CN101507215A - 用于信道相关的时域和频域的方法 - Google Patents

Abstract

在具有多个用户终端的基于OFDM的电信系统中的改进的信道相关的时域和频域调度的方法中，确定S0表示系统负载的参数值；如果所确定的参数值大于或等于预定阈值，则预选择S1用户终端的子集；以及执行S2预选择的子集的频域调度，以减少下行链路信令开销，并且实现信道相关的时域和频域调度的提高的效率。

Description

用于信道相关的时域和频域的方法

技术领域

本发明总体上涉及电信系统，并且具体地涉及基于正交频分复用(OFDM)的电信系统中的用于改进的信道相关的(channel-dependent)时域和频域调度的方法和设备(arrangement)。

背景

在用于无线衰落信道的用户资源分配的领域中，当前极大的努力集中于调度[1-2]。根据与信道的相关性，通常能够将调度算法分类为信道相关和信道无关的(channel-independent)调度。这样的算法的例子是循环法(Round Robin)(RR)-典型的信道无关调度，信道无关调度的好处是以较差性能为代价换取的简单性。信道相关调度类别的算法利用所谓的信道状态信息(CSI)或信道质量指示器(CQI)，以便改进系统性能。

对于OFDM系统，上述信道相关调度能够被进一步分类为：所谓的时域调度，其中在给定时间标度(time scale)中调度每帧单个用户或用户终端；所谓的时域和频域调度，其中在给定时间标度中专门调度每帧多个用户。时域和频域调度，在下文中被称为频域调度，由于在频域中的多用户分集，先前已被表明提供较时域调度更好的性能，尤其对于宽带传输而言[1]。然而，频域调度需要每个频域资源单元的CSI或CQI反馈，这需要大量的开销信令，该开销信令远远高于时域调度的开销信令(即每次对于整个频带一个反馈)。另外，针对诸如最大CIR(Max-CIR)、比例公平(Proportional-Fair)(PF)、加权队列PF(weighted-queue-PF)等[3]的频域调度，以及对于频域和时域调度二者，存在许多不同的详细准则。

对于信道相关的调度类别的算法，时域调度具有低计算复杂度和低信令开销(对于其本身和功率分配，以及后来的链路适配而言)的优点。由于伴随着宽带的频率选择性，时域调度不能够保证被调度的用户在整个频带上执行良好，因此很难在容量和覆盖方面获得好的性能。

频域调度方案在整个频带的更细化的子群(例如组块(chunk))中执行准则，并且也利用多用户分集，以使得与时域调度方案相比极大地改善了容量和覆盖方面的性能。

然而，随着性能改善，其他有利的频域调度的缺点增加。具体地，计算复杂度随着组块数量和系统负载而极大地增加。另外，由于被调度的用户终端可能因组块而异，所以需要大量DL信令以用于频域适配(frequency-domain adaptation)(FDA)，包括就每个用户而言的组块分配和后续功率分配和链路适配。信令开销因此随着增加的带宽，即随着组块数量以及随着系统负载(即用户数量)，而线性地增加。

