CN101257439B - 移动通信网络中多跳中继时分双工自适应传输方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了移动通信网络中多跳中继时分双工自适应传输方法，包括：按照基站与所连接最远的中继站之间最大时延确定传输帧数；在各帧之间的负载差值最小时，按照基站和各个中间站之间负载比例确定各帧的传输跳数，按照各传输跳数间的负载比例分配时隙；按照确定好的帧数和跳数传输数据。确定各帧传输跳数的过程中，判断所述负载差值是否大于预定的阈值，如果大于，则进行负载均衡；在数据的传输过程中，判断中继站测量的信噪比是否大于阈值，如果大于，可重利用空间。本发明还公开了移动通信网络中多跳中继时分双工自适应传输装置。本发明可将根据网络的负载、传输的跳数自动调节帧结构，有效利用带宽资源，提高了系统吞吐量。

Description

移动通信网络中多跳中继时分双工自适应传输方法和装置 

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是指移动通信网络中多跳中继时分双工自适应传输方法和装置。 

背景技术

传统的移动通信系统，如GSM和TD-SCDMA，采用蜂窝形式的接入网络架构，但是在下一代具有高速率的国际高级移动通信(IMT-advanced)无线移动通信系统中，由于IMT-advanced系统传输速率比第三代要高一到两个数量级，且频段较高，小区覆盖范围小。因此，要达到相同的覆盖范围就要增加基站(BS)的发送功率，并增加基站密度。为此，采用具有解码转发(DF)功能和无线收发功能的中继站(RS)集中式蜂窝结构，其结构如图1所示，距离BS较远的用户可以通过RS为其转发数据，因为BS到RS与RS到用户之间链路的传输数率比BS直接向用户发送的链路的传输数率高得多，从而提高了基于BS的小区的系统容量和传输范围。在基于RS蜂窝结构的网络中，通常会在各个RS之间进行数据中转，形成多跳中继数据传输。 

目前的多跳中继数据传输过程中，采用的数据传输帧的时隙(TS)结构可参见图2，采用时分双工(TDD)结构，每个数据帧包括下行子帧和上行子帧，每个数据帧前具有用户与BS的同步码(SCH)，在上行子帧和下行子帧之间具有转换间隔(DUSP)，在各个数据帧之间具有转换间隔(UDSP)。 

各个时隙传输时划分成用户接入区(UAZ)和中继转发区(RFZ)。用户接入区用于用户发送数据到BS或RS，或RS/BS发送数据到用户；中继转发区用于BS发送数据到RS，或者RS转发数据到BS。每个区有若干时隙组成。对于RS来说，从用户接入区到中继转发区之间转换具有一个转换间隔。通过划分出UAZ和RFZ传输数据，可提高数 据传输的利用率。 

现有技术所采用的方案主要有两种，第一种可参见图3，将数据帧的各个时隙划分为多个RAZ，以实现N跳转发及数据传输；第二种参见图4，利用两跳数据传输的帧结构，将数据帧的时隙划分为两个区，即UAZ和RAZ，具有N跳转发时，需要有N个数据帧完成。 

上述的两种方案，在选择数据帧传输时，数据帧都不支持自适应跳数。 

而且，第一种方案中由于每个基本帧的时隙数是有限的，每个区长度不能低于一个时隙。最大跳数受帧内时隙数的限制；第二种方案中在传输时跳数较大时，时延会较长，无法满足语音业务要求。 

另外，每跳中继转发的数据量是不同的，越靠近BS转发的越多，这就浪费了分配给距离BS远的RS的中继转发区的帧资源，从而降低了整个系统吞吐量。 

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种移动通信网络中多跳中继时分双工自适应传输方法和装置，以解决上述数据传输过程中，数据帧不支持任意跳数的问题。 

