CN101878622B - 包括基站、中继节点的无线电信系统和用于全局公平调度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线电信系统，其包括用于使用第一类型的无线链路(10)与至少一个多跳中继节点(RN)通信并使用第二类型的至少一个无线链路(12)与位于基站(BS)的范围内的至少一个本地用户设备(UE)通信的至少一个基站(BS)，其中，第一类型的无线链路(10)被用来发送组合数据流，该组合数据流封装关于不同服务和/或远程用户设备(UE)单元的多个个别数据流。为了使得能够实现全局公平调度，基站(BS)还被配置为从多跳中继节点(RN)接收至少一个本地公平性参数，所述本地公平性参数表示中继节点(RN)的无线电资源在组合数据流中的个别数据流上的分布公平性，并执行用于确定基站(BS)的可用无线电资源在第一类型的所述至少一个无线链路(10)和第二类型的所述至少一个无线链路(12)上的公平分布的全局公平调度过程，其中，所述本地公平性参数被用作所述全局公平调度过程中的参数。

Description

包括基站、中继节点的无线电信系统和用于全局公平调度的方法

技术领域

本发明涉及蜂窝式或分级无线电信系统、涉及供在此类系统中使用的基站、中继节点并涉及用于全局公平调度(global fair scheduling)的方法。

背景技术

在类似于例如在3GPP技术规范TS 36.300v800中描述的长期演进(LTE)网络的未来蜂窝式系统中，已提出了演进UMTS陆地无线电接入网(e-UTRAN)。对于此类系统，已讨论了但尚未实现将多跳中继节点(RN)用于为诸如蜂窝式电话、便携式计算机等用户设备(UE)装置提供对核心网络的无线接入的可能性。这些多跳中继节点将经由无线链路连接到网络的基站(BS)。多跳中继节点将为网络和用户设备装置提供范围扩大(覆盖度)和能力提高(通过SNR改善)。

在此类网络架构中，每个多跳中继节点将分级地关联到更高层中继节点或基站。此分级组织导致高信令开销，如果将类似带宽请求和许可的控制信息或信道质量信息聚集在多跳中继节点中，则可以减少该信令开销。

应使每个多跳中继节点能够独立地调度向其提供的类似于带宽、时隙资源或代码资源的资源。此本地调度过程引起分散(分级)调度。

多跳中继节点可能将例如由H.Kim和Y.Han在″A ProportionalFair Scheduling for Multicarrier Transmission Systems″，IEEECommunication Letters，Vol.9，No.3，March 2005中提出的已知公平调度方案用于本地公平调度过程。

分散调度的代价将是多跳中继节点的资源的本地分布对于更高层单元、特别是对于基站调度器而言将是不可见的。

结果，如果基站调度器以与本地用户设备单元直接访问基站相同的方式应用处理多跳中继节点的标准公平调度方案，则调度将是不公平的。原因是隐藏在多跳中继节点后面的许多用户设备单元将不得不共享一个单个本地用户设备装置可以处理的相同资源量。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种特别是蜂窝型的无线电信系统，其中，可以实现可用资源的全局公平调度和/或公平分布。

以上目的由例如根据权利要求1的无线电信系统来实现，其特别地包括用于使用第一类型的无线链路与至少一个多跳中继节点(RN)通信的至少一个基站(BS)。该无线电信系统还可以包括位于使用第二类型的至少一个无线链路的基站的范围内的至少一个本地用户设备单元。第一类型的无线链路用来从多跳中继节点向基站发送封装关于不同服务和/或远程用户设备单元的多个个别数据流的组合数据流。

根据本发明的中心方面，所述基站还被配置为从所述多跳中继节点接收至少一个本地公平性参数并执行用于确定基站的可用无线电资源的公平分布的全局公平调度过程。如果使用本地公平性参数作为所述全局公平调度过程中的参数，则当向多跳中继节点分配资源时，可以考虑资源的本地分布的公平性，使得可以实现全局公平的资源分布。

特别地，所述本地公平性参数表示中继节点的无线电资源在组合数据流中的个别数据流上的分布公平性。这些个别数据流对应于通过多跳中继节点的数据流。

所述全局公平调度过程设法找到第一类型的无线链路和第二类型的无线链路上的资源的公平分布。

所述全局公平调度过程正如本地公平调度过程一样可以通过在调度分级结构中向上用信号通知本地公平性信息来应用类似于最大-最小公平性或成比例公平性的任何标准。

为了能够在组合数据流上进行发送，提出了基站能够在通过第一类型的无线链路向多跳中继节点发送数据流和/或从通过第一类型的无线链路从多跳中继节点接收到的组合数据流中提取多个个别数据流时将所述多个个别数据流封装到所述组合数据流中。

