CN102186250B - 一种分配成员载波的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信领域，提供了一种载波聚合机制下的分配成员载波的方法。该方法的实现步骤为：基站侧在所有成员载波的特定资源粒位置发送参考信号；用户终端测量在每个成员载波上接收到的参考信号的功率，并向基站侧上报各成员载波的参考信号接收功率；基站侧通过联合考虑所有用户终端在各成员载波上的参考信号接收功率及各用户的平均速率，为用户终端分配所需数目的成员载波，该配置结果通过下行无线资源控制RRC信令发送给用户终端。本发明的方法能够有效利用各成员载波的资源，从而提高系统吞吐量，降低丢包率，尤其能够显著提升小区边缘用户性能，改善系统的公平性。

Description

一种分配成员载波的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种LTE-A系统载波机制下分配成员载波（CC）的方法及装置。

背景技术

3GPP（3^rd Generation Partnership Project）长期演进（LTE，LongTerm Evolution）技术各项标准目前已经成熟，为了提供更高质量的移动服务，IMT-A（International Mobile Telecommunications-Advanced）作为关键的演进技术被ITU-R（International TelecommunicationUnion-Radio communications sector）提上日程。IMT-A的性能指标已经超过了LTE所能提供的上限，其中最主要的一个性能指标是针对中低速移动的用户，需要在下行提供高达1Gbps的峰值速率，而LTE所能提供的峰值速率仅为100Mbps。为了能够获得增强的峰值速率，IMT-A要求系统支持最大100MHz的带宽。

作为LTE的自然演进，LTE-A被3GPP提交给ITU-R，并成为了IMT-A候选技术之一。在LTE-A中，采用了载波聚合机制作为实现100MHz带宽的关键技术，通过载波聚合机制，用户终端（UE，UserEquipment）可以聚合两个以上的成员载波（CC，Component Carrier），并同时在聚合的所有载波上进行大带宽的通信。另外，3GPP讨论决定载波聚合机制需要满足后向兼容性，也就是说，LTE-A中定义的所有CC必须对LTE Rel-8/9的终端是兼容的，因此每个CC的最大带宽是20MHz，100MHz的带宽要通过同时聚合5个CC来实现，LTE-A的UE支持的CC数最大也是5个。

但是，UE实际需要的CC数目取决于其业务数据量需求及终端聚合能力。比如，当前系统中可用CC数目为4个，但是UE的业务数据需求较低，仅需其中2个CC便能满足需求。若将所有4个CC都分配给该UE，不仅浪费资源，而且会增大UE的能耗以及信令开销等。另外，也存在UE受限于其硬件设计而仅能最多聚合2个CC的情况。因此，有必要设计一种方法，协助基站eNB对这类用户进行CC的分配。

理论上，当CC间负载分配较均匀时，系统性能会比较优秀。现有技术中有两种以实现负载均衡为目的的CC分配方法，即随机（Random）CC分配方法和轮询（Round Robin）CC分配方法。采用随机CC分配方法时，eNB会在所有可用CC集合中随机的选择UE所需数目的CC分配给该UE。长期来看，该方法可以实现各CC上UE数目的统计平均。而轮询CC分配方法的基本原理是eNB每次选择承载UE数目最少的几个CC分配给目标UE，因此也可以较好的实现CC间负载的均衡。

在前面已经提到，LTE-A需要通过载波聚合实现100MHz带宽。但是受限于实际的频率资源，要获得100MHz的连续频谱十分困难，因此载波聚合中很重要的一个场景是针对不同频带上多个非连续CC间的聚合。图1给出了不同频带上非连续CC聚合的一个示意图。由于频带间距大，导致不同CC间的无线信道传播参数会有较大差异，从而使同一UE在不同CC上的信道质量会产生显著差别。而现有技术中，上述随机CC分配方法和轮询CC分配方法对这一问题均未予考虑。

发明内容

（一）要解决的技术问题

针对现有技术的缺点，本发明为了解决现有技术中在为UE分配CC时未考虑信道差异性的问题，为基站设计了一种新的分配成员载波的方法及装置，该分配CC的方案不仅与负载相结合，更考虑到CC间信道质量的差异性以及用户间的公平性，相比于传统单纯着眼于均衡CC间负载的分配方法，对资源的利用效率更高，所带来的系统性能也更加优异。

（二）技术方案

为此，本发明具体地采用如下技术方案进行：

首先，本发明提供一种分配成员载波的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1，基站eNB在所有成员载波CC的特定资源粒RE位置发送参考信号RS；

