СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСОВ И ГРУППИРОВАНИЯ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ
METHOD FOR SIMULTANEOUS ALLOCATION OF RESOURCES AND GROUPING OF BASE STATIONS

Настоящее изобретение относится в целом к системам связи, более точно к системам беспроводной связи.
Базовые станции в системах беспроводной связи обеспечивают возможность беспроводного соединения для пользователей в пределах определенного географического района или соты, которую обслуживает базовая станция. В некоторых случаях сота может быть поделена на сектора, которые образовывают выбранный угол раскрыва (например, три сектора по 120 градусов или шесть секторов по 60 градусов) и обслуживаются различными антеннами. Каналы беспроводной связи между базовой станцией и каждым из пользователей обычно включают один или несколько каналов нисходящей (или прямой) связи (DL) для передачи информации от базовой станции мобильному устройству и один или несколько каналов восходящей (или обратной) связи (UL) для передачи информации от мобильного устройства базовой станции. Каналы восходящей и(или) нисходящей связи включают информационные каналы, каналы передачи служебных сигналов, широковещательные каналы, каналы передачи сигналов поискового вызова, каналы тональной сигнализации т.п. Каналы могут действовать согласно различным протоколам, включая протокол доступа с временным разделением каналов (TDMA), протокол многостанционного доступа с частотным разделением каналов (FDMA), протокол многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), протокол многостанционного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA), а также их сочетания. Географическая протяженность каждой соты может изменяться со временем и может зависеть от мощности, с которой осуществляют передачу базовые станции, точки доступа и(или) мобильных устройств, а также от условий окружающей среды, физических препятствий и т.п.
Обслуживание мобильных устройств передается базовым станциям в зависимости от свойств каналов, поддерживаемых соответствующим радиоинтерфейсом. Например, в традиционной системе сотовой связи нахождение каждого мобильного устройства в зоне обслуживания определенной соты зависит от таких критериев, как мощность сигнала в канале восходящей и(или) нисходящей связи. Затем мобильное устройство поддерживает связь с этой обслуживающей сотой по соответствующим каналам восходящей и(или) нисходящей связи. Сигналы, которыми обмениваются мобильное устройство и обслуживающая сота, могут создавать помехи для связи между другими мобильными устройствами и(или) другими сотами. Например, мобильные устройства и(или) базовые станции создают межсотовые помехи для всех остальных базовых станций, которые используют те же временные/частотные ресурсы. Растущая потребность в ресурсах беспроводной связи вынуждает поставщиков услуг прибегать к универсальному повторному использованию ресурсов, что повышает вероятность межсотовых помех. По существу, эффективность современных систем в основном ограничена межсотовыми помехами, которые преобладают над базовым тепловым шумом.
Межсотовые помехи могут быть ослаблены несколькими способами, например, например, путем планирования распределения частот, мягкой передачи обслуживания или формирования диаграмм направленности множества антенн. Например, когда базовая станция и необязательно пользовательские терминалы имеют множество антенн, могут применяться системы с множеством входов и множеством выходов (MIMO). Например, базовая станция, которая имеет множество антенн, может одновременно передавать множество независимых и различных сигналов в одной и той же полосе частот одному и тому же пользователю или множеству пользователей в пределах соты/сектора. Системы MIMO способны повышать спектральную эффективность системы беспроводной связи приблизительно пропорционально числу доступных антенн базовой станции.
Хотя в обычных системах беспроводной связи предпринимаются попытки ослабить влияние межсотовых помех с использованием различным методов подавления помех, в соответствии с альтернативными подходами считается, что в действительности межсотовые помехи вызваны сигналами, которые содержат полезную информацию. Например, при передаче по каналу восходящей связи межсотовые помехи в одной соте представляют собой лишь наложение сигналов, которые были адресованы другим узлам сотовой связи в пределах соты, т.е. межсотовые помехи представляют собой сигналы мобильных устройств, которые накапливаются в неверном месте. Если бы эти сигналы можно было соответствующим образом систематизировать и маршрутизировать, они бы перестали являться помехами и могли бы использоваться для обнаружения содержащейся в них информации. Хотя это и является сложной задачей, комбинирование информации, принимаемой неравноправными узлами сотовой связи, теоретически возможно, поскольку узлы сотовой связи объединены в общую мощную основную (магистральную) сеть. Это равносильно признанию того, что сеть узлов беспроводной сотовой связи способна образовывать крупный канал с распределенным коллективным доступом, и что все пользователи могут обслуживаться посредством всех узлов сотовой связи. Согласно этому амбициозному замыслу для преодоления межсотовых помех и устранения узких мест в сетях беспроводной связи выгодно используется доступная в сетях проводной связи полоса частот. Например, был предложен новый класс методов на основе многоэлементных антенн, называемый межстанционным MIMO (IBS-MIMO), для повышения эффективности радиоинтерфейса за счет одновременной передачи сигналов с накладывающимися формами колебаний антеннами различных базовых станций одному или нескольким мобильным терминалам таким образом, чтобы подавлять возникающие взаимные помехи.
