用于优化LTE中的上行功率控制参数的系统和方法

摘要

本发明提供一种设定无线网络内的小区上行功率控制参数的系统。在操作过程中，所述系统接收与经过预定时间间隔的所述小区内的多个用户装置的上行链路功率相关联的参数，并且对在所述用户装置上的并且经过所述预定时间间隔的所接收参数取平均值以获得平均参数。接着所述系统基于所述平均参数为所述小区确定功率控制参数集合，并且向所述用户装置发送所述功率控制参数集合，以允许所述用户装置使用所述功率控制参数集合控制发射功率。

说明书

本发明要求2012年5月18日递交的发明名称为“用于优化LTE中的 上行功率控制参数的系统和方法(System and Method for Optimizing Uplink  Power-Control Parameters in LTE)”的第13/475,847号美国非临时申请案的 在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。

技术领域

本发明大体上涉及长期演进(LTE)蜂窝式网络。更确切地说，本发 明涉及一种用于优化LTE蜂窝式网络中的上行功率控制参数的方法。

背景技术

长期演进(LTE)已经被视为目前部署的蜂窝式网络的优选发展路径， 目前部署的蜂窝式网络例如GSM(全球移动通信系统)、W-CDMA(宽带 码分多址)以及HSPA(高速分组接入)网络。与目前的3G/3.5G技术相 比，LTE通过较低的时延传送更高的峰值吞吐量。更确切地说，LTE规范 提供理论上的300Mbit/s的下行链路峰值速率、75Mbit/s的上行链路峰值 速率以及准许小于10ms的往返时间的QoS规定。

由于LTE的优良频谱效率以及带宽可扩展性，因此LTE选择正交频 分复用(OFDM)作为用于下行链路的基本接入方案。为了节省功耗，LTE 上行链路传输方案是基于单载波频分多址(SC-FDMA)，SC-FDMA提供 了更好的峰值平均功率比(PAPR)特性。OFDM下行链路以及SC-FDMA 下行链路确保没有或只有有限的小区内干扰，因为在指定小区内分配给不 同用户的资源是真正正交的。然而，小区间干扰以及信道噪声仍然在LTE 设备中的上行链路功率消耗中起到重要作用。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种用于在无线网络内设定小区的上行功 率控制参数的系统。在操作过程中，所述系统确定小区的功率度量值以及 基于功率度量值确定小区的类型。接着所述系统基于小区类型发射小区的 功率控制参数集合。

在此实施例的变型中，无线网络是长期演进(LTE)网络。

在此实施例的变型中，所述系统基于上行链路路径损耗参数确定功率 度量值。

在另一变型中，功率度量值基于到小区中的基站的平均路径损耗以及 到邻区中的基站的平均路径损耗而确定。

在另一变型中，所述系统基于经过预定时间间隔在多个用户设备上计 算出的平均上行链路路径损耗参数确定功率度量值。

在另一变型中，平均上行链路路径损耗参数是基于以下各项中的一者 或多者计算出的：算术平均值、几何平均值以及二次平均值。

在另一变型中，预定时间间隔是若干个小时、天或周。

在此实施例的变型中，所述系统查找指示小区类型与功率控制参数集 合之间的映射的查找表。

附图说明

图1呈现说明示例性LTE网络的图式。

图2呈现说明根据本发明的实施例的用于设定上行功率控制参数的示 例性过程的流程图。

图3呈现根据本发明的实施例的用于动态设定上行功率控制参数的示 例性功率控制系统。

图4说明根据本发明的实施例的能够设定上行功率控制参数的示例性 eNode-B。

具体实施方式

呈现以下描述以使所属领域的技术人员能够准备并且使用实施例，并 且在特定应用以及其要求的背景下提供以下描述。所属领域的技术人员将 易于了解对所揭示的实施例的各种修改，并且在不脱离本发明的精神和范 围的情况下，本文本中所定义的一般原理可应用于其它实施例以及应用。 因此，本发明不限于所示出的实施例，而是应符合与本文本中所揭示的原 理以及特征一致的最广范围。

综述

本发明的实施例提供一种用于适应性地设定LTE网络中的上行功率 控制参数的方法。在操作过程中，指定小区的演进型基站(eNode-B)获 得可以与小区的长期平均路径损耗相关联的上行链路度量值。此类路径损 耗信息可以从由用户设备(UE)发送的参考信号接收功率(RSRP)报告 获得或基于上行链路接收功率强度的测量值获得。基于上行链路度量值， 将小区分类为特定小区类型，并且执行查表以获得对应于小区类型的功率 控制参数。随后eNode-B向UE发送功率控制参数，UE因此调整它们的上 行链路发射功率。