S2，用户终端UE根据接收到的RS对各CC的信道质量进行测量，并计算参考信号接收功率RSRP值，将计算的所述RSRP值上报给所述eNB；

S3，所述eNB根据各UE上报的所述RSRP值及本地资源调度器中存储的UE的平均速率，计算出各CC相关于每一UE的分配优先级；

S4，eNB根据系统负载需求，计算出需要给各UE分配的CC数量；

S5，eNB按照所述分配优先级为各UE分配CC，并将分配结果通过下行无线资源控制RRC信令发送给相应的UE。

优选地，步骤S2中，UE通过计算承载了RS的RE的功率贡献的线性平均值，得到所述RSRP值。

优选地，步骤S4中，计算所依据的所述系统负载需求具体为：各UE的下行业务数据量需求、各UE的终端等级以及系统中总的可用CC数。

优选地，各UE的所述终端等级根据LTE-A的标准确定，不同等级的UE支持聚合的CC数目不同。

优选地，当仅聚合少数CC便可满足某UE的下行业务数据量需求或者因某UE的终端等级限制而无法聚合所有可用CC时，eNB只选择部分CC分配给该UE。

优选地，假设某UE需要n₁个CC才能满足其下行业务数据量需求，该UE的终端等级限制其最多可聚合的CC数为n₂，而系统中可用CC总数为n₃，则eNB按照如下方法决定为该UE分配的CC数目n：

n=min{n₁,n₂,n₃}，即n取n₁，n₂和n₃中的最小值。

优选地，满足UE下行业务数据量需求的CC数目n₁通过如下方法确定：

其中，i∈{1,2,3,4}，Δ_i为定义的数据量阈值，表示分配i个CC所能提供的数据量带宽。

优选地，步骤S3中，eNB通过如下方式计算某一CC_p相关于某一UE_i的分配优先级：

${\mathrm{metric}}_p^{\left(i\right)}=\frac{{\mathrm{rsrp}}_p^{\left(i\right)}/R^{\left(i\right)}}{\underset{1\≤j\≤K}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{rsrp}}_p^{\left(j\right)}/R^{\left(j\right)}},$

其中，

表示UE_i在CC_p上的RSRP值；i=1,2，…，K；p=1，2，…，N；K和N分别表示小区中总的用户数及总的CC数，R⁽ⁱ⁾表示UE_i的平均速率。

优选地，当需要为UE_i分配n个CC时，1≤n≤N，eNB会选择对应

最大的n个CC分配给UE_i。

更进一步地，本发明还同时提供一种分配成员载波的装置，其特征在于，所述装置包括：

通过通信链路进行交互的RSRP接收模块、资源调度模块、CC分配优先级决策模块、UE业务数据量监测模块、UE等级判定模块、小区可用CC总数监测模块、CC数目决策模块和CC分配决策模块；其中，

RSRP接收模块，用于接收所有UE反馈的各CC上的RSRP值并提供给CC分配优先级决策模块；

资源调度模块，用于存储UE的调度信息及UE的平均速率并提供给CC分配优先级决策模块；

CC分配优先级决策模块，根据从RSRP接收模块和资源调度模块获得的信息，计算CC的分配优先级并提供给CC分配决策模块；

UE业务数据量监测模块，用于监测UE的业务数据量，计算满足业务数据量需求的CC数量并提供给CC数目决策模块；

UE等级判定模块，用于判定UE的终端等级，根据所述终端等级决定该UE最多能够聚合的CC数量并提供给CC数目决策模块；

小区可用CC总数监测模块，用于监测小区内可用CC的总数并提供给CC数目决策模块；

CC数目决策模块，根据从UE业务数据量监测模块、UE等级判定模块以及小区可用CC总数监测模块获得的信息，计算需要为UE分配的CC数并提供给CC分配决策模块；

CC分配决策模块，用于根据从CC分配优先级决策模块和CC数目决策模块获得的信息，决策最终的CC分配结果。

（三）有益效果

本发明提供的LTE-A载波聚合机制下的分配CC的方案联合考虑了CC的负载情况、UE在各CC上的信道质量以及UE间的公平性，实现了CC的优化分配，提升了系能性能，主要表现在系统平均吞吐量、系统平均丢包率、小区边缘用户吞吐量以及系统公平性等方面的提升。

