CN101940047B

CN101940047B - 多载波通信基站设备和子载波分配方法

Info

Publication number: CN101940047B
Application number: CN2009801042206A
Authority: CN
Inventors: 稻井田友祐
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2029-01-19
Also published as: WO2009101838A1; CN101940047A; EP2244513A1; JP2009194465A; TW200939671A; US8036171B2; JP4353302B2; US20100278135A1; TWI379539B

Abstract

根据本发明的一种多载波通信基站设备(1)，包括：选择单元，其基于每个移动台(2)中的传输率信息选择要分配的子载波；评估值计算单元，其基于每个移动台(2)中的传输率信息计算相关于要分配的子载波的传输率的基准值，并且然后计算通过评估所述基准值和从分配中排除的子载波的传输率之间的差异获得的评估值；和优先级确定单元，其基于由评估值计算单元所计算的评估值来确定要被指派到每个子载波的移动台的优先级。

Description

多载波通信基站设备和子载波分配方法

技术领域

本发明涉及一种通过使用多载波来与多个移动台进行多路通信的多载波通信基站设备，及其子载波分配方法。

背景技术

近年来，在作为多载波调制模式之一的正交频分复用(以下称为“OFDM(正交频分复用)”)模式中，其中通过将用户分配给各个子载波或者将多个子载波成组获得的各个子信道来实现多路存取的正交频分多址(以下称为“OFDMA(正交频分多址)”)模式已经引起了注意。例如已经在作为IEEE(电气和电子工程师协会)标准的IEEE 802.16e中研究了该OFDMA模式。

在OFDM模式中，通过使用具有不同频率的N个子载波来发送信息。注意，在发送信号通过各种路径之后被接收的多径衰减环境下，因为子载波的无线电质量彼此不同，具有良好无线电质量的(一个或多个)子载波从一个移动台到另一个是不同的。因此，必须将被确定为具有尽可能良好的无线电质量的子载波分配给每个移动台。注意，子载波的无线电质量越好，就可以以越高的传输速率来通信。因此，如果每个移动台被分配具有尽可能良好的无线电质量的子载波，则作为整个系统，可以以卓越的效率来执行通信。

作为相关技术中的方法，已经提出了一种方法，其中对于每个移动台来计算子载波的传输率的分散值(dispersion value)并且然后将子载波分配给具有最大分散值的移动台，直到满足所请求的传输率为止(例如，参见专利文件1)。

以下用具体示例来说明专利文件1中公开的子载波分配方法。在该示例中，移动台的数量是三个，并且子载波的数量是五个。此外，在该示例中，根据图11中示出的表格，基于调制模式和编码率来计算传输率。

首先，根据图11中示出的表格，对于每个移动台计算各个子载波的传输率以及它们的分散值。图12是示出了对于三个移动台中每一个的用于各个子载波的传输率、传输率的分散值、和移动台所请求的传输率的表格。

首先，在三个移动台中，(一个或多个)子载波的分配从具有最大分散值的第三移动台开始。然后，在第三移动台的子载波中，优先地分配具有最高传输率的第三子载波和第四子载波。当被分配第三子载波和第四子载波时，总传输率变成3+3＝6，并且由此满足所请求的传输率6。因此，完成了对于第三移动台的子载波分配。

此外，在第三移动台之后对于具有次最高分散值的第一移动台执行子载波分配。然后，因为在第一移动台的所有子载波中，第三子载波和第四子载波已经被分配给第三移动台，在剩下的第一子载波、第二子载波和第五子载波中从具有最高传输率的子载波执行子载波分配。在该示例中，当第一子载波、第二子载波和第五子载波被分配给第一移动台时，总传输率变成1+1+1.5＝3.5，并且由此满足第一移动台所请求的传输率3。因此，完成了对于第一移动台的子载波分配。使用该分配，分配了所有第一子载波到第五子载波，并且因此完成了分配。图13是示出分配结果的表格。

[专利文件1]