部分功率控制

功率控制在LTE蜂窝式网络的上行链路中起到重要作用。更确切地 说，合适的功率控制方案负责管理每一用户装置的发射功率频谱密度，从 而减少小区间干扰并实现所需的信号干扰噪声比(SINR)等级。根据由第 三代移动通信标准化伙伴项目(3GPP)发布的标准，LTE上行功率控制方 案包含开环术语以及闭环术语。

在开环功率控制下，在UE处使用由eNode-B(或基站)发送的参数 设定功率，并且不向eNode-B发送关于用于发射的功率的反馈。相反，在 闭环功率控制下，UE向eNode-B发送反馈，接着eNode-B使用所述反馈 以校正UE的发射功率。

开环功率控制通常被称为部分功率控制(FPC)，因为其允许UE部分 地补偿路径损耗。FPC通过两个主要参数来分类：目标接收功率P₀以及补 偿系数α。更确切地说，3GPP标准已经将关于物理上行共享信道(PUSCH) 的功率控制公式规定为：

P_PUSCH＝min{P_max,P₀+10logM+P₀+α·PL+δ_mcs+f(Δ_i)}，    (1)

其中P_max是由UE允许的最大功率(以dBm为单位)，M是向UE分 配的物理资源块(PRB)的数目，PL是下行链路(从eNode-B到UE)路 径损耗，δ_mcs是取决于调制编码方案(mcs)的校正偏移量，以及f(D_i)是 准许使用相对、累计或绝对校正值的函数。取决于补偿因素α的值，可以 区分几种情况。如果α设定为1，那么这是与CDMA中实施的方案类似的 经典功率控制方案。此方案完全地补偿路径损耗以便达到目标接收功率 P₀。小区的所有UE，无论它们的位置如何，都发现它们的信号在eNode-B 处以相同的功率接收。如果α设定为0，那么UE的发射功率是固定的并 且并不取决于路径损耗。不存在补偿，并且实际上完全不存在功率控制。 靠近eNode-B的UE以较高功率来接收，而小区边缘UE以较弱信号来接 收。在FPC中，其中路径损耗通过功率控制方案部分地补偿，α设定在0 与1之间。路径损耗越高，在eNode-B处所接收到的功率就越小。因此， 小区边缘UE以较弱信号来接收，因而产生较少的小区间干扰。如可以看 到的，增加α的值会增加小区边缘UE的所接收功率，但是也增加了小区 间干扰。因此，重要的是选择合适的α值以使小区容量最大化。

近年来，已经进行大量研究以优化干扰限制情境(也称为第1种情况) 以及噪声限制情境(也称为第3种情况)的功率控制参数。例如，对于干 扰限制情境，典型的建议的功率控制设定为α＝0.8和P₀＝-85dBm；对于噪声 限制情境，典型的建议的功率控制设定为α＝0.4和P₀＝-40dBm。然而，实际 上不是所有小区都可以简单地分类为干扰限制或噪声限制。另一方面，完 全不可能根据不同情况确定最佳功率控制参数。本发明的实施例使用稳固 的自适应方法以调整LTE蜂窝式网络中的每一小区的功率控制参数。

图1呈现说明示例性LTE架构的简化图的图式。在图1中，若干个LTE  eNode-B(例如eNode-B 114和116)经由核心网络112耦合到公用交换电 话网(PSTN)106、因特网108以及其它网络(例如网络110)上。每一 eNode-B经由覆盖小区内的空中接口与若干个UE通信。例如，eNode-B 114 与小区102内的UE 118和120通信，并且eNode-B 116与小区104内的 UE 122通信。小区间干扰源自UE，尤其是邻区中的小区边缘UE。例如， 位于小区102的边缘处的UE 120可以是对小区104的干扰的主要来源。 适当功率控制方案可以用于减少UE 120的发射功率，从而减少对小区104 中的UE的干扰，例如对UE 122的干扰。在其中功率控制主要经由P₀以 及补偿系数α的设定来实现的简化情况下，UE的所发射功率P_TX可以被写 (以dBm为单位)为：

P_TX＝P₀+α·PL。       (2)

