УСТАНОВКА МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ В БАЗОВОЙ СТАНЦИИ СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ, ИМЕЮЩЕЙ МНОЖЕСТВО АНТЕНН
SETTING MAXIMUM POWER IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM BASE STATION HAVING MULTIPLE ANTENNAE

Уровень техники
Изобретение относится к системам мобильной связи, а более конкретно к способам и устройствам для установки максимальных параметров мощности в базовых станциях системы мобильной связи, имеющих множество антенн.
Обработка множества входов-выходов (MIMO) является усовершенствованной антенной технологией для улучшения спектральной эффективности и, следовательно, повышения общей производительности системы электросвязи. Использование обработки MIMO подразумевает, что и базовая станция, и оборудование пользователя используют множество антенн. Существует множество технологий (или режимов) MIMO. Некоторыми из них являются: управление скоростью для каждой антенны (Per Antenna Rate Control, PARC), выборочное PARC (S-PARC), разнесение передатчика, разнесение приемника и антенная решетка сдвоенной передачи (Double Transmit Antenna Array, D-TxAA). Технология D-TxAA является усовершенствованной версией разнесения передатчика, которое используется в наземной сети радиодоступа (UTRAN) универсальной мобильной телекоммуникационной системы (UMTS).
Независимо от применяемой технологии MIMO, как правило, используется обозначение (M×N) для представления конфигурации MIMO по количеству передающих антенн (M) и приемных антенн (N). Обычными используемыми или в настоящее время обсуждаемыми конфигурациями MIMO для различных технологий являются: (2×1), (1×2), (2×2), (4×2), (8×2) и (8×4). Конфигурации, представленные (2×l) и (1×2), являются особыми случаями MIMO и соответствуют разнесению передатчика и разнесению приемника, соответственно.
Вышеупомянутые режимы MIMO, а также другие технологии MIMO обеспечивают возможность применения различных типов пространственной обработки к передаваемым и принимаемым сигналам. Способность использовать пространственное разнесение, в общем, улучшает спектральную эффективность, расширяет зону охвата соты, улучшает скорость передачи данных пользователя и уменьшает взаимные внутрисистемные помехи. По существу, каждая технология MIMO имеет свое собственное преимущество. Например, технология разнесения приемника (1×2), в частности, улучшает зону охвата. В отличие от нее, технологии MIMO (2×2), например D-TxAA, приводят к увеличению пиковых скоростей передачи битов пользователя.
Хотя MIMO можно использовать для улучшения скорости передачи данных, передача MIMO также подразумевает увеличение сложности обработки и потребляет больше мощности батареи оборудования пользователя (UE), чем передачи не-MIMO. Следовательно, обработку MIMO, в частности, можно выполнять для передач с высокой скоростью передачи данных. В UTRAN высокие скорости передачи данных отображают на общий нисходящий канал (HS-DSCH). Встраиваемая или внутриполосная сигнализация более высокого уровня, которую также можно мультиплексировать на HS-DSCH, может, следовательно, быть передана с использованием MIMO.
В отличие от этого, отдельная сигнализация или каналы, содержащие выделенную сигнализацию физического или более высокого уровня, должны предпочтительно передаваться с использованием общепринятой антенной технологии (например, случай одной антенны). Примером является использование UTRAN совмещенного выделенного канала для управления регулированием мощности, иногда этот канал также несет сигнализацию более высокого уровня. Аналогично, при мягкой передаче обслуживания низкоскоростные выделенные каналы могут по-прежнему передаваться через одну антенну.
Использование MIMO приводит к значительному улучшению производительности по сравнению с базовым сценарием одиночных передающей и приемной антенн. Но так как в сети может потребоваться поддержка и MIMO, и не-MIMO оборудования пользователя, то оборудование пользователя, поддерживающее MIMO, сообщает сети о своих функциональных возможностях во время установления соединения или во время процесса регистрации. Определенные технологии могут поддерживать несколько режимов MIMO. Это означает, что в одном сценарии конкретная базовая станция может поддерживать все возможные режимы MIMO, допускаемые соответствующим стандартом, в то время как в другом сценарии базовая станция может обеспечивать только подмножество режимов MIMO. В основной конфигурации базовая станция может не обеспечивать функционирование MIMO, то есть она может поддерживать только функционирование с одной передающей антенной. Следовательно, фактическое использование конкретной технологии MIMO возможно в сценариях, когда и обслуживающая базовая станция, и оборудование пользователя имеют одну и ту же функциональную возможность MIMO.
Существует два основных сценария применения MIMO: в сценарии "только MIMO" предполагается, что обслуживающая базовая станция, а также все оборудование пользователя, обслуживаемое этой базовой станцией, поддерживают одну и ту же технологию MIMO, например D-TXAA в случае UTRAN. Этот сценарий не является очень реалистическим, потому что на практике почти всегда существует оборудование пользователя с ограниченными возможностями, которое не поддерживает MIMO. Однако может случиться так, что, время от времени, все пользователи в соте имеют функциональную возможность MIMO. В любой данный момент обслуживающая базовая станция или соответствующий контроллер радиосети (RNC) в UTRAN полностью осведомлены о многоантенных функциональных возможностях оборудования пользователя, которое они обслуживают. Однако даже когда все пользователи обладают функциональной возможностью MIMO, по-прежнему могут быть сценарии и случаи, когда сеть может использовать одиночные антенны для передачи данных и/или сигнализации для конкретного пользователя. Например, с использованием одиночных передающих антенн по-прежнему могут передаваться низкие скорости передачи данных. Кроме того, при перегрузке сеть может быть вынуждена использовать передачи только одиночных антенн, даже для услуг с высокоскоростной передачей данных.
