一種控制多個(gè)無線接入節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 本申請要求于2014年5月30日遞交的發(fā)明名稱為"一種控制多個(gè)無線接入節(jié)點(diǎn) 的系統(tǒng)和方法"的申請?zhí)枮?4/292483的美國非臨時(shí)申請的在先申請優(yōu)先權(quán)，和于2013年 5月31日遞交的發(fā)明名稱為"包含延遲的信道狀態(tài)信息的上行協(xié)作多點(diǎn)系統(tǒng)的集群以及速 率分配"的申請?zhí)枮?1/829469的美國臨時(shí)申請的在先申請優(yōu)先權(quán)，該兩個(gè)在先申請的全部 內(nèi)容通過引用結(jié)合在本申請中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及無線通信的系統(tǒng)和方法，尤其涉及一種集群的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 在無線網(wǎng)絡(luò)中，為了支持復(fù)雜的服務(wù)，例如，云計(jì)算，對高數(shù)據(jù)速率的需求日益增 長。無線系統(tǒng)采用更強(qiáng)勁的資源復(fù)用，這導(dǎo)致同頻干擾增加。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（HetNet)中，同 頻干擾問題尤其嚴(yán)重，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)部署會(huì)依照ad hoc樣式。這會(huì)導(dǎo)致小區(qū)邊緣用戶的小區(qū)間 干擾（ICI)增加。
[0004] 一種干擾管理技術(shù)為第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP)長期演進(jìn)升級(jí)版 (LTE-Advanced)中提出的協(xié)作多點(diǎn)（CoMP)。CoMP也被稱為網(wǎng)絡(luò)多輸入多輸出（M頂0)或者 基站（BS)協(xié)作。CoMP通過便捷的信道狀態(tài)信息（CSI)和/或用戶數(shù)據(jù)共享以及多個(gè)基站 共同處理的方式利用ICI。
[0005] 在CoMP中，集群決定了協(xié)調(diào)基站的模式。集群方法分為兩類：靜態(tài)集群和動(dòng)態(tài)集 群。在這兩種集群方法中，所述CSI在網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間共享或被中心控制器采集。
[0006] 所述CSI可能不理想，因?yàn)樾诺拦烙?jì)不理想且傳輸所述CSI時(shí)存在時(shí)延。在 CoMP中，所述CSI通過容量有限的回程網(wǎng)絡(luò)傳播，這導(dǎo)致CSI的丟失和延遲。例如，在 LTE-Advanced中，BS間通信的標(biāo)準(zhǔn)接口 X2的設(shè)計(jì)允許控制計(jì)劃消息有20ms的時(shí)延，而預(yù) 期的典型時(shí)延為l〇ms。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] -實(shí)施例中的控制多個(gè)無線接入節(jié)點(diǎn)的方法包括：中心控制器從基站（BS)處接 收指示信道狀態(tài)信息（CSI)的消息，依照所述消息確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)。所述方法還包括： 依照所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)確定信度狀態(tài)，依照所述信度狀態(tài)確定包括所述BS的多個(gè)BS間的 協(xié)作，以產(chǎn)生協(xié)作決策。此外，所述方法包括：所述中心控制器將所述協(xié)作決策發(fā)送給所述 BS〇
[0008] 另一實(shí)施例中的控制多個(gè)無線接入節(jié)點(diǎn)的方法包括：基站（BS)從中心控制器處 接收模型信息，所述BS在數(shù)據(jù)庫中檢索對應(yīng)于多個(gè)用戶設(shè)備（UE)位置和多個(gè)UE速度的多 個(gè)信道信息。所述方法還包括：依照所述模型信息和所述多個(gè)信道信息確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)， 所述BS將包含所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)的消息發(fā)送至所述中心控制器。
[0009] 一實(shí)施例中的中心控制器包括：處理器和用于存儲(chǔ)所述處理器執(zhí)行的程序的非瞬 時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。所述程序包括指令，所述指令用于：從基站（BS)處接收指示信 道狀態(tài)信息（CSI)的消息，以及依照所述消息確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)。所述程序還包括指令，所 述指令用于：依照所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)確定信度狀態(tài)，以及依照所述信度狀態(tài)確定包括所述 BS在內(nèi)的多個(gè)BS的集群，以產(chǎn)生協(xié)作決策。此外，所述程序包括用于將所述協(xié)作決策發(fā)送 給所述BS的指令。