为解决上述问题，本发明提供一种移动通信网络中多跳中继时分双工自适应传输方法，包括： 

按照基站与所连接最远的中继站之间最大时延确定传输帧数，所述传输帧数为所述最大时延内包含帧长的个数；按照基站和各个中间站之间负载比例确定各帧的传输跳数，以及按照各传输跳数间的负载比例分配时隙，使各帧之间的负载差值最小；按照确定好的帧数、跳数和时隙传输数据。 

其中，所述确定各帧传输跳数的过程中，还包括： 

判断所述负载差值是否大于预定的阈值，如果大于，则并行传输各帧数据，或传输优先级较高的数据，将优先级低的数据顺延至下一帧传输。 

其中，在数据的传输过程中，还包括： 

判断与所述基站/中继站相连接的其它基站/中继站测量的信噪比是否大于阈值，如果大于，则在所述帧中该信噪比大于阈值的基站/中继站所对应的 时隙传输数据。 

本发明还提供一种移动通信网络中多跳中继时分双工自适应传输装置，包括： 

帧数运算单元，用于按照基站与所连接最远的中继站之间最大时延确定传输帧数，其中，所述传输帧数为所述最大时延内包含帧长的个数； 

跳数运算单元，用于按照基站和各个中间站之间负载比例确定各帧的传输跳数，以及按照各传输跳数间的负载比例分配时隙，使各帧之间的负载差值最小 

数据传输单元，用于按照帧数运算单元和跳数运算单元确定好的帧数、跳数和时隙传输数据。 

其中，还包括： 

负载均衡单元，用于在跳数运算单元确定各帧传输跳数的过程中，判断所述负载差值是否大于预定的阈值，如果大于，则将采用并行传输各帧数据，或传输优先级较高的各帧数据，将优先级低的数据顺延至下一帧传输。 

其中，还包括： 

传输调整单元，用于在数据传输单元传输数据的过程中，判断与所述基站/中继站相连接的其它基站/中继站测量的信噪比是否大于阈值，如果大于，则在所述帧中该信噪比大于阈值的基站/中继站所对应的时隙传输数据。 

本发明的方法和装置，可将根据网络的负载、传输的跳数自动调节帧结构，并按照确定的帧结构调节每跳数据所占的时隙长度，从而有效利用带宽资源，与图2帧结构的传输相比，每帧RAZ内时隙的划分是根据该帧的传输跳数决定，提高了每帧时隙内的传输利用率；与图3帧结构的传输相比，采用自适应的帧结构，使传输帧数小于传输跳数，减少了帧开销，提高了传输效率、及系统吞吐量。 

附图说明

图1是采用基站和中继站连接的示意图； 

图2是时分双工帧结构的示意图； 

图3是现有技术1的帧结构示意图； 

图4是现有技术2的帧结构示意图； 

图5是实施例一的流程图； 

图6是实施例一采用的帧结构示意图； 

图7是实施例二的流程图； 

图8是实施例三的结构图。 

具体实施方式

为清楚说明本发明的方法和装置，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。 

首先说明实施例一，在该实施例中，网络中的BS连接五个RS，分别为RS1至RS5，在数据传输过程中，每跳只包括一个RS(如果某跳中包含多个RS，则它们的流量是相加的)。参见图5，图5是实施例的流程图，包括： 

步骤101：按照发送节点与最远目的节点的最大时延确定传输帧数； 

BS连接RS1至RS5，RS1距离BS最近，RS2至RS5距离BS依次越来越远。BS与RS5之间的最大时延为20ms，每个数据帧的长度为10ms。因此，从BS至RS5之间传输允许的最大帧数为20ms/10ms＝2， 即2个帧。 

