專利名稱：使用分時雙工手機系統(tǒng)中計算最佳槽對信元分派的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明有關無線通訊。更明確地，本發(fā)明是有關于運用分時多任務(TDD)來分隔基地臺對移動電話、與移動電話對基地臺通訊的第三代(3G)移動電話系統(tǒng)。
背景技術：
無線分時移動電話系統(tǒng)通常是將時間軸劃分成稱為時間幀(frame)的相等持續(xù)時間。該系統(tǒng)是運用TDD方案而將時間幀劃分成有限個(NT)稱為槽的相等持續(xù)時間，且允許一信元使用某些或所有槽來作上行線路(移動電話對基地臺)或下行線路(基地臺對移動電話)傳輸。一信元的槽分派是定義該信元應如何使用每一槽。一信元是由三種可能的方式來使用一槽1)上行線路傳輸；2)下行線路傳輸；或3)未使用任何槽。
可由該系統(tǒng)來改變一信元的槽分派，以調(diào)整適應電信話務的需求。譬如，當下行線路電信話務量增加而上行線路電信話務減少時，該系統(tǒng)可將某一槽的分派由上行線路更改成下行線路。此外，一系統(tǒng)的不同信元通常不需具有相同的槽分派。倘若在一地理區(qū)域中的電信話務特征與其它區(qū)域者不同時，則涵蓋該區(qū)域的信元將具有不同的分派，以最佳化地調(diào)整適應局部區(qū)域的電信話務狀態(tài)。
一信元c的時間槽分派Ac是由一組NT值代表，其中時間槽分派的第s個值(Ac，s)是代表使用該信元中的第s個槽。用于上行線路與下行線路傳輸?shù)牟蹟?shù)量，是分別以Ncu與Ncd表示。
圖1是顯示位在同一鄰近地區(qū)中的兩信元的沖突槽分派。一第一信元10具有一時間幀12，其中包括多個時間槽NA1至NAT。該時間槽是用于上行線路或下行線路通訊、或著完全不使用。在本范例中是假設時間槽NA3可用于一移動電話單元18與基地臺11之間的上行線路通訊。包括有一第二基地臺20的一第二信元14是極接近第一信元10。該信元是使用一第二時間幀15來通訊，其中該幀包括多個時間槽NB1至NBT。在該第二信元中，該槽亦用于上行線路或下行線路通訊、或著完全不使用。在本范例中是假設時間槽NB3可用于下行線路通訊。由于信元互相接近，因此第二信元10極可能對第一信元10基地臺11與移動電話單元18之間的通訊造成干擾，而這將造成系統(tǒng)服務降級(基地臺對基地臺干擾型態(tài))。根據(jù)就信元之間路徑損失(path loss)而論的隔離等級，可能或不可能接受該降級。第一信元10必須將移動電話單元18分派予另一槽，且將該槽標記為該信元中無法使用的一上行線路槽，如此將減少系統(tǒng)的容量。
亦可能分派互相極為接近的移動電話上行線路與下行線路槽，而發(fā)生移動電話對移動電話干擾的型態(tài)。然而，移動電話對移動電話的干擾遠較基地臺對基地臺的干擾更無法預期，且可借由一脫逃機制而得以減輕其影響，其中該機制是將使用者碼重新分派至干擾較不嚴重的另一時間槽。
因此，重要地是借由考慮調(diào)整適應局部區(qū)域的電信話務變動、與避免因相鄰信元間的不同時間分派所造成的干擾等兩者的沖突需求，來對每一信元決定最佳的槽分派。當相鄰信元未相互連結(jié)地利用互相相對的槽分派時，將發(fā)生「交錯槽(crossed slot)」。第一信元可使用一槽分派來實施上行線路通訊，且另一信元將可使用相同的槽分派來實施下行線路通訊。如此將造成，某一信元的下行線路傳輸可能干擾另一信元的上行線路接收。因此，亟需一種系統(tǒng)，其可考慮相鄰信元的時間槽分派且有效率地調(diào)和時間槽分派，以提升總體效能及每一信元的作動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種可在任何兩信元之間提供最大數(shù)量的交錯槽，以將上行線路及下行線路槽數(shù)量最佳化的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明是借由考慮a)避免基地臺對基地臺或移動電話對移動電話干擾；與b)使每一信元的槽分派盡可能密切地配合局部區(qū)域電信話務狀態(tài)等兩者之間的妥協(xié)，而在任何兩信元之間決定最大數(shù)量的交錯槽，且有效率地對一系統(tǒng)的每一包元中的每一槽分派上行線路或下行線路的一方向。本發(fā)明是依據(jù)傳輸功率需求，而將使用者分派予槽，以在同一地理區(qū)域中的兩信元之間允許沖突的槽對信元分派。


