CN101730231B - 一种部分频率复用的资源分配方法 - Google Patents

Abstract

一种部分频率复用的资源分配方法，基站将小区中已接入的用户终端的用户划分为中心用户和边缘用户；基站对小区中的每一扇区，根据扇区内中心用户和边缘用户的数量信息，对该扇区为中心用户和边缘用户配置的资源分配区域进行自适应调整，并通知该扇区的用户终端。本发明的资源分配方法，能够更为合理地分配资源，并尽量避免干扰。

Description

一种部分频率复用的资源分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统，更具体地，涉及无线通信系统中采用部分频率复用(FFR)时的资源分配方法。

背景技术

WiMAX支持系数为1的频率复用(所有小区/扇区都使用相同的频率)。但是由于同频干扰的影响，在小区边缘的用户的通信质量会明显降低。而在基于OFDMA的WiMAX中，基于子信道使用带宽资源的用户可以只占用全部带宽的一部分，这样，小区边缘的同频干扰问题可以通过在调度时合理配置子信道的分配来解决，而不需要使用传统的频谱规划的方法。采用部分频率复用(FFR)技术，可以根据各种终端的信道条件和干扰情况(通常跟终端的位置有关)采用不同的频率复用系数。即将所有子载波分成若干复用组，不同的复用组可以实现不同的复用系数。如果终端适合工作在复用系数为1/3的环境下，则分配给该终端复用系数是1/3的复用组；如果工作在复用系数为1的环境下，则分配给该终端复用系数是1的复用组。

在WiMAX无线宽带网络中，OFDM技术会使得无线资源呈时频二维结构——在时间上将无线资源划分为多个时隙，每个时隙由多个OFDM符号组成，在频率上将无线资源划分为多个子信道。OFDM系统的调度算法不仅要考虑用户间的服务次序，更重要的是考虑在同时进行传输的用户间如何合理配置系统资源以及用户间的公平性要求。

现有FFR算法中，中心用户和边缘用户使用不同的资源分配区域，各扇区的边缘用户使用的资源分配区域也互不相同，以避免各扇区边缘用户之间的干扰。因为边缘用户之间的干扰更容易导致用户通信质量的下降，甚至无法通信。图1为FFR的资源分配方式，如图所示，在各个扇区上，将整个带宽上的资源按频域划分3个资源分配区域，图中表示为区域F1、F2和F3，其中的2个资源分配区域分配给中心用户G1，1个资源分配区域可以为边缘用户和中心用户所复用，即该资源分配区域的资源既可分配给中心用户G1，也可分配给边缘用户G2，且相邻扇区配置的边缘用户可使用的资源分配区域互不相同。图中的G1表示中心用户的集合，G2表示边缘用户的集合。

该方式下，如果各个资源分配区域是平均分配则能较好的规避干扰。但是在某些情况下，不排除某个扇区边缘用户的数量较大而中心用户的数量相对较少，边缘用户的调制编码的阶数通常也比较低，使得边缘用户所需的资源较大，如仍平均分配各个资源分配区域，会使得资源得不到合理的利用。

无线分组调度(PS)算法的功能是为无线用户的各种分组业务合理分配无线资源，在满足用户间公平性前提下，有效提高移动信道利用率和服务质量(QoS)。在无线资源管理调度算法的研究中，需要考虑的两个重要因素是：吞吐量和公平性。吞吐量包括小区吞吐量和用户吞吐量，公平性一般认为是各用户或不同分组业务占用信道资源的统计结果。

