CN1141802C

CN1141802C - 在无线通信系统中用于对诸如速率和功率之类的资源进行分布式最佳反向链路调度的方法和装置

Info

Publication number: CN1141802C
Application number: CNB998132667A
Authority: CN
Inventors: R��ط��; R·列载法; J·霍特曼
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2004-03-10
Anticipated expiration: 2019-09-10
Also published as: EP1112624B1; DE69942988D1; WO2000014900A1; HK1039538B; JP4435983B2; DE69934700T2; HK1108978A1; ATE489778T1; HK1039538A1; AU6036799A; DE69934700D1; US6597705B1; US20030193907A1; EP1780905A1; KR20010073145A; JP2002524962A; US6996127B2; EP1780905B1; EP1112624A1; CN1326622A

Abstract

施加到无线通信系统中的各个基站(106)的一种方法以及相应的装置，其中每个基站(106)执行到移动站(102)的最优化的速率分配，但是与其它基站(106)无关。不同的基站(106)通过其它小区干扰相互影响，并根据所接收到的其它小区干扰和来自移动站(102)的所请求的速率而连续地修改它们的反向链路速率分配。这些基站(106)未调整最优化而收敛到稳定状态。最优化技术使在每个小区中的总通过量最大(最大速率)，而同时维持对其它小区的干扰于最低水平。

Description

在无线通信系统中用于对诸如速率和功率之类的资源进行分布式最佳反向链路调度的方法和装置

发明领域

本发明涉及通信系统。尤其，本发明涉及一种方法和装置，用于在无线通信系统中调度或分配诸如速率和功率之类的资源。

发明背景

在本技术领域中已知数种多址通信技术，诸如时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)。然而，码分多址(CDMA)的扩频调制技术比其它多址调制技术提供更显著的优点。在题为“使用卫星或地面中继器的扩频多址通信系统”的美国专利第4,901,307号中和在题为“在CDMA蜂窝电话系统中产生信号波形的系统和方法”的美国专利第5,103,459号中揭示在通信系统中的CDMA技术，两个专利都已转让给本发明的受让人。

由于CDMA应用宽带信号，它使信号能量在宽的带宽上扩展。因此，频率选择衰减只影响一小部分CDMA信号带宽。通过同时把移动站或用户与两个或多个小区一现场链接的多个信号路径，CDMA还提供空间或路径分集。此外，通过允许分别接收和处理以不同传播延迟到达的信号，CDMA可以利用多路径环境。在题为“在CDMA蜂窝电话系统的通信中用于提供软越区切换的方法和系统”的美国专利第5,101,501号中和在题为“在CDMA蜂窝电话系统中的分集接收机”的美国专利第5,109,390号中说明路径分集的例子，两个专利都已转让给本发明的受让人。

CDMA调制技术要求所有的发射机都在精确的功率控制下以管理系统中的干扰。如果基站向用户发送(前向链路)的信号的发射功率太高，则可能产生诸如对其它用户干扰之类的问题。大多数基站发送的信号的功率量是固定的。另一方面，如果基站发送的信号的发射功率太低，则某些用户可以接收到多个有差错的发送帧。地面信道衰减和其它已知因素也影响基站发送的的信号的发射功率。因此，每个基站必须调节它向它的用户发送的信号的发射功率。在题为“在CDMA蜂窝电话系统中用于控制发射功率的方法和装置”的美国专利第5,056,109号中揭示用于控制发射功率的一种方法和装置，所述专利已转让给本发明的受让人。在一种CDMA标准下，在通信工业协会的 TIA/EIA/IS-95-A用于双—模式宽带扩展频谱蜂窝系统移动站—基站的兼容性标准中描述，每个基站把导频、同步、寻呼和前向话务信道发送给它的用户。在该标准中，在每个基站和一些移动站之间还交换功率控制信号或代码以对系统提供合适的功率控制。

对上述标准的改进已经包括附加的较高的数据速率。这些较高的数据速率有助于提供超过传统话音服务的数据服务。一般话音服务比数据服务容许更高的差错率(例如，10-3的最大误码率(BER))，但是要求没有延迟的连续位流传输。诸如电子邮件、传真和一般计算机数据之类的大多数数据可以使用不连续的、经分组的数据传输。一般必须以高于语音的比特率来发送这种数据，但是对于延迟是不敏感的并且要求较低的差错率。例如，一般分别以8-32kbps、0.1-1Mbps和9.6-128kbps的比特率，以及10-4、10-9、和10-9的最大位差错率来发送传真、一般计算机数据和电子邮件。甚至视频比话音要求更高的比特率和较低的位差错率，而象话音，则要求连续位流传输。例如，一般低分辨率视频要求64-128kbps的比特率和10-5的最大位差错率。

为了有效起见，根据任何一种服务的大多数严格的要求，无线通信系统不必须对所有的服务提供相同的数据速率、差错率和位流(功率)。因此，对于给定的基站，一种现有技术对许可和登记控制、资源分配和差错恢复采用动态控制算法，并且处于脉冲串或分组的水平。例如，见，PIMRC，1995年，A.Sampath，P.Kumar以及J.Holtzman的“用于多媒体CDMA和无线系统的功率控制和资源管理”。然而，这种系统可能提供特定的或立即的服务分配，这不是有效的或最优化的。基站在该时刻分配每个新服务请求。此外，当一个基站可能对于立即服务分配而使它自己最优化时，这种最优化可以对邻近基站产生较大的干扰。如果一个基站正在对它从邻近基站接收到的干扰使它自己最优化，它自己的最优化可能导致两个邻近基站不断地产生相互干扰，从而，造成在无线通信系统中的不稳定状态。