[0010] 上文非常寬泛地概括了本發(fā)明實(shí)施例的特征，以便能夠更好理解以下本發(fā)明的詳 細(xì)描述。本發(fā)明實(shí)施例的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在下文中描述，這些描述構(gòu)成了本發(fā)明權(quán)利要 求的主題。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以基于所公開的概念和特定實(shí)施例，修改或設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)與本發(fā)明目的相同的其他結(jié)構(gòu)或過程。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，這種等同構(gòu) 造不脫離所附權(quán)利要求書所闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0011] 為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考下文結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，其中：
[0012] 圖1示出了用于數(shù)據(jù)通信的多小區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)的示圖；
[0013] 圖2示出了有限狀態(tài)馬爾可夫鏈（FSMC)模型；
[0014] 圖3A和圖3B示出了平穩(wěn)均勻分布的非線性劃分；
[0015] 圖4示出了多小區(qū)多用戶無線網(wǎng)絡(luò)中的處理流程；
[0016] 圖5示出了包含觀測值與實(shí)際狀態(tài)間關(guān)系的定向圖形化模型；
[0017] 圖6示出了用于確定集群以及帶有信道狀態(tài)干擾（CSI)時(shí)延的數(shù)據(jù)速率分配的系 統(tǒng)；
[0018] 圖7示出了一實(shí)施例中用于確定集群以及帶有CSI時(shí)延的數(shù)據(jù)速率分配的集中式 系統(tǒng)；
[0019] 圖8示出了一實(shí)施例中用于確定集群以及帶有CSI時(shí)延的數(shù)據(jù)速率分配的分布式 系統(tǒng)；
[0020] 圖9示出了一實(shí)施例中執(zhí)行集群以及帶有CSI時(shí)延的數(shù)據(jù)速率分配的方法的流程 圖；
[0021] 圖10示出了一實(shí)施例中執(zhí)行集群以及中心控制器執(zhí)行的數(shù)據(jù)速率分配的方法的 流程圖；
[0022] 圖11示出了一實(shí)施例中執(zhí)行集群以及基站（BS)執(zhí)行的數(shù)據(jù)速率分配的方法的流 程圖；
[0023] 圖12示出了均方差對比用Lloyd-Max算法量化的每個(gè)信道的狀態(tài)數(shù)量的示圖；
[0024] 圖13示出了物理層吞吐量對比無時(shí)延時(shí)的誤差容限的示圖；
[0025] 圖14示出了物理層吞吐量對比有三步時(shí)延時(shí)的誤差容限的示圖；
[0026] 圖15示出了物理層吞吐量對比有0. 01的歸一化多普勒頻移的時(shí)延步長的示圖；
[0027] 圖16示出了物理層吞吐量對比有0. 06的歸一化多普勒頻移的時(shí)延步長的示圖；
[0028] 圖17示出了物理層吞吐量對比有五步時(shí)延的歸一化多普勒頻移的示圖；
[0029] 圖18示出了物理層吞吐量對比有十步時(shí)延的歸一化多普勒頻移的示圖；
[0030] 圖19示出了一實(shí)施例中的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的框圖。
[0031] 除非另有指示，否則不同圖中的對應(yīng)標(biāo)號(hào)和符號(hào)通常指代對應(yīng)部分。繪制各圖是 為了清楚地說明實(shí)施例的相關(guān)方面，因此未必是按比例繪制的。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 首先應(yīng)理解，盡管下文提供一項(xiàng)或多項(xiàng)實(shí)施例的說明性實(shí)施方案，但所公開的系 統(tǒng)和/或方法可使用任何數(shù)目的技術(shù)來實(shí)施，無論該技術(shù)是當(dāng)前已知還是現(xiàn)有的。本發(fā)明 決不應(yīng)限于下文所說明的說明性實(shí)施方案、附圖和技術(shù)，包括本文所說明并描述的示例性 設(shè)計(jì)和實(shí)施方案，而是可在所附權(quán)利要求書的范圍以及其等效物的完整范圍內(nèi)修改。