方程式(2)还被称为FPC公式。

3GPP第1种情况是指具有500m的典型站点间距离的城市宏小区。 由于邻区的接近性，因此来自邻区的干扰明显高于热噪声。因此，第1种 情况还被称为干扰限制情境。随着小区间距增加，热噪声变得更加明显。 3GPP第3种情况是指具有1732m的典型站点间距离的农村宏小区，并且 相对较大站点间距离意味着第3种情况是噪声限制的。3GPP第1种情况 以及第3种情况有关的细节可以在可在3GPP网站(http://www.3GPP.org) 获得的3GPP.TR36.814中找到。常规上行功率控制方案依赖于系统操作 员来设定功率控制参数，功率控制参数是基于不论小区是第1种情况小区 或第3种情况小区提前确定的。然而，不是所有小区都可以明显地分类为 这两种极端情况(即，第1种情况以及第3种情况)。一些小区处于这两 种情况之间。此外，小区间干扰的量可能随时间变化而波动，因而使得静 态功率控制方案不适用。

在本发明的实施例中，替代于依赖于系统操作员设定静态功率控制参 数，系统获得小区的长期路径损耗度量值并且基于长期功率度量值将小区 分类为预定小区类型中的一者。每一预定小区类型对应于优化用于所述小 区类型的功率控制参数集合。随后，系统基于小区类型动态地为小区中的 UE设定功率控制参数。在一个实施例中，长期功率度量值包含小区(也 称为服务小区以将其与其它邻区区分开)内UE的平均路径损耗。在另一 实施例中，长期功率度量值包含从服务小区中的UE到其它邻区的平均路 径损耗。在再一个实施例中，长期功率度量值包含到服务小区的平均路径 损耗以及到邻区的平均路径损耗的组合。应注意，在如3GPP规定的LTE 网络中，UE测量关于参考信号的两个参数：参考信号接收功率(RSRP) 以及参考信号接收质量(RSRQ)，并且向服务小区报告这些参数。UE到 服务小区以及到一个或多个邻区的路径损耗可以从通过eNode-B接收到的 RSRP报告中提取。

图2呈现说明根据本发明的实施例的用于设定上行功率控制参数的示 例性过程的流程图。在操作过程中，小区的eNode-B从小区内的UE接收 RSRP报告(操作202)，并且从每一RSRP报告中提取路径损耗信息(操 作204)。在一个实施例中，路径损耗信息包含到当前服务小区的路径损耗 以及到其它邻区的路径损耗。在一个实施例中，eNode-B直接基于所接收 的上行链路信号的信号强度测量从小区内的UE产生的路径损耗。接着 eNode-B对在参与的UE上的并且经过预定时间间隔的路径损耗取平均值 (操作206)。在一个实施例中，相比于由3GPP规定的功率控制时间参数， 预定时间间隔明显更长，所述由3GPP规定的功率控制时间参数在几毫秒 范围内。在另一实施例中，eNode-B对经过若干个小时、天或周的路径损 耗取平均值。另外，为了获得到服务小区的平均路径损耗，eNode-B对小 区内的所有现用UE上的路径损耗取平均值；为了获得到邻区的平均路径 损耗，eNode-B对报告RSRP的所有UE上的路径损耗取平均值。应注意， 可以在线性或者dB域中完成取平均值。此外，有可能在一定时间段期间 小区中的UE不发射RSRP报告。在此类情况下，eNB可以使用一些预定 的或历史的功率度量值代替所接收的路径损耗信息。

测量到服务小区的平均路径损耗的度量值(也称为到服务小区的损耗 度量值)提供第1种情况小区与第3种情况小区之间的明显划分，因为第 3种情况小区由于它们的范围更大而往往会具有大得多的到服务小区的路 径损耗。如果系统的主要关注点是上行链路所接收的信号的信令质量，那 么此度量值可以用于分类小区类型。因为上行链路通常比下行链路有更多 的功率限制情况，测量到服务小区的平均路径损耗的度量值是用于上行链 路识别噪声控制的小区的重要度量值。

类似地，测量到邻区的平均路径损耗的度量值(也称为到邻区的损耗 度量值)也提供第1种情况小区与第3种情况小区之间的明显划分。如果 更多的重点放在上行链路小区间干扰上而不是在上行链路所接收的信号 的信号强度上，那么此到邻区的损耗度量值可以用于分类小区类型。

随后，eNode-B基于所提取的路径损耗信息计算路径损耗度量值(操 作208)。在一个实施例中，系统组合到服务小区的损耗度量值以及到邻区 的损耗度量值以获得组合的路径损耗度量值。可以使用各种组合所述两个 度量值的方法。在一个实施例中，组合两个路径损耗度量值意味着在确定 功率控制参数时考虑到服务小区的平均路径损耗以及到邻区的平均路径 损耗两者。在再一个实施例中，系统基于到服务小区的平均路径损耗以及 到邻区的平均路径损耗计算组合的平均路径损耗。在另一实施例中，系统 通过计算前述两个路径损耗度量值的算术平均值、几何平均值或二次平均 值来获得组合的路径损耗度量值。例如，小区i中的组合的平均路径损耗 可以如下计算：