发明概要

在诸如速率和功率最优化之类的资源最优化期间，对于基站或区站之间可能的干扰问题的一种解决方案是使用同步地控制每个小区的中央处理器或选择器。然而，中央化控制器(centralized controller)要求对每个小区的复杂的计算，而且每增加一个小区，计算负担指数上升。此外，中央化控制器要求在基站之间，以及到中央化控制器，发送信息。此外，这种中央化控制器可以要求所有基站同步地执行干扰测量和速率分配，从而进一步增加这种中央化方法的复杂度。

发明人已经开发一种技术，其中，每个基站最优化地执行速率分配，但是与其它基站无关。不同的基站通过其它小区干扰而彼此影响，根据所接收到的其它小区干扰和来自移动站的所请求的速率而连续地修正它们的反向链路速率分配。在发明人的技术中，这些基站在未协调最优化(uncoordinated optimizations)的情况下(即没有中央处理器)，收敛到(converge)稳定状态。

在本发明的一个实施例中，一种分布式反向链路速率分配技术在每个小区内最优化地分配反向链路速率，同时还使对其它小区的干扰保持在最低的水平。最优化技术使在每个服从(subject to)一组约束的小区中的总通过量最大，所述一组约束诸如下列约束：移动站的最大发射功率、移动站的所请求的速率、可能速率的离散组、在基站处的最大发热而上升的干扰(rise-over-thermalinterference)以及对噪声归一化的所要求接收到的最小每位差错(minimumrequired received error per bit normalized for noise)(Eb/No)。

通过把较高速率分配给靠近小区中心的移动站，并把较低速率分配给离小区的中心较远的移动站，每个基站以如此的方法来分配速率使其它小区的干扰最小。

就广义来说，本发明的一个方面体现在至少具有第一和第二基站的一种通信系统，其中所述基站至少分别与第一和第二用户站交换通信信号。在通信系统中的一种方法包括：(a)分别接收来自第一和第二用户站的发送请求，并调度从其它用户站接收到的请求，其中第一基站独立于第二基站的调度而使调度最优化，并使与第二基站的干扰最小，反之亦然；以及(b)分别把第一和第二分配信号发送到第一和第二用户站，其中分配信号至少规定一个传输准则，用户站都按所述准则发送数据。

附图简述

在图中，相同的标号识别相同的元件。为了便于识别任何特定元件的讨论，在标号中的最高有效位指首次引入该元件的图号(例如，参照图2，首次引入和讨论元件 204)。

图1示出应用本发明的无线通信系统；

图2是用于图1的无线通信系统中的功率控制系统的方框图；

图3是流程图，示出在两个小区的两个基站之间的分布式速率分配；

图4是流程图，示出基站和相关联的小区大于二时的分布式速率分配；

图5是呼叫流程图，示出根据来自移动站的请求通过基站分配速率；

图6是流程图，示出在最优化地把速率分配给移动站中，图4的基站所应用的程序的例子。

较佳实施例的详述

这里详细描述一种通信系统，尤其，一种装置和方法，用于控制诸如速率和功率之类的资源，并降低系统中的相互干扰。在下面的描述中，提供许多特定的细节，以给出对本发明的彻底的了解。然而，熟悉本技术领域的人员容易理解，没有这些特定的细节、或用另外的元件或步骤，也可以实现本发明。在其它例子中，为了使本发明清楚起见，未示出众知的结构和方法。

图1示出示例蜂窝状用户通信系统100，所述系统使用诸如CDMA之类的多址技术在用户站(例如，移动电话)的用户和区站或基站之间进行通信。在图1中，借助于一个或多个基站106a、106b等，移动用户站102与基站控制器104进行通信。相似地，固定用户站108与基站控制器104进行通信，但是只借助于一个或多个预定的和最接近的基站(诸如基站106a和106b)。

把基站控制器104耦合到，并一般包括，用于向基站106a和106b提供系统控制的接口和处理电路。还可以把基站控制器104耦合到其它基站并与其它基站进行通信，甚至也可能是其它基站控制器。把基站控制器104耦合到移动交换中心110，接着，把它耦合到归属位置寄存器112。在每次呼叫开始对每个用户站进行登记期间，基站控制器104和移动交换中心110把从用户站接收到的登记信号与包含在归属位置寄存器112中的数据进行比较，如本技术领域中所众知。在基站控制器104和其它基站控制器之间，甚至在移动交换中心110和其它移动交换中心110之间，可能发生软越区切换，如熟悉本技术领域的人员所众知。

当系统100处理话音和数据话务呼叫时，基站控制器104建立、保持和终止与移动站102和固定站108的无线链路，而移动交换中心110建立、保持和终止与公共电话交换网(PSTN)的通信。在下面针对在基站106a和移动站102之间发送的信号而进行讨论时，熟悉本技术领域的人员会理解，这些讨论可以等同地应用于其它基站以及固定站108。这里一般可以把术语“小区”和“基站”互换地使用。

参考图2，移动站10包括天线202，所述天线把信号发送到基站106a和从基站106a接收信号。双工器203提供从基站106a到移动接收机系统204的前向链路信道或信号。接收机系统204对所接收的信号进行下变频、解调和解码。然后接收机系统204把预定参数或参数组提供给质量测量电路206。参数的例子可以包括所测量的信噪比(SNR)、所测量的接收功率或诸如码元差错率、Yamamoto量度(metric)或奇偶位校验指示之类的解码器参数。例如，可在题为“在可变速率通信系统中确定所接收数据的速率的方法和装置”的美国专利第5,751,725号中找到有关移动站102(和基站106a)的操作的其它细则，所述专利已转让给本发明的受让人，并在此引用作为参考。

