на краю соты для повышения общей эффективности работы системы связи. В способе управления мощностью в восходящем канале может определяться оптимальная величина мощности в восходящем канале без получения отношения уровня взаимных помех к тепловым шумам и без отдельных расчетов потерь в канале для каждого соседнего сектора. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство управления мощностью в восходящем канале, содержащее:
передатчик для передачи сигналов в восходящем канале; и блок управления мощностью, соединенный с передатчиком, причем блок управления мощностью выполнен с возможностью:
- определять оптимальную величину мощности в восходящем канале без получения отношения (IoT) уровня взаимных помех к тепловым шумам из соседних секторов, а оптимальная величина мощности в восходящем канале должна обеспечивать оптимальную пропускную способность в секторах и на краю соты; и
использовать упрощенный способ (SMST) обеспечения максимальной пропускной способности в секторах для определения оптимальной величины мощности в восходящем канале, обеспечивающий определение эквивалентного ухудшения спектральной эффективности (SE_Loss,Е) в виртуальном секторе.

2. Устройство по п.1, в котором блок управления мощностью формирует новую величину мощности путем прибавления к текущей величине мощности единичных приращений мощности, пока эта новая величина не достигнет оптимальной величины мощности в восходящем канале.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором способ SMST включает определение увеличения спектральной эффективности (SE_Gain) в домашнем секторе, в котором находится мобильный узел, и (SE_Loss,E) в виртуальном секторе для новой величины мощности, причем изменение спектральной эффективности равно разнице между SE_Gain и SE_Loss,Е.

4. Устройство по п.3, в котором блок управления мощностью прибавляет к текущей величине мощности единичные приращения мощности, пока изменение спектральной эффективности не станет равным нулю, и единичное приращение мощности будет приближаться к нулю.

5. Устройство по п.3, в котором блок управления мощностью определяет величину SE_Gain с использованием исходного отношения сигнала к взаимным помехам плюс шумы (SINR_Origin) и нового отношения сигнала к взаимным помехам плюс шумы (SINR_New), причем SINR_Origin определяется перед увеличением текущей величины мощности единичными приращениями, a SINR_New определяется после увеличением текущей величины мощности единичными приращениями.

6. Устройство по п.5, в котором величины SINR_Origin и SINR_New определяются с использованием способа медленных замираний и без использования текущих характеристик реализации канала.

7. Устройство по п.3, в котором блок управления мощностью определяет величину SE_Loss,E с использованием эквивалентных потерь в канале (CL_E) в виртуальном секторе, причем CL_E представляет суммарные потери в канале в соседних секторах.

8. Устройство по п.7, в котором величина CL_E является оценкой отношения (CINR_Preamble) уровня несущей частоты к взаимным помехам плюс шумы преамбулы в нисходящем канале.

9. Устройство по п.2, в котором блок управления мощностью использует обобщенный способ (GMST) обеспечения максимальной пропускной способности в секторах для определения оптимальной величины мощности в восходящем канале, причем в способе GMST используется заданная величина отношения (SiNR_Target) уровня сигнала к взаимным помехам плюс шумы.

10. Устройство по п.9, в котором величина SiNR_Target зависит линейно от отношения (CINR_Preamble) уровня несущей частоты к взаимным помехам плюс шумы преамбулы в нисходящем канале, причем способ GMST включает настраиваемые коэффициенты параметров для повышения пропускной способности в секторах и на краю соты.

11. Способ управления мощностью в восходящем канале, включающий:
формирование новой величины мощности путем прибавления к текущей величине мощности первого приращения;
определение прироста спектральной эффективности (SE_Gain) в домашнем секторе, в котором находится мобильный узел;
определение расчетного ухудшения спектральной эффективности (SE_Loss,E) в соседних секторах, окружающих домашний сектор, без вычисления индивидуальных потерь в канале в соседних секторах и без получения уровней (NI) шума плюс взаимные помехи из соседних секторов;
проверку улучшения общих характеристик линии для новой величины мощности; и
принятие новой величины мощности в качестве оптимальной величины мощности передачи, если дальнейшее увеличение новой величины мощности путем прибавления единичных приращений приводит к ухудшению общих характеристик линии.

12. Способ по п.11, в котором способ управления мощностью в восходящем канале включает упрощенный способ (SMST) обеспечения максимальной пропускной способности в секторах, причем определение величины SE_Loss,Е включает определение эквивалентных потерь в канале (CL_E) в виртуальном секторе, которые представляют собой следствие взаимных помех в соседних секторах для новой величины мощности.

13. Способ по п.12, включающий определение изменения спектральной эффективности, равного разнице между SE_Gain и SE_Loss,E.

14. Способ по п.13, включающий определение величины SE_Gain с использованием исходного отношения (SINR_Origin) сигнала к взаимным помехам плюс шумы и нового отношения (SINR_New) сигнала к взаимным помехам плюс шумы, причем величины SINR_Origin и SINR_New определяют независимо от оценки текущих характеристик реализации канала.

15. Способ по п.11, в котором улучшение общих характеристик линии включает увеличение пропускной способности в секторах и на краю соты.

16. Способ по п.14, в котором величины SINR_Origin и SINR_New определяют с использованием способа медленных замираний на основе математического ожидания.

17. Способ по п.12, в котором величина CL_E является оценкой отношения (CINR_Preamble) уровня несущей частоты к взаимным помехам плюс шумы преамбулы в нисходящем канале.

18. Способ по п.11, в котором способ управления мощностью включает обобщенный способ (GMST) обеспечения максимальной пропускной способности в секторах для определения новой величины мощности, обеспечивающей улучшение пропускной способности в секторах и на краю соты, причем в способе GMST используется заданная величина отношения (SiNR_Target) уровня сигнала к взаимным помехам плюс шумы.

19. Способ по п.18, в котором величина SiNR_Target зависит линейно от отношения (CINR_Preamble) уровня несущей частоты к взаимным помехам плюс шумы преамбулы в нисходящем канале.

20. Способ по п.19, в котором в способе GMST используются настраиваемые коэффициенты параметров, которые включают первый параметр, обеспечивающий компенсацию частичных потерь в канале.