日本未审查专利申请公开号2005-102225

发明内容

技术问题

上述相关技术中的第一个问题是子载波所被分配到的移动台仅基于每个移动台中子载波的传输率的分散值来选择。因此，上述相关技术未考虑传输率如何被分散，并且因此可能不会有效地执行子载波分配。

以下参考附图来说明针对此的理由。

在图12中，在第三移动台中，尽管所有子载波的平均传输率较高，但是第一子载波的传输率较低。因此，分散值较大。同时，在第一移动台中，尽管平均传输率较低，但第四子载波的传输率较高。因此，分散值较大。

例如，通过如第一移动台的第四子载波的情况中一样，向具有较低平均传输率和较大分散值的移动台分配具有较大传输率的子载波，作为整个系统，可执行更有效率的通信。然而，在有关技术的方法中，即使在第三移动台中大多数子载波的传输率较高，分配也从相比于第一移动台具有更大分散值的第三移动台开始。因此，第三子载波和第四子载波被分配给第三移动台。因此，第一移动台不能被分配具有较高传输率的第四子载波。结果，用除了第三子载波和第四子载波以外的子载波对第一移动台执行分配，但所述除了第三子载波和第四子载波以外的子载波具有较低的传输率1.5或更低，因此作为整个系统来说，恶化了吞吐量。

第二个问题是子载波的传输率的分散值较小的移动台的优先级变得更低，并且因此存在没有子载波可以被分配的可能性。结果，不能维持公平性。

因为从具有较大分散值的移动台开始执行具有更高传输率的子载波的分配，所以可能在对具有更低的分散值的移动台分配之前，所有的子载波都已被分配，因此没有留下可用的子载波用于分配。结果，像这样的问题出现了。

已做出本发明来解决这些问题，并且本发明的目的在于提供一种能够实现对于整个系统可以改善吞吐量的子载波分配并且能够对于向移动台进行子载波分配提供更好的公平性的多载波通信基站设备和载波分配方法。

技术方案

根据本发明第一方面的多载波通信基站设备是一种频分多址类型的多载波通信基站设备，其通过使用多个子载波在频率时间轴上复用(multiplex)多个移动台，所述设备包括：传输率信息管理单元，其管理每个移动台的每个子载波的传输率信息；和子载波分配单元，其基于传输率信息分配子载波，其中，子载波分配单元包括：选择单元，其基于每个移动台中的传输率信息选择要分配的子载波；评估值计算单元，其基于每个移动台中的传输率信息计算相关于要分配的子载波的传输率的基准值，并且然后计算通过评估基准值和从分配中排除的子载波的传输率之间的差获得的评估值；和优先级确定单元，其基于评估值计算单元所计算的评估值来确定要被指派到每个子载波的移动台的优先级。

根据本发明第二方面的子载波分配方法是一种频分多址模式中的子载波分配方法，其中通过使用多个子载波在频率时间轴上复用多个移动台，所述子载波分配方法包括：基于每个移动台中的传输率信息选择要分配的子载波；基于每个移动台中的传输率信息计算相关于要分配的子载波的传输率的基准值，并且然后计算通过评估基准值和从分配中排除的子载波的传输率之间的差异获得的值；并且基于评估值来确定要被指派到每个子载波的移动台的优先级。