质量测量电路206接收来自接收机系统204的参数，并确定所接收信号的质量测量信号或功率电平。根据每帧的一部分或窗口，质量测量电路206可以产生每位能量(energy per bit)(E_b)或每码元能量(energy per symbol)(E_s)。较佳的是，使每位能量或每码元能量归一化(normalized)(例如，E_b/N_o)，或归一化并包括干扰因子(例如，E_b/N_t)，如本技术领域中所众知。根据这些测量，质量测量电路206产生功率电平信号。

功率控制处理器208接收来自质量测量电路206的功率电平信号，把该信号与门限值进行比较，并产生根据比较的功率控制消息。每个功率控制消息可以指示前向链路信号的功率变化。另一方面，功率控制处理器208产生表示所接收到的前向链路信号的绝对功率的功率控制消息，如本技术领域中所众知。较佳的是，功率控制处理器208根据每帧的数个功率电平信号，产生数个(例如，16个)功率控制消息。虽然这里所描述的质量测量电路206和功率控制处理器208一般是分立的元件，但也可以把这些元件单片集成，或这些元件执行的操作可以由单个微处理器来执行。

移动发送系统210通过双工器203和天线202对功率控制消息进行编码、调制、放大和上变频。在示例实施例中，移动发送系统210在输出反向链路帧的预定位置中提供功率控制消息。

移动发送系统210还接收来自移动站的用户的诸如话音或一般计算机数据之类的反向链路话务数据。根据待发送的话务数据，移动发送系统210请求基站106的特定服务(包括功率/速率)。尤其，移动发送系统210请求适合于特定服务的带宽分配。如下更全面的说明，基站106a然后根据来自移动站102和其它用户的请求而调度或分配带宽(功率/速率)资源，以使这种资源分配最优化。

基站106a包括从移动站102接收反向链路帧的接收天线230。基站106a的接收机系统232对反向链路话务进行下变频、放大、解调和解码。回程收发机233接收反向链路话务，并把它传递到基站控制器104。接收机系统232还从每个反向链路话务帧中分离出功率控制消息，并把功率控制消息提供给功率控制处理器234。

功率控制处理器234监视功率控制消息，并把前向链路发射机功率信号提供给前向链路发射机系统236。前向链路发射机系统236根据所提供的信号增加、保持或降低前向链路信号的功率。然后通过发射天线238发送向链路信号。此外，功率控制处理器234分析来自移动站102的反向链路信号，并把合适的反馈控制消息提供给前向链路发射机系统236。前向链路发射机系统236根据所提供的信号通过反射天线238经过前向链路信道把反馈控制消息发送到移动站102。前向链路发射机系统236还通过回程收发机233接收来自基站控制器104的前向链路话务数据。前向链路发射机系统236对前向链路话务数据进行编码、调制和通过天线238发送。

除有说明，否则这里在图1、2和其它附图中的各种块和元件的结构和操作都是按传统设计和操作的。因此，不必要进一步详述这些块和元件，因为熟悉本技术领域的人员会理解。为了简洁和避免使本发明的详细描述不清楚，省略任何附加的描述。根据这里所提供的详细描述，熟悉本技术领域的人员在必要时可以容易地修改图1、图2的通信系统100或其它系统的块。

包括移动站102和基站106a的移动站的闭环功率控制系统根据用户的传播条件动态地调节对每个用户的发射功率，以对每个用户的话音服务产生相同的帧差错率(FER)(例如，1％FER)。然而，如上所述，许多用户可能请求发送数据服务，代替诸如传真、电子邮件和一般计算机数据之类的话音服务，所有这些对延迟都不敏感，但是要求较低的FER(或较低的位差错率(BER))。甚至用户可以要求视频服务，这种服务不仅要求较低的FER，而且还对延迟敏感。更重要的，视频比话音要求更高的发送速率。如这里更详细的描述，基站106a根据来自每个用户的请求动态地分配发送速率。

语音服务不必定需要有高比特率，但是一般必须具有连续的位流。比较起来，一般计算机数据和电子邮件服务要求较高的比特率，但是可以简便地应用脉冲串或数据的分组。为了适应在高比特率处的脉冲串，基站106a必须调度发送，以致使该基站的所有用户的总干扰不会超过。这种调度和控制是可能的，因为这些数据是容许延迟的因此可以调度它们的发送。对于诸如系统100之类的CDMA系统，通过当前对数据发送和周围的话音发送进行调度而得到相当大的性能增益。基站106a可以控制每个脉冲串或每个分组的发送速率使之最优化。对基站本身的小区和紧接的邻近小区(例如，对于基站106a和它的邻近基站106b)的发送的干扰量限制了每个脉冲串或每个分组分发送速率。

通过初始地区分不同的服务，基站106a开始资源分配程序。例如，根据诸如最小容许位差错率(bit error rate)(BER)、FER或信号一干扰比(SIR)之类的服务质量(QoS)要求来区分各种服务。基站106a还根据诸如功率和/或最小比特率限制之类的功率和速率要求来定服务的特征。例如，如果移动站102请求发送短数据消息的服务，则由于较小的电池尺寸，移动站可以具有较紧的功率限制，但是具有较松的延迟限制(即，低的比特率要求)。另一方面，和数据服务相比较，如果移动站102请求话音服务，则与功率或位差错率相比较，它可以具有严格的速率要求。如果移动站102请求话音服务，则它可以要求高比特率和低差错率，并容许延迟。

如上所述，移动站102的发射功率是可以控制的，发送速率是同样可以控制的。在图2的CDMA系统100中，移动站102看到的干扰是干扰基站106a(和其它基站)的用户的发射功率的函数。然而，干扰电平还和其它用户的比特率有关。较小的比特率要求意味着以较低发射功率得到相同的质量。因此，得到每个用户的QoS要求的问题直接和所有用户的功率和比特率有关。实际上，带宽、功率和速率资源都是直接有联系的。因此，为了得到所有用户的所要求的性能，基站106a必须在比特率分配上对它的用户管理发射功率。