至此，这些缺点阻止了对信道相关的时域和频域调度的进一步利用。

因此，需要这样的方法和设备，其能够实现利用信道相关的时域和频域调度的优点，且同时减少已知的缺点。

发明内容

已知的信道相关的调度算法的大体问题是在没有上述缺点的情况下如何利用频域调度的有利性能。

本发明的总体目的是提供用于改进的信道相关的频域调度的方法和设备。

根据所附的权利要求集来实现这些和其他目的。

根据基本方面，本发明包括确定系统的负载。如果所述负载等于或超过预定阈值，则预选择用于调度的所有用户终端的子集并且之后对其进行调度。

本发明的优点包括：

用于信道相关的频域调度的减少的开销下行链路信令。

用于资源分配的减少的开销信令。

用于链路适配的减少的开销信令。

相应的频域适配的复杂度能够被限制在预定义范围(scale)内。

对于给定带宽，能够将信令开销和计算复杂度的范围预定义为固定的，而与变化的系统负载无关，这通过进一步的信令设计而得以支持。

附图简述

通过参考以下描述以及附图，可以最佳地理解本发明以及它的进一步目的和优点，在附图中：

图1是根据本发明的方法的实施例的示意流程图；

图2是根据本发明的设备的实施例的示意图示；以及

图3示出对于根据本发明的方法和设备的实施例的实施方式的第一小区负载的影响；

图4示出对于根据本发明的方法和设备的实施例的实施方式的第二小区负载的影响。

缩略语

BPSK 二进制移相键控

CIR 载波干扰比

CQI 信道质量指示器

CSI 信道状态信息

DL 下行链路

FDA 频域适配

HSDPA 高速下行链路分组接入

LA 链路适配

MCS 调制和编码方案

OFDM 正交频分复用

PA 功率分配

PF 比例公平

PFT 时域中的比例公平

PFTF 时域和频域中的比例公平

QAM 正交幅度调制

QPSK 正交相移键控

RR 循环法

SINR 信号干扰噪声比

详细描述

为了提供对信道相关频域调度相比信道相关时域调度的缺点的进一步理解，以下提供了进一步详细的讨论和分析。

下行链路(DL)中的频域适配(FDA)相关的信令开销包括用于为每个用户或用户终端通知FDA决策的信令，其中假定对于所有方案来说，用于信号干扰噪声比(SINR)估计的导频信号是相同的，所以在下文中不对其进行考虑。

作为说明性示例，考虑这样的系统，其在DL中具有N_ch个组块来服务每个小区的N个用户，其中根据以下来计算每个帧的信令比特数量N_bitsDCCH：

时域调度(时域中的比例公平(PF)或循环法(RR))

·对于具有统一(uniform)功率分配(PA)的用户索引(index)：

比特/帧，其中

是等于或者大于x的最小整数。

·对于具有开/关(On/Off)PA的用户索引：

比特/帧。

·对于链路适配(LA)：k_mod+k_cr比特/帧，例如对于20MHz带宽来说，

-在{BPSK、QPSK、16QAM、64QAM}之中的调制模式索引：

k_mod＝2比特/帧

-对应于信息块大小的用于编码速率的索引：

k_cr＝f(N_symsperframe，ModOrder)(例如对于20MHzm来说最多19比特/帧，而对于HSDPA来说大约6比特/帧)。

对于RR时域调度、统一功率分配和具有连续编码速率的单一调制和编码方案(MCS)的示例，所考虑的DL信令比特的数量N_bitsDCCH变为：

频域调度

·对于具有统一PA的每个组块的用户索引：

[比特/帧]；

·对于具有开/关PA的每个组块的用户索引：

·对于LA：取决于有多少用户将被调度，f(N)＝k_mod·N+k_cr·N比特/帧

对于时域和频域中的比例公平(PFTF)、统一PA和具有连续编码速率的单一MCS的示例，根据下式确定总的DL FDA信令N_bitsDCCH：

其明显大于时域调度的N_bitsDCCH。能够从等式(2)看出，调度算法是DL开销信令的最大贡献者(contributor)。

相应地，如发明人所认识到的，如果FDA的DL信令能够被减少，那么信道相关的频域调度的效率和有效性能够被进一步改进。

根据本发明的基本实施例因此提供预选择系统中活动用户终端的子集以及针对该子集执行频域调度、链路适配和资源分配的方法。剩余用户终端的集合此后被处理，由此显著减少每个时间实例(instance)中的DL开销信令。

以下将参考图1的示意流程图来描述根据本发明的方法的特定实施例。最初，确定S0系统的当前负载，并将其与预设阈值进行比较S1。能够通过测量取决于总负载(即用于所有活动用户的相对信令开销)的某一度量(measure)或参数值来确定负载。因此，根据特定实施例，上述预设阈值是信令开销的特定值，即10％。

如果所确定的系统负载大于或等于预定的阈值，那么预选择被认为为是必要的，并且预选择S2用于调度的用户终端的子集。用户终端的子集包括至少两个用户终端并且少于所有终端。