有利效果

本发明可以提供一种能够实现对于整个系统可以改善吞吐量的子载波分配并且能够对于向移动台进行子载波分配提供更好的公平性的多载波通信基站设备和载波分配方法。

附图说明

图1是示出了作为本发明示例实施例的无线电通信系统的结构的框图；

图2是示出根据本发明的多载波通信基站设备的结构的框图；

图3A是示出根据本发明示例实施例的子载波分配单元11的处理步骤的流程图；

图3B是示出根据本发明示例实施例的子载波分配单元11的处理步骤的流程图；

图4是示出用于说明根据本发明的子载波分配的具体示例的表格；

图5是示出用于说明根据本发明的子载波分配的具体示例的表格；

图6是示出用于说明根据本发明的子载波分配的具体示例的表格；

图7是示出用于说明根据本发明的子载波分配的具体示例的表格；

图8是示出用于说明根据本发明的子载波分配的具体示例的表格；

图9是示出用于说明根据本发明的子载波分配的具体示例的表格；

图10是示出用于说明根据本发明的子载波分配的具体示例中的分配结果的表格；

图11示出了根据调制模式和编码率获得的传输率的表格的示例；

图12是示出用于说明按照传统模式的子载波分配的具体示例的表格；并且

图13是示出用于说明按照传统模式的子载波分配的具体示例中的分配结果的表格。

标号说明

1多载波通信基站设备

2移动台

11子载波分配单元

12无线电帧生成单元

13无线电单元

14天线

15传输率信息管理单元

具体实施方式

图1是示出了根据本发明示例性实施例的无线电通信系统的结构的框图。如图1中所示，无线电通信系统包括多个第二移动台和执行与多个第二移动台的无线电数据发送/接收的多载波通信基站设备1。

图2是示出根据本发明示例实施例的多载波通信基站设备的结构的框图。多载波通信基站设备1包括子载波分配单元11、无线电帧生成单元12、无线电单元13、天线14、和传输率信息管理单元15。

传输数据以及作为传输数据的质量信息的QoS信息输入到子载波分配单元11。此外，从传输率信息管理单元15输出的每个移动台的每个子载波可以发送的传输率信息也输入到子载波分配单元11。注意，要输入到子载波分配单元11的传输数据可以是已被预先进行包调度的数据。子载波分配单元11基于传输数据、QoS信息和传输率信息来确定并且输出被指派到子载波的数据。

从子载波分配单元11输出的要指派到每个子载波的数据输入到无线电帧生成单元12。然后，无线电帧生成单元12生成无线电帧并且将所生成的无线电帧输出到无线电单元13。在这点上，如果输入数据的大小小于无线电帧的大小，执行填充以生成无线电帧。

无线电单元13对从无线电帧生成单元12输入的无线电帧执行调制处理，并且将经调制的无线电帧输出到天线14。经调制的无线电帧输入到天线14。然后，天线14向第二移动台发送经调制的无线电帧。

多载波通信基站设备1通过天线接收从每个第二移动台发送的无线电帧，并且在无线电单元13中执行解调处理。在解调处理步骤中，无线电单元13从无线电帧获取表示接收状态的信息或从移动台通知的传输率信息，并且将所获取的信息输出到传输率信息管理单元15。

注意，当使用作为来自第二移动台的信息被通知的传输率时，不需要从第二移动台向多载波通信基站设备1通知所有子载波的传输率。而是，可以仅通知具有较高传输率的(一个或多个)子载波。

传输率信息管理单元15基于从无线电单元13输入的每个信息来针对每个移动台逐个子载波地管理传输率。例如，在频分双工(以下称为“FDD(频分双工)”)的情况下，不同频带用于向上的线路和向下的线路。即，在发送和接收之间通信信道是不同的。因此，向下的线路的传输率可以通过使用作为来自移动台的信息通过向上的线路被通知的传输率信息来确定。此外，在时分双工(以下称为“TDD(时分双工)”)的情况下，相同的频带用于向上和向下的线路。即，在发送和接收两者中，使用相同的通信信道。因此，可以基于从向上的线路上的无线电信号获得的接收状态来计算向下的线路的传输率。注意，可以根据应用的调制模式和编码率来计算传输率。此外，具有非常低的无线电质量的子载波的传输率可以被计算为零。可替换地，它可以作为已经被分配的子载波来处理，以使得不被执行分配。

接下来，将参考图4到10中示出的具体示例，使用图3A和3B中示出的流程图来说明图2中示出的子载波分配单元11的处理。

首先，在步骤S1，根据数据和/或QoS信息来获得每个移动台的每个子载波的传输率信息和所请求的传输率。注意，图4以具体示例示出了每个移动台的每个子载波的传输率信息和所请求的传输率。在该示例中，移动台的数量为3，并且子载波的数量为5。在该示例中，为了简化说明，假设一个符号将被分配到一个子载波。