常用的调度算法包括公平服务时间、最大载干比、比例公开调度算法和轮询调度算法等。公平服务时间算法中，每个UE得到的服务时间几乎完全一样，这种调度算法是最公平的，但是吞吐量最低。最大载干比调度算法中，先为具有最佳信号质量的UE提供服务，如果有剩余资源，才为信号质量较差的UE服务。这种算法扇区可以获得最大吞吐量，但是最不公平的。比例公平调度算法是对公开服务时间算法和最大载干比算法的折衷，该算法能够得到比较大的吞吐量和较好的服务公平性。轮询调度算法是根据用户上报的资源申请信息，将满足用户需要的资源分配给用户，可以最大程度减少对于频率资源的浪费。但是，单纯采用某种调度算法并不能达到最佳的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种部分频率复用的资源分配方法，能够更为合理地分配资源，并尽量避免干扰。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种部分频率复用的资源分配方法，将小区中的用户分为中心用户和边缘用户，再结合小区中心用户和边缘用户的数量，将部分频率复用的资源分配区域调整为最佳的配置模式，实现资源的充分利用。

本发明的技术方案是：一种部分频率复用的资源分配方法，包括：

基站将小区中已接入的用户终端的用户划分为中心用户和边缘用户；

基站对小区中的每一扇区，根据扇区内中心用户和边缘用户的数量信息，对该扇区为中心用户和边缘用户配置的资源分配区域进行自适应调整，并通知该扇区的用户终端。

进一步地，上述资源分配方法还可具有以下特点：

所述基站按以下方式划分中心用户和边缘用户：用户终端分别测量出接收到的服务基站和每个相邻基站的信号强度并上报服务基站，服务基站判断该用户终端接收到的服务基站的信号强度与接收到的相邻基站的最大信号强度之差是否大于或大于等于设定的位置归属门限，如果是，判定该用户终端的用户为中心用户，否则，判定该用户终端的用户为边缘用户。

进一步地，上述资源分配方法还可具有以下特点：

所述基站初始化后，对每一扇区，在边缘用户和中心用户的数量均小于各自设定的调整数量门限时，保持边缘用户和中心用户初始配置的资源分配区域，如中心用户或边缘用户的数量大于等于各自的调整数量门限，则对资源分配区域进行重配置。

进一步地，上述资源分配方法还可具有以下特点：

所述基站配置了若干资源分配区域的配置模式，每一配置模式下均规定了分配给中心用户和边缘用户的资源分配区域的数目和大小，且与一个中心用户和边缘用户之间的数量比例的范围相关联；

所述基站对每一扇区，如判断中心用户或边缘用户的数量大于等于各自的调整数量门限时，则根据两者之间的数量比例确定当前应采用的资源分配区域的配置模式，在该配置模式有变化时进行资源分配区域的重配置，并通知该扇区下的用户终端。

进一步地，上述资源分配方法还可具有以下特点：

所述基站每次对一个或多个扇区的资源分配区域进行重配置后，还判断各个扇区配置的边缘用户可使用的资源分配区域在频域上是否有重叠，如果有，在各扇区配置的边缘用户可使用的资源分配区域的带宽之和小于等于可分配资源的总带宽时，对一个或多个扇区的资源分配区域的位置或者位置和大小进行调整，使各扇区配置的边缘用户可使用的资源分配区域在频域上相互错开。

进一步地，上述资源分配方法还可具有以下特点：

所述基站在各个扇区配置的边缘用户可使用的资源分配区域的带宽之和大于系统总的带宽的情况下，通过调整各个扇区配置的资源分配区域的位置或者位置和大小，使得配置的边缘用户可使用的资源分配区域在频域的重叠面积等于所述带宽之和与系统总的带宽的差值。

进一步地，上述资源分配方法还可具有以下特点：

所述初始配置是将整个系统可分配的带宽划分为3个资源分配区域，中心用户可使用其中的2个资源分配区域，另一个资源分配区域配置为边缘用户可使用，或者配置为边缘用户和中心用户均可使用。

进一步地，上述资源分配方法还可具有以下特点：

所述基站采用比例公平调度算法进行资源分配，且在剩余资源不能满足按调度优先级计算出来的用户的需求时，根据用户上报的带宽资源申请信息，将该剩余资源分配给可以满足其申请带宽的资源的用户。