数学上，通过独立地解下列最优化函数而确定基站106a应该向它的每个移动站分配的最佳速率：

\max_{R} Σ_{i = l}^{N} R_{i}, - - - (1)

服从：

(E_b/I_o)₁＝γ_i，i＝I，...，N (2)

R_{\min_{i}} \leq R_{i} \leq R_{\max_{i}}, i = 1, . . ., N - - - (3)

P_{i} \leq P_{\max_{i}}, i = 1, . . ., N - - - (4)

其中，N是受基站106a控制的移动站的数量，而γ_i是第i个移动站的目标E_b/N_o(例如，根据数据速率，对于话音为5dB而对于数据为5-12dB)。(基站106a直接把E_b/N_o映射到移动站的QoS，例如，BER。)在等式(1)中，R是包括所有元件发送速率R_i(R＝[R₁，R₂，...R_N])的矢量。基站106a根据(1)取得速率组{R_i}，以致对于在小区中的所有用户N，使服从根据等式(2)到(4)的条件的R_i的总和最大。根据等式(2)，E_b/N_o相应于每位能量对总干扰强度的比。根据(3)，R_i是第i个移动站的速率，在矢量R中，该速率分别在最小和最大速率

和

之间。根据等式(4)，P_i相应于第i个移动站所发射的功率。在更一般的设置中，可以使速率的加权总和，最小。如此，在将为移动站分配较高速率的意义上来说，更有利于处理某些移动站(具有较大的那些)。然后基站可以使用系数

作为得到服务的质量(QoS)的机理。

在寻找小区的最优化速率分配之后，产生从一个小区到另一个小区的新的干扰组，这是在下一个迭代循环中使用的。参考图3，图中示出基站106a位于小区1，并对在小区2中的基站106b所引起的干扰进行补偿。相似地，基站106b补偿由基站106a引起的畸变。图3相应于只有两个小区相互作用的特殊情况。在图3中，I_ij是小区j对小区i引起的干扰。通过下列线性规划(linear programming)问题可以近似个别小区最优化问题(例如，正好对基站106a)：服从：

A_minP？(I_oc+N₀)W1 (6)

A_maxP≤(I_oc+N₀)W1 (7)

P_{i} \leq P_{\max_{i}}, i = 1, . . ., N, - - - (8)

其中，

1是大小为N全1的矢量；

N是在小区中的移动站数目；

I_oc是基站从其它小区接收到的干扰；

W是系统的带宽(例如，1.25MHz)；

N_o是加性高斯白噪声(AWGN)密度(例如，10^-6)；

h_i是从第i个移动站到基站的信道增益(路径损耗)(例如，0.25)；以及

A_min和A_max是定义如下的N×N矩阵：

A_{\min} = [\begin{matrix} \frac{{Wh}_{1}}{R_{\min_{1}} γ_{1}} & {- h}_{2} & \cdot & \cdot & \cdot & - h_{N} \\ - h_{1} & \frac{{Wh}_{2}}{R_{\min_{2}} γ_{2}} & \cdot & \cdot & \cdot & - h_{N} \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ {- h}_{1} & {- h}_{2} & \cdot & \cdot & \cdot & \frac{{Wh}_{N}}{R_{\min_{N}} γ_{N}} \end{matrix}] - - - (9)

A_{\max} = [\begin{matrix} \frac{{Wh}_{1}}{R_{\max_{1}} γ_{1}} & {- h}_{2} & \cdot & \cdot & \cdot & - h_{N} \\ - h_{1} & \frac{{Wh}_{2}}{R_{\max_{2}} γ_{2}} & \cdot & \cdot & \cdot & - h_{N} \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ {- h}_{1} & {- h}_{2} & \cdot & \cdot & \cdot & \frac{{Wh}_{N}}{R_{\max_{N}} γ_{N}} \end{matrix}] - - - (10)

发明人已经发现，在每个小区中执行上述最优化速率分配导致一个稳定的系统，这意味着把每个小区产生的干扰收敛到一个固定值。在数学上的收敛理论中，最初，让

和f：∑^N×N？？◆∑^N×N成为对于所有I≥0满足下列条件的映射：

·正值性(positivity)：(I)＞0；

·单调性(monotonicity)：如果I＞I_，则F(I)_f(I_)；

·可测量性(scalability)：对于所有_＞1，_f(I)＞f(_I)。

其中把所有的矩阵不等式解释成分量对分量的不等式。已经把满足上述三个条件的映象(mapping)f称为标准。见，R.A.Yates的“在蜂窝无线电系统中用于上行链路功率控制的框架”， Journal on Sel ected Areas in Communication(选择通信领域杂志)13(7)：1341-1347，1995年9月。然后，对于具有a的标准映象f，重复迭代：

I⁽ⁿ⁺¹⁾＝f(I⁽ⁿ⁾) (11)

假定映象f有一个固定点，则对于所有初始条件I(O)都收敛到映象f的唯一固定点。

现在，把收敛理论和个别小区最优化的等式(5)到(8)应用于多小区环境，可以证明，多小区环境同样地收敛到唯一的固定点。最初，使矩阵I＝[I_ij]为干扰矩阵，致使I_ij是小区j到小区i所产生的干扰。注意，通过定义，I_ij为零。因此，从其它小区到小区i的总干扰可以写成：

I_{oci} = \underset{j}{Σ} I_{ij} - - - (12)

还有，让f_j：IR^N×N→IR^N成为映射，致使通过解下列最优化问题，给定干扰矩阵I产生从小区j到其它小区的干扰：

\max_{P_{i}} Σ_{k = 1}^{N} h_{jk} P_{jk}, - - - (13)

服从：

A_{\min_{j}} P_{j} &GreaterEqual; (I_{ocj} + N_{0}) W 1 - - - (14)

A_{\max_{j}} P_{j} \leq (I_{ocj} + N_{0}) W 1 - - - (15)

P_jk≥0，k＝1，...，N (16)

再次，h_jk是从移动站k到基站j的信道增益。例如，给定P_i＝{P_j1，…，P_jN)，从小区j到小区i的干扰，I_ij是

Σ_{k = 1}^{N} P_{jk} h_{ik} .