При передаче по каналу нисходящей связи методы IBS-MIMO позволяют координировать работу различных базовых станций и одновременно (согласованно) передавать сигналы с накладывающимися формами колебаний одному или нескольким мобильным устройствам таким образом, чтобы подавлять возникающие взаимные помехи и когерентно комбинировать сигналы множества базовых станций в каждом мобильном устройстве. При этом сигнал, адресованный конкретному мобильному устройству, может передаваться различными базовыми станциями. Сеть радиосвязи с абонентами обеспечивает обмен сигналами управления и(или) или обмен в плоскости данных для координации работы базовых станций с целью когерентного комбинирования осуществляемой ими передачи. Например, сигнал каждого пользователя может одновременно передаваться множеством антенн базовой станции (возможно, рассредоточенных в пространстве). Сигналы взвешивают и подвергают предварительной обработке с тем, чтобы ослабить или полностью исключить межсотовые помехи путем когерентного комбинирования накладывающихся сигналов различных базовых станций. Если исходить из полной координации между М антеннами всех В базовых станций в системе, поведение системы является таким же, как и системы MU-MIMO (многопользовательской системы с множеством входов и множеством выходов), имеющей В*М рассредоточенных антенн. Поскольку в системе обычно применяются гибридные групповые ограничения мощности, в отношении групп антенн одного и того же узла действует ограничение суммарной мощности, и мощность не используется одновременно антеннами, относящимися к различным группам.
Многочисленные ограничения, включая ограничения на доступную полосу частот обратной связи, могут затруднять или делать невозможной реализацию полной сетевой координации в реальных системах. Например, при реализации полной сетевой координации непроизводительные издержки на обратную связь, необходимые для обмена сигналами и данными, могут увеличиться на несколько порядков величины по сравнению с использованием полосы частот обратной связи при обычной несогласованной передаче. Например, если исходить из полной координации между В=10 базовыми станциями и звездообразной топологии сети, объем графика данных при обратной связи увеличивается приблизительно в десять раз. Даже если в системе может быть предусмотрена эта дополнительная полоса частот обратной связи, разработчики системы могут счесть неприемлемо высокими эти затраты на повышение эффективности за счет полной координации базовых станций в сети.
Полоса частот обратной связи и(или) непроизводительные издержки могут быть сокращены путем ограничения координации пределами подмножества базовых станций и(или) сот в системе. Рассматривались различные подходы с целью ограничения координации пределами только подмножества сот в системе. Согласно одному из подходов с целью координация передачи по каналам восходящей и нисходящей связи пользователей делят на различные группы, использующие ортогональные ресурсы, такие как ортогональные коды, интервалы времени, частоты и т.п. Одновременное детектирование может использоваться только применительно к пользователям, входящим в одну и ту же группу. В этом случае слабых пользователей (т.е. пользователи на краю сот) объединяют в одну группу, и координацию базовых станций осуществляют, начиная со слабых пользователей, пока не будет достигнуто предварительно заданное ограничение на обратную связь. Пользователей распределяют по группам с использованием информации о состоянии каналов, которую усредняют за относительно длительный период времени, такой как несколько секунд. Следовательно, в этом методе не учитывается динамика каналов восходящей и(или) нисходящей связи.
Согласно одному из альтернативных алгоритмов выбора базовых станций выбирают базовые станции с целью сведения к минимуму используемой мощности, чтобы удовлетворить требование равномерной скорости при передаче по каналу восходящей связи. Для выбранных базовых станций одновременно осуществляют распределение мощности, формирование (линейной) диаграммы направленности приемных антенн и распределение по группам. Требование равномерной скорости является условием обеспечения минимальной скорости передачи данных или уровня качества обслуживания для каждого пользователя. Это требование обычно применяется к передаче на основе коммутации каналов, такой как передача речи. Тем не менее в этом алгоритме выбора базовых станций не содержится информация, которая отображает динамические, изменяющиеся во времени состояния каналов. Например, в алгоритме отсутствует планирование или распределение ресурсов на основании изменяющихся состояний каналов. Следовательно, его основным недостатком является отсутствие диверсификации в отношении изменяющихся состояний каналов.
Согласно другому альтернативному методу динамического группирования выбирают базовые станции с целью доведения до максимума суммарной скорости передачи по каналам восходящей связи. При этом в каждой базовой станции реализован отдельный планировщик для выбора/планирования пользователей, после чего центральный объект формирует группы базовых станций, соответствующие запланированным пользователям. Например, для каждого отрезка времени выбирают по одному пользователю на соту с использованием циклического алгоритма планирования. Согласно алгоритму выбираются оптимальные базовые станции в этот отрезок времени для выбранных конкретных пользователей, чтобы обеспечить обслуживание этих пользователей с использованием одновременного комбинирования.
В основу настоящего изобретения положена задача преодоления одного или нескольких из упомянутых недостатков. Далее в упрощенном виде кратко изложена сущность изобретения с целью обеспечения основного понимания некоторых особенностей изобретения. Это краткое изложение не является исчерпывающим рассмотрением изобретения. Оно не имеет целью выявление ключевых или основных элементов изобретения или ограничение объема изобретения. Его единственной целью является представление в упрощенной форме некоторых идей в качестве вводной части к более подробному описанию, которое рассмотрено далее.
В одном из вариантов осуществления предложен способ координации работы базовых станций, реализуемый с использованием функционального объекта системы беспроводной связи, в которую входит первое множество (группа) базовых станций, обеспечивающих возможность беспроводного соединения. В этом варианте при осуществлении способа обеспечивается прием на функциональном объекте информации о состоянии канала, касающейся множества каналов беспроводной связи между первым множеством базовых станций и множеством мобильных устройств. Выбираются скоординированные группы базовых станций из первого множества базовых станций одновременно с выбором соответствующих подмножеств мобильных устройств для отнесения к соответствующим скоординированным группам, при этом одновременный выбор скоординированных групп и соответствующих подмножеств мобильных устройств осуществляют с использованием информации о состоянии канала. И осуществляется передача информации с указанием выбранных скоординированных групп и соответствующих подмножеств мобильных устройств базовым станциям в скоординированных группах.