进一步地，上述资源分配方法还可具有以下特点：

所述基站在剩余资源不能满足按调度优先级计算出来的用户的需求时，是按用户等待时间从长到短的顺序或按比例公平调度算法计算出的调度优先级从高到低的顺序，依次将该剩余资源带宽和用户的申请带宽相比较，直到找到申请资源带宽小于等于所述剩余资源带宽的用户，将该剩余资源分配给该用户。

进一步地，上述资源分配方法还可具有以下特点：

所述终端将所述剩余资源分配给申请资源带宽小于等于所述剩余资源带宽的用户后，更新用户的吞吐量和比例公平算法的调度优先级。

综上所述，本发明根据处于小区中心用户和边缘用户的数目对小区的负载情况进行判断，根据负载情况灵活地进行资源分配，从而在合理分配资源的同时尽量避免各扇区边缘用户之间以及中心用户和边缘用户的干扰，并优化调度算法，更大程度上提高了用户通信质量，改善了系统性能。该方法过程简单灵活，实用性强，并且能够保证系统的吞吐量和用户之间的公平性要求。尤其适用于无线系统中的多用户调度。

附图说明

图1是现有FFR算法中资源分配区域及资源分配的示意图。

图2是本发明实施例方法的流程图。

图3是本发明实施例方法中心用户和边缘用户归属的示意图。

图4是根据负载灵活配置资源分配区域的一个示例的示意图。

图5是对图4进行优化后的资源分配区域的示意图。

图6是本发明实施例将比例公平算法与轮询结合的示意图。

具体实施方式

下面以WiMAX系统为例，结合附图对本发明的技术方案作进一步的详细描述。但本发明不局限于在WiMAX系统中应用，而是可以适用于采用部分频率复用技术的各种通信系统。

本实施例对资源分配区域的初始配置是将整个系统频带资源划分为3个资源分配区域F1、F2和F3，三个扇区的中心用户可使用其中的2个资源分配区域中的资源，边缘用户只可以使用其中1个资源分配区域中的资源，并且不同扇区为边缘用户配置的资源分配区域在频率上互不重叠以进行干扰规避。当然对本发明来说，并不限于此种初始配置。如可采用图1中已有FFR算法的配置，其中的1个资源分配区域可以为边缘用户和中心用户所复用。

对小区进行调度时，如图2所示，包括：

步骤110，基站判断出接入的用户终端处于小区的中心区域还是处于小区的边缘区域，将相应的用户分为中心用户和边缘用户；

具体地，对某个用户终端所属区域的判断可分为以下几个子步骤；

A，用户终端接入网络之后，对接收到的服务基站和相邻基站的信号强度进行测量，并向服务基站反馈测量结果；

B，服务基站根据收到的测量结果，将该用户终端接收到的服务基站的信号强度与该用户终端接收到的各相邻基站的信号强度分别相减，并选择出最小的差值即ΔP_i；

C，服务基站将ΔP_i与预先配置的位置归属门限M比较，判断出该用户终端处于小区的中心区域还是边缘区域，并判定相应用户的是中心用户还是边缘用户。

当某个用户终端的ΔP_i小于(或小于等于)M时，说明该用户终端受到的其它基站的最强干扰与到服务基站的接收信号强度相差小，该用户终端受到的干扰可能会很大，判断该用户终端处于边缘区域，该用户终端的用户为边缘用户。当某个用户终端的ΔP_i大于等于(或大于)M时，则判断该用户终端处于中心区域，该用户终端的用户为中心用户。可参照图3，其中的用户a为中心用户，用户b为边缘用户。

应当说明，本发明中提到的中心区域和边缘区域在很大程度上与物理位置相关，但也并不完全是按物理位置划分的，可以理解为一种逻辑区域。

另外，基站可以将中心用户的位置标志置为1(或0)，边缘用户的位置标志置为0(或1)，可用于统计中心用户和边缘用户的数目。

步骤120，基站根据各个扇区的中心用户和边缘用户的数目，对各扇区为中心用户和边缘用户配置的资源分配区域进行自适应调整，并通知相应扇区的用户终端；

根据用户所在位置，可以将每个扇区的用户分为两个集合G1和G2，G1是该扇区中心用户的集合，用公式可表示为G₁＝{i|ΔP_i>＝M}；G2是该扇区边缘用户的集合，用公式可表示为G₂＝{i|ΔP_i<M}。

