一種控制多個無線接入節點的系統和方法
【專利說明】
[0001] 本申請要求于2014年5月30日遞交的發明名稱為"一種控制多個無線接入節點 的系統和方法"的申請號為14/292483的美國非臨時申請的在先申請優先權，和于2013年 5月31日遞交的發明名稱為"包含延遲的信道狀態信息的上行協作多點系統的集群以及速 率分配"的申請號為61/829469的美國臨時申請的在先申請優先權，該兩個在先申請的全部 內容通過引用結合在本申請中。
技術領域
[0002] 本發明涉及無線通信的系統和方法，尤其涉及一種集群的系統和方法。
【背景技術】
[0003] 在無線網絡中，為了支持復雜的服務，例如，云計算，對高數據速率的需求日益增 長。無線系統采用更強勁的資源復用，這導致同頻干擾增加。在異構網絡（HetNet)中，同 頻干擾問題尤其嚴重，因為網絡部署會依照ad hoc樣式。這會導致小區邊緣用戶的小區間 干擾（ICI)增加。
[0004] 一種干擾管理技術為第三代合作伙伴計劃（3GPP)長期演進升級版 (LTE-Advanced)中提出的協作多點（CoMP)。CoMP也被稱為網絡多輸入多輸出（M頂0)或者 基站（BS)協作。CoMP通過便捷的信道狀態信息（CSI)和/或用戶數據共享以及多個基站 共同處理的方式利用ICI。
[0005] 在CoMP中，集群決定了協調基站的模式。集群方法分為兩類：靜態集群和動態集 群。在這兩種集群方法中，所述CSI在網絡實體間共享或被中心控制器采集。
[0006] 所述CSI可能不理想，因為信道估計不理想且傳輸所述CSI時存在時延。在 CoMP中，所述CSI通過容量有限的回程網絡傳播，這導致CSI的丟失和延遲。例如，在 LTE-Advanced中，BS間通信的標準接口 X2的設計允許控制計劃消息有20ms的時延，而預 期的典型時延為l〇ms。
【發明內容】
[0007] -實施例中的控制多個無線接入節點的方法包括：中心控制器從基站（BS)處接 收指示信道狀態信息（CSI)的消息，依照所述消息確定狀態轉移函數。所述方法還包括： 依照所述狀態轉移函數確定信度狀態，依照所述信度狀態確定包括所述BS的多個BS間的 協作，以產生協作決策。此外，所述方法包括：所述中心控制器將所述協作決策發送給所述 BS〇
[0008] 另一實施例中的控制多個無線接入節點的方法包括：基站（BS)從中心控制器處 接收模型信息，所述BS在數據庫中檢索對應于多個用戶設備（UE)位置和多個UE速度的多 個信道信息。所述方法還包括：依照所述模型信息和所述多個信道信息確定狀態轉移函數， 所述BS將包含所述狀態轉移函數的消息發送至所述中心控制器。
[0009] 一實施例中的中心控制器包括：處理器和用于存儲所述處理器執行的程序的非瞬 時性計算機可讀存儲介質。所述程序包括指令，所述指令用于：從基站（BS)處接收指示信 道狀態信息（CSI)的消息，以及依照所述消息確定狀態轉移函數。所述程序還包括指令，所 述指令用于：依照所述狀態轉移函數確定信度狀態，以及依照所述信度狀態確定包括所述 BS在內的多個BS的集群，以產生協作決策。此外，所述程序包括用于將所述協作決策發送 給所述BS的指令。
[0010] 上文非常寬泛地概括了本發明實施例的特征，以便能夠更好理解以下本發明的詳 細描述。本發明實施例的其他特征和優點將在下文中描述，這些描述構成了本發明權利要 求的主題。本領域的技術人員應當理解，可以基于所公開的概念和特定實施例，修改或設計 實現與本發明目的相同的其他結構或過程。本領域的技術人員還應當意識到，這種等同構 造不脫離所附權利要求書所闡述的本發明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0011] 為了更完整地理解本發明及其優點，現在參考下文結合附圖進行的描述，其中：
[0012] 圖1示出了用于數據通信的多小區無線網絡的示圖；
[0013] 圖2示出了有限狀態馬爾可夫鏈（FSMC)模型；
[0014] 圖3A和圖3B示出了平穩均勻分布的非線性劃分；
[0015] 圖4示出了多小區多用戶無線網絡中的處理流程；
[0016] 圖5示出了包含觀測值與實際狀態間關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干擾（CSI)時延的數據速率分配的系 統；
[0018] 圖7示出了一實施例中用于確定集群以及帶有CSI時延的數據速率分配的集中式 系統；
[0019] 圖8示出了一實施例中用于確定集群以及帶有CSI時延的數據速率分配的分布式 系統；
[0020] 圖9示出了一實施例中執行集群以及帶有CSI時延的數據速率分配的方法的流程 圖；
[0021] 圖10示出了一實施例中執行集群以及中心控制器執行的數據速率分配的方法的 流程圖；