В частных вариантах осуществления дополнительно принимается информация с указанием по меньшей мере одного из информации о состоянии канала, совместно используемых данных или требований планирования, на множество мобильных устройств, и одновременный выбор скоординированных групп и соответствующих подмножеств мобильных устройств осуществляется с использованием информации о состоянии канала и требований планирования.
Кроме того, осуществляется распределение ресурсов для базовых станций в скоординированных группах для установления связи с соответствующими подмножествами мобильных устройств и передают информацию, отражающую распределение ресурсов базовым станциям, причем распределение ресурсов осуществляется одновременно с выбором скоординированных групп и соответствующих подмножеств мобильных устройств.
При выборе скоординированных групп выбираются подмножества базовых станций из упомянутого множества, в которые входят не все базовые станции из этого множества. Причем при выборе подмножеств из множества базовых станций итерационно добавляются одновременно базовые станции из множества базовых станций и мобильные устройства к этим подмножествам на основании по меньшей мере одного из параметров, включающих пропускную способность до достижения выбранного максимального числа базовых станций в выбранном подмножестве или максимальную пропускную способность обратной связи.
Может также осуществляться передача информации с указанием скоординированных групп и подмножеств мобильных устройств так, чтобы сигналы, передаваемые или принимаемые по множеству каналов беспроводной связи между базовыми станциями в скоординированных группах и соответствующими подмножествами мобильных устройств, могли когерентно комбинироваться.
В другом варианте осуществления предложен способ координации работы базовых станций, реализуемый с использованием первой базовой станции системы беспроводной связи, в которую входит множество базовых станций, обеспечивающих возможность беспроводного соединения. При осуществлении этого варианта способа обеспечивают передачу функциональному объекту системы беспроводной связи информацию о состоянии канала, касающуюся по меньшей мере одного канала беспроводной связи между первой базовой станцией и множеством мобильных устройств. От функционального объекта принимается информация с указанием того, что первая базовая станция является элементом скоординированной группы базовых станций, которая выбрана из множества базовых станций одновременно с выбором подмножества мобильных устройств для отнесения к соответствующей скоординированной группе, при этом одновременный выбор скоординированной группы и подмножества мобильных устройств осуществляется посредством функционального объекта с использованием информации о состоянии канала.
В частных вариантах также осуществляются измерения с целью получения информации о состоянии канала, касающейся упомянутого по меньшей мере одного канала беспроводной связи, и затем передают полученную информацию о состоянии канала функциональному объекту; и передача по меньшей мере одного из требования планирования, совместно используемых данных или информации о состоянии канала множеству мобильных устройств, чтобы функциональный объект мог одновременно осуществлять выбор скоординированной группы и подмножества мобильных устройств на основании информации о состоянии канала и упомянутого по меньшей мере одного требования планирования.
Координирование работы базовых станций в скоординированной группе осуществляется так, чтобы сигналы, передаваемые или принимаемые по множеству каналов беспроводной связи между базовыми станциями в скоординированной группе и подмножеством мобильных устройств, могли когерентно комбинироваться.
В настоящем изобретении также предлагается распределитель ресурсов в системе беспроводной связи, в которую входит первое множество базовых станций, обеспечивающих возможность беспроводного соединения по меньшей мере одного мобильного устройства, и первая базовая станция в системе беспроводной связи, в которую входит первое множество базовых станций, обеспечивающих возможность беспроводного соединения по меньшей мере одного мобильного устройства, которые сконфигурированы с возможностью выполнения соответствующего выше описанного способа.
Для более полного понимания настоящего изобретения далее приведено его подробное описание и приложены сопровождающие чертежи, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями и на которых:
на фиг.1 представлена концептуальная иллюстрация первого примера осуществления системы беспроводной связи,
на фиг.2А и 2Б - концептуальная иллюстрация второго примера осуществления системы беспроводной связи,
на фиг.3А и 3Б - концептуальная иллюстрация первого и второго примеров осуществления способа одновременного выбора базовых станций и распределения ресурсов,
на фиг.4А, 4Б и 4В - концептуальные иллюстрации одного из примеров осуществления набора предварительно заданных скоординированных групп,
на фиг.5 - смоделированная вероятность того, что величина средней скорости в пересчете на соту меньше выбранной величины для скоординированных и нескоординированных алгоритмов, и
на фиг.6 - смоделированная средняя скорость в пересчете на пользователя в зависимости от идентификатора пользователя для скоординированных и нескоординированных алгоритмов.
Хотя изобретение допускает различные усовершенствования и альтернативные формы, на чертежах в порядке примера проиллюстрированы и далее подробно описаны конкретные варианты его осуществления. Вместе с тем подразумевается, что описание конкретных вариантов осуществления не имеет целью каким-либо образом ограничить изобретение частными раскрытыми формами, а напротив изобретение считается охватывающим все усовершенствования, эквиваленты и альтернативы, входящие в пределы существа и объема изобретения, охарактеризованного приложенной формулой изобретения.
Далее описаны наглядные примеры вариантов осуществления изобретения. Для простоты описаны не все признаки практической реализации. Разумеется, подразумевается, что при разработке любого такого варианта практического осуществления настоящего изобретения для достижения целей разработки необходимо принять множество зависящих от реализации решений, таких как соблюдение системных, деловых, государственных и иных ограничений, которые могут меняться в зависимости от реализации. Кроме того, подразумевается, что такая разработка может являться сложной и трудоемкой, но тем не менее типовой задачей для специалистов в данной области техники, ознакомившихся с настоящим описанием.