对于语音业务，时延要求较高，语音数据必须在最大时延内传输完；对于数据业务，时延要求较低，可以超过时延要求。 

步骤102：按照各个节点间负载比例确定每帧的传输跳数、时隙，使各帧之间的负载差值最小； 

在本实施例中，每个RS要求的接入流量是相同的，由于每个RS都要承载其下行RS的流量，所以负载比例为BS-RS1∶RS1-RS2∶RS2-RS3∶RS3-RS4∶RS4-RS5＝5∶4∶3∶2∶1。在这种情况下，因为每个帧要传输整数跳，所以最好的方案是把B S-RS1，RS1-RS2这两跳放在第一帧内传输，而RS2-RS3，RS3-RS4，RS4-RS 5这三跳放在第二帧内传输。此时两个帧的负载比率为9∶6，此时两帧之间的负载差值达到最小。在每帧中的RAZ区域，按照各跳的负载比例分配时隙，如在第二帧中，按照3∶2∶1的比例分配时隙。 

步骤103：按照所确定好的帧数、跳数、时隙传输数据。 

该实施例采用两帧传输数据的示意图可参见图6，在图6中，由于数据帧i传输两跳的数据，即BS-RS1和RS1-RS2之间的数据，因此，将数据帧i内下、上行内的RAZ区域的时隙分为两部分，分别传输BS与RS1之间的数据、RS1与RS2之间的数据；将数据帧i+1内下、上行内的RAZ区域的时隙分为三部分，分别传输RS2与RS3之间的数据、RS3与RS4之间、RS4与RS5之间的数据。 

通过采用这种方式传输数据，在满足时延的要求下，可充分利用各帧的数据转发区传输数据，并使传输资源的利用率达到最高。 

上面阐述了实施例一，在实施例一中，还可设定各个帧之间负载的最大阈值，并在步骤102后，判断得到的负载阈值是否小于负载差值，如果大于，说明各个帧的利用率不高，负载出现不均衡，对于这种情况的处理，可通过实施例二的方案进行说明，参见图7，包括： 

步骤201：按照发送节点与最远目的节点的最大时延确定传输帧数； 

在实施例二中，从BS至RS5之间传输允许的最大帧数仍然为2 个帧。 

步骤202：按照各个节点间负载比例确定每帧的传输跳数，使各帧之间的负载差值最小，并按各跳数的负载分配时隙； 

在该实施例中，每个RS要求的接入流量是相同的，负载比例为BS-RS1∶RS1-RS2∶RS2-RS3∶RS3-RS4∶RS4-RS5＝5∶4∶3∶2∶1。将BS-RS1，RS1-RS2这两跳放在第一帧内传输，而RS2-RS3，RS3-RS4，RS4-RS5这三跳放在第二帧内传输。此时两个帧的负载比率为9∶6。 

步骤203：判断负载差值是否小于预定的阈值；如果小于，执行步骤205，如果大于执行步骤204后，再执行步骤205； 

在该实施例中，负载阈值为2，负载差值为3，执行步骤204； 

步骤204：进行负载均衡； 

负载均衡有多种方式，下面给出2种方式说明负载均衡的过程，第一种方式可采用并行传输，例如，在第二个帧里面BS-RS1和RS1-RS2这两跳可以和RS4-RS5这一跳并行传输，从而将负载差值调节到小于预定阈值；第二种方式是将数据流进行分级，将高优先级的数据流在本帧内先发，低优先级的等到下一帧或其以后帧发，下一帧或其以后帧重新确定其帧结构时需要考虑以前剩余的流量。这种负载均衡方式只是适用于对于时延要求较低的数据业务。 

步骤205：按照所确定好的帧数、跳数、时隙传输数据。 

在实施例二中，可通过负载均衡的方式调节各帧传输的利用率，从而达到提高各帧数据传输的利用率的效果。 

在实施例一、实施例二的数据传输中，BS和连接的各个RS均会向覆盖区域内的用户收发无线数据，BS和各个RS所占用的频段不同，在BS或RS在数据帧中分配给它们的RAZ发送数据的时候，其它RS应该处于空闲(idle)，以避免干扰。但是如果两个RS距离较远的话，它们可以在时间或频率上重利用帧资源。在BS到RS1发送的时候，RS4可以同时往RS5发送(用OR标识的区域)。重利用的距离根据网络的干扰情况而定，接收数据的RS测量网络的SNIR(信号与噪声 干扰比)并报告给BS，如果SNIR大于此RS的最低SNIR要求就可以进行空间重利用。 