最后，根据已知度量，使用户终端的子集经历调度S3以及可选地经历链路适配以及资源分配。

如果没有超过阈值，那么以已知方式调度所有用户终端。

根据特定实施例，能够针对多个子集可选地重复预选择过程，直到所测量的系统负载低于预设阈值，或者根据某一其他准则来针对多个子集可选地重复预选择过程。

存在若干用于预选择上述用户终端的子集的可能准则：

·随机选择：随机地预选择用户终端；

·最大CIR选择：根据最大CIR准则

$J=\arg \underset{1\≤n\≤N}{\max }{\mathrm{\γ}}^{\left(n\right)}---\left(3\right)$

其中，γ⁽ⁿ⁾表示用户n的估计SINR，根据等式(3)具有一个或多个最高SINR的一个或多个用户被逐帧或逐组块地选择。

·基于PF的选择：根据PF准则

$J=\arg \underset{1\≤n\≤N}{\max }\frac{{\mathrm{TP}}_{\mathrm{est}}^{\left(n\right)}}{{\mathrm{TP}}_{\mathrm{av}}^{\left(n\right)}}---\left(4\right)$

其中，

表示具有索引n的用户终端的估计吞吐量，而代表每个帧的用户终端n的平均吞吐量，具有(4)的一个或多个最高比率的一个或多个用户被逐帧选择。

也存在其他预选择准则，其基于逐组块PF或者包括用于每个用户终端的其他成本函数或服务质量(QoS)。

通过利用预选择步骤，将用户限制到预定义范围，以便减少相应DL信令。

在预选择的用户之中，能够进一步执行频域调度、功率分配和链路适配。能够可选地对未被选择的或者被丢弃的用户终端进行排队，直到下一轮的信号处理。采用这种方式，对于简化的PFTF方案而言，等式(2)的DL FDA信令的比特数目变成：

其中，等式(5)的第一项对应于预选择的用户终端的用户索引。

为了进一步说明根据本发明的方法的益处，下面给出和描述一些仿真实验。

下面在表1中总结了基本仿真参数。

表1     基本仿真参数

对于仿真，时域中的优先级公平(PF)准则(PFT)调度表示信道相关的时域调度。时域和频域中的PF(PFTF)表示信道相关的频域调度。对于预选择方案，考虑随机选择和PFT选择。因此，在以下描述中，为了说明对四种方案进行比较，即：

·纯时域调度(PFT)，

·利用随机预选择的频域调度(PFTF)(随机+PFTF)，

·时域中的优先级公平(PFT)预选择+PFTF(PFT+PFTF)，以及

·不进行预选择的频域调度(PFTF)。

考虑不同系统负载(例如8和30个用户终端)的两种情况。然而，本发明不限于这些负载情形。而且，还示出了就30个用户终端的负载而言，预选择界限(4和8)的影响。以下在表2中列出了在不同情况下的上述方案的DL信令。

表2：四种方案的DL信令

能够看出，利用任何类型的用户预选择，所得到的DL信令是固定的，并且远小于纯频域调度PFTF。特别是在高负载(例如30)的情况下，使用用户预选择的DL信令甚至小于纯PFTF方案。相对纯PFTF的信令的减少率(reduction ratio)分别为74％(界限4)和57％(界限8)，这是非常显著的。

也意味着，通过应用根据本发明的用户预选择，所得到的计算复杂度被大大降低。

另一方面，需要对作为信令减少代价的轻微性能损失进行观察。图2和图3描绘了上述方案在平均小区吞吐量和第5百分点用户吞吐量中的性能。

能够看出，PFT+PFTF方案示出略微差于纯PFTF方案的性能。特别地，在高负载的情况下，具有界限8的PFT+PFTF方案表现出非常接近于纯PFTF的性能。

当然，存在用于用户选择的其他选择，其甚至可能具有比所示的那些更好的性能。因此，用户预选择提供了进一步改进具有有限DL信令的系统性能的可能。

根据本发明实施例的节点被配置成实现根据本发明的上述方法，并且将参考图4来描述该节点。根据特定实施例，该节点能够由UMTS电信网络中的节点B表示，但不限于此。

根据本发明的节点1的基本实施例包括：负载确定单元10，其实现测量或至少获取系统中的当前负载的度量；比较单元11，其将负载度量与预设的负载度量阈值进行比较；以及预选择单元12，如果负载度量超过阈值，则其预选择用于调度的用户终端的子集。最后，节点1包括调度单元13，用于调度被预选择的用户终端。