根据本发明的优选实施例，提出了所述全局公平调度过程包括根据调度的数据速率来计算效用函数并在可用无线电资源被利用的约束(constraint)下使用该效用函数来使无线电资源的分布公平性优化。可以应用包括Mote-Carlo方法的任何适当线性或非线性优化方法。如果该效用函数对分配给第一类型的无线链路的资源的函数相关性不同于效用函数对分配给第二类型的无线链路的资源的函数相关性，则可以适当地考虑至少两种类型的无线链路的不同性质。

本发明应用于适合于多路复用数据传输的任何无线数据传输方案。根据格式，要公平分布的无线电资源包括一个或多个频带中的数据速率、无线电信道、时隙和/或代码资源。所述效用函数可以例如包括分配给无线链路的无线电资源量的对数的和或此类和的多项式或启发式(heuristic)近似。

本发明的另一方面涉及供在上述类型的无线电信系统中使用的中继节点。该中继节点支持到基站的第一类型的无线链路和与中继节点范围内的用户设备单元的其它无线通信连接，以便在用户设备单元与基站之间转发至少一个通信数据流。

根据本发明的一个中心方面，提出了还将所述多跳中继节点配置为执行本地公平调度过程以便实现中继节点的可用无线电资源在第一类型的无线链路和其它无线链路上的公平分布。所述多跳中继节点计算表示实现的分布公平性的本地公平性参数并在调度分级结构中将本地公平性参数向上游发送到基站。

本发明的另一方面涉及用于无线电信系统中的全局公平调度的方法，所述无线电信系统包括至少一个基站和至少一个多跳中继节点及在其之间的第一类型的无线链路，并具有位于基站的范围内的至少一个本地用户设备单元和基站与本地用户设备单元之间的第二类型的至少一个无线链路。

所述方法特别地包括将关于位于多跳中继节点的范围内的不同服务和/或远程用户设备单元的多个个别数据流封装到第一类型的无线链路上的组合数据流中。

为了允许实现全局公平调度，提出了例如由中继节点计算本地公平性参数并发送到基站。所述本地公平性参数表示中继节点的无线电资源在组合数据流中的个别数据流上的分布公平性，其中，所述全局公平调度过程用于确定基站的可用无线电资源在连接到基站的无线链路上的公平分布。所述全局公平调度过程使用本地公平性参数作为参数。

通过本发明的实施例的以下说明以及附图，将清楚本发明的其它基本特征及其优点。实施例是出于说明的原因给出的且不应以任何方式限制在随附权利要求中定义的本发明的范围。

附图说明

图1示出包括基站和多跳中继节点及多个用户设备装置的无线电信系统。

具体实施方式

图1示出包括用于通过使用第一类型的无线链路10与至少一个多跳中继节点RN通信的一个基站BS的无线电信系统。该系统还包括位于基站BS的范围内的多个本地用户设备UE(本地)单元。所述本地UE直接使用第二类型的无线链路12经由基站BS来接入核心网络。第一类型的无线链路10用来发送组合数据流，该组合数据流封装关于位于多个中继节点RN的覆盖区内的不同服务和/或远程用户设备单元UE(远程)的多个个别数据流。

基站BS具有被配置为从多跳中继节点RN接收本地公平性参数的基站调度器(未示出)。所述本地公平性参数表示中继节点RN的无线电资源在无线链路10中的组合数据流中的个别数据流上的分布公平性。

在第一类型的无线链路10中，可以聚集许可和带宽请求的信令以及信道质量信息(CQI)反馈，并且混合自动重发请求(H-ARQ)及其信令在多跳中继节点中终止，因为H-ARQ是逐个链路而不是端到端地工作。

多跳中继节点RN支持到基站的第一类型的无线链路10，并且还提供与远离位于中继节点RN范围内的基站BS的用户设备(UE)单元的其它无线通信连接，以便从和向远程UE和基站BS转发通信数据流。

多跳中继节点RN周期性地执行本地公平调度过程以便实现中继节点RN的可用无线电资源在到远程用户设备单元UE的其它无线链路14和第一类型的无线链路10上的公平分布.使用适当的处理器，多跳中继节点RN计算表示实现的分布公平性的本地公平性参数并将所述本地公平性参数发送到基站BS。