圖1是顯示兩相鄰信元的問題，其中一第一信元是與一使用者終端設備(UE)通訊，且一第二信元的下行線路將干擾該第一信元中UE的通訊。
圖2A至2B是依據(jù)本發(fā)明來計算{Ncu‾,Ncd‾}c=1Mc]]>的流程圖。
圖3是顯示由設置于遙遠處的外側(cè)主要基地臺所環(huán)繞的一主要基地臺「島狀團(island cluster)」。
圖4是用于實現(xiàn)本發(fā)明的流程圖。
具體實施例方式
以下將參考附圖來說明本發(fā)明，其中全文中皆以相同的參考標號來代表相同的組件。
本發(fā)明是考慮以下兩假定。第一，當兩信元的相互路徑損失隔離增大時，該兩信元之間的交錯槽最大數(shù)量將增多，或相反地，當該隔離減小時，可容忍的交錯槽數(shù)量將減少。第二，為了一信元挑選一特殊的槽分派所造成的成本，應為因該槽分派挑選而導致無法服務(即阻塞或延遲)的電信話務的函數(shù)。
熟于此項技術的人士應可了解到，較大隔離的信元將可提供一較大量的交錯槽?！父綦x」一詞是關于基地臺對基地臺干擾的兩基地臺之間路徑損失的一統(tǒng)稱。其亦指一度量，其是關聯(lián)于，分別連結(jié)兩信元的兩移動電話的任何成對的可能位置之間的路徑損失分布(相關于移動電話對移動電話的干擾)。在后者中，該度量可為該分布的百分之一等級。
倘若兩信元之間具有一非常大的隔離，則該信元將可獨立自主地選擇其槽分派。在這種情況下，基地臺對基地臺、移動電話對移動電話的干擾顯然較不顯著。在另一極端中，幾乎設于同一位置處的信元將甚至無法提供單一對交錯槽。如此產(chǎn)生的基地臺對基地臺干擾的量將妨礙通訊、或無法以該槽實施任何通訊。
然而，本發(fā)明最優(yōu)地可實施至落于兩極端之間的情形，其中可借由運用新穎的無線電資源管理(RRM)技術而允許有限數(shù)量的交錯槽。與其所服務的節(jié)點B相接近的無線傳輸接收單元(WTRU)，將優(yōu)先地分派予交錯槽，而使移動電話對移動電話干擾的可能性最小化。
可忍受的最大數(shù)量交錯槽是眾多因子的函數(shù)，該因子包括、但不限于環(huán)繞著節(jié)點B的使用者地理環(huán)境、WTRU的移動性、及RRM效能。兩信元(c1與c2)之間的交錯槽最大數(shù)量是由(Xc1，c2)代表。本發(fā)明是假設，介于任何成對信元之間的交錯槽最大數(shù)量是屬已知。實際上，操作者可借由考慮信元(c1與c2)的隔離程度，來決定一適當?shù)?Xc1，c2)值。本發(fā)明亦解說一種可能的系統(tǒng)化方法，其可用于決定(Xc1，c2)。
用于一信元的一槽分派(Fc)的實際成本，可依據(jù)因目前槽分派以致無法服務的電信話務量來定義。倘若因缺乏電信話務而使槽未使用，則將與如何分派一槽無關。亦可借由因在一信元(c)中挑選特殊的槽分派而造成阻礙或延遲的一電信話務，來表達成本函數(shù)。
成本函數(shù)與交錯數(shù)量兩者是密切相關。亟希望使總成本函數(shù)F最小化，其中總成本函數(shù)是每一信元的各別成本函數(shù)Fc的總和。倘若可互相獨立地調(diào)整每一信元的槽分派，則由于每一信元的上行線路/下行線路槽的數(shù)量恰好可配合電信話務特征，因此該槽分派將為一簡易的工作。不幸地，該信元并非互相隔離，且必須考慮信元隔離。當在兩信元之間利用愈多的沖突槽分派時，隔離不足將造成該信元互相干擾，倘若信元c1與c2之間存在超過一個交錯槽(即Xc1，c2＞1)時，則無法忍受這種干擾。是以，交錯槽的最大數(shù)量是代表，當欲尋求可使成本函數(shù)F最小化的最佳化方案時，所必須考慮的一限制。