Далее настоящее изобретение описано со ссылкой на приложенные чертежи. Различные структуры, системы и устройства схематически представлены на чертежах лишь с целью пояснения и таким образом, чтобы не перегрузить описание настоящего изобретения подробностями, которые хорошо известны специалистам в данной области техники. Тем не менее приложенные чертежи используются для описания и пояснения наглядных примеров настоящего изобретения. Используемые в описании слова и обороты следует понимать и интерпретировать в смысле, в котором эти слова и обороты понимают специалисты в соответствующей области техники. Подразумевается, что используемые в настоящем описании термины или обороты не имеют особого толкования, т.е. толкования, отличающегося от обычного и привычного значения в понимании специалистов в данной области техники. Если какой-либо термин или фраза имеет особый смысл, т.е. смысл, помимо того, в котором их понимают специалисты в данной области техники, такое особое толкование в прямой форме приведено в описании в виде определения, дающего прямое и недвусмысленное толкование такого термина или фразы.
На фиг.1 представлена концептуальная иллюстрация первого примера осуществления системы 100 беспроводной связи. В проиллюстрированном варианте осуществления система 100 беспроводной связи действует согласно стандартам и(или) протоколам, установленным для технологий универсальных систем мобильной связи (UMTS), таких как технологии наземной радиосвязи с абонентами на основе UMTS (UTRA). Хотя принципы описанных в изобретении примеров осуществления могут быть в особенности применимы к системам беспроводной связи на основе усовершенствованных технологий, стандартов и методов UTRA и могут описываться в контексте этого примера, подразумевается, что представленные и описанные примеры осуществления являются лишь иллюстрирующими, а не ограничивающими каким-либо образом изобретение. Примеры осуществления также применимы к другим сетям радиосвязи и(или) разрабатываемым системам беспроводной связи четвертого поколения (4G), таким как 802.16е, 802.16m, WiMax (система общемировой совместимости широкополосного беспроводного доступа, от английского - Worldwide Interoperability for Microware Access) и версия С стандарта EV-DO (оптимизированного обмена данными, от английского - Evolution Data-Optimized). Для специалистов в данной области техники будут очевидны различные модификации, применимые к другим системам беспроводной связи и предусмотренные идеями настоящего изобретения.
В систему 100 беспроводной связи входит множество базовых станций 105(1-4). Отличительные индексы (1-4) могут использоваться для обозначения отдельных базовых станций 105(1) или подмножества базовых станций 105(1-2). Тем не менее, эти индексы могут быть опущены при обозначении базовых станций 105 в целом. Эти условные обозначения могут применяться к другим элементам, которые представлены на чертежах и для обозначения которых используется цифра и один или несколько отличительных индексов. Базовые станции 105 сконфигурированы на обеспечение возможности беспроводного соединения, включающего передачу сигналов посредством радиоинтерфейса, прием сигналов посредством радиоинтерфейса и осуществление измерений, касающихся связи посредством радиоинтерфейса. Поскольку методы передачи, приема и измерений известны из техники, для ясности далее рассматриваются только те особенности этих методов, которые имеют отношение к настоящему изобретению. Специалисты в данной области техники, ознакомившиеся с настоящим описанием, примут во внимание, что настоящее изобретение не ограничено системой 100 беспроводной связи, в которую входит любое конкретное число базовых станций 105. Кроме того, специалисты в данной области техники, ознакомившиеся с настоящим описанием, примут во внимание, что в альтернативных вариантах осуществления в систему 100 беспроводной связи могут входить другие функциональные объекты, обеспечивающие возможность беспроводного соединения, включая без ограничения точки доступа, маршрутизаторы базовых станций, узлы Bs и т.п.
Одно или несколько мобильных устройств 110 способно осуществлять доступ в систему 100 беспроводной связи путем установления одного или нескольких каналов беспроводной связи (или ветвей) с одной или несколькими базовыми станциями 105. Поскольку методы установления, поддержания, осуществления связи и(или) разрыва каналов беспроводной связи известны из техники, для ясности далее рассматриваются только те особенности этих методов, которые имеют отношение к настоящему изобретению. Специалисты в данной области техники, ознакомившиеся с настоящим описанием должны учесть, что система 100 беспроводной связи не ограничена каким-либо конкретным числом мобильных устройств 110. Специалисты в данной области техники, ознакомившиеся с настоящим описанием, также должны учесть, что мобильные устройства 110 также могут именоваться мобильными станциями, абонентскими пунктами, абонентскими терминалами, абонентским оборудованием и т.п.
В системе 100 беспроводной связи реализованы методы IBS-MIMO передачи по каналам восходящей (обратным каналам) и(или) нисходящей (прямым каналам) связи. В вариантах осуществления, в которых методы IBS-MIMO реализованы в каналах нисходящей связи, работа выбранной группы (набора) базовых станций 105 координируется таким образом, чтобы антенны базовых станций 105 из скоординированной группы одновременно передавали сигналы с накладывающимися формами колебаний одному или нескольким мобильным устройствам 110, в результате чего подавляются возникающие взаимные помехи, и сигналы множества базовых станций 105 могут когерентно комбинироваться в каждом мобильном устройстве 110. В вариантах осуществления, в которых методы IBS-MIMO реализованы в каналах восходящей связи, сигналы, принимаемые базовыми станциями 105 из скоординированной группы, могут одновременно использоваться и когерентно комбинироваться, в результате чего подавляются взаимные помехи в процессе демодуляции/декодирования.