Второй сценарий применения MIMO подразумевает смесь MIMO и не-MIMO пользователей, то есть смесь пользователей, которые обладают функциональной возможностью MIMO, и тех, которые поддерживают только базовую конфигурацию (то есть передачу одиночной антенны). Это является более реалистическим сценарием. Базовыми пользователями (то есть не-MIMO пользователями), вероятно, являются или пользователи прежних версий более ранних выпусков стандарта, или пользователи с ограниченными возможностями.
Во многих густонаселенных районах, например хот-спотах, оператор использует несколько сот в одной географической области (например, несколько сот в одном секторе). Каждая базовая станция или узел B (Node B), как правило, обеспечивают зону охвата до трех секторов. В качестве примера, применение двух несущих в каждом узле B подразумевает две совмещенные соты в каждом секторе и шесть сот в каждом узле B. Фиг.1 является блок-схемой узла B 100 в системе UTRAN. Оборудование 101 пользователя представляет одно или несколько оборудований пользователя, которые могут обслуживаться узлом B 100. Шесть так называемых "совмещенных сот" поддерживаются использованием узлом B совмещенных несущих 103, которыми в системе UTRAN являются каждые 5 МГц, как изображено на фиг.1.
Аналогичная конфигурация является возможной в усовершенствованной системе UTRAN (E-UTRAN). Фиг.2 является блок-схемой eNode B (усовершенствованный узел B) 200 в системе E-UTRAN. Оборудование 201 пользователя представляет одно или несколько оборудований пользователя, которые могут обслуживаться eNode B 200. Шесть совмещенных сот поддерживаются использованием eNode B совмещенных несущих 203. Из-за переменных несущих частот в E-UTRAN, совмещенные соты могут иметь разную ширину полосы и, следовательно, разные уровни максимальной мощности передачи. Совмещенные несущие 203, имеющие разную ширину полосы, изображены на фиг.2. Однако даже в E-UTRAN самый обычный сценарий применения подразумевает совмещенные несущие 203, имеющие идентичную ширину полосы.
В системах UTRAN совмещенные соты, вероятно, имеют идентичный уровень максимальной мощности передачи. Однако значение уровня максимальной мощности передачи зависит от класса базовой станции. Например, уровень максимальной мощности передачи в макросотах может быть равен 43 дБм (децибел на миливатт), тогда как в меньших сотах (например, пикосотах), ресурс максимальной мощности намного ниже (например, 24 дБм).
Для систем E-UTRAN, в которых ширина полосы частоты соты может быть от 1,4 до 20 МГц, максимальная мощность соты для ширины полосы 20 МГц может быть до 46 дБм (децибел на миливатт) в макросотах. Для сравнения отметим, что в сотах, имеющих меньшую ширину полосы, максимальная мощность передачи ниже. Передача в совмещенных сотах обслуживается усилителями мощности с несколькими несущими (MCPA). MCPA налагает ограничения на максимальную общую мощность передачи в каждой базовой станции (или узле B, или eNode B), а также на максимальную мощность передачи для каждой несущей (или совмещенной соты). Для удобства, термин "базовая станция" используется во всем этом описании изобретения и формуле изобретения для обозначения не только общепринятых базовых станций, например, используемых в системе в соответствии со стандартами глобальной системы мобильной связи (GSM), но также и узлов B, узлов eNode B и любого другого эквивалентного узла в системе электросвязи.
ij
Общая передаваемая мощность в каждой соте ограничена. Следовательно, максимальная мощность, доступная в соте, разделяется между передающими антеннами. Если предполагается, что существует K совмещенных сот (или, что эквивалентно, несущих) и L антенн в базовой станции (например, узле B или eNode B) и что настройка максимальной мощности в каждой антенне для антенны "j" для данной несущей частоты "i" в базовой станции BS обозначается P, то эти элементы можно использовать для формирования матрицы максимальных мощностей базовой станции, , для базовой станции, 'BS', по линейной шкале. Максимальная общая мощность базовой станции   может быть получена следующим образом:
ij
ij
где каждый элемент p (1≤i≤K и 1≤j≤L ) можно рассматривать как коэффициент, c, умноженное на ресурс максимальной мощности передачи для несущей i .
Соответственно, общая максимальная передаваемая мощность всех антенн для конкретной несущей частоты T может быть выражена как
Общая максимальная передаваемая мощность всех антенн и всех доступных несущих частот в базовой станции, 'BS', может тогда быть выражена как . Максимальная мощность передачи в базовой станции устанавливается и поддерживается согласно вышеприведенным уравнениям. Однако они являются общими выражениями, которые не обеспечивают никаких указаний в отношении того, как определять фактическую настройку максимальных уровней мощности передачи. Ниже описываются установки, используемые в технологиях существующего уровня техники (например, UTRAN, E-UTRAN и т.д).
Размер зоны охвата нисходящей линии связи соты определяется установкой уровней мощности общего канала. Когда в базовой станции используется MIMO, общие каналы (например, BCH, SCH или каналы, содержащие последовательности пилот-сигнала), как правило, передаются из всех или, по меньшей мере, нескольких антенн. Однако настройка их уровней мощности может быть разной на разных антеннах. Например, одна из антенн может рассматриваться как первичная антенна. Передаваемая мощность обычной последовательности пилот-сигнала (например, передаваемой по общему пилотному каналу - "CPICH" - в UTRAN) может быть большей на первичной антенне, чем на любой из остальных антенн. Например, в случае MIMO (2×2), в типичной конфигурации в UTRAN установка мощности CPICH на первичной антенне может быть в два раза больше установки мощности CPICH на вторичной антенне. Это обеспечивает хорошую зону охвата соты не-MIMO пользователей, которые, как правило, обслуживаются первичной антенной.
