CN101291473B

CN101291473B - 多跳中继网络资源调度方法

Info

Publication number: CN101291473B
Application number: CN2007100981816A
Authority: CN
Inventors: 陈玉芹; 曲红云
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: STATE GRID ZHEJIANG ZHUJI POWER SUPPLY Co Ltd; Zhuji Dongbai Electric Power Equipment Manufacturing Co Ltd; State Grid Corp of China SGCC; State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd; Shaoxing Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Priority date: 2007-04-20
Filing date: 2007-04-20
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-04-20
Also published as: CN101291473A

Abstract

本发明公开的多跳中继网络资源调度方法包括以下步骤：S202，基站确定后续超级帧的中继区域的起始位置、以及改变至所述起始位置的时间，并将起始位置的相关信息和改变时间的相关信息发送给一个以上中继站；S204，一个以上中继站根据来自基站的起始位置的相关信息和改变时间的相关信息，与基站同步将后续超级帧的中继区域的起始位置改变至所述起始位置，以对网络资源进行调度。通过本发明，可以提高网络资源利用率。

Description

多跳中继网络资源调度方法

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地涉及一种多跳中继网络资源调度方法。

背景技术

如图1所示，在IEEE802.16j标准工作组提出的多跳中继系统中，一个或数个中继站(Relay Station，简称RS)被设置在支持多跳中继的基站(Multi-hop Relay Base Station，简称MR-BS)和移动终端(Mobile Stations，简称MS)之间，通过中继站对基站和终端信号的中继传输来达到覆盖范围的扩展以及系统容量的增加。为了满足不同应用场景的需要，中继站可以设置为固定中继站或者移动中继站。根据是否产生并发送前缀和控制消息，中继站可以被区分成透明中继站和非透明中继站。后文中将支持多跳中继的基站简称为基站。

在多跳中继网络中，从终端经过中继站、最后到基站的传输链路由接入链路和中继链路构成。其中，接入链路为起始或结束于终端的通信链路，可以是终端和直接与之连接的基站之间的链路，也可以是终端和与之连接的中继站之间的链路。中继链路为基站和与之连接的中继站之间的链路或者两个中继站之间的通信链路。

根据IEEE802.16j的标准基线文档，超级帧是一种既支持多跳中继又后向兼容IEEE802.16e点对多点网络的帧结构。基站的超级帧和中继站的超级帧分别由多个基站的单帧和中继站的单帧级联组成。每个时分复用(Time Division Duplex，简称TDD)模式的基站的单帧和中继站的单帧分别包含一个上行子帧和一个下行子帧，而每个上行子帧和每个下行子帧又分别由一个接入区域(AccessZone)和一个中继区域(Relay Zone)构成。其中，Access Zone用于接入链路的传输，Relay Zone用于中继链路的传输。

基站和中继站在超级帧中的每个下行Relay Zone和每个上行Relay Zone里可以分别被定义为发送、接收、或空闲状态。通过状态转换的方式，达到每个子帧仅需要一个Relay Zone即可支持多跳中继的目的。例如，一个由两个单帧组成的超级帧允许奇数跳中继站在偶数单帧的下行Relay Zone中进行下行发送，而基站和偶数跳中继站的下行发送被分配在奇数单帧的下行Relay Zone中进行。这里，按照从基站到终端的方向，基站与第一个与之连接的中继站之间的链路为第一跳，第一个中继站与下一个中继站之间的链路为第二跳，依次类推。这里假设帧序号从1开始，奇数单帧指的是帧序号为奇数的单帧。

超级帧利用了跳间传输的空间和时间差异，使得多个互相不存在干扰的跳间传输可以同时进行，从而实现了空口资源的再利用，提高了资源利用率和传输效率。事实上，为了保证系统性能，有时需要采用一定的干扰避免机制。

由于多跳中继系统存在链路间负载灵活变化的问题，所以基站和中继站所需要的用于接入链路和中继链路传输的资源不同。如果采用上面所述的普通超级帧结构，也就是说每个子帧都包含固定大小的Access Zone和Relay Zone，那么当链路负载发生变化时会产生空口资源的浪费。此外，对于中继路径上最后一跳的中继站来说，只需要Access Zone，而不需要Relay Zone，因此固定的超级帧结构在很大程度上降低了资源利用率。