参考图4，把图3的两个小区的情况扩展到小区数目为k个。对于每个小区1到k(包括基站106a和106b)，确定其它小区对该小区的干扰值(例如，对于小区1(基站106a)的I_{OC_1})。在图4中，干扰矢量I_j表示小区j对其它小区产生的干扰(其中j等于1，2，...，k)。该矢量的第k个输入是小区j对小区k产生的干扰。

然后小区产生速率和相应的干扰值I(n+1)，然后把它重复迭代地反馈回到每个小区作为干扰值I(n)。在每个重复迭代处，使用来自前面步骤的其它小区干扰来计算在每个小区处的反向链路速率的新组。该速率的新组对于下一个重复迭代产生速率的新组。在标准同步之下小区同步地调节(例如，在已知CDMA技术之下的帧同步)。当每个小区使它的速率最优化并补偿其它小区的干扰时(根据他们设置的速率)，每个小区的最优化收敛到稳定状态，而不是逐步升级到不稳定状态，如这里所说明的。对于系统100收敛到稳定、最优化状态，每个小区不需要和其它小区交换信息，而且每个小区不需要与其它小区同步地使它自己最优化。每个基站独立地形成它的最优化，不要需要对其它基站向它们的用户分配功率和速进行任何了解。

可以证明，在上述等式(包括等式(13))之下，映象f是标准的(即，满足正值性、单调性和可测量性条件)。通过否定来证明正值性条件。让矢量P_j成为对于某些I≥0的解，其中，通过f₁的定义，我们得到P_j≥0。不丧失一般性，假定p_j是零。在等式(13)的限制组中的等式(14)减小到：

-h_j2p_j2-...-h_jNp_jN≥(I_ocj+N₀)W. (17)

等式(17)的左侧是非正值的，而右侧是严格地正值的(由于N₀＞0)。因此，(17)是不可能的，并通过否定(contradiction)，p_jk＞0，k-1，...，N。则意味着对于所有i，

I_{ij} = Σ_{k = 1}^{N} P_{jk} h_{ki}

严格地是正值。

首先通过分别在I_OCj＝I_OC和I_OCj＝I_{_OC’}时，设定p^*和p^’*为(13)的解而证明单调性条件。可以容易地看到：

P^{' *} = P^{*} \frac{I_{oc}^{'} + N_{0}}{I_{oc} + N_{0}} - - - (18)

如果I’＞I，则I’_0C＞I_0C’从等式(18)它遵循P^’*＞P^*。通过把该论证施加到所有小区，我们得到f(I”)＞f(I)，它证明单调性条件。

首先通过分别在I_OCj＝I_OC和I_OCj＝αI_OC’时，设定p_I和p_αI为(13)的解而证明可测量性条件。再次可以证明：

P_{αI} = P_{I} \frac{{αI}_{oc} + N_{0}}{I_{oc} + N_{0}} < {αP}_{I} - - - (19)

从假设α＞1产生等式(19)。从等式(19)，并且对所有小区重复相同的论证，则f(αI)＜αf(I)。

注意(13)不包括在等式(5)中出现的最大发射功率限制。为了把收敛的证明扩展到包括这种限制的情况，首先注意，如果映象f是标准的，则对于所有初始条件，下列重复迭代收敛到唯一的固定点。

{\hat{I}}^{(n + 1)} = \min {f ({\hat{I}}^{(n)}) I_{\max}} - - - (20)

使用上述结果，并注意I_max限制直接映射到最大发射功率限制，分布式速率分配程序对于所有初始条件都收敛。

参考图5的呼叫流程图，其中示出基站执行速率分配的例子。移动站102把带宽请求消息502提供给基站106a，从而移动站请求发送某些话务(例如，话音或一般计算机数据)的特定带宽。作为响应，在上述技术下，基站106a执行调度，这在下面参考图6会更详细地描述。在执行这种调度之后，基站106a把反向链路速率分配消息504发送到移动站102，指挥移动站按所分配的速率发送它的数据。作为对此的响应，移动站以所分配的速率发送它的数据(如块506所示)。

由于可以以脉冲串或分组来发送数据，基站106a可以把多个反向链路速率分配消息504发送到移动站102。因此，根据单个频带请求消息502，基站106a可以执行数个调度技术的重复迭代，并产生数个反向链路速率分配消息504作为对其的响应。根据每个反向链路速率分配消息504，移动站根据最近接收到的反向链路速率分配消息发送一个或多个分组。在IS-95-B标准下，在带宽请求消息502和反向链路速率分配消息504之间不存在1—对—1映射。实际上，在该标准下，基站106a全然可以发送没分配的消息。

参考图6，以一般程序600更详细地示出应用上述技术的调度程序。在下面例子中，当基站106a把速率分配给移动站(包括移动站102)时，基站106a执行程序600。熟悉本技术领域的人员根据图6的流程图和这里提供的详细说明可以建立源代码。

在步骤602中开始程序600，其中，基站106a接收来自移动站的速率请求或带宽请求消息。在步骤604中，基站106a根据准则(2)到(4)解上述线性规划问题以确定用于矢量p*的值。例如，基站使用解这些问题的传统的简单方法。