UE идентифицирует соты и оценивает канал исходя из последовательностей пилот-сигнала, посылаемых по общим каналам (например, SCH, CPICH и т.д.). Кроме того, такие важные функции ресурса радиосвязи, как повторный выбор соты, принятие решений о передаче обслуживания и т.п., также основаны на измерениях, выполняемых на основе сигналов, посылаемых через общие каналы. Следовательно, для обеспечения согласованной зоны охвата соты, мощность общих каналов на всех антеннах остается постоянной, даже если максимальная мощность для каждой антенны меняется.
Относительно настройки максимальной мощности UTRAN, доступный ресурс мощности передачи для каждой соты (то есть ), равномерно распределяется между множеством антенн. Так как используется идентичная ширина полосы (например, 5 МГц) во всех совмещенных сотах, то матрица максимальных мощностей передачи базовой станции () может быть выражена как
Значение  включает в себя мощность общих каналов, MIMO пользователей и не-MIMO пользователей. Так как в каждой базовой станции существует K сот, то максимальная общая мощность базовой станции () может быть выражена как .
Для иллюстрации этого момента, для случая MIMO (2×2) в среде макросоты и с предположением двух несущих частот в каждой базовой станции, матрица максимальных мощностей базовой станции может быть представлена как:
Относительно настройки максимальной мощности E-UTRAN, доступный ресурс мощности передачи для каждой соты в соте "i" (то есть ) также равномерно распределяется между множеством антенн. Однако максимальная мощность для каждой соты в пределах одной базовой станции (например, eNode B) может быть разной для разных сот, если они имеют разную ширину полосы несущей. В случае если используется одна и та же ширина полосы во всех совмещенных сотах, то матрица максимальных мощностей базовой станции () будет идентична той, которая представлена выше для случая UTRAN. Однако если используется разная ширина полосы несущих в совмещенных сотах, то матрица () максимальных мощностей базовой станции задается
Как и раньше, каждый элемент  матрицы включает в себя мощность общих каналов, MIMO пользователей и не-MIMO пользователей. Так как в каждой базовой станции существует K сот, то максимальная общая мощность базовой станции () может быть выражена как
Для иллюстрации этого примера, для случая MIMO (2×2) с двумя несущими в каждой базовой станции (например, eNode B), используемой в макросотовой среде, и при предположении, что несущая №l и несущая №2 имеют ширину полосы 10 МГц и 20 МГц, соответственно, соответствующие ресурсы максимальной мощности для каждой несущей для несущей №l и несущей №2 равны 40 Вт и 20 Вт соответственно. Общая максимальная мощность для каждой антенны, соответственно, равна
И для UTRAN и для E-UTRAN, имеет место то, что базовая станция может полностью использовать ресурсы передаваемой мощности базовой станции, только если все пользователи, обслуживаемые одной базовой станцией, поддерживают MIMO и если все эти пользователи обслуживаются с использованием полных функциональных возможностей MIMO UE и обслуживающей базовой станции. Однако на практике маловероятно то, что эти условия будут часто удовлетворяться, потому что очень вероятно то, что будет иметь место смесь MIMO и не-MIMO пользователей (использующих одну передающую антенну) в соте, из которых последние пользователи будут обслуживаться первичной антенной. Во-вторых, даже если все пользователи обладают функциональной возможностью MIMO, некоторые из них не могут обслуживаться всеми возможными антеннами все время. По меньшей мере, по этим причинам, стратегия равномерного распределения ресурса максимальной передаваемой мощности между множеством антенн не оптимальна.
Следовательно, требуются способы и устройства, которые распределяют ресурсы максимальной передаваемой мощности между множеством антенн базовой станции способом, который обеспечивает возможность базовой станции лучше использовать свои общие ресурсы передаваемой мощности.
Сущность изобретения
Следует подчеркнуть, что в этом описании изобретения термины "содержит" и "содержащий" используются для указания на наличие заявленных признаков, целых чисел, этапов или компонентов, но использование этих терминов не исключает наличие или добавление одного или нескольких других признаков, целых чисел, этапов, компонентов или групп из них.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, вышеизложенные и другие цели достигнуты в способах и устройствах, которые управляют базовой станцией для выполнения распределения ресурса максимальной мощности передачи каждой из нескольких передающих антенн. Базовая станция содержит множество передающих антенн и может использовать обработку множества входов-выходов (MIMO) для обслуживания одного или нескольких MIMO пользователей, а также может обслуживать одного или нескольких не-MIMO пользователей. Каждая из антенн передает на одной или нескольких несущих, выбираемых из набора совмещенных несущих, причем каждый не-MIMO пользователь обслуживается только одной антенной и каждый MIMO пользователь обслуживается двумя или большим количеством антенн. Распределение ресурса максимальной мощности передачи каждой передающей антенне подразумевает, для каждого MIMO пользователя, распределение одной или нескольких несущих, выбираемых из набора совмещенных несущих, для использования в обслуживании MIMO пользователя. Кроме того, для каждого не-MIMO пользователя, распределяется одна или несколько несущих, выбираемых из набора совмещенных несущих, для использования в обслуживании не-MIMO пользователей.
Для каждой несущей из набора совмещенных несущих используется информация об объеме распределенных MIMO пользователю ресурсов, связанных с этой несущей, и объеме распределенных не-MIMO пользователю ресурсов, связанных с этой несущей, для получения набора коэффициентов, причем каждый коэффициент соответствует одной единственной антенне и каждый коэффициент представляет долю ресурса максимальной мощности для несущей. Для каждой несущей из набора совмещенных несущих используются коэффициенты и ресурс максимальной мощности передачи для несущей для получения ресурса максимальной мощности передачи для каждой антенны. Для каждой антенны из множества передающих антенн получен общий ресурс максимальной мощности передачи для этой антенны посредством объединения полученных ресурсов максимальной мощности передачи несущих, передаваемых на этой антенне. Кроме того, определяется, превышает ли общий ресурс максимальной мощности передачи антенны ограничение мощности передачи для этой антенны.