因此，需要一种方法来有效解决多跳中继系统中变化的链路间传输负载的问题。

发明内容

鉴于以上的一个或多个问题，本发明提供了一种多跳中继网络资源调度方法。根据本发明的多跳中继网络资源调度方法包括以下步骤：S202，基站确定后续超级帧的中继区域的起始位置以及改变至所述起始位置的时间，并将起始位置的相关信息和改变时间的相关信息发送给一个以上中继站；S204，一个以上中继站根据来自基站的起始位置的相关信息和改变时间的相关信息，与基站同步将后续超级帧的中继区域的起始位置改变至所述起始位置，以对网络资源进行调度。

其中，步骤S202包括：S2022，基站根据网络结构和链路间传输负载确定后续超级帧的中继区域的起始位置；S2024，基站根据其到一个以上中继站中的最后一跳中继站的最大延迟时间，确定改变至所述起始位置的时间；以及S2026，基站将起始位置的相关信息和改变时间的相关信息发送给一个以上中继站。

其中，步骤S204包括：S2042，一个以上中继站将来自基站的起始位置的相关信息和改变时间的相关信息发送给一个以上子中继站；S2044，一个以上子中继站根据起始位置的相关信息和改变时间的相关信息，与基站同步将后续超级帧的中继区域的起始位置改变至所述起始位置，以对网络资源进行调度。

其中，最大延迟时间的相关信息保存在基站中。最大延迟时间为以下所有时间的和：传输延迟时间、中继站处理延迟时间、以及排队等候延迟时间等。

其中，基站采用广播的方式将起始位置的相关信息和改变时间的相关信息发送给一个以上中继站。改变时间(即，改变起始位置的时间)与当前时间之间的差大于最大延迟时间，并且是超级帧的帧长的整数倍。改变时间采用相对时间或绝对时间的方式来表示。

其中，基站通过当前超级帧的奇数帧的中继区域发送起始位置的相关信息和改变时间的相关信息。一个以上中继站通过当前超级帧的中继区域发送起始位置的相关信息和改变时间的相关信息。

其中，最后一跳中继站将所有的空口资源都分配给了终端。终端利用所有的空口资源来传输接入链路。终端在相应的中继区域控制消息位置设置为空闲状态。

其中，在中继站没有收到起始位置的相关信息和改变时间的相关信息、或中继站在基站将后续超级帧的中继区域的起始位置改变至所述起始位置后才收到起始位置的相关信息和改变时间的相关信息的情况下，中继站需要重新接入网络。其中，基站在当前超级帧的接入区域向中继站发送当前超级帧的中继区域的起始位置的相关信息，同时向终端发送当前超级帧的接入区域的结束位置的相关信息，中继站在当前超级帧的接入区域向终端发送接入区域的结束位置的相关信息。

通过本发明，基站和中继站可以相对动态地改变单帧中的Relay Zone的大小，支持变化的链路间传输负载，从而不仅避免了固定帧结构中空口资源的浪费，而且减少了信息传输所需的空口资源，所以在信息传输花销和帧结构的灵活性之间取得了一定的平衡。并且，对于中继路径上最后一跳的中继站来说，空口资源完全分配成Access Zone进行Access Link的传输，进一步提高了资源利用率。另外，基站和中继站通过提前发送Relay Zone起始位置的变化信息，使基站和所有的中继站在同一时刻进行Access Zone到Relay Zone的切换，从而避免了中继站在Access Zone或Relay Zone同时发送和接收，进而避免了干扰的产生。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的无线多跳中继网络的示意图；

图2是根据本发明实施例的多跳中继网络资源调度方法的流程图；

图3是现有的普通超级帧结构的示意图；以及

图4是根据本发明实施例的优化超级帧结构的示意图。

具体实施方式

下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1，说明根据本发明实施例的无线多跳中继网络。在多跳中继网络中，基站和终端之间的信号传递经由一跳或多跳中继完成。如图1所示，基站BS与移动终端MS7之间的传输路径上有1个中继站RS3，基站BS与移动终端MS5之间的传输路径上有2个中继站RS1和RS2。

参考图2，说明根据本发明实施例的多跳中继网络资源调度方法。如图2所示，该多条中继网络资源调度方法包括以下步骤：S202，基站确定后续超级帧的中继区域的起始位置、以及改变至所述起始位置的时间，并将起始位置的相关信息和改变时间的相关信息发送给一个以上中继站；S204，一个以上中继站根据来自基站的起始位置的相关信息和改变时间的相关信息，与基站同步将后续超级帧的中继区域的起始位置改变至所述起始位置，以对网络资源进行调度。