在步骤606中，基站106a寻找相应于功率矢量p*的速率矢量R*，它还满足通过下列关系式的Eb/No要求：

R_{i} = \frac{W h_{i} P_{i}}{(\underset{j &NotEqual; i}{Σ} h_{i} P_{j} + N_{0} W) γ_{i}} - - - i = 1, \cdot \cdot \cdot, N - - - (21)

上述N×N矩阵(9)和(10)包括相应于第i个移动站的Eb/No值的值γ_i。为了对最大发热上升进行计算，根据(5)，基站106a在它的最优化中还可以包括下列准则：

在步骤608中，使速率R*量化，以得到量化的矢量R_Q，致使矢量R_Q的每个输入属于可容许的离散速率组。如上所述，系统100包括速率的离散组，变化范围从话音服务的低速率到数据服务(例如，视频)的高速率。因此，在步骤608中，基站106a识别量化速率组中的速率，该速率最接近相应于在矢量R*中的速率。如果移动站102要求最小速率，则基站106a识别下一个更高的量化速率，甚至如果存在接近于，但是低于所计算的速率的量化速率。

在步骤610中，基站106a使用下列关系式计算相应于量化速率矢量R_Q的量化功率矢量P_Q：

AP_Q＝N₀Wl (23)

其中

A = [\begin{matrix} \frac{{Wh}_{1}}{R_{Q γ_{1}}} & {- h}_{2} & \cdot & \cdot & \cdot & - h_{N} \\ - h_{1} & \frac{{Wh}_{2}}{R_{{Qγ}_{2}}} & \cdot & \cdot & \cdot & - h_{N} \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ {- h}_{1} & {- h}_{2} & \cdot & \cdot & \cdot & \frac{{Wh}_{N}}{R_{{Qγ}_{N}}} \end{matrix}] - - - (24)

在步骤612中，基站106a确定所计算的量化功率和速率矢量P_Q和R_Q是否提供可用的解。如果是的，则在步骤614中，基站106a把速率的调度发送到移动站作为量化速率矢量R_Q。例如，基站106a把反向链路速率分配消息504发送到移动站102，它识别移动站102进行发送的特定速率。

如果在步骤612中的解是不可用的，则在步骤616中，基站106a以递减的次序挑选在量化功率矢量P_Q中的矢量。在步骤618中，基站106a寻找在量化功率矢量P_Q中的指数k，致使k是矢量P_Q中的最低指数，其中相应于指数k的矢量大于最小速率R_min，即：

R_Q[k]＞R_min (25)

在步骤620中，基站106a确定是否存在这种指数k。如果存在，则基站106a把下一个k的速率降低到下一个可容许的较低速率(即，降低速率R_Q[k]＝下一个较低的量化速率)。此后，程序600环路返回步骤610。如果在步骤620中不存在这种指数k，则基站106a把以前计算的量化速率R_Q的调度发送到移动站。

如在上述最优化问题(13)中所看到，如果移动站102接近基站106a，则它的信道增益大，因此对于该移动站的功率值P的权值就大。相反，如果移动站102远离小区中的基站106a，则它的信道增益小，而它的值P的权值小。因此，当基站最优化(13)时，最优化程序自动地把较高功率P分配给接近基站的移动站。由于在等式(21)中速率正比于功率，移动站越是接近基站，它就具有越高的功率P，因此，它接收更高的速率R。

当基站106a对它的移动站进行速率(因此而功率)最优化时，基站106a和其它基站都相同地最优化它们的移动站的速率。在这种最优化期间，如上所示，每个基站考虑邻近基站产生的干扰。在上述技术中，当每个基站独立于其它基站执行速率分配的最优化时，根据其它—小区—干扰和来自移动站的速率请求，基站连续地修改它们的反向链路速率分配。在本发明中，基站未调整最优化而收敛到稳定状态(即，码元中央处理系统)。当如上所述的一般系统100同步地执行这种小区之间的最优化时，也可以不同步地执行这种最优化。

在本发明的示例实施例中，分布式反向链路速率分配技术在每个小区内最优化地分配反向链路速率，而同时还使对其它小区的干扰保持在最低水平。最优化技术使在每个服从一组限制的小区中的总通过量最大(最大速率)，这组限制包括：移动站的最大发射功率、移动站所请求的速率、可能速率的离散组、在基站处的最大发热上升干扰以及对噪声归一化的最小所要求的接收到的每位差错率(E_b/N₀)

虽然为了示例的目的在这里描述本发明的特定实施例和例子，但是可以进行各种等效的修改只要不偏离本发明的范围，如熟悉本技术领域的人员将会理解。例如，一般示出并描述以软件实施和通过处理器执行的实施例。可以把这种软件存储在任何合适的计算机可读出媒体上，诸如，存储在半导体芯片上的微代码、计算机可读出磁盘、或从服务器下载或存储。在诸如DSP或ASIC之类的的硬件上也可以等效地实施本发明。

可以把这里提供的本发明的学说应用于其它通信系统，不必须是上述示例通信系统。例如，当已经如上一般描述应用于CDMA通信系统100中的本发明时，也可以把本发明等效地应用于其它数字或模拟蜂窝通信系统。当上面描述基站106a作为最优化和分配资源时，也可以把这种接收应用于用户站。还可以修改本发明以使用系统的各方面、各种专利的电路和概念、上述文件和标准，在此引用所有这些内容作为参考。

在上述详细说明的指引下可以对本发明进行这些和其它的修改。一般，在下面的权利要求书中，不应该把所使用的术语解释为把本发明限定在本说明书和权利要求书中所揭示的特定实施例。相应地，本发明不受所揭示内容的限制，而是它的范围完全由下述权利要求书确定。