В скоординированные группы может входить любое число базовых станций 105, при этом число базовых станций 105 в любой конкретной группе может изменяться со временем. Каждое мобильное устройство 110 может относиться к определенной скоординированной группе. В качестве альтернативы, группы мобильных устройств 110 могут относиться к выбранной скоординированной группе. В контексте настоящего изобретения термин "относящийся к" подразумевает объединение мобильного устройства 110 (или их группы) в пару с базовыми станциями 105 из скоординированной группы. Тем не менее мобильное устройство 110 и базовая станция(-и) 105 необязательно должны осуществлять активный обмен информацией, чтобы относиться к скоординированной группе. Например, поскольку в системе 100 беспроводной связи и бездействующем мобильном устройстве 110 может храниться информация с указанием скоординированной группы для бездействующего мобильного устройства 110, обмен между мобильным устройством 110 и системой 100 беспроводной связи может быть инициирован, как только будет доступна информация для передачи. В одном из вариантов осуществления мобильные устройства 110 относятся к одной и той же скоординированной группе при передаче по каналам как восходящей, так и нисходящей связи. Тем не менее в альтернативных вариантах осуществления мобильные устройства 110 могут относиться к одной скоординированной группе при передаче по каналам восходящей связи и к другой скоординированной группе при передаче по каналам нисходящей связи.
Для одновременного формирования скоординированных групп, выбора мобильных устройств 110, относящихся к скоординированным группам, и распределения ресурсов, используемых для связи между базовыми станциями 105 из скоординированных групп и соответствующими мобильными устройствами 110, используется распределитель 120 общих ресурсов (POP). Например, распределитель 120 общих ресурсов может формировать скоординированную группу, в которую входят базовые станции 105(1-2), и затем относить мобильные устройства 110(1-2) к этой скоординированной группе. В одном из вариантов осуществления распределитель 120 общих ресурсов реализован централизованно, например, в контроллере радиосети. Тем не менее, в альтернативных вариантах осуществления функциональные возможности распределителя 120 общих ресурсов могут быть рассредоточены по различным адресам в системе 100 беспроводной связи. Кроме того, в систему 100 беспроводной связи может входить несколько распределителей 120 общих ресурсов. Каждый распределитель 120 общих ресурсов может отвечать за координирование работы своего набора базовых станций 105.
Распределитель 120 общих ресурсов использует предоставляемую базовыми станциями 105 информацию о состоянии канала для одновременного планирования и распределения коммуникационных ресурсов. В одном из вариантов осуществления базовые станции 105 осуществляют различные измерения состояний (например, с использованием пилотных сигналов, частоты появления ошибочных битов и т.п.) каналов восходящей и(или) нисходящей беспроводной связи между базовыми станциями 105 и мобильными устройствами 110. Затем базовые станции 105 могут сообщать о результатах этих измерений распределителю 120 общих ресурсов, который впоследствии использует результаты измерений, собранные от всех базовых станций 105, для осуществления процессов для одновременного планирования и распределения. В одном из вариантов осуществления базовые станции 105 также могут предоставлять распределителю 120 общих ресурсов требования планирования для использования в процессе одновременного планирования и распределения. Примеры требований планирования могут включать без ограничения требования к времени ожидания, относящиеся к мобильным устройствам 110 и(или) занятости буферов данных для передачи мобильным устройствам 110.
После того, как распределитель 120 общих ресурсов сформировал скоординированные группы для каждого мобильного устройства 110 и распределил ресурсы для осуществления связи с этими мобильными устройствами 110, распределитель 120 общих ресурсов предоставляет эту информацию базовым станциям 105. В одном из вариантов осуществления информация о распределении ресурсов содержит время передачи и(или) интервалы времени передачи, коэффициенты формирования диаграмм направленности и распределение мощностей, и может передаваться базовым станциям 105 вместе с информацией, содержащей указания базовым станциям 105 связаться с мобильными устройствами 110, относящимися к скоординированным группам, в которые входит базовая станция 105. Поскольку информация, сообщаемая распределителем 120 общих ресурсов, также может содержать списки других базовых станции 105 из скоординированных групп, каждая базовая станция 105 может использовать данные одновременно с другими базовыми станциями 105 из своих скоординированных групп. Путем ограничения использования данных одновременно только с базовыми станциями 105 из скоординированных групп, сформированных распределителем 120 общих ресурсов, значительно уменьшается обмен сигналами вследствие одновременного использования данных. Например, в условиях малого доплеровского сдвига на обмен сигналами, используемый для обеспечения одновременного использования данных, приходится 90% графика обратной связи в системе с поддержкой полной сетевой координации.
На фиг.2А и 2Б представлена концептуальная иллюстрация второго примера осуществления системы 200 беспроводной связи. Во втором примере осуществления мобильное устройство 205 изначально отнесено к скоординированной группе, в которую входят соты 210(1-2). Тем не менее мобильное устройство 205 может переместиться в другое положение, указанное стрелкой на фиг.2Б. После этого находящееся в режиме роуминга мобильное устройство 205 может быть отнесено к другой скоординированной группе, в которую входят соты 210(2-3). С целью учета перемещений мобильных устройств 205 одновременное планирование и распределение ресурсов может осуществляться итерационно с тем, чтобы можно было преимущественно непрерывно и(или) с выбранными интервалами обновлять данные о составе скоординированных групп и соответствующих мобильных устройств 205.