统计出各个扇区的中心用户和边缘用户的数目后，可以根据这两类用户数量的差异对资源分配区域的大小(即资源分配区域的子载波范围，或者说带宽)和/或位置进行重新配置。因为按初始配置不变的话，如果中心用户或边缘用户过多，会出现分配给中心用户或边缘用户的资源欠缺的现象，同时会造成系统中的干扰增加，影响系统的实际性能。

图4给出了一个重新配置的示例，如图所示，重新配置后，第一扇区边缘用户使用的资源分配区域F1扩大，资源分配区域F2相应缩小，资源分配区域F3大小不变；第二扇区各个资源分配区域大小不变；第三扇区边缘用户使用的资源分配区域F3缩小，资源分配区域F2相应扩大，区域F1大小不变。通过对资源分配区域的实时调整可以使得资源的大小适应用户数目的变化，同时可以减少系统的同频干扰，也可以使得分配给边缘用户的资源得到更合理的利用。在本实施例的上述配置中，也是将整个可分配带宽划分为3个资源分配区域，初始配置时一个配置给边缘用户，一个配置给中心用户。

当然，在另一实施方式中，配置给边缘用户的资源分配区域也可以同时为中心用户复用，即作为为边缘用户和中心用户配置的资源分配区域，无论是为边缘用户配置的资源分配区域还是为边缘用户和中心用户配置的资源分配区域，本文中均可称为配置的边缘用户可使用的资源分配区域。

具体地，可以根据中心用户和边缘用户的比例来选择一个合适的配置模式，一种可行的方案是：基站先配置若干资源分配区域的配置模式，每一配置模式下均规定了分配给中心用户和边缘用户的资源分配区域的数目和大小，且与一个中心用户和边缘用户之间的数量比例的范围相关联；工作时，对每个扇区，如边缘用户和中心用户的数量均小于各自的调整数量门限时，可以保持(或恢复为)边缘用户和中心用户初始配置的资源分配区域，如采用图1所示的配置；如判断中心用户或边缘用户的数量大于等于各自的调整数量门限时，则根据两者之间的数量比例确定当前应采用的资源分配区域的配置模式，在该配置模式有变化时进行资源分配区域的重配置，并通知该扇区下的用户终端。

上述资源分配区域的配置模式和相应的中心用户和边缘用户数量比例的范围的一个示例如下：

在中心用户与边缘用户的比例为1.75～2.25时，为中心用户配置2个资源分配区域，为边缘用户配置1个资源分配区域，每个资源分配区域的大小均为可分配总带宽的1/3。

在中心用户与边缘用户的比例为1.25～1.75时，为中心用户配置2个资源分配区域，1个资源分配区域的大小为可分配总带宽的5/15，另1个资源分配区域的大小为可分配总带宽的4/15，为边缘用户配置1个资源分配区域，大小为可分配总带宽的6/15。

在中心用户与边缘用户的比例为0.75～1.25时，为中心用户配置2个资源分配区域，1个资源分配区域的大小为可分配总带宽的2/6，另1个资源分配区域的大小为可分配总带宽的1/6，为边缘用户配置1个资源分配区域，大小为可分配总带宽的3/6。

在中心用户与边缘用户的比例为2.25～2.75时，为中心用户配置2个资源分配区域，1个资源分配区域的大小为可分配总带宽的7/21，另1个资源分配区域的大小为可分配总带宽的8/21，为边缘用户配置1个资源分配区域，大小为可分配总带宽的6/21。

在中心用户与边缘用户的比例为2.75～3.25时，为中心用户配置2个资源分配区域，1个资源分配区域的大小为可分配总带宽的4/12，另1个资源分配区域的大小为可分配总带宽的5/12，为边缘用户配置1个资源分配区域，大小为可分配总带宽的3/21。