接下来，在步骤S2，令i代表移动台的索引，为每个移动台设置每个移动台中的传输率的阈值Rth，i。注意，阈值设置方法的示例包括根据每个移动台的每个子载波的传输率信息来计算可以进行传输的最大传输率、平均传输率等并且将其设置为阈值的方法。

在步骤S3，从每个移动台中数据指派的目标中排除传输率小于阈值Rth，i的子载波。以该方式，通过限制每个移动台中要被分配为目标的子载波，可以防止将太多的优先级给予针对某个(些)移动台的子载波分配。图5示出了可以进行传输的最大传输率被用作阈值的示例。在图5中示出的子载波中，粗线框内的子载波定义为分配的目标，并且其它子载波被从分配中排除。

在步骤S4，通过将每个移动台中要被分配的子载波的传输率的平均值用作基准值，计算通过评估基准值和从分配中排除的子载波的传输率之间的差获得的值Rv，i。例如，假设要分配的子载波的平均传输率是Rave，i；从分配中排除的子载波的数量为n；从分配中排除的子载波的索引为p；从分配中排除的子载波的传输率为Ro，p; 并且预先在子载波分配单元中确定的参数为Rv0，可以基于以下等式计算移动台i中的Rv，i。

[等式1]

Rv, i = \frac{1}{n} Σ_{p = 1}^{n} (Rave, i - Ro, p)

其中n＞0

Rv，i＝Rv₀ 其中n＝0

通过使用像这样的等式并且由此评估要被分配的子载波和从该轮的指派中排除的子载波之间的传输率之间的差，可以掌握当前分配中移动台的优先级。注意，因为满足所请求传输率的子载波和已经被分配并且其中不剩余无线电资源的子载波的分配已被完成，所以它们不被包括在从分配中排除的子载波中。此外，最大可能值可以被设置为值Rv0，或者Rv0的值可以被设置为0。图6示出了评估值Rv，i的计算结果。

在步骤S5，被指派到一个子载波的移动台的数量k被初始化为1。然后，在步骤S6，搜索被指派k个移动台的子载波。

接下来，在步骤S7，确定是否存在将被指派的移动台的数量为k的任何子载波。如果没有将被指派的移动台的数量为k的子载波，则过程继续到步骤S8，其中k的值递增1，并且然后过程返回到步骤S7。

此外，在步骤S9，选择被指派具有最大Rv的移动台的子载波。如果存在被指派具有相同Rv的移动台的两个或更多的子载波，例如通过选择具有更小的索引的子载波来仅选择一个子载波，所述索引是预先为每个子载波确定的。注意，在图6中示出的示例中，首先选择了子载波3。

在步骤S10，步骤9中选择的子载波的分配开始。在要分配到所选择子载波的移动台中，无线电资源分配给具有最大评估值Rv的移动台，并且被指派到所选择子载波的移动台被从分配中排除。至此，所请求传输率的值被减去所分配传输率的数量。

此外，当通过执行分配，被执行分配的子载波没有无线电资源剩下时，所有移动台到所分配的子载波的指派被完成。术语“无线电资源”是指要被分配的子载波和符号的集合。当通过在时间方向上使用许多符号来执行子载波分配时，一个子载波可被分配给多个移动台，这是因为在一个子载波中存在多个符号。

在图6中示出的示例中，因为仅仅一个符号将被分配给一个子载波，所以，在执行了对第二移动台的分配之后，对于子载波3而言完成了所有移动台的指派。图7示出了当移动台3被指派到子载波3并且因此对于子载波3所有移动台的指派被完成时所获得的结果。

接下来，在步骤S11，确定子载波的分配是否满足移动台所请求的传输率。如果满足了移动台所请求的传输率，则过程继续到步骤S12，并且满足所请求传输率的该移动台的所有子载波的分配被完成。在图7中示出的示例中，因为对于移动台3满足所请求的传输率，所以用于对移动台3完成所有子载波的分配的过程未被执行。

在步骤S13，确定在所选择子载波中是否剩下任何无线电资源并且存在要被指派的任何数据。

在步骤S14，所选择的子载波的分配被完成，并且所有移动台从所选择子载波的指派中被排除。在图7中示出的示例中，由于所有移动台已经被从子载波3的指派中排除，所以所有移动台被保持为被从子载波3的指派中排除。