В некоторых вариантах осуществления распределение несущих таково, что MIMO пользователи и не-MIMO пользователи равномерно распределены по всем несущим.
В некоторых вариантах осуществления объем распределенных MIMO пользователю ресурсов включает в себя величину передаваемой мощности или количество используемых каналов MIMO пользователей в соте, и объем распределенных не-MIMO пользователю ресурсов включает в себя величину передаваемой мощности или количество используемых каналов не-MIMO пользователей в соте. В некоторых из этих вариантов осуществления каналы являются кодами формирования каналов сети радиодоступа с множественным доступом с кодовым разделением. Они могут в качестве альтернативы быть наборами поднесущих или наборами ресурсных блоков в сети радиодоступа с множественным доступом с ортогональным частотным разделением.
В некоторых вариантах осуществления для каждой несущей из набора совмещенных несущих, одна из антенн является первичной антенной, которая обслуживает одного или нескольких MIMO пользователей и одного или нескольких не-MIMO пользователей, и остальные антенны являются вторичными антеннами, которые обслуживают одного или нескольких MIMO пользователей. В некоторых случаях, одна и та же антенна является первичной антенной для всех несущих. В качестве альтернативы, одна другая антенна является первичной антенной для каждой несущей.
В другом аспекте вариантов осуществления, соответствующих изобретению, если определено, что общий ресурс максимальной мощности передачи первичной антенны несущей превышает ограничение мощности передачи первичной антенны несущей, то определяется, удовлетворяют ли радиоусловия для не-MIMO пользователя одному или нескольким предопределенным критериям, и если это так, то одна из вторичных антенн несущей используется для обслуживания этого не-MIMO пользователя, если радиоусловия для упомянутого не-MIMO пользователя удовлетворяют этому одному или нескольким предопределенным критериям. В некоторых из этих вариантов осуществления не-MIMO пользователю передается идентификатор вторичной антенны, которая должна использоваться для обслуживания этого не-MIMO пользователя.
В еще одном аспекте вариантов осуществления, соответствующих изобретению, для каждой одной или нескольких несущих получают общий ресурс максимальной мощности передачи для несущей посредством объединения полученных ресурсов максимальной мощности передачи антенн для упомянутой одной несущей. Если определено, что общий ресурс максимальной мощности передачи для несущей превышает ограничение мощности передачи для этой несущей, то одного или нескольких не-MIMO пользователей, в настоящее время принимающих услугу на этой несущей, вынуждают вместо этого принимать услугу на доступной целевой несущей. В одном аспекте некоторых из этих вариантов осуществления не-MIMO пользователи принимают услугу на первичной антенне целевого лица, получающего доход, если услуга не вызывает то, что общая мощность передачи первичной антенны превышает общий ресурс максимальной мощности передачи первичной антенны (509). Однако не-MIMO пользователи принимают услугу на одной из вторичных антенн целевой несущей, если услуга вызывает то, что общая мощность передачи первичной антенны превышает общий ресурс максимальной мощности передачи первичной антенны.
Краткое описание чертежей
Цели и преимущества изобретения будут поняты при чтении следующего подробного описания вместе с чертежами, на которых:
Фиг.1 является блок-схемой узла B в системе UTRAN.
Фиг.2 является блок-схемой eNode B в системе E-UTRAN.
Фиг.3 является, среди прочего, блок-схемой иллюстративных этапов/процессов, выполняемых в устройстве базовой станции в соответствии с аспектами изобретения.
Фиг.4 является, среди прочего, блок-схемой иллюстративных этапов/процессов, выполняемых в устройстве базовой станции для обработки случаев, в которых выполнено неоптимальное распределение мощности одной или нескольким передающим антеннам.
Фиг.5 является, среди прочего, блок-схемой иллюстративных этапов/процессов, выполняемых в устройстве базовой станции для обработки случаев, в которых выполнено неоптимальное распределение мощности одной или нескольким передающим антеннам.
Подробное описание
Далее описываются различные признаки изобретения со ссылкой на чертежи, на которых используется сквозная нумерация.
Различные аспекты изобретения описаны далее более подробно применительно к нескольким иллюстративным вариантам осуществления. Для лучшего понимания изобретения, многие аспекты изобретения описаны в виде последовательностей действий, которые должны выполняться элементами компьютерной системы или других аппаратных средств, которые могут выполнять программно-реализованные команды. Будет очевидно, что в каждом из вариантов осуществления, различные действия могут выполняться специализированными схемами (например, логическими вентилями с низкой степенью интеграции, соединенными для выполнения специализированной функции), командами программы, исполняемыми одним или несколькими процессорами, или комбинациями тех и других. Кроме того, изобретение также можно рассматривать как полностью воплощенное в любой форме читаемого компьютером носителя, например твердотельной памяти, магнитном диске или оптическом диске, содержащем соответствующий набор компьютерных команд, которые вызывают выполнение процессором способов, описанных в этом документе. Соответственно, различные аспекты изобретения могут быть осуществлены во многих разных формах, и считается, что все такие формы находятся в рамках изобретения. Для каждого из различных аспектов изобретения любая такая форма вариантов осуществления может называться в этом документе как "логическая схема, выполненная с возможностью" выполнять описанное действие, или в качестве альтернативы как "логическая схема, которая" выполняет описанное действие.
В одном аспекте вариантов осуществления, соответствующих изобретению, практические применения систем связи на основе MIMO улучшают использование доступной мощности передачи посредством динамической настройки ресурсов максимальной мощности передачи антенны. Так как существует ограничение общей максимальной передаваемой мощности для каждой антенны по всем несущим, то различные варианты осуществления обеспечивают возможность изменения уровней мощности между несущими одной и той же антенны.