其中，步骤S204包括：S2042，一个以上中继站将来自基站的起始位置的相关信息和改变时间的相关信息发送给一个以上子中继站；S2044，所有中继站和子中继站根据起始位置的相关信息和改变时间的相关信息，与基站同步将后续超级帧的中继区域的起始位置改变至所述起始位置，以对网络资源进行调度。

其中，最大延迟时间的相关信息保存在基站中。为了保证所有的中继站和基站同时进行Relay Zone起始位置的改变，基站根据最大延迟时间计算出需要提前几个超级帧来对Relay Zone起始位置的改变进行指示。其中，从基站到最后一跳中继站的延迟时间可以包括传输延迟、中继站处理延迟、以及其他延迟例如排队等候延迟。

其中，在发送Relay Zone起始位置的相关信息时，需要提前的时间应该大于从基站到最后一跳中继站的最大延迟时间并且是超级帧帧长的整数倍。

其中，在基站决定需要改变后续超级帧的Relay Zone起始位置，并提前N个超级帧对Relay Zone起始位置的改变进行指示后，可以在当前超级帧的奇数单帧Relay Zone的下行映射(DL-MAP)消息里通知中继站准备改变Relay Zone的起始位置以及何时进行改变，最新的下行Relay Zone和上行Relay Zone起始位置的相关信息同样由基站在当前超级帧的Relay Zone的DL-MAP和UL-MAP里指示。

其中，基站可以采用广播的形式发送这些控制消息。在指示Relay Zone起始位置何时改变时，基站可以采用绝对时间和相对时间两种方式。

其中，由于中继站需要利用Access Zone里的控制信息完成网络接入过程，所以基站在每个下行单帧Access Zone里发送当前单帧的上行Relay Zone和下行Relay Zone起始位置。同时，基站使用Access Zone的控制信息通知终端Access Zone的结束时间。

其中，中继站在当前超级帧的Relay Zone的DL-MAP消息里通知子中继站Relay Zone起始位置即将改变以及何时发生改变，而最新的下行Relay Zone和上行Relay Zone起始位置信息同样在当前超级帧的Relay Zone的DL_MAP和UL_MAP消息里指示。

最后一跳中继站可以把所有的资源全部分配给终端，并且将对应Relay Zone中的控制消息位置设置为空闲状态，以避免对其他中继站在此位置发送的控制消息产生干扰。

其中，中继站在当前超级帧的Access Zone里的DL-MAP和UL-MAP消息中通知终端当前帧的下行Access Zone和上行AccessZone结束位置。如果中继站没有收到或者在基站改变之后才收到基站发送的Relay Zone改变消息，则中继站需要重新发起网络接入过程。

另外，由于终端不在Relay Zone中进行任何传输，因此不需要通知终端Relay Zone起始位置的变化。最后一跳中继站连接的终端可以利用所有的资源进行Access Link的传输，同时在Relay Zone中的控制消息位置为空闲状态，以避免对其他中继站在此位置发送的控制信息产生干扰。其中，由于IEEE802.16j系统需要后向兼容16e终端，因此本发明实施例对相应的MAPs消息进行了修改。

在图2所示的方法中，我们所说的超级帧不同于现有的超级帧，而是一种优化的相对动态的适用于多跳中继网络的超级帧。

下面参考图3、图4，对现有的超级帧和本实施例中的超级帧进行说明。

如图3所示，在多跳中继系统中通用的TDD超级帧结构分别包含两个基站和中继站单帧，每个单帧进一步被细分为一个上行子帧和一个下行子帧，每个子帧包含一个Access Zone和一个RelayZone。基站和中继站在奇数单帧和偶数单帧中的每个Relay Zone中分别被设置为传输、接收、或空闲模式。在图3所示的帧结构中，基站和中继站在每个单帧中Access Zone和Relay Zone的位置是固定的。

参考图4，说明根据本发明实施例的优化的相对动态的多跳中继网络超级帧结构。图4所示的超级帧中的Relay Zone起始位置可以由基站依据相关因素的变化进行设定，而一经设定之后，将保持一段时间。此结构在控制消息开销和超级帧结构的灵活性之间获得了一定的平衡。

图4所示的帧结构基于图1所示的多跳中继网络。本实施例中，假设控制消息在每跳的传输中需要一个单帧的时延。在图1中，基站到所有终端的传输路径中最多的中继站个数是2，基站决定在2 个超级帧(包含当前超级帧)之后改变Relay Zone的起始位置。根据本发明实施例的方法，基站将在当前奇数单帧，即超级帧的第一个单帧的下行Relay Zone中的DL_MAP信号中通知子中继站RelayZone起始位置即将在第X+2个超级帧处或者2个超级帧之后发生改变。同时在Relay Zone的DL_MAP和UL_MAP中分别指示最新的下行Relay Zone和上行Relay Zone的起始位置。