$J_1\left(i\right)=\frac{1}{N}\underset{{j,\mathrm{PL}}_j^k-{\mathrm{PL}}_j^i<\theta }{\Sigma }\sqrt{\frac{{\left({\mathrm{PL}}_j^i\right)}^2+{\left({\mathrm{PL}}_j^k\right)}^2}{2}},$或

$J_2\left(i\right)=\frac{1}{N}\underset{{j,\mathrm{PL}}_j^k-{\mathrm{PL}}_j^i<\theta }{\Sigma }\sqrt{{\mathrm{PL}}_j^i\times {\mathrm{PL}}_j^k},$或

$J_3\left(i\right)=\frac{1}{N}\underset{{j,\mathrm{PL}}_j^k-{\mathrm{PL}}_j^i<\theta }{\Sigma }\frac{{\mathrm{PL}}_j^i+{\mathrm{PL}}_j^k}{2};$

其中N是UE的数目，J(i)s是小区i中的组合的平均路径损耗，是 UE j到服务小区i的时间平均的路径损耗，是UE j到邻区k的时间平 均的路径损耗，以及θ是阈值。在所有参与的UE以及所有邻区上计算出 总和。应注意，如果对于特定UE，到其邻区的路径损耗与到服务小区的 路径损耗之间的差值超过阈值θ，那么从总和中排除所述UE。此外，还从 总和中排除不报告RSRP的UE，因为对于那些UE无法获得到邻区的路径 损耗。

基于计算出的路径损耗度量值，eNode-B将小区分类为预定类型中的 一者(操作210)。在一个实施例中，根据预定查找表将路径损耗映射到小 区类型。在另一实施例中，将路径损耗映射到小区类型包括将路径损耗与 一个或多个预定阈值进行比较。在简化的模型中，存在两个预定小区类型， 并且系统将计算出的路径损耗与预定阈值进行比较。如果路径损耗小于阈 值，那么小区被分类为I类型小区；如果路径损耗大于或等于阈值，那么 小区被分类为II类型小区。表1说明在路径损耗与两种类型的小区之间的 示例性映射。在更复杂的模型中，存在多达五种小区类型，并且系统将计 算出的路径损耗与四个预定阈值进行比较从而将小区映射到五种类型中 的一者。表2说明在路径损耗与五种类型的小区之间的示例性映射。

小区类型 路径损耗J(i) I J(i)<阈值 II J(i)≥阈值

表1

小区类型 路径损耗J(i) I J(i)<阈值₄II 阈值₄≤J(i)<阈值₃

III 阈值₃≤J(i)<阈值₂IV 阈值₂≤J(i)<阈值₁V J(i)≥阈值₁

表2

随后，系统获得对应于小区类型的功率控制参数(操作212)。这些功 率控制参数已经预先优化以最佳地服务对应类型的小区。表3说明对应于 表1中示出的两种小区类型的两个示例性功率控制参数集合。表4说明对 应于表2中示出的五种小区类型的五个示例性功率控制参数集合。

小区类型 α P₀I 0.8 -80dBm II 0.4 -40dBm

表3

小区类型 α P₀I 0.8 -82dBm II 0.7 -72dBm III 0.6 -62dBm IV 0.5 -52dBm V 0.4 -42dBm

表4

应注意，操作210和212可以组合到单个操作中，其中查找表包含功 率控制参数。因此路径损耗可以在不首先映射到小区类型的情况下直接映 射到功率控制参数。除使用组合的路径损耗之外，还可以基于个别的到服 务小区的损耗度量值以及到邻区的损耗度量值类映射功率控制参数。表5 说明在补偿系数α与两种路径损耗度量值之间的示例性映射。

表5

从表5中可以看出，如果到服务小区的平均路径损耗高并且到邻区的 平均路径损耗低，那么补偿系数设定为0.8；否则补偿系数设定为0.4。表 5还包含对应于其中因缺少RSRP报告而无法获得到邻区的路径损耗的情 况的列。在此类情境中，单独基于到服务小区的平均路径损耗确定补偿系 数。

在eNode-B获得功率控制参数之后，eNode-B向小区内的所有UE发 送功率控制参数，从而允许UE相应地调整它们的上行链路发射功率(操 作214)。在一个实施例中，eNode-B可以定期执行操作202到214从而为 UE提供基于最新的RSRP报告获得的最新功率控制参数。