В одном аспекте, базовой станцией, оборудованной множеством передающих антенн, управляют для динамической установки максимальной мощности для каждой антенны так, что общая мощность всех передающих антенн на одной и той же несущей остается в пределах определенного ограничения с одновременным обеспечением того, что общая максимальная мощность всех несущих на каждой антенне остается в пределах определенного ограничения. Динамическая установка максимальной передаваемой мощности антенны основана на распределении MIMO и не-MIMO пользователей. В некоторых, но не обязательно во всех, вариантах осуществления, максимальная мощность устанавливается способом, который обеспечивает, что все пользователи (не-MIMO пользователи или MIMO пользователи, использующие одну передающую антенну в данное время) поддерживают одну и ту же требуемую зону охвата в нисходящей линии связи. Это может достигаться, например, при равномерном распределении нагрузки MIMO и не-MIMO пользователей на всех несущих в пределах сектора.
В случае если нельзя достичь оптимальной максимальной мощности в каждой антенне, то пользователи (особенно не-MIMO пользователи) с хорошей зоной охвата (например, не-MIMO пользователи, которые находятся рядом с передающими антеннами) могут обслуживаться вторичными антеннами или могут обслуживаться первичными или вторичными антеннами на другой несущей. Настоящее изобретение заключает в себе, наряду с другим, преимущества создания более эффективного использования мощности передачи, предоставление возможности всем пользователям иметь хорошую зону охвата и обеспечение того, что на не-MIMO пользователей не будет неблагоприятного влияния из-за MIMO пользователей.
Эти и другие аспекты вариантов осуществления, соответствующих изобретению, более подробно описываются далее.
Одним аспектом вариантов осуществления, соответствующих изобретению, является возможность динамической установки максимальной мощности для каждой антенны способом, который обеспечивает хорошую зону охвата для всех пользователей (то есть MIMO и не-MIMO пользователей) в соте. Следовательно, важно тщательно рассмотреть критерии, которые должны использоваться для определения ресурса максимальной мощности для каждой антенны. На начальном этапе базовая станция распределяет несущие для обслуживания MIMO и не-MIMO пользователей. В некоторых вариантах осуществления, это подразумевает, что базовая станция пытается равномерно распределить не-MIMO и MIMO пользователей среди всех несущих в одном и том же секторе (то есть среди совмещенных сот). Для поддержания равномерного распределения это остается учитываемым фактором при выборе несущей для использования новым пользователем, который начинает процесс вызова, или во время вызова. Не-MIMO пользователи, как правило, обслуживаются первичной антенной, тогда как MIMO пользователи обслуживаются и на первичных, и на вторичных антеннах.
Базовая станция также следит за относительным распределением не-MIMO и MIMO пользователей на каждой несущей. Эта последняя информация может использоваться для распределения фактической максимальной мощности для каждой антенны на каждой несущей.
MU
SU
MU
SU
0
Как правило, максимальная мощность для каждой антенны устанавливается согласно двум коэффициентам. Одним из этих коэффициентов является коэффициент (Ψ) MIMO пользователей, и другим является коэффициент (Ψ) не-MIMO пользователей. Эти коэффициенты Ψ и Ψ являются функциями используемых ресурсов радиосвязи (например, среднее число или определенный процент) активных пользователей в соте или несущей частоте "i" и могут быть выражены как функция ресурсов радиосвязи, использованных за предыдущий интервал (T) измерения:
MU
1
MU
SU
Ψ=f(R,R) и
SU
2
MU
SU
Ψ=f(R,R),
MU
SU
где R и R представляют ресурсы радиосвязи, которые используются всеми MIMO пользователями и не-MIMO пользователями, соответственно, в одной и той же соте (или несущей) по всем передающим антеннам. Ресурсы радиосвязи, в свою очередь, являются функциями мощности передачи и ресурсов канала.
MU
MU
MU
MU
3
MU
MU
SU
SU
SU
SU
4
SU
SU
В UTRAN или любой другой основанной на CDMA системе ресурсы канала представляют коды формирования каналов. В E-UTRAN или любой другой системе на основе OFDMA ресурсы канала представляют ресурсные блоки или один или несколько наборов поднесущих. Следовательно, R может быть выражен в пересчете на передаваемую мощность (P) и количество каналов (C), используемых MIMO пользователями во всех антеннах на одной и той же несущей: R=f(P,C). Аналогично, R может быть выражен в пересчете на передаваемую мощность (P) и количество каналов (C), используемых не-MIMO пользователями: R=f(P, C).
MU
SU
Для иллюстрации момента конкретным примером один способ оценки MIMO и не-MIMO коэффициентов Ψ и Ψ включает в себя учет только ресурсов мощности:  и .
В другом иллюстративном варианте осуществления учитывается только использование канала (например, в пересчете на коды или ресурсные блоки):  и .
В еще одном иллюстративном варианте осуществления учитывается и мощность передачи, и использование канала с коэффициентами, которые удовлетворяют:
и
где α+β=1.
MIMO и не-MIMO коэффициенты вычисляются на основе для каждой несущей. В одной базовой станции может существовать несколько несущих, как описано ранее. Следовательно, существует несколько возможных способов использования этих коэффициентов:
MU
SU
один из них заключается в использовании MIMO и не-MIMO коэффициентов распределения или нагрузки независимо в каждой соте в пределах одной и той же базовой станции. В этом случае, MIMO и не-MIMO коэффициентами для соты "i" являются  и  соответственно. Если нагрузки не-MIMO и MIMO пользователей равномерно распределены по всем несущим, то не-MIMO и MIMO коэффициенты распределения являются идентичными на всех несущих. Соответственно, существует один набор значений для Ψ и Ψ. Наличие одного набора значений выгодно для установки оптимальной максимальной мощности для каждой антенны в соответствии с вычисленными MIMO и не-MIMO коэффициентами распределения.