[0033] 隨機(jī)控制/決策理論可以用于強(qiáng)調(diào)不理想的信道狀態(tài)信息（CSI)的影響。在一實(shí) 施例中，使用決策理論方法為帶有延遲的CSI的協(xié)作多點(diǎn)（CoMP)系統(tǒng)確定最優(yōu)的集群和速 率分配問題。在作出集群和速率分配決策時(shí)，基站（BS)將本地CSI發(fā)送至中心控制器。在 信道估計(jì)和回程網(wǎng)絡(luò)的傳輸中存在時(shí)延，因此，確切的信道狀態(tài)和被觀測的CSI之間存在 差距。所述中心控制器基于所述差距將組建BS集群，再為用戶設(shè)備（UE)分配傳輸速率。集 群可以是靜態(tài)的或動(dòng)態(tài)的。
[0034] 隨機(jī)決策理論方法強(qiáng)調(diào)延遲的CSI的影響。有限狀態(tài)馬爾可夫鏈（FSMC)用于建 立衰落信道的模型?；跔顟B(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)和時(shí)延計(jì)算包含已知時(shí)延步長的信度狀態(tài)?；跔?態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)和遵循貝葉斯法則的觀測函數(shù)計(jì)算包含未知時(shí)延步長的信度狀態(tài)。使用一種最 優(yōu)的策略解決隨機(jī)優(yōu)化問題。
[0035] 在一實(shí)施例中，將問題公式化為帶有時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)化馬爾可夫決策過程（網(wǎng)絡(luò)化 MDP)。在網(wǎng)絡(luò)化MDP中，每個(gè)子系統(tǒng)演化為馬爾可夫決策過程。在本示例中，所述子系統(tǒng)為 CoMP蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的BS。所述帶有時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)化MDP相當(dāng)于一個(gè)部分可觀測的馬爾可夫決 策過程（P0MDP)。形成用于集群和速率分配的低復(fù)雜度最優(yōu)策略。無線信道被建模為馬爾 可夫鏈。可以同時(shí)使用上行和下行。
[0036] 圖1示出了用于數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)100的示例。所述網(wǎng)絡(luò)100是協(xié)作式分層系統(tǒng)架 構(gòu)。所述網(wǎng)絡(luò)100包括集群116中的基站108和110以及集群106中的基站102。
[0037] 所述基站108、110和102親合到中心控制器118,所述中心控制器118決定了基站 協(xié)作的方式。所述中心控制器118可以為用于云隨機(jī)接入網(wǎng)（RAN)的云控制器。云控制器 可以執(zhí)行流量工程、調(diào)度、功率控制以及分配預(yù)編碼。這樣的控制器可以用于軟件定義網(wǎng)絡(luò) (SDN)〇
[0038] 基站108、110和102分別與用戶設(shè)備（UE)112、114和104通信。在網(wǎng)絡(luò)100中， 每個(gè)BS與一個(gè)UE相關(guān)聯(lián)。在其他的示例中，每個(gè)BS有多個(gè)UE?；?08、110和102可以 為任何能夠特別地通過建立和UE 112、114和104之間的上行和/或下行連接提供無線接 入的組件，例如，基站（NB)、增強(qiáng)型基站（eNB)、接入點(diǎn)、微微小區(qū)、毫微微蜂窩基站以及其 他無線設(shè)備。UE 112、114和104可以為任何能夠建立與基站102之間的無線連接的組件， 例如，手機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦、傳感器等等。
[0039] 在決定了協(xié)作模式時(shí)，集群中的上行信號(hào)由超級(jí)基站處理，所述超級(jí)基站由集群 中的BS組成，或由中心控制器118組成。確定協(xié)作模式和速率分配。所述協(xié)作模式本質(zhì)上 是一種干擾管理方案，指示了不同的集群中的UE是如何相互干擾的。給定一個(gè)協(xié)作模式， 就可以確定UE的數(shù)據(jù)傳輸速率。
[0040] 系統(tǒng)中的BS的集合表示為：β = {1，2,…，B}。在CoMP中，BS的協(xié)作模式被動(dòng)態(tài) 地改變。協(xié)作集中的BS表示為ωη。假設(shè)協(xié)作BS的最大數(shù)量為Ne，即，每個(gè)ωηε Ω的基 數(shù)不大于隊(duì)，且協(xié)作模式Ω為β的子集，即：
[0042] 例如，在圖1中，BS 108和BS 110組成一個(gè)集群，而BS 102本身是另一個(gè)集群。 在一個(gè)理想的系統(tǒng)中，使用更大的協(xié)作集實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的性能。然而，由于存在開銷且CSI不理 想，大的集群也會(huì)出現(xiàn)問題。
[0043