Claims

1.在无线通信系统中对资源进行调度的方法，所述的无线通信系统至少具有第一和第二基站，所述基站至少分别与第一和第二用户站交换通信信号，所述方法包括下列步骤：

接收来自第一和第二用户站和其它用户站的发送请求，并调度从所述第一、第二以及其它用户站接收到的请求，其中所述第一基站独立于第二基站的调度而使调度最优化，并使与所述第二基站的干扰最小，同时第二基站独立于所述第一基站的调度而使调度最优化，并使与所述第一基站的干扰最小；以及

分别把第一和第二分配信号发送到第一和第二用户站，其中第一和第二分配信号至少规定一个发送准则，第一和第二用户站分别按所述准则发送数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收发送请求包括接收发送速率请求，其中，调度请求包括：

根据所接收到的速率请求和来自邻近基站的干扰使功率值最优化；以及

识别相应于所述最优化功率值的速率；

其中，发送第一和第二分配信号包括发送第一和第二识别速率。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，调度请求包括：根据所接收到的速率请求和来自邻近基站的干扰同步最优化功率值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收发送请求包括接收发送速率请求，而调度请求包括根据所接收到的速率请求、用户站的最大发射功率、发送速率的离散组、最大发热而上升的干扰以及所要求的最小差错率而使功率值最优化。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收发送请求包括接收发送速率请求，而调度请求包括为靠近所述第一基站所在的小区中心的用户站分配较高的发送速率。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，调度请求包括，在每个基站处：

根据所接收到的请求和来自邻近基站的干扰使功率值最优化；

识别相应于所述最优化功率值的分配信号；以及

重复所述最优化和识别，其中，所述重复使基站之间的最优化收敛到稳定值。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，调度请求包括通过最优化下式，对于所述第一基站的N个用户站的发射功率最优化：

\max_{P} Σ_{i = 1}^{N} h_{i} P_{i},

服从：

A_minP≥(I_oc+N₀)W1

A_maxP≤(I_oc+N₀)W1

P_{i} \leq P_{\max_{i}}, i = 1, . . ., N,

其中，1是大小为N的全1的矢量；I_0CW是基站从其它基站接收到的干扰；W是通信系统的带宽；N₀是加性高斯白噪声(AWCN)值；h_i是从第i个用户站到所述基站的信道增益；A_min和A_max是N×N矩阵，定义如下：

A_{\min} = [\begin{matrix} \frac{{Wh}_{1}}{R_{\min_{1}} γ_{1}} & - h_{2} & \cdot & \cdot & \cdot & {- h}_{N} \\ - h_{1} & \frac{{Wh}_{2}}{R_{\min_{2}} γ_{2}} & \cdot & \cdot & \cdot & - h_{N} \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ {- h}_{1} & - h_{2} & \cdot & \cdot & \cdot & \frac{{Wh}_{N}}{R_{\min_{N} γ_{N}}} \end{matrix}],

A_{\max} = [\begin{matrix} \frac{{Wh}_{1}}{R_{\max_{1} γ_{1}}} & - h_{2} & \cdot & \cdot & \cdot & - h_{N} \\ - h_{1} & \frac{{Wh}_{2}}{R_{\max_{2} γ_{2}}} & \cdot & \cdot & \cdot & - h_{N} \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ - h_{1} & - h_{2} & \cdot & \cdot & \cdot & \frac{{Wh}_{N}}{R_{\max_{N} γ_{N}}} \end{matrix}]

其中，(E_b/I_o)_i＝γ_i，i＝1，...，N，

R_{\min_{i}} \leq R_{i} \leq R_{\max_{i}},

i＝1...，N，以及

P_{i} \leq P_{\max_{i}},

i＝1，...，N。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收发送请求包括接收用于数据分组的发送速率请求，而调度请求包括：

识别相应于所述最优化功率值的速率；

其中，发送第一和第二分配信号包括发送用于发送第一组数据分组的第一识别速率；而所述方法进一步包括：

根据新接收到的速率请求和来自邻近基站的新干扰使新功率值最优化；

识别相应于最优化新功率值的新速率；以及

发送用于发送第二组数据分组的第二识别速率。

9.在无线通信系统中对资源进行调度的装置，所述的无线通信系统至少具有第一和第二基站，所述基站至少分别与第一和第二用户站交换通信信号，所述装置包括：

在所述第一和第二基站处的第一和第二接收机，用于分别接收来自所述第一和第二用户站和来自其它用户站的发送请求；

耦合到所述第一和第二接收机系统的第一和第二处理器，用于调度分别从所述第一、第二用户站以及从其它用户站接收到的请求，其中，所述第一处理器独立于所述第二基站的调度使调度最优化，并使与所述第二基站的干扰最小，同时所述第二处理器独立于所述第一基站的调度使调度最优化，并使与所述第一基站的干扰最小；以及

耦合到所述第一和第二处理器的第一和第二发射机，用于分别把第一和第二分配信号发送到第一和第二用户站，其中所述第一和第二分配信号至少规定一个发送准则，其中所述第一和第二用户站分别按所述准则发送数据。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一和第二接收机接收包括发送速率请求的发送请求，其中，对所述第一和第二处理器进行规划用于：

识别相应于所述最优化功率值的速率；

其中，所述第一和第二发射机发送第一和第二识别速率。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，根据所接收到的速率请求和来自邻近基站的干扰，所述第一和第二处理器同步最优化功率值。

12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一和第二发射机接收发送速率请求，并且所述第一和第二处理器根据所接收到的速率请求、用户站的最大发射功率、发送速率的离散组、最大发热而上升的干扰以及所要求的最小差错率使功率值最优化。

13.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一和第二发射机接收发送速率请求，而且所述第一和第二处理器为靠近所述第一和第二基站分别所在的小区中心的用户站分配较高的发送速率。