图3呈现根据本发明的实施例的用于动态设定上行功率控制参数的示 例性功率控制系统。功率控制系统300包含接收机构302、路径损耗提取 机构304、平均器306、功率控制参数数据库308以及发射机构310。

在操作过程中，接收机构302从小区中的UE接收RSRP报告并且向 路径损耗提取机构304发送报告，所述提取机构304从RSRP报告中提取 路径损耗信息，所述路径损耗信息包含到服务小区的路径损耗以及到邻区 的路径损耗。平均器306对发送RSRP的UE上的路径损耗取平均值。另 外，平均器306还对经过相对较长时间间隔的路径损耗取平均值，所述时 间间隔例如几小时、几周以及几天。在一个实施例中，平均器306通过计 算到服务小区的路径损耗以及到邻区的路径损耗的算术平均值、几何平均 值或二次平均值来计算组合的路径损耗。

平均路径损耗或组合的平均路径损耗被映射到存储于功率控制参数 数据库308中的功率控制参数集合中。在一个实施例中，平均路径损耗首 先被映射到属于先前界定的小区类型集合的小区类型中，并且每一小区类 型被映射到先前确定的功率控制参数的集合中。随后经映射的功率控制参 数被发送到发射机构310，所述发射机构310向小区中的UE发送功率控 制参数，从而允许UE相应地调整它们的发射功率。

图4说明根据本发明的实施例的能够设定上行功率控制参数的示例性 eNode-B。eNode-B 400包含网络接口402、处理器404、功率度量值确定 模块406、小区类型确定模块408、功率控制参数产生器410、收发器412 以及天线414。在操作过程中，eNode-B 400经由网络接口402与核心网络 交互。处理器404执行用于功率度量值确定模块406、小区类型确定模块 408以及功率控制参数产生器410的应用程序。收发器412经由天线414 从UE接收上行链路信号并且向UE发送下行链路信号(包含所产生的上 行功率控制参数)。

本发明的实施例提供一种基于小区的长期平均路径损耗度量值为小 区设定上行功率控制参数的上行功率控制解决方案。由于为每一小区个别 地设定上行功率控制参数，因此相比于其中上行功率控制参数集合均一地 应用于网络中的所有小区的常规解决方案，整个网络的性能得以明显改 良。此外，因为此解决方案并不需要在eNode-B之中的信息交换并且并不 需要操作员在每一eNode-B处手动地调整上行功率控制参数，所以此解决 方案可以大幅度地减少网络维护费用。

应注意，图2中示出的过程以及图3中示出的系统架构仅仅是示例性 的并且不应限制本发明的范围。例如，系统可能使用其它类型的功率相关 度量值而不是本发明中提及的路径损耗度量值来对小区进行分类以及分 配功率控制参数，只要此类度量值可以区分干扰限制小区以及噪声限制小 区。例如，系统可能基于测量到服务小区的最大路径损耗的度量值来分配 上行功率控制参数。另外，表中示出的功率控制参数也仅仅是示例性的。 其它功率控制参数也是可能的，只要它们可以提高上行链路性能。

此具体实施方式中所描述的数据结构以及编码通常存储在计算机可 读存储媒体上，所述计算机可读存储媒体可以是能存储供计算机系统使用 的编码和/或数据的任何装置或媒体。计算机可读存储媒体包含但不限于易 失性存储器、非易失性存储器、磁性以及光学存储装置，例如磁盘驱动器、 磁带、CD(光盘)、DVD(数字通用光盘或数字视频光盘)、或能够存储 目前已知或稍后开发的计算机可读媒体的其它媒体。

在具体实施方式部分中所描述的方法和程序可以以编码和/或数据形 式实施，所述编码和/或数据可以存储于如如上文所描述的计算机可读存储 媒体中。当计算机系统读取并且执行存储于计算机可读存储媒体上的编码 和/或数据时，计算机系统执行以数据结构以及编码形式实施且存储在计算 机可读存储媒体内的方法和程序。

此外，本文本中所描述的方法和程序可以包含在硬件模块或设备中。 这些模块或设备可以包含但不限于专用集成电路(ASIC)芯片、现场可编 程门阵列(FPGA)、在特定时间执行特定软件模块或一段编码的专用处理 器或共用处理器、和/或目前已知或稍后开发的其它可编程逻辑装置。当硬 体模块或设备启动时，这些硬体模块或设备执行其内部所包含的方法和程 序。

仅出于说明以及描述的目的已呈现各种实施例的前文描述。这些描述 并不意图为详尽的或将本发明限制于所揭示的形式中。因此，许多修改以 及变化对于所属领域的从业者来说将是显而易见的。另外，以上揭示并不 意图限制本发明。