實現(xiàn)本發(fā)明時必須已知以下各數(shù)值1)系統(tǒng)中的信元數(shù)量(Mc)；2)一TDD幀中可用于電信話務的槽數(shù)量(Nt)；3)一信元中可用于電信話務的上行線路槽最小與最大數(shù)量(分別為Nminu與Nmaxu)；及(4)一信元中可用于電信話務的下行線路槽最小與最大數(shù)量(分別為Nmind與Nmaxd)。接著，必須對每一對信元(c1，c2)，決定系統(tǒng)可忍受的交錯槽Xc1，c2最大數(shù)量。這可借由不同的方式達成1)譬如在一粗略方式中，當信元c1與c2互相相對地較「接近」時，手動設定Xc1，c2＝0，且當c1與c2互相遠離時，設定Xc1，c2＝Nt；2)對于一系統(tǒng)化方式，將在以下第34段中說明；及3)一「手動調(diào)整」，其中操作者可根據(jù)專業(yè)經(jīng)驗為基礎，而依據(jù)試探法來作調(diào)整，譬如可能在一業(yè)已建立的系統(tǒng)中，判斷當室內(nèi)信元互相分離200公尺時，系統(tǒng)可忍受4個經(jīng)許可的交錯槽，而不致發(fā)生任何問題。
當已得到在每一信元c中分派的上行線路 及 數(shù)量后，即可尋求最佳化的槽對信元分派。系統(tǒng)是指派 個上行線路槽予信元c，分派 個下行線路槽與信元c，且在信元c中剩余(Nt-Ncu‾-Ncd‾)]]>槽未使用。系統(tǒng)永遠以相同的優(yōu)先級來分派上行線路槽予所有信元。譬如，假設具有Nt＝8個槽且優(yōu)先級為(S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8)。因此，倘若Ncu‾=3,]]>則系統(tǒng)將分派槽S1、S2、及S3予信元c中的上行線路。系統(tǒng)亦永遠以相同的優(yōu)先級來分派下行線路予所有信元，且該順序必然與用于上行線路槽的順序相反。在以上范例中，倘若Ncd‾=4,]]>則系統(tǒng)將分派槽S8、S7、S6、及S5予信元c中的下行線路。信元c中完全未使用槽S4。可由操作者任意地決定，分配槽的優(yōu)先級。
上述中的數(shù)量{Ncu‾,Ncd‾}c=1MC]]>集合將構(gòu)成以下最佳化問題的解最小化F=Σc=1McFc;]]>第一方程式其中F是全部成本函數(shù)之和，且Fc是關聯(lián)于一特定信元c的槽分派的成本函數(shù)，該Fc可由第二方程式定義Fc=Ku×max(0,min(Tcu-Ncu,Nmaxc))+Kd×max(0,min(Tcd-Ncd,Nmaxd))]]>第二方程式其中Tcu與Tcd是分別指示，在信元c中服務所有上行線路與下行線路電信話務所需的槽數(shù)；Ku與Kd是權(quán)重因子，其允許一系統(tǒng)操作者依需求來賦予上行線路或下行線路電信話務更高的重要性；Ncu與Ncd是在信元c中，分別用于上行線路與下行線路傳輸?shù)牟蹟?shù)；及Nmaxu與Nmaxd是可分派予一給定信元的上行線路或下行線路的最大槽數(shù)。以上的方程式必須掌控{Ncu}c=1Mc]]>及{Ncd}c=1Mc]]>的值，其受到以下條件限制1)Nminu≤Ncu≤Nmaxc,]]>其中Nminu與Nmaxu限制值分別為上行線路槽的最小與最大數(shù)量；2)Nmind≤Ncd≤Nmaxd,]]>其中Nmind與Nmaxd分別為下行線路槽的最小與最大數(shù)量；3)Ncu+Ncd≤N1,]]>其中信元的上行線路及下行線路的槽數(shù)應小于一特定信元中可取得的槽的總數(shù)量；以及4)對于每一對信元(c1，c2)，max(Nc1u+Nc2d-N1,Nc2u+Nc1d-N1)≤Xc1,c2.]]>該最后一限制條件是表示一狀態(tài)，即兩信元(c1，c2)不可具有超過Xc1，c2個交錯槽?？墒笷最小化、且滿足上述限制條件的{Ncu‾,Ncd‾}c=1Mc]]>值集合，將表示為{Ncu‾,Ncd‾}c=1Mc,]]>且構(gòu)成為尋求到的解。