同时，为了帮助中继站完成网络接入过程，基站在Access Zone的DL_MAP和UL_MAP将当前帧的下行Relay Zone和上行RelayZone起始位置对中继站进行指示。而终端同样需要知道下行AccessZone和上行Access Zone的结束位置。

中继站收到并保存基站发送的控制消息，并利用下一个单帧Relay Zone的DL_MAP/UL_MAP发送给下一跳中继站，同时在Access Zone里对终端指示其Access Zone的结束位置。

在最后一跳中继站处，中继站将所有的空口资源全部分配给终端进行接入链路的传输。同时为了避免与其他中继站的控制信息产生干扰，相对应的位置设置为空闲状态。

针对根据本发明实施例的优化超级帧结构，根据本发明的实施例将Access Zone的控制消息进行了相应的修改，同时Relay Zone的控制消息中也增加了新的消息。这里假设，DL-MAP和UL-MAP消息是基站和中继站在Access Zone里发送的控制消息，R-DL-MAP和R-UL-MAP是基站和中继站在Relay Zone里发送的控制消息。

在Access Zone里，IEEE802.16-2004里Table275“OFDMADL-MAP IE format”中的“No.OFDMA Symbols”的定义进行了改变：

No.OFDMA Symbols

The number of OFDMA symbols that are used(fully or partially)tocarry the Access Zone Downlink PHY bursts.

同样的，IEEE802.16-2004里Table287“OFDMA UL-MAP IEformat”中的“No.OFDMA Symbols”的定义也进行了改变：

No.OFDMA Symbols

The number of OFDMA symbols that are used to carry the AccessZone Uplink PHY bursts.

另外，为了使中继站完成网络接入过程，DL-MAP里增加一个新的IE格式的消息来指示当前单帧中的下行Relay Zone的起始位置和/或大小，如表1所示：

表1 DL-MAP IE消息格式

语法	大小	注释
			MR DL RelayZone Location IE(){
Extended DIUC	4bits	0x09
			Length	4bits
OFDMA symbol offset	32bits	在当前单帧中指示下行Relay Zone的位置起始始时间，从帧的前导码开始并从0开始计数。
			No.OFDMA Symbols	8bits	下行Relay Zone里的OFDMA符号个数。
}

[0055] 同样的，UL-MAP里也增加一个新的IE格式消息来指示当前超级帧的上行Relay Zone起始位置和/或大小，如表2所示：

表2 UL-MAP IE消息格式

语法	大小	注释
			MR UL Relay Zone Location IE(){
Extended UIUC	4bits	0x09
			Length	4bits
OFDMA symbol offset	32bits	在当前单帧中指示上行Relay Zone的位置起始始时间，从上行起始位置开始计数。
			No.OFDMASymbols	8bits	上行Relay Zone里的OFDMA符号个数。
}

R-DL-MAP里增加两个消息R-RZ Position Change Count和R-Time To Change来指示Relay Zone即将改变以及何时改变。同时，R-DL-MAP和R-UL-MAP中分别增加了一个IE格式的消息R-DL_Updated_Relay_Zone_Location_IE和R-UL_Updated_Relay_Zone_Location IE对最新的下行Relay Zone和上行Relay Zone的起始位置进行指示。如表3和4所示。

表3 R-DL Updated Relay Zone Tocation IE消息格式

语法	大小	注释
			R-DL Relay Zone Location Change IEFormat(){
DIUC	4bits
			Length	4bits

R-RZPosition ChangeCount	32bits	当Relay Zone起始位置需要改变时，基站将其加1(模256)用来指示中继站准备改变Relay Zone的起始位置。
			R-Time To Change	4bits	指示中继站在哪个超级帧处进行Relay Zone起始位置的改变，其中，基站可以使用绝对时间和相对时间来进行指示。
R-OFDMA symbol offset	8bits	指示最新的下行RelayZone的起始位置，从帧的前导码开始并从0计数。
			Reserved	4bits
}

表4 R-UL Updated Relay Zone Location IE消息格式

语法	大小	注释
			R-UL Relay Zone Location Change IEFormat(){
UIUC	4bits
			Length	4bits
R-OFDMA symbol offset	8bits	指示最新的上行RelayZone的起始位置，从上行起始位置开始计数。
			Reserved	4bits
}