每个多跳中继节点(RN)用信号通知其实际本地公平性值，其为被选用于基站的调度判定的效用函数的值且通常在调度分级结构中向上。

可以用不同的调度标准(例如最大-最小公平性、成比例公平性)和计算资源分配的不同算法实施方式来实现公平性信息交换以使相应效用函数最大化或最小化。

效用函数具有这样的性质，即其对于每个用户而言随着数据速率而单调增加(较高速率提供较高效用)并且其是凹的，这意味着附加的20Kbit/s对于已具有5MBit/s的用户而言比对于仅具有50Kbit/s的用户而言具有更低的边际效用。

从统计物理学的观点出发，可以将效用函数理解为在可用资源的约束下将被极端化(extremalize)的热力学势的生成函数。如果将分配给个别数据流的资源的值视为自由度，则效用函数可以对应于例如系统的热力学熵且所述约束对应于系统的熵。效用函数的相加性保证全局公平调度过程的良好可缩放性质。

可适用调度标准的示例是使用户获得的最小数据速率最大化的最大-最小公平性和对具有较好信道质量的用户提供较高数据速率(在效率与公平性之间折衷)的成比例公平性。

最大-最小公平调度选择：

S＝argmax{min(R_j}

如果R_j是分配给用户/流/承载(bearer)j的速率。换言之，使分配给一个用户的最小数据速率最大化。成比例公平调度选择：

$S=\arg \max \left\{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\log \left(R_j\right)\right\}$

其中，在零处的对数的奇异性(singularity)保证所有用户都被调度。函数argmax是函数到处于其最大值的其自变量的值的函数映射。

公平调度使用两种映射：首先，对于每种可能分配而言，可以导出每个用户获得的数据速率，其中，所述数据速率是要分配的资源的示例。第二，对于导出的数据速率组而言，可以确定效用函数的值。

实际调度算法可能隐含地使用两种映射的存在。

以下说明涉及公平调度过程的实施方式的示例，其中，所应用的标准是成比例公平性。

多跳中继节点RN用信号通知本地效用函数的值作为返回到基站BS的本地公平性参数F。本地公平性参数F是在最后调度间隔中由本地调度实现的每位的平均效用，即

$F=\left[\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\log \left(R_i\right)\right]/\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i$

在其它无线链路14中的本地数据流i＝1…k上，其中，R_i是流i的速率且k是归在无线链路10中的组合流中并通过多跳中继节点RN的个别数据流的总数。

基站BS执行用于确定基站BS的可用无线电资源在第一类型的所述至少一个无线链路10和第二类型的所述至少一个无线链路12上的公平分布的全局公平调度过程。本地公平性参数F被用作可以如下实现的此全局公平调度过程中的参数。

使下一个调度间隔中的用于多跳中继节点/用于第一类型的无线链路10的聚集(aggregated)数据速率为R_r。将根据全局公平调度过程来确定组合数据流的聚集数据速率。在基站调度器中进行到用于全局公平调度过程的效用值的映射，为

U_r＝F·R_r

其中，如上所述地确定F。如果多跳中继节点在下一个调度间隔中获得相同的数据量，则效用值在结果得到的分布将是完全公平的这一意义上是精确的，因为每个个别数据流无论其是否被包括在第一类型的无线链路10上的组合数据流中都将具有相同的资源量。如果不是，则其为近似：通过采取每位的恒定边际效用来使效用函数线性化。

通过将全局效用值用于下一个调度间隔来进行全局调度：

$U_{\mathrm{global}}=F\·R_r+\underset{n}{\mathrm{\Σ}}\left(\log R_n\right)$

其中，n是从本地用户设备单元到基站的、未通过任何多跳中继节点RN的所有流的指数(index)。

在m个多跳中继节点被连接到基站的更一般的情况下，具有指数j的多跳中继节点已发送本地公平性参数F_j且被分配给聚集数据速率Rr_j，将通过改变数据速率Rr_j和R_n而被最大化的全局效用函数将采用以下形式

$U_{\mathrm{global}}=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{F}_j\·R{r}_j+\underset{n}{\mathrm{\Σ}}\left(\log R_n\right)$

可以将约束表示为

$\underset{j}{\mathrm{\Σ}}R{r}_j+\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{R}_n=C$

其中，C对应于最大可用资源。

可以仅以用于本地公平性参数信令的几个位为代价以(多跳)信令开销的大幅度减少来实现全局公平性/效率标准。

如上所述，在系统的节点之间交换本地公平性信息(例如，以本地效用函数的值的形式)。由多跳中继节点RN的公平性信息描述其聚集流并因此可以被馈送基站BS的调度器用来实现其全局调度标准。本发明因此使得能够用多跳中继节点RN实现分级(分散)公平调度。