Альтернативный способ использования MIMO и не-MIMO коэффициентов состоит в использовании одного набора совокупных MIMO и не-MIMO коэффициентов во всех сотах в пределах одной и той же базовой станции. В этом случае, общими или совокупными коэффициентами могут быть, например, среднее число, минимум или максимум всех коэффициентов из всех несущих. Функции, представляющие средний MIMO коэффициент  и не-MIMO коэффициент , выражаются как:
и
Аналогично, функции на основе минимума MIMO коэффициентов  и не-MIMO коэффициентов  из всех несущих представляются
и
С использованием MIMO и не-MIMO коэффициентов, полученных выше, получена максимальная мощность для каждой несущей для каждой антенны при удовлетворении ограничений, состоящих в том, что a) общая мощность всех передающих антенн на одной и той же несущей остается в пределах определенного ограничения и что b) общая максимальная мощность всех несущих на каждой антенне также остается в пределах определенного ограничения.
Распределение фактической мощности может быть получено на нескольких разных основах: одно решение предназначено для случая, когда на всех несущих используется идентичная максимальная мощность. Другое предназначено для случая, когда на различных несущих используются разные значения максимальной мощности.
Рассмотрим сначала случай, когда в одной и той же базовой станции во всех несущих используется идентичная мощность, мощность для каждой антенны может быть получена согласно матрице:
(1)
Принцип в примере Уравнения 1 заключается в том, что первую антенну используют как первичную антенну, которая обслуживает и MIMO, и не-MIMO пользователей. Вторичные антенны используются MIMO пользователями. В вышеупомянутой матрице первичная антенна является первой антенной (или в более общем случае, одной и той же антенной) на всех несущих в одной и той же базовой станции.
При предположении, что первичная антенна отличается на каждой несущей, максимальная мощность передачи для каждой антенны может быть выражена как
При некоторых обстоятельствах, наличие одной другой антенны, функционирующей как первичная антенна на разных несущих, облегчает распределение мощности с удовлетворением всех необходимых ограничений.
Вышеупомянутые значения матрицы основаны на средних MIMO и не-MIMO коэффициентах, однако можно также использовать любую другую подходящую функцию, например MIMO и не-MIMO коэффициенты, относящиеся к конкретной соте. Кроме того, так как MIMO и не-MIMO коэффициенты ( и ) изменяются со временем, то значения матрицы следует динамически обновлять для поддержания лучшего распределения мощности.
Случай, когда максимальная мощность отличается на разных несущих, выражается элементом . При предположении, что первичная антенна является первой или одной и той же антенной на всех несущих в пределах одной и той же базовой станции, матрица максимальных мощностей базовой станции может быть выражена
При предположении, что первичная антенна отличается для каждой несущей в пределах одной и той же базовой станции, матрица максимальных мощностей базовой станции может быть выражена
Как и раньше, так как MIMO и не-MIMO коэффициенты ( и ) изменяются со временем, то полезно динамически обновлять значения матрицы. Вышеупомянутые значения матрицы также основаны на средних MIMO и не-MIMO коэффициентах, однако можно также использовать любую другую подходящую функцию, например MIMO и не-MIMO коэффициенты, относящиеся к конкретной соте.
Далее представлены два иллюстративных примера распределения максимальной мощности передачи:
Таблица 1
Пример 1
Параметр
Значение
Несущие
2
Максимальная мощность: несущая №1
20 Вт
Максимальная мощность: несущая №2
20 Вт
<img file="00000035.tif" he="5" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" />
0,4
<img file="00000036.tif" he="6" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" />
0,6
схема MIMO
(2×2)
В примере согласно Таблице 1 выше рассматриваются совокупный MIMO и совокупный не-MIMO коэффициенты на основе усреднения коэффициентов, полученных для всех несущих, и используются MIMO и не-MIMO коэффициенты для вычисления распределенной мощности для каждой антенны на каждой несущей. В то время как этот сценарий является действительным для случаев, когда MIMO и не-MIMO пользователи равномерно распределены по всем несущим, равномерное распределение MIMO и не-MIMO пользователей не требуется во всех вариантах осуществления. Это решение может работать, если максимальное общее ограничение мощности для каждой антенны, по меньшей мере, равно 20 Вт (то есть больше или равно общей мощности для каждой несущей). Использование значений Таблицы 1 в Уравнении 2 приводит к следующей матрице максимальных мощностей базовой станции:
Таблица 2
Пример 2
Параметр
Значение
Несущие
2
Максимальная мощность: несущая №1
20 Вт
Максимальная мощность: несущая №2
20 Вт
<img file="00000041.tif" he="6" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" />
0,4
<img file="00000042.tif" he="6" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
0,6
<img file="00000043.tif" he="6" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" />
0,2
<img file="00000044.tif" he="6" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" />
0,8
Вместо использования идентичных MIMO и не-MIMO коэффициентов по всем несущим, в этом примере вместо этого рассматриваются MIMO и не-MIMO коэффициенты для каждой соты (совмещенной несущей) отдельно, и они используются вместе с другой информацией в Таблице 2 для вычисления распределенной мощности для каждой антенны на каждой несущей. Это в результате приводит к следующей матрице максимальных мощностей передачи базовой станции:
Для этого примера это решение работает, если максимальное общее ограничение мощности для каждой антенны больше 22 Вт.
Фиг.3 является блок-схемой иллюстративных этапов/процессов, выполняемых в устройстве базовой станции в соответствии с аспектами изобретения. Фиг.3 может также рассматриваться для изображения иллюстративного устройства 300 базовой станции, имеющего логическую схему, выполненную с возможностью выполнять различно описанные функции. Должно быть очевидно, что здесь, а также в остальной части описания изобретения (в том числе в формуле изобретения), любую ссылку на несущие следует также рассматривать как эквивалентную ссылку на совмещенную соту.