為了更清楚地說明上述者，請參考顯示出一流程圖300的圖2A至2B，該流程圖包括用于獲取{Ncu‾,Ncd‾}c=1Mc]]>的步驟。開始時，可在步驟302中列出所有可能的{Ncu‾,Ncd‾}c=1Mc]]>值集合，如以上已詳細解說者。接著，將獲取的該可能的值集合標示S1、S2、S3、…、Sp，且將第i個值集合Si寫為Si={Ncu‾,Ncd‾}c=1Mc]]>(步驟304)。接著，在步驟306中將由i＝1開始，且使Fcmin＝無限大、及i0＝1。之后，在步驟308中計算Fc=Ku×max(0,min(Tcu-Ncu,Nmaxc))+Kd×max(0,min(Tcd-Ncd,Nmaxd))]]>(即第二方程式)。接著，在步驟310中判斷Fci是否大于Fcmin。倘若為「是」，則將在步驟312中設定Fcmin等于Fci、及i0＝1，且再繼續(xù)前進至步驟314。倘若為「否」，則直接由步驟310前進至步驟314，其中在步驟314中，i將變?yōu)閕+1。由步驟314前進至步驟316時，將判斷i是否大于ρ。倘若為「否」。則返回至步驟308。若然，則前進至步驟318。在步驟318中，將如圖2A至2B的步驟318所示，對所有的c＝1，2，…，Mc，由公式來給定{Ncu‾,Ncd‾}c=1Mc]]>所代表的最佳槽對信元分派。
可解答這種最佳化問題的最顯而易見的程序，是運用一「暴力(bruteforce)」技術，借此可對滿足上述四個限制條件的每一可能的數(shù)值{Ncu‾,Ncd‾}c=1Mc]]>集合來計算F值。這種方法僅對較小值的Mc或Nt實用，在其它情況下，其計算量將變得煩多。
現(xiàn)在請參考圖3，其為多個內(nèi)部信元106形成的「島狀團」的一范例，該信元的信元型態(tài)可能具有極高的相關性。因此，對于信元106，由于信元106之間的隔離程度為最小，因此將Xci，cj[其中(i，j)為(c1、c2、c3、c4、及c5)中的任一對不同信元]設定為一最小值。對比地，一外部的信元102群具有一較高程度的隔離，且因此可具有一較高的Xci，cj數(shù)值[其中(i，j)是(屬于群102的c1、c2、c3、c4、及c5)中的任一對不同信元]]。
請再次參考具有兩個信元c1及c2的一假定范例，上述中的「系統(tǒng)化方式」可用于決定兩信元間交錯槽的最大數(shù)量(Xc1，c2)。當使用系統(tǒng)化方法來決定信元c1與c2之間交錯槽的最大數(shù)量(Xc1，c2)時，應已知該信元的最大范圍R。一信元的最大范圍是介于連結(jié)該信元的一移動電話、與服務該信元的一基地臺之間的最大距離。當c1與c2等兩信元并未具有相同的最大范圍時，則可將R設定成該兩數(shù)值中的較大者。介于c1與c2等兩信元之間的距離可由Dc1，c2代表?？捎刹僮髡咴O定一參考ρ。其具有一最大數(shù)值1.0及一最小數(shù)值0.0。ρ值是代表a)當兩移動電話在相反方向上使用相同槽時，連結(jié)至信元c1的一移動電話與連結(jié)至信元c2的一移動電話之間的一距離；與b)服務信元c1的基地臺與服務信元c2的基地臺之間的距離等兩者之間的最小容許比率。當ρ的值減小時，在兩信元間允許交錯槽的機率將提高，而ρ的值增加時將具有相反的效應。使用以上概述的變量時，將可利用第三方程式來決定交錯槽Xc1，c2的最大數(shù)量Xc1，c2＝Nt×min(1，round((1-ρ)2(Dc1，c2)2/4R2)；第三方程式其中round((1-ρ)2(Dc1，c2)2/4R2)是指示將((1-ρ)2(Dc1，c2)2/4R2)四舍五入運算至最接近的整數(shù)，或另一選擇為，可借由floor((1-ρ)2(Dc1，c2)2/4R2)來取代round((1-ρ)2(Dc1，c2)2/4R2)，該floor((1-ρ)2(Dc1，c2)2/4R2)是指示為了獲取小于或等于((1-ρ)2(Dc1，c2)2/4R2)的最大整數(shù)的運算。
請再次參考第二方程式，其中具有Nminu及Nmaxd項的原因在于，僅希望考慮因選擇槽分派所造成的成本，而不考慮在一特定區(qū)域中僅因容量不足所造成的成本。譬如，倘若在一特定信元服務下行線路電信話務時需要32個槽，且一分派中的下行線路槽最大數(shù)量僅14個，則由于不可能以任何槽分派來服務所有的該下行線路電信話務，因此成本函數(shù)的下行線路組成分量應限制在14。