可以通过在较高层多跳中继RN节点中实现上述基站调度器的功能来容易地将本发明推广至包括连接到较高层多跳中继节点RN的较低层多跳中继节点RN的多层分级机构。

Claims (12)

1.一种包括至少一个基站(BS)的无线电信系统，用于使用第一类型的无线链路(10)与至少一个多跳中继节点(RN)通信并使用第二类型的至少一个无线链路(12)与位于基站(BS)的范围内的至少一个本地用户设备(UE)单元通信，其中，第一类型的无线链路(10)被用来发送组合数据流，该组合数据流封装关于不同服务和/或远程用户设备(UE)单元的多个个别数据流，其特征在于

基站(BS)还被配置为：

-从多跳中继节点(RN)接收至少一个本地公平性参数，所述本地公平性参数表示中继节点(RN)的无线电资源在组合数据流中的个别数据流上的分布公平性，以及

-执行全局公平调度过程以便确定基站(BS)的可用无线电资源在第一类型的所述无线链路(10)和第二类型的所述至少一个无线链路(12)上的公平分布，

其中，所述本地公平性参数被用作所述全局公平调度过程中的参数。

2.如权利要求1所述的无线电信系统，其特征在于基站(BS)还被配置为：

-当通过第一类型的无线链路(10)向多跳中继节点(RN)发送数据流时将所述多个个别数据流封装到所述组合数据流中，和/或

-从通过第一类型的无线链路(10)从多跳中继节点(RN)接收到的组合数据流中提取多个个别数据流。

3.如前述权利要求之一所述的无线电信系统，其特征在于所述全局公平调度过程应用最大-最小公平性标准。

4.如权利要求1和2之一所述的无线电信系统，其特征在于所述全局公平调度过程应用成比例公平性标准。

5.如权利要求1所述的无线电信系统，其特征在于所述全局公平调度过程包括根据调度的数据速率来计算效用函数并在可用无线电资源被利用的约束下使用该效用函数来使无线电资源的分布公平性优化。

6.如权利要求5所述的无线电信系统，其特征在于效用函数对分配给第一类型的无线链路(10)的资源的函数相关性不同于效用函数对分配给第二类型的无线链路(12)的资源的函数相关性。

7.如权利要求1所述的无线电信系统，其特征在于所述无线电资源包括数据速率和无线电信道。

8.如权利要求5所述的无线电信系统，其特征在于所述效用函数包括分配给无线链路(10、12、14)的无线电资源量的对数的和的多项式级数展开。

9.一种供在如权利要求1～8之一所述的无线电信系统中使用的中继节点，其中，所述中继节点(RN)被配置为支持到基站的第一类型的所述无线链路(10)和与在中继节点(RN)的范围内的用户设备(UE)单元的其它无线通信连接，以便在用户设备(UE)单元与基站之间转发至少一个通信数据流，其特征在于所述多跳中继节点(RN)还被配置为执行本地公平调度过程以便实现中继节点(RN)的可用无线电资源在第一类型的无线链路(10)和其它无线链路(14)上的公平分布，计算表示所实现的分布的公平性的本地公平性参数并将所述本地公平性参数发送到基站(BS)。

10.如权利要求9所述的中继节点，其特征在于所述本地公平调度过程包括根据通过中继节点的数据流的调度的数据速率来计算本地效用函数并在中继节点的可用无线电资源被利用的约束下使用该本地效用函数来使无线电资源的分布公平性优化。

11.如权利要求10所述的中继节点，其特征在于由用于无线电资源的实际分布的本地效用函数的值来确定所述本地公平性参数。

12.一种用于无线电信系统中的全局公平调度的方法，所述无线电信系统包括至少一个基站(BS)和至少一个多跳中继节点(RN)及在基站和多跳中继节点之间的第一类型的无线链路(10)，并具有位于基站(BS)的范围内的至少一个本地用户设备(UE)单元和基站(BS)与本地用户设备(UE)单元之间的第二类型的至少一个无线链路(12)，

其中，关于位于多跳中继节点(RN)的范围内的不同服务和/或远程用户设备(UE)单元的多个个别数据流被封装到第一类型的无线链路(10)上的组合数据流中，其特征在于本地公平性参数由中继节点(RN)来计算并发送到基站(BS)，所述本地公平性参数表示中继节点(RN)的无线电资源在组合数据流中的个别数据流上的分布公平性，其中，用于确定基站(BS)的可用无线电资源在第一类型的所述无线链路(10)和第二类型的所述至少一个无线链路(12)上的公平分布的全局公平调度过程使用本地公平性参数作为所述全局公平调度过程中的参数。

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