如果当前负载没有超过阈值，那么调度单元13适于以已知方式调度所有用户终端。

本发明的优点包括：

·通过限制用于调度的用户数量而大大减少了与信道相关频域调度有关的DL信令开销；

-由于减少的用户量，频域资源分配需要更少的信令开销；

-由于减少的用户量，链路适配需要更少的信令开销；

·能够将相应频域适配的复杂度限制在预定义范围内；

·对于给定的带宽，能够将信令开销和计算复杂度的范围预定义为固定的，而与变化的系统负载无关，这通过进一步的信令设计而得以支持。

本领域技术人员将理解，在不偏离由所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和改变，包括各种实施例的组合。

参考文献

[1]在1995年6月的Proc.of Int.Conf.on Communication中的第1卷第331-335页的、R.Knopp和P.Humblet的Information capacity andpower control in single-cell multiuser communication.

[2]在2003年4月的Proceedings IEEE International Conference onCommunication Technology中，W.Anchun、X.Liang、Z.Shidong、X.Xibin和Y.Tan的Dynamic resource management in fourth generation wirelesssystem。

[3]2003年中国北京的IEEE PIMRC’2003的K.Muhammad的Comparison of Scheduling Algorithms for WCDMA HS-DSCH in differenttraffic Scenarios。

Claims (16)

1.一种在基于OFDM的电信系统中的改进的信道相关的时域和频域调度的方法，所述系统包括多个用户终端，所述方法的特征在于：

确定S0表示系统负载的参数值；

如果所述确定的参数值大于或等于预定阈值，则预选择S1所述多个用户终端的子集；

执行S2所述预选择的用户终端的子集的频域调度，由此减少下行链路信令开销并且实现信道相关的时域和频域调度的提高的效率。

2.根据权利要求1所述的方法，包括针对剩余用户终端重复所述以上步骤S0、S1和S2。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述负载参数包括用于所有用户终端的相对信令开销。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述预定阈值包括10％的相对信令开销。

5.根据权利要求1所述的方法，包括从所述多个用户终端中随机地预选择S1所述子集。

6.根据权利要求1所述的方法，包括根据最大CIR准则预选择S1所述子集。

7.根据权利要求6所述的方法，包括预选择S1具有最高信号干扰噪声比的用户终端。

8.根据权利要求7所述的方法，包括逐帧或逐组块地预选择S1所述子集。

9.根据权利要求1所述的方法，包括根据每个用户终端的估计吞吐量与平均吞吐量之间的比率来预选择S1所述子集。

10.根据权利要求9所述的方法，包括预选择S1具有最高比率的用户终端。

11.根据权利要求1所述的方法，包括根据吞吐量、服务质量的一个或组合来预选择S1所述子集。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述用户终端的子集包括至少两个用户终端但不是所有用户终端。

13.一种OFDM通信系统中的节点，所述系统还包括多个用户终端，并且所述节点包括：

装置10，被配置为用于确定表示系统负载的参数值；

装置11，被配置为在所述确定的参数值大于或等于预定阈值的情况下预选择所有用户终端的子集；

装置12，被配置为用于执行所述预选择的用户终端的子集的频域调度，由此减少下行链路信令开销并且实现信道相关的频域调度的提高的效率。

14.根据权利要求13所述的节点，进一步包括被配置为针对剩余用户终端重复预选择和调度的所述步骤的装置。

15.根据权利要求13所述的节点，其中所述预选择装置11适于根据信号干扰噪声比、随机地、最大CIR、服务质量、吞吐量中的一个或组合来预选择所述用户终端的子集。

16.根据权利要求4所述的节点，其中所述节点是UTMS电信系统中的节点B。

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