在步骤S15，确定是否存在要分配的任何子载波和要指派的任何数据。确定之后的处理也在图3所示的流程中被执行。因此，获得了图9中示出的结果，并且过程继续到步骤S16。

在步骤S16，确定是否存在没有完成指派的任何子载波和要指派的任何数据。然后，如果不存在任何子载波或任何数据，则过程结束。在图9中示出的示例中，因为在第三移动台中存在要被指派的数据，所以过程继续到步骤S17。

在步骤S17，在每个移动台中重置传输率的阈值Rth，i，并且过程返回到步骤S3。注意，作为阈值设置方法的示例，根据每个移动台的每个子载波的传输率信息来计算子载波可以传输的最大传输率、平均传输率等，并且将其设置为阈值。在步骤S17，通过重复地执行阈值的重置和分配，在图9的示例中，第三移动台被指派到第二子载波，并且第三移动台还被指派到第五子载波。结果，对于全部第一移动台、2和3满足传输率，并且过程完成。图10示出了最终的分配结果。注意，在图10中，所请求的传输率表示在执行减法之前移动台所请求的传输率。

还要注意，尽管在上面的说明中通过将子载波定义为最小单位来执行传输率的计算以及分配，但是可以通过使用通过将多个子载波成组为最小单位获得的子信道来执行每个操作。此外，尽管在每个移动台中仅考虑所请求的传输率，但是可以提供两个或更多的传输率，例如一对最小传输率和最大传输率。在该情况下，例如，最小传输率首先被指定为所请求传输率。然后在指派之后，如果剩下任何无线电资源，则最大传输率被指定为所请求传输率。以该方式，可以设置和重复地指定多个所请求传输率。

如上所述，根据本发明，通过仅将具有较高传输率的子载波选择作为要在每个移动台中分配的子载波，在限制要被分配的子载波的数量的同时执行指派。然后，重新定义要被分配的子载波，并且执行分配。通过重复这些过程，可以改善每个移动台之间的公平性。此外，通过将要被分配的子载波的传输率用作为基准，将高优先级给予具有较高值Rv的移动台的子载波分配，所述值Rv通过评估与从分配中排除的子载波的传输率的差来获得。以该方式，用具有更高传输率的子载波来分配在每个移动台中变得可能，因此使得作为整个系统来说，吞吐量能够被改善。

第一优点在于，用具有较高传输率的子载波进行分配在每个移动台中变得可能，并且因此作为整个系统来说，可以实现有效的通信。这是因为通过以下方式执行分配。首先，基于传输率信息在每个移动台中设置要被分配的子载波的传输率的基准值。然后，计算通过评估基准值和从分配中排除的子载波的传输率之间的差获得的值。在此之后，通过基于评估值确定要被分配的移动台的优先级，可以执行考虑了子载波与基准值的不同这样的指派，因此使得能够实现有效的分配。

第二优点在于对于子载波分配，可以改善移动台之间的公平性。这是因为在限制了要分配的子载波的同时重复分配。以该方式，可能防止在一个时间大量的子载波分配到具有较高优先级的移动台，并且由此改善了针对每个移动台的子载波分配的公平性。

尽管迄今为止参考了某些示例实施例说明了本发明，但是本发明不限于上述示例实施例。可以在不偏离本发明范围的情况下，对于本发明的结构和细节做出本领域技术人员可以容易地理解的各种修改。

本申请基于并且要求2008年2月12日提交的日本专利申请NO.2008-30824的优先权，其公开通过引用被全部结合于此。

工业应用性

本发明可应用于通过使用多载波与多个移动台进行多路通信的多载波通信基站设备，以及它们的子载波分配方法。

Claims

1.一种频分多址类型的多载波通信基站设备，其通过使用多个子载波在频率时间轴上复用多个移动台，所述设备包括：

传输率信息管理单元，管理每个移动台的每个子载波的传输率信息；和

子载波分配单元，基于传输率信息来分配子载波，

其中所述子载波分配单元包括：

选择单元，用于基于每个移动台中的传输率信息来选择要分配的子载波；

评估值计算单元，用于基于每个移动台中的传输率信息来计算相关于要分配的子载波的传输率的基准值，并且然后计算通过评估所述基准值和从分配中排除的子载波的传输率之间的差获得的评估值；和