上面详细描述了本发明的方法，下面通过实施例三详细说明本发明的装置，参见图8，本发明的装置包括： 

帧数运算单元，用于按照基站与所连接最远的中继站之间最大时延确定传输帧数； 

跳数运算单元，用于在各帧之间的负载差值最小时，按照基站和各个中继站之间负载比例确定各帧的传输跳数，按照各传输跳数间的负载比例分配时隙； 

数据传输单元，用于按照帧数运算单元和跳数运算单元确定好的帧数、跳数、时隙传输数据。 

其中，所述帧数运算单元确定传输帧数的过程包括： 

确定每帧的帧长，将所述最大时延内包含帧长的个数作为所述传输帧数。 

其中，还包括： 

负载均衡单元，用于在跳数运算单元确定各帧传输跳数的过程中，判断所述负载差值是否大于预定的阈值，如果大于，则将采用并行传输各帧数据，或传输优先级较高的各帧数据，将优先级低的数据顺延至下一帧传输。 

其中，还包括： 

传输调整单元，用于在数据传输单元传输数据的过程中，判断与所述基站/中继站相连接的其它基站/中继站测量的信噪比是否大于阈值，如果大于，则在所述帧中该信噪比大于阈值的基站/中继站所对应的时隙传输数据。 

本发明的方法和装置，可将根据网络的负载、传输的跳数自动调节帧结构，并按照确定的帧结构调节每跳数据所占的时隙长度，从而有效利用带宽资源，与图2帧结构的传输相比，每帧RAZ内时隙的划分是根据该帧的传输跳数决定，提高了每帧时隙内的传输利用率；与图3帧结构的传输相比，采用自适应的帧结构，使传输帧数小于传输 跳数，减少了帧开销，提高了传输效率。 

对于本发明各个实施例中所阐述的方法和装置，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种移动通信网络中多跳中继时分双工自适应传输方法，其特征在于，包括：

按照基站与所连接最远的中继站之间最大时延确定传输帧数，所述传输帧数为所述最大时延内包含帧长的个数；按照基站和各个中间站之间负载比例确定各帧的传输跳数，以及按照各传输跳数间的负载比例分配时隙，使各帧之间的负载差值最小；按照确定好的帧数、跳数和时隙传输数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定各帧传输跳数的过程中，还包括：

判断所述负载差值是否大于预定的阈值，如果大于，则并行传输各帧数据，或传输优先级较高的数据，将优先级低的数据顺延至下一帧传输。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在数据的传输过程中，还包括：

判断与所述基站/中继站相连接的其它基站/中继站测量的信噪比是否大于阈值，如果大于，则在所述帧中该信噪比大于阈值的基站/中继站所对应的时隙传输数据。

4.一种移动通信网络中多跳中继时分双工自适应传输装置，其特征在于，包括：

帧数运算单元，用于按照基站与所连接最远的中继站之间最大时延确定传输帧数，其中，所述传输帧数为所述最大时延内包含帧长的个数；

跳数运算单元，用于按照基站和各个中间站之间负载比例确定各帧的传输跳数，以及按照各传输跳数间的负载比例分配时隙，使各帧之间的负载差值最小；

数据传输单元，用于按照帧数运算单元和跳数运算单元确定好的帧数、跳数和时隙传输数据。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：

负载均衡单元，用于在跳数运算单元确定各帧传输跳数的过程中，判断所述负载差值是否大于预定的阈值，如果大于，则将采用并行传输各帧数据，或传输优先级较高的各帧数据，将优先级低的数据顺延至下一帧传输。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：

传输调整单元，用于在数据传输单元传输数据的过程中，判断与所述基站/中继站相连接的其它基站/中继站测量的信噪比是否大于阈值，如果大于，则在所述帧中该信噪比大于阈值的基站/中继站所对应的时隙传输数据。

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