На фиг.3А и 3Б представлена концептуальная иллюстрация первого и второго примеров осуществления способа 300 одновременного выбора базовых станций и распределения ресурсов. Варианты осуществления способа 300 могут быть реализованы в функциональном объекте, таком как распределитель 120 общих ресурсов, показанный на фиг.1. Способ 300 может осуществляться итерационно и повторяться преимущественно непрерывно с выбранными интервалами или при условии выполнения какого-либо иного критерия, такого как изменение одного или нескольких параметров, выведенных из информации о состоянии канала. Соответственно, каждая базовая станция преимущественно непрерывно или с другими интервалами в зависимости от различных алгоритмов, используемых для планирования и распределения ресурсов, таких как вычисление коэффициентов формирования диаграмм направленности может передавать распределяющему объекту оценки канала (например, отношение сигнала к сумме помех с шумом (ОСПШ или SINR, от английского - signal-to-interference+noise ratio), фазу сигнала, амплитуду сигнала, является сигнал установившимся, быстро затухающим, ковариантным, положение пользователя).
1
к
В способе 300 используется модель беспроводного радиоинтерфейса для одновременного формирования скоординированных групп, отнесения пользователей к этим группам и распределения ресурсов для базовых станций из скоординированных групп. В проиллюстрированном варианте осуществления модели N означает число базовых станций в системе, М означает число антенн у каждой базовой станции, В означает максимальный размер каждой группы, К означает число пользователей в сети, L означает число приемных антенн у каждого пользователя, а α, …, α означает весовые коэффициенты качества обслуживания различных пользователей.
Канал между одной из N базовых станций и одним из k пользователей представлен матрицей
. Коэффициент использования канала между одной из М антенн одной из N базовых станций и одним из k пользователей моделируют согласно следующему уравнению:
c
1
c
в котором
означает коэффициент быстрого затухания, β означает постоянную потерь на трассе,
означает расстояние в километрах между одной из N базовых станций и одним из k пользователей, α означает экспоненту потерь на трассе, а
моделирует теневой член. Вектор
обозначает вектор М×1 предварительного кодирования, используемый в одной из N базовых станций для одного из k пользователей. Переменная
означает набор групп базовых станций для заданного группирования, в котором N=|С|, a U, l=1,…,N означает набор пользователей, среди которых распределена передача в одной из 1 групп. Кроме того, согласно модели U определяется как
.
Сигнал, принимаемый одним и k пользователей, входящим в одну из 1 групп, может быть записан в виде следующего уравнения:
,
в котором первый член отображает полезный сигнал, второй член отображает помехи вследствие сигналов, передаваемых пользователям их тех же групп, третий член отображает помехи вследствие сигналов от внешних групп, а последний член отображает тепловой шум. Вектор
обозначает сумматор 1×L принимаемых сигналов. Сигнал после сложения может быть записан в следующем виде:
.
ОСПШ одного из k пользователей как функция (С, U) имеет вид следующего уравнения:
k
в котором P означает мощность, распределенную для одного из k пользователей. В альтернативных вариантах осуществления вектор
может быть вычислен путем обращения в нуль незначащих коэффициентов, методом вычисления минимальных среднеквадратических ошибок или с использованием методов предварительного кодирования, для которых требуется лишь частичная информация о состоянии канала.
В проиллюстрированном на фиг.3А первом примере осуществления способа 300 передают распределяющему объекту одно или несколько требований 305 планирования (если они доступны) и информацию 310 о состоянии канала (ИСК), касающуюся одного или нескольких пользователей и базовых станций. Затем распределяющий объект одновременно (на шаге 315) выбирает одного или нескольких пользователей, создает одну или несколько скоординированных групп базовых станций, относящихся к выбранным пользователя, распределяет мощность для передачи от сгруппированных базовых станций выбранным пользователям и вычисляет коэффициенты формирования диаграмм направленности. Одновременные операции выполняются (на шаге 315) на основании информации о состоянии канала и (если они доступны) требований планирования, предоставленных пользователями. Тем не менее специалисты в данной области техники, ознакомившиеся с настоящим описанием, должны учесть, что распределяющий объект также может выполнять другие операции с использованием информации о состоянии канала и(или) требований планирования. Затем распределяющий объект может передавать (на шаге 320) базовым станциям информацию с указанием группирования, списков пользователей, относящихся к каждой группе, распределения мощностей и коэффициентов формирования диаграмм направленности.
В проиллюстрированном на фиг.3Б втором примере осуществления способа 300 распределяющий объект выполняет ряд последовательных приближений в отношении нескольких групп-кандидатов и одновременно выбирает пользователей и распределяет ресурсы для выбранных пользователей, а затем выбирает одну из групп-кандидатов на основании определенного критерия, такого как критерий суммарно скорости. Например, сначала используют (на шаге 325) требования 305 планирования и информацию 310 о состоянии канала, чтобы выбрать (на шаге 325) из базовых станций кандидата на отнесение к группе. Например, кандидат на отнесение к группе может выбираться (на шаге 325) динамическим способом без какой-либо фиксированной или предварительно заданной схемы скоординированных групп. В этом примере может использоваться поглощающий алгоритм, когда на каждом шаге к группе добавляют новую базовую станцию, в результате чего увеличивается пропускная способность, и(или) пока не будет достигнут максимальный размер группы. В качестве альтернативы, в способе 300 может быть предусмотрен выбор (на шаге 325) группы-кандидата из списка предварительно заданных скоординированных групп-кандидатов для планирования и распределения ресурсов. За счет использования предварительно заданного набора скоординированных групп-кандидатов может быть упрощена задача одновременного планирования и распределения. Например, если
означает набор возможных скоординированных групп, вычислительная сложность поиска может быть уменьшена за счет установления соответствующим образом количества элементов в наборе
.