优先级确定单元，用于基于由所述评估值计算单元所计算的评估值来确定要被指派到每个子载波的移动台的优先级。

2.根据权利要求1所述的多载波通信基站设备，其中所述选择单元根据传输率信息计算阈值，并且使用传输率等于或大于所述阈值的子载波作为被分配目标。

3.根据权利要求2所述的多载波通信基站设备，其中所述阈值是在每个移动台的子载波中可以进行传输的最大传输率。

4.根据权利要求2所述的多载波通信基站设备，其中所述阈值是每个移动台的子载波的传输率的平均值。

5.根据权利要求1所述的多载波通信基站设备，其中所述传输率的基准值是作为每个移动台中的被分配目标的子载波的平均传输率。

6.根据权利要求1所述的多载波通信基站设备，其中假设要在移动台i中分配的子载波的平均传输率是Rave，i；从所述分配中排除的子载波的数量为n；从所述分配中排除的子载波的索引为p；从所述分配中排除的子载波的传输率为Ro，p；并且预先在所述子载波分配单元中确定的参数为Rv0，基于以下等式计算由所述评估值计算单元计算的所述评估值：

[等式1]

Rv, i = \frac{1}{n} Σ_{p = 1}^{n} (Rave, i - Ro, p)

其中n＞0

Rv，i＝Rv₀ 其中n＝0。

7.根据权利要求6所述的多载波通信基站设备，其中所述优先级确定单元向具有较大评估值的移动台给予较高的优先级。

8.根据权利要求1所述的多载波通信基站设备，其中在所述选择单元选择了作为被分配目标的子载波并且执行了子载波分配之后，所述选择单元再次选择要分配的子载波。

9.一种频分多址模式中的子载波分配方法，其中通过使用多个子载波在频率时间轴上复用多个移动台，所述子载波分配方法包括：

基于每个移动台中的传输率信息选择作为要分配的子载波的子载波；

基于每个移动台中的传输率信息计算相关于所述要分配的子载波的传输率的基准值，并且然后计算通过评估所述基准值和从分配中排除的子载波的传输率之间的差获得的值；并且

基于评估值来确定被指派到每个子载波的移动台的优先级。

10.根据权利要求9所述的子载波分配方法，其中所述选择作为所述要分配的子载波的子载波包括：根据传输率信息计算阈值；并且使用等于或大于所述阈值的子载波作为要分配的子载波。

11.根据权利要求10所述的子载波分配方法，其中所述阈值是在每个移动台的子载波中可以进行传输的最大传输率。

12.根据权利要求10所述的子载波分配方法，其中所述阈值是每个移动台的子载波的传输率的平均值。

13.根据权利要求9所述的子载波分配方法，其中所述传输率的基准值是作为每个移动台中所述要分配的子载波的子载波的平均传输率。

14.根据权利要求9所述的子载波分配方法，其中假设要在移动台i中分配的子载波的平均传输率是Rave，i；从所述分配中排除的子载波的数量为n；从所述分配中排除的子载波的索引为p；从所述分配中排除的子载波的传输率为Ro，p；并且预先确定的参数为Rv0，基于以下等式计算所述评估值：

[等式2]

Rv, i = \frac{1}{n} Σ_{p = 1}^{n} {(Rave, i - Ro, p)}^{2}

其中n＞0

Rv，i＝Rv₀ 其中n＝0。

15.根据权利要求14所述的子载波分配方法，其中作为要被指派到每个子载波的移动台的优先级的判定，将较高的优先级给予通过评估传输率的基准值和子载波的传输率之间的差获得的值较大的移动台。

16.根据权利要求9所述的子载波分配方法，其中选择作为被分配目标的子载波包括，在选择了要分配的子载波并且执行了子载波分配之后，再次选择要分配的子载波。