Процесс начинается с распределения несущих для обслуживания MIMO и не-MIMO пользователей (этап 301). После его завершения далее определяются коэффициенты, которые составляют матрицу максимальных мощностей передачи базовой станции, . Это можно выполнить, например, при рассмотрении одной строки матрицы за один раз (то есть одной несущей за один раз). Соответственно, для каждой несущей набор коэффициентов получают при использовании информации об объемах MIMO и не-MIMO ресурсов, связанных с этой несущей (этап 303). Это, например, может включать в себя определение любого из различных MIMO и не-MIMO коэффициентов, описанных ранее, и объединение и/или настройку их любым из различных способов, описанных выше, для формирования коэффициентов, которые представляют долю ресурса максимальной мощности, который должен быть распределен конкретной антенне на рассматриваемой несущей.
После этого для каждой несущей используются коэффициенты и ресурс максимальной мощности передачи для несущей для получения ресурса максимальной мощности передачи для каждой антенны (этап 305). Например, для каждой антенны соответствующий коэффициент для данной несущей умножается на ресурс максимальной мощности передачи для этой несущей.
После этого по очереди обрабатываются столбцы матрицы максимальных мощностей передачи базовой станции, , для получения общего ресурса максимальной мощности передачи для каждой антенны. В этом иллюстративном варианте осуществления это включает в себя выбор одной из антенн (этап 307) и получение общего ресурса максимальной мощности передачи для этой антенны при объединении (например, сложении) ресурсов максимальной мощности передачи, которые были ранее получены для каждой несущей, обслуживаемой этой антенной (этап 309). Если существуют еще антенны (столбцы матрицы), которые должны быть обработаны (направление "ДА" из блока 311 принятия решения), то выбирается другая антенна (столбец матрицы) (этап 313) и процесс обработки возвращается назад к этапу 309.
В итоге, общий ресурс максимальной мощности передачи будет получен для каждой антенны (направление "НЕТ" из блока 311 принятия решения), в этот момент принимается решение относительно того, превышает ли общий ресурс максимальной мощности передачи любой из антенн ограничение мощности передачи для этой антенны (блок 315 принятия решения). Если он превышает (направление "ДА" из блока 315 принятия решения), то выполняется другое (отличное) распределение несущих MIMO и не-MIMO пользователям (этап 317) и процесс получения ресурсов максимальной мощности передачи повторяется с этапа 303. Перераспределение несущих, например, может включать в себя перераспределение не-MIMO пользователей на (возможно, другую) вторичную антенну.
Ниже описаны следующие аспекты вариантов осуществления, соответствующих изобретению, относительно переноса нагрузки на вторичную антенну или на другую несущую.
Принципы, описанные выше, не всегда могут привести к оптимальному распределению мощностей для каждой антенны во всех сценариях. Это может быть обработано несколькими различными способами. Фиг.4 является блок-схемой иллюстративных этапов/процессов, выполняемых в устройстве базовой станции для обработки таких случаев. Фиг.4 может также рассматриваться как устройство 400 базовой станции, содержащее логическую схему, выполненную с возможностью выполнять различно описанные функции.
Соответственно, принимается решение, является ли распределение ресурсов максимальной мощности передачи для несущих, обслуживаемых различными антеннами, неоптимальным (блок 401 принятия решения). Не-MIMO пользователи используют только одну антенну, и она предпочтительно является первичной антенной для всех не-MIMO пользователей. Если распределение мощности для каждой антенны для каждой несущей оптимально, то все не-MIMO пользователи обслуживаются одной и той же антенной (например, первичной антенной). Достижение этого оптимального состояния включает в себя динамическое распределение мощности. Однако в зависимости от нагрузки не-MIMO и MIMO пользователей, достижение оптимального состояния может оказаться невозможным. Целью динамического распределения мощности, как описано в этом документе, является достижение оптимального состояния, насколько это возможно. Соответственно, если неоптимального распределения ресурсов максимальной мощности передачи для несущей, обслуживаемой различными антеннами, не существует (направление "НЕТ" из блока 401 принятия решения), то не должно предприниматься никаких дальнейших действий.
Однако если обнаружено неоптимальное распределение мощности антенны (направление "ДА" из блока 401 принятия решения), то делается попытка переноса одного или нескольких не-MIMO пользователей с первичной антенны на вторичную антенну для передачи данных сетью этим не-MIMO пользователям посредством вторичной антенны. Это может быть выполнено, если радиоусловия не-MIMO пользователя являются достаточно хорошими. Это имеет место потому, что вторичная антенна может использовать меньше мощности общего канала. Следовательно, не-MIMO пользователи, находящиеся рядом с базовой станцией, могут обслуживаться вторичной антенной и, тем не менее, быть в состоянии демодулировать сигнал без значимого ухудшения.
В этом иллюстративном варианте осуществления это выполняется посредством выбора одного из не-MIMO пользователей, которые в настоящее время обслуживаются первичной антенной (этап 403), и определения того, удовлетворяют ли радиоусловия для выбранного не-MIMO пользователя предопределенным критериям, которые, как считают, представляют достаточно хорошие радиоусловия (блок 405 принятия решения). Радиоусловия могут быть легко определены посредством отчетов об измерениях нисходящей линии связи UE. Например, в UTRAN можно использовать: индикатор качества канала (Channel Quality Indicator, "CQI"), принятую мощность опорного символа CPICH (CPICH Reference Symbol Received Power, "CPICH RSRP") или отношение энергии CPICH для каждой несущей к плотности шума (CPICH Energy per carrier to Noise Density Ratio, "CPICH Ec/No"). В E-UTRAN можно использовать CQI и RSRP. Эти измерения доступны в сети для планирования или для выполнения смены соты/передачи обслуживания и могут выполняться во время установления соединения или во время вызова.