Затем распределяющий объект одновременно (на шаге) относит одного или нескольких пользователей к выбранной скоординированной группе-кандидату, распределяет мощность для передачи и вычисляет коэффициенты формирования диаграмм направленности. Одновременные операции выполняют (на шаге 330) на основании информации о состоянии канала и (если они доступны) требований планирования, предоставленных пользователями. Если для оценки доступны дополнительные группы (что определяют на шаге 335), распределяющий объект продолжает выбор (на шаге 325) другой группы-кандидата и осуществляет (на шаге 330) одновременный выбор пользователей и распределение ресурсов.
После того как группы оценены, распределяющий объект выбирает (на шаге 340) одну из групп-кандидатов и соответствующих пользователей и распределенные ресурсы. В одном из вариантов осуществления распределяющий объект выбирает (на шаге 340) группу с целью достижения максимальной возможной суммарной скорости и(или) взвешенной суммарной скорости. Например, при осуществлении способа 300 может быть предусмотрена оценка суммарной скорости, полученной для заданного группирования/набора пользователей путем вычисления коэффициентов формирования диаграмм направленности и распределения мощности в зависимости от кандидатов на отнесение к группе/набора пользователей, доступной информации о состоянии канала и (необязательно) и требования планирования. Затем распределяющий объект может передавать (на шаге 320) базовым станциям информацию с указанием группирования, списка пользователей, отнесенных к каждой группе, распределения мощностей и коэффициентов формирования диаграмм направленности.
На фиг.4А, 4Б и 4В представлена концептуальная иллюстрация одного из примеров осуществления набора предварительно заданных скоординированных групп. В проиллюстрированном варианте осуществления показаны три набора скоординированных групп-кандидатов, которые могут использоваться для группирования семи сот 400, показанных на фиг.4А, 4Б и 4В. Базовые станции из каждой скоординированной группы-кандидата обведены жирным контуром. Например, на фиг.4А показан первый набор-кандидат скоординированных групп, в котором в первую группу входят соты 400(1-2), во вторую группу входят соты 400(6-7), в третью группу входят соты 400(3-4), а в четвертую группу входит сота 400(5). В качестве другого примера на фиг.4Б показан первый набор-кандидат скоординированных групп в котором в первую группу входят соты 400(2-3), во вторую группу входят соты 400(5-6), в третью группу входят соты 400(4, 7), а в четвертую группу входит сота 400(1). В качестве еще одного другого примера на фиг.4В показан первый набор-кандидат скоординированных групп, в котором в первую группу входят соты 400(1, 6), во вторую группу входят соты 400(3, 7), в третью группу входят соты 400(4-5), а в четвертую группу входит сота 400(2).
Если исходить из фиксированного набора-кандидата скоординированных групп, обозначенного как Δ, задача одновременного планирования активных пользователей, выбора групп и отнесения пользователей к заданной группе может быть представлена в следующем виде:
Для вычисления
в заданном варианте осуществления может использоваться стратегия предварительного кодирования путем обращения в нуль незначащих коэффициентов. Например, рассмотрим одну из 1 групп. Если принять число антенн на стороне базовой станции за 1 (М=1), эквивалентная канальная матрица для одной из 1 групп может быть представлена в следующем виде:
Согласно стратегии предварительного кодирования путем обращения в нуль незначащих коэффициентов
вычисляют следующим образом:
а ОСПШ (1) может быть представлено в следующем виде:
описанный подход на основании обращения в нуль незначащих коэффициентов может быть распространен на случай наличия множества антенн у базовой станции (М>1) и множества антенн у каждого приемника. В других вариантах осуществления может использоваться принцип поглощающего выбора пользователей для уменьшения вычислительной сложности при расчете коэффициентов формирования диаграмм направленности.
В одном из вариантов осуществления способ 300 также может включать начальный шаг, на котором каждый пользователь может быть отнесен к базовой станции, что гарантирует оптимальной долговременное качество канала (т.е. потери на трассе + затенение). В другом альтернативном варианте осуществления итерации способа 300 предусматривают выбор набора активных пользователей, отнесенных к базовой станции, входящей в группу.
Кроме того, способ 300 может применяться к случаю как перекрывающихся групп, так и неперекрывающихся групп. Например, в предварительно заданный набор скоординированных групп-кандидатов может входить одна или несколько базовых станций, которые одновременно входят в несколько групп.
На фиг.5 показана смоделированная вероятность того, что величина средней скорости в пересчете на соту меньше выбранной величины для скоординированных и нескоординированных алгоритмов. По горизонтальной оси отложена средняя скорость в пересчете на соту, а по вертикальной оси отложена вероятность достижения при моделировании этой средней скорости в пересчете на соту. Вероятности, представленные на фиг.5, вычисляют с использованием системной модели, в которой предполагается, что в систему беспроводной связи входят 7 одноантенных базовых станций, а также предусмотрен циклический возврат. Циклический возврат предусмотрен с целью учета влияния взаимодействия на краях центральной группы. Следовательно, на каждого моделируемого пользователя воздействует одинаковое число создающих помехи базовых станций, при этом каждая базовая станция потенциально способна взаимодействовать с одинаковым числом соседних базовых станций. Внутри каждой соты с одинаковой вероятностью отбрасывается каждый пользователь с одноантенным приемником. Равноправие гарантируется планировщиком пропорционального равноправия. Определяют ОСШ на вершине соты в качестве эталонного ОСШ. Используют предварительное кодирование путем обращения в нуль незначащих коэффициентов. При моделировании предполагается, что на соту приходится 20 пользователей, эталонное ОСШ составляет 15 дБ, максимальный размер группы равен 4, экспонента потерь на трассе равна 5, затенение отсутствует, а коэффициент пропорционального равноправия равен 0,01.