14.如权利要求9所述的装置，其特征在于，对所述第一和第二处理器的每一个进行规划用于：

识别相应于所述最优化功率值的分配信号；以及

15.如权利要求9所述的装置，其特征在于，对所述第一和第二处理器的每一个进行规划，用于通过最优化下式使N个用户站的发射功率最优化：

\max_{P} Σ_{i = l}^{N} h_{i} P_{i},

服从：

A_minP≥(I_oc+N₀)W1

A_maxP≤(I_oc+N₀)W1

P_{i} \leq P_{\max_{i}}, i = 1, . . ., N,

其中，1是大小为N的全1的矢量；I_OCW是所述基站从其它基站接收到的干扰；W是通信系统的带宽；N₀是加性高斯白噪声(AWCN)值；h_i是从第i个用户站到所述基站的信道增益；A_min和A_max是N×N矩阵，定义如下：

A_{\min} = [\begin{matrix} \frac{{Wh}_{1}}{R_{\min_{1}} γ_{1}} & {- h}_{2} & \cdot & \cdot & \cdot & - h_{N} \\ - h_{1} & \frac{{Wh}_{2}}{R_{\min_{2}} γ_{2}} & \cdot & \cdot & \cdot & - h_{N} \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ {- h}_{1} & {- h}_{2} & \cdot & \cdot & \cdot & \frac{{Wh}_{N}}{R_{\min_{N}} γ_{N}} \end{matrix}],

A_{\max} = [\begin{matrix} \frac{{Wh}_{1}}{R_{\max_{1}} γ_{1}} & {- h}_{2} & \cdot & \cdot & \cdot & - h_{N} \\ - h_{1} & \frac{{Wh}_{2}}{R_{\max_{2}} γ_{2}} & \cdot & \cdot & \cdot & - h_{N} \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ {- h}_{1} & {- h}_{2} & \cdot & \cdot & \cdot & \frac{{Wh}_{N}}{R_{\max_{N}} γ_{N}} \end{matrix}]

其中，(E_b/I_o)_i＝γ_i，i＝1...，N，

R_{\min_{i}} \leq R_{i} \leq R_{\max_{i}},

i＝1...，N，以及

P_{i} \leq P_{\max_{i}},

i＝1，...，N。

16.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一和第二接收机接收用于由所述第一用户站发送数据分组的发送速率请求，其中，对所述第一处理器进行规划，用于：

识别相应于所述最优化功率值的速率，包括用于发送第一组数据分组的第一识别速率；

识别相应于所述最优化新功率值的新速率；以及

发送用于发送第二组数据分组的第二识别速率。

17.在无线通信系统中对资源进行调度的方法，所述通信系统至少具有第一和第二基站，所述基站至少分别与第一和第二用户站交换通信信号，所述方法包括下列步骤：

在所述第一和第二基站处接收分别来自第一和第二用户站以及来自其它用户站的发送速率或功率请求；

根据接收到的所请求的速率和功率，通过对服从预定速率或功率值并服从来自第二基站的干扰的所请求的速率或功率的总和进行加权，而在第一基站处，独立于第二基站确定最佳速率或功率分配，包括对于所述第一用户站的最佳速率或功率分配；

根据接收到的所请求的速率和功率，通过对服从预定速率或功率值并服从来自第一基站的干扰的所请求的速率或功率的总和进行加权，而在第二基站处，独立于第一基站确定最佳速率或功率分配，包括对于所述第二用户站的最佳速率或功率分配；以及

在所述第一和第二基站处，分别把第一和第二速率或功率分配信号发送到所述第一和第二用户站，其中所述第一和第二分配信号至少规定速率或功率发送准则，所述第一和第二用户站分别按所述准则发送数据。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，接收发送速率或功率请求包括接收发送速率请求，而确定最佳速率或功率分配包括：

识别相应于所述最优化功率值的速率；

其中，发送第一和第二速率或功率分配信号包括发送第一和第二识别速率。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述预定速率或功率值包括用户站的最大发射功率和发送速率的离散组，其中，对所请求的速率或功率进行加权总和也服从最大发热而上升的干扰和所要求的最小差错率。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，接收发送速率或功率请求包括接收发送速率请求，而且，确定最优化速率或功率分配包括为靠近所述第一基站所在的小区中心的用户站分配较高的发送速率。

21.在无线通信系统中对资源进行调度的方法，所述通信系统至少具有第一和第二基站，所述基站至少分别与第一和第二用户站交换通信信号，所述方法包括下列步骤：

在所述第一和第二基站处接收分别来自所述第一和第二用户站以及来自其它用户站的发送速率请求；

在第一和第二基站处分别确定对于第一和第二用户站以及来自其它用户站的信道增益；

根据接收到的所请求的速率，通过为具有较高信道增益的用户站分配较高速率，在所述第一基站处，独立于所述第二基站确定最佳速率分配，包括对于所述第一用户站的最佳速率分配；

根据接收到的所请求的速率，通过为具有较高信道增益的用户站分配较高速率，在所述第二基站处，独立于所述第一基站确定最佳速率分配，包括对于所述第二用户站的最佳速率分配；以及

在所述第一和第二基站处，分别把第一和第二分速率配信号发送到所述第一和第二用户站，其中所述第一和第二速率分配信号至少规定速率发送准则，所述第一和第二用户站分别按所述准则发送数据。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，确定最佳速率分配包括：

根据所接收到的速率请求和根据来自邻近基站的干扰使功率值最优化；以及

识别相应于所述最优化功率值的速率。

23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，识别最佳速率分配包括根据所接收到的速率请求、用户站的最大发射功率、发送速率的离散组、最大发热而上升的干扰以及所要求的最小差错率使功率值最优化。

24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，确定最优化速率分配包括为靠近所述第一基站所在的小区中心的用户站分配较高的发送速率。