Если радиоусловия выбранного не-MIMO пользователя не удовлетворяют предопределенным критериям (направление "НЕТ" из блока 405 принятия решения), то процесс обработки возвращается к этапу 403, где может быть выбран и проверен другой из не-MIMO пользователей, обслуживаемых в настоящее время первичной антенной. (Для ясности, такие детали, как определение того, существуют ли какие-либо такие дополнительные не-MIMO пользователи, и если нет, то выход из процедуры, опущены на чертеже.)
После нахождения выбранного не-MIMO пользователя, обслуживаемого в настоящее время первичной антенной, радиоусловия которого удовлетворяют предопределенным критериям (направление "ДА" из блока 405 принятия решения), этого выбранного не-MIMO пользователя переносят на одну из вторичных антенн (этап 407). Идентификатор вторичной антенны, которая должна использоваться для обслуживания не-MIMO пользователя, после этого передается этому не-MIMO пользователю (этап 409). Для передачи этой информации может потребоваться поддержка сигнализации. Это может обеспечить возможность UE использовать только последовательности пилот-сигнала из этой конкретной антенны для демодуляции принятого сигнала. Однако UE по-прежнему может использовать пилот-сигналы из первичной антенны для перспективных измерений пилот-сигнала, которые используются для повторного выбора соты и передачи обслуживания. Вышеописанный подход может работать, даже если существует одна сота (то есть одно лицо, получающее доход) в каждой базовой станции.
Процесс обработки может после этого возвращаться назад к блоку 401 принятия решения для определения того, оптимально ли теперь новое распределение или следует осуществить попытку дополнительного переноса нагрузки.
В другом аспекте вариантов осуществления, соответствующих изобретению, сеть также может переносить нагрузку не-MIMO пользователей на другую несущую, общий трафик которой находится на низком уровне или количество MIMO пользователей которой невелико. Триггер для запуска этого переноса нагрузки в сети может быть основан на нагрузке не-MIMO пользователей или всей нагрузке в сотах. Преимуществом этого решения является то, что не-MIMO UE могут по-прежнему обслуживаться через первичную антенну на другой несущей. Это выполняется через обычную процедуру передачи обслуживания (то есть передача обслуживания между двумя совмещенными сотами).
Фиг.5 является блок-схемой иллюстративных этапов/процессов, выполняемых в устройстве базовой станции для обработки таких случаев. Фиг.5 может также рассматриваться как устройство 500 базовой станции, содержащее логическую схему, выполненную с возможностью выполнять различно описанные функции.
Соответственно, принимается решение, требуется ли перенос нагрузки (блок принятия решения 501). Это решение может базироваться, например, на MIMO и не-MIMO коэффициентах. Если существует неравномерное распределение MIMO и не-MIMO пользователей на несущей, то может быть выполнен перенос нагрузки. Например, если коэффициент не-MIMO пользователей является большим, то некоторые из этих пользователей могут быть перенесены на другую несущую. Если перенос нагрузки не требуется (направление "НЕТ" из блока 501 принятия решения), то не требуется предпринимать никаких дополнительных действий.
Если перенос нагрузки требуется (направление "ДА" из блока 501 принятия решения), то выбирают не-MIMO пользователя из не-MIMO пользователей, обслуживаемых перегруженной несущей. Способ выполнения этого выбора заключается в том, что сначала переносятся пользователи с высокими коэффициентами использования. Этот способ выбора имеет преимущество, состоящее в том, что требуется перенести только несколько пользователей для освобождения от нагрузки на загруженной несущей.
После этого выбирается целевая несущая (этап 505). Способ осуществления этого выбора состоит в том, что выбирается несущая, имеющая низкую загрузку. Например, не-MIMO пользователи могут быть перенесены на несущую, имеющую небольшое количество не-MIMO пользователей. Вслед за выбором целевой несущей, далее определяется, может ли выбранный не-MIMO пользователь обслуживаться первичной антенной на целевой несущей (блок 507 принятия решения). Если это так (направление "ДА" из блока 507 принятия решения), то выбранного не-MIMO пользователя перераспределяют так, что он обслуживается первичной антенной целевой несущей (этап 509). Иначе (направление "НЕТ" из блока 507 принятия решения), выбранного не-MIMO пользователя перераспределяют так, что он обслуживается одной из вторичных антенн целевой несущей (этап 511). До выполнения этого переноса полезно определить, достаточно ли хороши радиоусловия не-MIMO пользователя, чтобы не-MIMO пользователь мог обслуживаться вторичной антенной.
Идентификатор новой антенны, которая должна использоваться для обслуживания не-MIMO пользователя, после этого передается этому не-MIMO пользователю (этап 513). Для передачи этой информации может потребоваться поддержка сигнализации. В случае если не-MIMO пользователя переносят на вторичную антенну, эта сигнализация может обеспечить возможность UE использовать только последовательности пилот-сигнала из этой конкретной антенны для демодуляции принятого сигнала. Однако UE по-прежнему может использовать пилот-сигналы из первичной антенны для перспективных измерений пилот-сигнала, которые используются для выбора соты и передачи обслуживания.
Различные аспекты настоящего изобретения обеспечивают несколько преимуществ, включающих в себя:
более эффективное использование мощности передачи базовой станции,
обеспечение возможности всем пользователям иметь хорошую зону охвата,
предотвращение неблагоприятного влияния MIMO пользователей на не-MIMO пользователей.
Изобретение описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления. Однако специалистам в данной области техники будет очевидно, что можно осуществить изобретение в конкретных формах, отличных от форм вышеописанного варианта осуществления. Описанные варианты осуществления являются только иллюстративными, и их не следует рассматривать как какое-либо ограничение. Объем изобретения задается прилагаемой формулой изобретения, а не предыдущим описанием, и подразумевается, что все варианты и эквиваленты, которые находятся в рамках этой формулы, охватываются ею.