Показанные на фиг.5 четыре кривые соответствуют случаям отсутствия координации между базовыми станциями, полной координации между всеми базовыми станциями существует, статической координации при максимальном размере группы, равном 4, и динамической координации с использованием скоординированных групп-кандидатов, проиллюстрированных на фиг.4А. Как показывает моделирование, при динамической координации с использованием предварительно заданного набора скоординированных групп-кандидатов (что является эффективным с вычислительной точки зрения подходом) достигается стандартная скорость, составляющая почти 75% скорости, достигаемой при полной координации. В тоже время, при использовании динамической координации почти на 50% сокращается обмен сигналами обратной связи.
На фиг.6 показана моделированная средняя скорость в пересчете на пользователя в зависимости от идентификатора пользователя для скоординированных и нескоординированных алгоритмов. По горизонтальной оси отложены идентификаторы пользователей (которые были рассортированы в порядке возрастания средней скорости), а по вертикальной оси отложена средняя скорость. Показанные на фиг.5 вероятности вычисляют с использованием системной модели, согласно которой предполагается, что в систему беспроводной связи входит 7 одноантенных базовых станций, а также предусмотрен циклический возврат. Циклический возврат предусмотрен с целью учета влияния взаимодействия на краях центральной группы. Следовательно, на каждого моделируемого пользователя воздействует одинаковое число создающих помехи базовых станций, при этом каждая базовая станция потенциально способна взаимодействовать с одинаковым числом соседних базовых станций. Внутри каждой соты с одинаковой вероятностью отбрасывается каждый пользователь с одноантенным приемником. Равноправие гарантируется планировщиком пропорционального равноправия. Определяют ОСШ на вершине соты в качестве эталонного ОСШ. Используют предварительное кодирование путем обращения в нуль незначащих коэффициентов. При моделировании предполагается, что на соту приходится 20 пользователей, эталонное ОСШ составляет 15 дБ, максимальный размер группы равен 4, экспонента потерь на трассе равна 5, затенение отсутствует, а коэффициент пропорционального равноправия равен 0,01.
Как и на фиг.5, на фиг.6 показано, что при координации базовых станций значительно повышается средняя скорость практически для всех пользователей за исключением тех пользователей, которые находятся очень близко к одной из базовых станций и, следовательно, достигают высоких скоростей при связи с этой базовой станцией. Кроме того, эффективный с вычислительно точки зрения подход к динамической координации с использованием предварительно заданного набора скоординированных групп-кандидатов обычно обеспечивает значительно более высокие средние скорости в пересчете на пользователя, чем без координации, и лишь несколько более низкие, чем при полной координации всех базовых станций. Выигрыш, который обеспечивают методы динамической координации, является наибольшим для пользователей с самыми низкими средними скоростями, например, пользователей на наибольшем удалении (в среднем) от любой конкретной базовой станции.
Некоторые элементы настоящего изобретения и соответствующее подробное описание представлены в терминах, относящихся к программному обеспечению или алгоритмам и символическим записям операций с битами данных в компьютерной памяти. Это описание и записи, которые используют специалисты в данной области для эффективного доведения сущности своей работы до сведения других специалистов в данной области техники. Подразумевается, что термин "алгоритм" в том смысле, в котором он используется в настоящем описании, и в общепринятом смысле означает самосогласованную последовательность шагов, ведущих к достижению желаемого результата. Шагами являются шаги, требующие физических манипуляций физическими величинами. Обычно, хотя и необязательно эти величины выражены в виде оптических, электрических или магнитных сигналов, допускающих хранение, передачу, объединение, сравнение и иные манипуляции. Иногда, в основном, исходя из обычного использования, эти сигналы удобно называть битами, величинами, элементами, символами, знаками, членами, числами и т.п.
Вместе с тем, следует иметь в виду, что все эти и подобные термины должны быть связаны с соответствующими физическими величинами и являются лишь удобными обозначениями, применяемыми к этим величинам. Если только конкретно не указано или из описания не явствует иное, такие термины, как "обработка" или "вычисление", или "расчет", или "определение", или "отображение" и т.п. относятся к работе и процессам, выполняемым посредством компьютерной системы или аналогичных электронных вычислительных устройств, которые осуществляют манипулирование и преобразование данных, представленных в виде физических, электронных величин в регистрах и запоминающих устройствах компьютерной системы, в другие данные, которые аналогичным образом представлены в виде физических величин в запоминающих устройствах или в регистрах компьютерной системы или в иных таких устройствах для хранения, передачи или отображения информации.
Также следует отметить, что программно реализованные особенности изобретения обычно закодированы в запоминающем устройстве какого-либо рода для хранения программ или реализованы в передающей среде какого-либо типа. Запоминающим устройством для хранения программ может являться магнитное (например, накопитель на гибких дисках или накопитель на жестких дисках) или оптическое (например, постоянное запоминающее устройство на компакт-диске или ПЗУ на компакт-диске) устройство, которое может быть доступным только для чтения или с произвольным доступом. Аналогичным образом, передающей средой могут являться витые пары, коаксиальный кабель, оптическое волокно или какая-либо иная применимая передающая среда, известная из уровня техники. Изобретение не ограничено этими особенностями какой-либо заданной реализации.
Описанные частные варианты осуществления являются лишь пояснительными, поскольку изобретение может быть усовершенствовано и реализовано различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, ознакомившимися с изложенными в описании идеями. Кроме того, подробности описанной структуры или замысла не ограничены чем-либо помимо следующей далее формулы изобретения. Таким образом, очевидно, что описанные частные варианты осуществления могут быть изменены или усовершенствованы, и все такие изменения считаются входящими в пределы объема и сущности изобретения. Соответственно, испрашивается охрана в объеме следующей далее формулы изобретения.