[0064] 其中，如果中继站接收的R-RZ Position Change Count与上次接收到的数值相比没有发生变化，则忽略此DL-MAP IE中的后续消息。

通过根据本发明实施例的方法，基站和所有的中继站都能够在同一时刻改变超级帧中的Relay Zone的起始位置，并且最后一跳中继站可以把所有的资源全部分配给终端进行Access Link的传输，所以提高了资源利用率。这里所说的中继站不限定为透明或者非透明中继站。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。

Claims

1.一种多跳中继网络资源调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

S202，基站确定后续超级帧的中继区域的起始位置以及改变至所述起始位置的时间，并将所述起始位置的相关信息和所述改变时间的相关信息发送给一个以上中继站；

S204，所述一个以上中继站根据来自所述基站的所述起始位置的相关信息和所述改变时间的相关信息，与所述基站同步将所述后续超级帧的中继区域的起始位置改变至所述起始位置，以对网络资源进行调度。

2.根据权利要求1所述的多跳中继网络资源调度方法，其特征在于，所述步骤S202包括：

S2022，所述基站根据网络结构和链路间传输负载确定所述后续超级帧的中继区域的起始位置；

S2024，所述基站根据其到所述一个以上中继站中的最后一跳中继站的最大延迟时间，确定改变至所述起始位置的改变时间；以及

S2026，所述基站将所述起始位置的相关信息和所述改变时间的相关信息发送给所述一个以上中继站。

3.根据权利要求2所述的多跳中继网络资源调度方法，其特征在于，所述步骤S204包括：

S2042，所述一个以上中继站将来自所述基站的所述起始位置的相关信息和所述改变时间的相关信息发送给一个以上子中继站；

S2044，所述一个以上中继站根据所述起始位置的相关信息和所述改变时间的相关信息，与所述基站同步将所述后续超级帧的中继区域的起始位置改变至所述起始位置，以对网络资源进行调度。

4.根据权利要求3所述的多跳中继网络资源调度方法，其特征在于，所述最大延迟时间的相关信息保存在所述基站中。

5.根据权利要求4所述的多跳中继网络资源调度方法，其特征在于，所述最大延迟时间为以下延迟时间的和：传输延迟时间、中继站处理延迟时间、以及排队等候延迟时间。

6.根据权利要求5所述的多跳中继网络资源调度方法，其特征在于，所述基站采用广播的方式将所述起始位置的相关信息和所述改变时间的相关信息发送给所述一个以上中继站。

7.根据权利要求6所述的多跳中继网络资源调度方法，其特征在于，所述改变时间与当前时间之间的差大于所述最大延迟时间，并且是所述超级帧的帧长的整数倍。

8.根据权利要求7所述的多跳中继网络资源调度方法，其特征在于，所述改变时间采用相对时间或绝对时间的方式来表示。

9.根据权利要求8所述的多跳中继网络资源调度方法，其特征在于，所述基站通过当前超级帧的奇数帧的中继区域发送所述起始位置的相关信息和所述改变时间的相关信息。

10.根据权利要求9所述的多跳中继网络资源调度方法，其特征在于，所述一个以上中继站通过所述当前超级帧的中继区域发送所述起始位置的相关信息和所述改变时间的相关信息。

11.根据权利要求10所述的多跳中继网络资源调度方法，其特征在于，所述最后一跳中继站将所有的空口资源都分配给了终端。

12.根据权利要求11所述的网络资源调度方法，其特征在于，所述终端利用所述所有的空口资源来传输接入链路，所述终端在相应的中继区域控制消息位置设置为空闲状态。

13.根据权利要求12所述的多跳中继网络资源调度方法，其特征在于，在所述中继站没有收到所述起始位置的相关信息和所述改变时间的相关信息、或所述中继站在所述基站将所述后续超级帧的中继区域的起始位置改变至所述起始位置后才收到所述起始位置的相关信息和所述改变时间的相关信息的情况下，所述中继站重新接入网络。

14.根据权利要求13所述的多跳中继网络资源调度方法，其特征在于，所述基站在所述当前超级帧的接入区域向所述中继站发送所述当前超级帧的中继区域的起始位置的相关信息，同时向所述终端发送所述当前超级帧的接入区域的结束位置的相关信息，所述中继站在所述当前超级帧的接入区域向所述终端发送所述接入区域的结束位置的相关信息。