熟知此項技術的人士應了解到，由于需要將連接自受影響的槽轉(zhuǎn)換至另一槽，因此不可能在一高頻率下修改槽分派。緣是，第二方程式中使用的電信話務估計應以符合槽分派修正頻率的長時間平均為基礎。譬如，倘若僅每30分鐘修改一次槽分派，則應在相同的短暫周期(具有相同數(shù)量級者)上平均電信話務估計值?？山栌稍S可控制(admission control)，根據(jù)譬如電信話務量的量測值、緩沖器占用、及通話阻塞的頻率等各種矩陣推導出估計值。
本發(fā)明的另一具體實施例是僅將具有最低功率需求的使用者分派予沖突的槽分派。亦即，可借由對每一實體頻率的基地臺功率設定一限制，來管理與相鄰信元中的(多個)上行線路槽相沖突的(多個)下行線路槽，其中該限制可由占用該槽的任何使用者的一編碼及一時間槽所定義。相反地。對于(多個)上行線路槽，其可借由對每一槽的上行線路功率設定限制來管理?？山?jīng)由兩種效應來減少系統(tǒng)中效能降級的量。第一效應是一發(fā)射器所產(chǎn)生的干涉，該干涉是與其傳輸成正比。第二，借由限制一使用者的傳輸功率，即可限制了自其服務基地臺起算的最大距離，而因此可降低其對連結(jié)至具有一沖突槽分派的相鄰基地臺的另一使用者產(chǎn)生干擾的機率、或可降低由該另一使用者對其造成的嚴重干擾。
應了解到，可利用其它的算法來實現(xiàn)成本函數(shù)，且該變型算法不致脫離本發(fā)明的精神。
現(xiàn)在請參考圖4，其中是顯示出用于實現(xiàn)本發(fā)明的一方法200。為了使說明更為簡潔，且由于上述中已解說了如何實現(xiàn)本發(fā)明，因此不再詳細說明方法200的步驟。開始時是如同上述者，在步驟200中決定信元之間的一隔離程度。如同業(yè)已解說者，信元之間的該隔離程度是與該信元之間的交錯槽最大數(shù)量成比例。其次，將在步驟204中決定交錯槽的最大數(shù)量。接著，在步驟206中，可將上行線路或下行線路的一方向分派予系統(tǒng)的每一信元中的每一槽。
盡管已詳細描述本發(fā)明，但請了解到，本發(fā)明并非以此為限，且可實施各種變更，而不致脫離由隨附申請專利范圍所定義的發(fā)明精神及范圍。
權(quán)利要求
1.一種將一通訊系統(tǒng)中的多個槽最佳化的系統(tǒng)，其中一最大量的交錯槽是存在于多個信元之間，其包括一分派裝置，將一方向分派予該系統(tǒng)每一信元中的每一槽，其中基地臺對基地臺的干擾將減少；及其中每一該信元的槽分派皆與通訊電信話務的狀態(tài)相關。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于該多個槽是上行線路槽。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于該多個槽是下行線路槽。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于該干擾是移動電話對移動電話的干擾。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于該槽分派是依據(jù)傳輸功率需求來實施，以在同一地理區(qū)域中的兩信元之間允許沖突的槽對信元分派。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種在任何兩信元之間提供最大數(shù)量的交錯槽以將上行線路及下行線路槽數(shù)量最佳化的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明是借由考慮a)避免基地臺對基地臺或移動電話對移動電話干擾；與b)使每一信元的槽分派盡可能密切地配合局部區(qū)域電信話務狀態(tài)等兩者之間的妥協(xié)，而有效率地對系統(tǒng)的每一信元中的每一槽分派一方向(即上行線路或下行線路)。本發(fā)明是依據(jù)傳輸功率需求，而將使用者分派予槽，以在同一地理區(qū)域中的兩信元之間允許沖突的槽對信元分派。
文檔編號H04L12/56GK1653727SQ03810879
公開日2005年8月10日 申請日期2003年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月14日
發(fā)明者保羅·馬里內(nèi)爾 申請人:美商內(nèi)數(shù)位科技公司