以上配置方式很多，基本上，中心用户与边缘用户的数量比例与对应的配置模式下为中心用户和边缘用户配置的资源比例是基本成正比，在此不再一一枚举。

但是，仅仅进行资源分配区域大小的调整存在一个问题，即第一扇区和第二扇区的边缘用户的资源分配区域位置可能会存在明显的交叠，对于两个边缘用户而言就会出现比较大的干扰，从而导致系统的边缘吞吐量性能下降的比较明显。

本实施例中，进一步地对分配给边缘用户的资源分配区域的位置进行调整，如图5所示。其中，第一扇区没有变化；对第二扇区，将为边缘用户配置的资源分配区域由F2改为F3；对第三扇区，资源分配区域F1调整为与第一扇区的资源分配区域F1大小相同，资源分配区域F2的大小调整为与图4中第三扇区的资源分配区域F3相同并配置为边缘用户的资源分配区域，资源分配区域F3使用余下的带宽。从图5可以看出，通过对资源分配区域的位置(或位置和大小)调整后，各个扇区边缘用户G2使用的资源分配区域并没有交叠的部分，此时，各扇区为边缘用户和中心用户配置的资源大小并没有变化。

总之，只要三个扇区为边缘用户配置的资源分配区域的带宽之和小于等于系统总的带宽，就可以通过调整各个扇区配置的资源分配区域的位置(或位置和大小)，使得这些资源分配区域在频域上互不重叠，从而完全规避同频干扰对系统边缘用户性能的影响，降低网络中的干扰，提升系统的边缘吞吐量。即使在三个扇区为边缘用户配置的资源分配区域的带宽之和大于系统总的带宽的情况下，也可以通过调整各个扇区配置的资源分配区域的位置(或位置和大小)，使得为边缘用户配置的资源分配区域在频域的重叠面积等于上述带宽之和与系统总的带宽的差值，达到尽量避免干扰的目的。

步骤130，基站在采用比例公平调度算法进行资源分配时，如剩余的资源不能满足按调度优先级计算出来的用户的需求，则根据用户上报的带宽资源申请信息，并结合用户的队列等待时间进行资源分配，将该剩余资源分配给可以满足其申请的资源的用户。

如图6所示，采用比例公平算法对中心用户和/或边缘用户进行资源分配后，剩余虚线表明还有一小部分资源剩余，如果此时按照原比例公平算法计算出来的调度优先级进行调度，那么可能出现的一种情况就是剩余资源带宽不能满足计算出来的用户的申请带宽的要求，从而可能造成系统资源的浪费。因此可以根据用户上报的带宽资源申请信息，并结合用户的队列等待时间的优先级的顺序(按等待时间从长到短的顺序)，对用户进行资源分配，将剩余资源分配给申请带宽小于等于该剩余资源带宽的等待时间最长的用户。在另一实施例中，也可以是按原比例公平算法计算出来的调度优先级从高到低的顺序来分配该剩余资源，这样可以最大程度减少对于频率资源的浪费，同时更新用户的吞吐量和比例公平算法的调度优先级。

应说明的是，上述步骤130与步骤120并无先后顺序的限制，这里只是描述上的一种方式。

综上所述，本发明根据用户的位置判断用户是属于中心用户还是边缘用户，然后根据中心用户和边缘用户的数量，对为中心用户和边缘用户配置的资源分配区域的大小进行动态的配置，然后根据动态配置的资源分配区域大小，调整各个资源分配区域在整个带宽中的位置或位置和大小，以有效地进行干扰规避。

进一步地，本发明按照比例公平的调度算法进行调度，根据分配的资源大小和计算的用户优先级，能够尽量提升边缘用户的边缘吞吐量和频谱效率。此外，在比例公平调度算法的基础上，对剩余资源的分配上结合对用户的带宽申请和等待时间进行资源分配的方式，可以合理地选择出申请资源的用户以更好的利用资源。