[0022] 圖11示出了一實施例中執行集群以及基站（BS)執行的數據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算法量化的每個信道的狀態數量的示圖；
[0024] 圖13示出了物理層吞吐量對比無時延時的誤差容限的示圖；
[0025] 圖14示出了物理層吞吐量對比有三步時延時的誤差容限的示圖；
[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延步長的示圖；
[0028] 圖17示出了物理層吞吐量對比有五步時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延的歸一化多普勒頻移的示圖；
[0030] 圖19示出了一實施例中的通用計算機系統的框圖。
[0031] 除非另有指示，否則不同圖中的對應標號和符號通常指代對應部分。繪制各圖是 為了清楚地說明實施例的相關方面，因此未必是按比例繪制的。
【具體實施方式】
[0032] 首先應理解，盡管下文提供一項或多項實施例的說明性實施方案，但所公開的系 統和/或方法可使用任何數目的技術來實施，無論該技術是當前已知還是現有的。本發明 決不應限于下文所說明的說明性實施方案、附圖和技術，包括本文所說明并描述的示例性 設計和實施方案，而是可在所附權利要求書的范圍以及其等效物的完整范圍內修改。
[0033] 隨機控制/決策理論可以用于強調不理想的信道狀態信息（CSI)的影響。在一實 施例中，使用決策理論方法為帶有延遲的CSI的協作多點（CoMP)系統確定最優的集群和速 率分配問題。在作出集群和速率分配決策時，基站（BS)將本地CSI發送至中心控制器。在 信道估計和回程網絡的傳輸中存在時延，因此，確切的信道狀態和被觀測的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，再為用戶設備（UE)分配傳輸速率。集 群可以是靜態的或動態的。
[0034] 隨機決策理論方法強調延遲的CSI的影響。有限狀態馬爾可夫鏈（FSMC)用于建 立衰落信道的模型。基于狀態轉移函數和時延計算包含已知時延步長的信度狀態。基于狀 態轉移函數和遵循貝葉斯法則的觀測函數計算包含未知時延步長的信度狀態。使用一種最 優的策略解決隨機優化問題。
[0035] 在一實施例中，將問題公式化為帶有時延的網絡化馬爾可夫決策過程（網絡化 MDP)。在網絡化MDP中，每個子系統演化為馬爾可夫決策過程。在本示例中，所述子系統為 CoMP蜂窩網絡中的BS。所述帶有時延的網絡化MDP相當于一個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雜度最優策略。無線信道被建模為馬爾 可夫鏈。可以同時使用上行和下行。
[0036] 圖1示出了用于數據通信的網絡100的示例。所述網絡100是協作式分層系統架 構。所述網絡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 協作的方式。所述中心控制器118可以為用于云隨機接入網（RAN)的云控制器。云控制器 可以執行流量工程、調度、功率控制以及分配預編碼。這樣的控制器可以用于軟件定義網絡 (SDN)〇
[0038] 基站108、110和102分別與用戶設備（UE)112、114和104通信。在網絡100中， 每個BS與一個UE相關聯。在其他的示例中，每個BS有多個UE。基站108、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)、增強型基站（eNB)、接入點、微微小區、毫微微蜂窩基站以及其 他無線設備。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、智能手機、平板電腦、傳感器等等。
[0039] 在決定了協作模式時，集群中的上行信號由超級基站處理，所述超級基站由集群 中的BS組成，或由中心控制器118組成。確定協作模式和速率分配。所述協作模式本質上 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。給定一個協作模式， 就可以確定UE的數據傳輸速率。
[0040] 系統中的BS的集合表示為：β = {1，2,…，B}。在CoMP中，BS的協作模式被動態 地改變。協作集中的BS表示為ωη。假設協作BS的最大數量為Ne，即，每個ωηε Ω的基 數不大于隊，且協作模式Ω為β的子集，即：
[0042] 例如，在圖1中，BS 108和BS 110組成一個集群，而BS 102本身是另一個集群。 在一個理想的系統中，使用更大的協作集實現更優的性能。然而，由于存在開銷且CSI不理 想，大的集群也會出現問題。
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