以上所述，仅为本发明的一种较佳的实施方式。对于熟悉本领域的技术人员来说，任何可以轻易想到的方法变换和简化替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种部分频率复用的资源分配方法，包括：

基站将小区中已接入的用户终端的用户划分为中心用户和边缘用户；

基站对小区中的每一扇区，根据扇区内中心用户和边缘用户的数量信息，对该扇区为中心用户和边缘用户配置的资源分配区域进行自适应调整，并通知该扇区的用户终端；

其中，所述基站初始化后，对每一扇区，在边缘用户和中心用户的数量均小于各自设定的调整数量门限时，保持边缘用户和中心用户初始配置的资源分配区域，如中心用户或边缘用户的数量大于等于各自的调整数量门限，则对资源分配区域进行重配置。

2.如权利要求1所述的资源分配方法，其特征在于：

所述基站按以下方式划分中心用户和边缘用户：用户终端分别测量出接收到的服务基站和每个相邻基站的信号强度并上报服务基站，服务基站判断该用户终端接收到的服务基站的信号强度与接收到的相邻基站的最大信号强度之差是否大于或大于等于设定的位置归属门限，如果是，判定该用户终端的用户为中心用户，否则，判定该用户终端的用户为边缘用户。

3.如权利要求1所述的资源分配方法，其特征在于：

所述基站配置了若干资源分配区域的配置模式，每一配置模式下均规定了分配给中心用户和边缘用户的资源分配区域的数目和大小，且与一个中心用户和边缘用户之间的数量比例的范围相关联；

所述基站对每一扇区，如判断中心用户或边缘用户的数量大于等于各自的调整数量门限时，则根据两者之间的数量比例确定当前应采用的资源分配区域的配置模式，在该配置模式有变化时进行资源分配区域的重配置，并通知该扇区下的用户终端。

4.如权利要求1或3所述的资源分配方法，其特征在于：

所述基站每次对一个或多个扇区的资源分配区域进行重配置后，还判断各个扇区配置的边缘用户可使用的资源分配区域在频域上是否有重叠，如果有，在各扇区配置的边缘用户可使用的资源分配区域的带宽之和小于等于可分配资源的总带宽时，对一个或多个扇区的资源分配区域的位置或者位置和大小进行调整，使各扇区配置的边缘用户可使用的资源分配区域在频域上相互错开。

5.如权利要求4所述的资源分配方法，其特征在于：

所述基站在各个扇区配置的边缘用户可使用的资源分配区域的带宽之和大于系统总的带宽的情况下，通过调整各个扇区配置的资源分配区域的位置或者位置和大小，使得配置的边缘用户可使用的资源分配区域在频域的重叠面积等于所述带宽之和与系统总的带宽的差值。

6.如权利要求1所述的资源分配方法，其特征在于：

所述初始配置是将整个系统可分配的带宽划分为3个资源分配区域，中心用户可使用其中的2个资源分配区域，另一个资源分配区域配置为边缘用户可使用，或者配置为边缘用户和中心用户均可使用。

7.如权利要求1或2或3或5或6中任一权利要求所述的资源分配方法，其特征在于：

所述基站采用比例公平调度算法进行资源分配，且在剩余资源不能满足按调度优先级计算出来的用户的需求时，根据用户上报的带宽资源申请信息，将该剩余资源分配给可以满足其申请带宽的资源的用户。

8.如权利要求7所述的资源分配方法，其特征在于：

所述基站在剩余资源不能满足按调度优先级计算出来的用户的需求时，是按用户等待时间从长到短的顺序或按比例公平调度算法计算出的调度优先级从高到低的顺序，依次将该剩余资源带宽和用户的申请带宽相比较，直到找到申请资源带宽小于等于所述剩余资源带宽的用户，将该剩余资源分配给该用户。

9.如权利要求8所述的资源分配方法，其特征在于：

所述终端将所述剩余资源分配给申请资源带宽小于等于所述剩余资源带宽的用户后，更新用户的吞吐量和比例公平算法的调度优先级。

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