附图说明

图1为现有技术中LTE-A系统在不同频带上进行非连续CC载波聚合时的示意图；

图2为本发明中为UE分配CC的方法流程图；

图3为本发明中为UE分配CC的装置模块结构图；

图4为本发明的LTE-A系统中既包含带内连续CC又包含带间非连续CC的频带部署场景的示意图；

图5为本发明与传统方法相比，系统平均吞吐量的变化结果图；

图6为本发明与传统方法相比，系统平均丢包率的变化结果图；

图7为本发明与传统方法相比，小区边缘用户吞吐量的变化结果图；

图8为本发明与传统方法相比，系统公平性的变化结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明主要是联合考虑各CC的负载情况、各UE在各CC上的信道质量以及UE的平均速率等因素提出一种新的CC分配方法，最终达到合理利用CC资源，提升系统性能的目的。

图2为本发明提供的一种LTE-A载波聚合机制中为UE分配CC的方法的流程图，从流程图中可以清楚地看出该方法的具体步骤：

eNB首先需要在所有下行CC发送特定数量的RS，以便UE对各CC的信道质量进行测量。UE在接收到RS后，通过计算承载RS的RE的功率贡献（以瓦为单位）的线性平均值，得到RSRP值，并将RSRP上报eNB。

eNB正确接收各UE上报的测量结果后，获得所有UE在所有CC上的RSRP值。特别的，对UE_i来说，其在CC_p上的RSR-P值用

来表示。另外，通过读取本地资源调度器存储的UE的平均速率数据，得到任一UE_i的平均速率R⁽ⁱ⁾。得到这些参数后，eNB按照如下方法决定CC_p关于UE_i的分配优先级：

${\mathrm{metric}}_p^{\left(i\right)}=\frac{{\mathrm{rsrp}}_p^{\left(i\right)}/R^{\left(i\right)}}{\underset{1\≤j\≤K}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{rsrp}}_p^{\left(j\right)}/R^{\left(j\right)}}$

然后，eNB通过结合UE_i的下行业务数据量需求、终端等级以及系统中总的可用CC数，计算需要给UE_i分配的CC数量n：

n=min{n₁,n₂,n₃}，

即n为n₁，n₂，n₃中的最小值。其中，n₁为满足UE_i的下行业务数据量需求所需的CC数，n₂为UE_i的等级决定的其所能聚合的最大CC数，n₃为系统中总的可用CC数。并且，n₁的值通过如下方法确定：

其中，i∈{1,2,3,4}，Δ_i为定义的数据量阈值，表示分配i个CC所能提供的数据量带宽。上式表示：如果UE的业务数据量不大于Δ_i，那么为该UE分配i个CC一定可以满足该UE业务的服务质量（QoS）需求；如果UE的业务数据量介于Δ_i及Δ_i+1之间，则至少为该UE分配i+1个CC才能满足该UE业务的QoS需求；由于现有LTE-A标准规定UE至多可聚合5个CC，所以i∈{1,2,3,4}。

在通过以上方法确定了UE_i需要的CC数n后，eNB会选择对应分配优先级最高的n个CC分配给UE_i。该分配结果通过下行RRC信令发送给UE_i。

UE在接收到网络侧发送的RRC信令之后，便获知了对应的CC分配结果，随后可以在分配的CC上与eNB进行后续的数据通信。至此，CC分配流程结束。

如图3所示，本发明同时提供的一种LTE-A载波聚合机制中为UE分配CC的装置主要包括RSRP接收模块、资源调度模块、CC分配优先级决策模块、UE业务数据量监测模块、UE等级判定模块、小区可用CC总数监测模块、CC数目决策模块和CC分配决策模块。

RSRP接收模块，用于接收所有UE的反馈的各CC上的RSRP值；

资源调度模块，用于存储UE的调度信息，包含UE的平均速率；

CC分配优先级决策模块，用于根据从上述两个模块获得的信息按照专利所述的方法，计算CC的分配优先级；

UE业务数据量监测模块，用于监测UE的业务数据量，并按照专利所述的方法计算满足业务数据量需求的CC数量；

UE等级判定模块，用于判定UE的等级，并根据UE的等级决定UE最多能够聚合的CC数量；

小区可用CC总数监测模块，用于监测小区内可用CC的总数；

CC数目决策模块，用于根据从上述三个模块获得的信息按照权利专利所述的方法，计算需要为UE分配的CC数；

CC分配决策模块，用于根据从CC分配优先级决策模块和CC数目决策模块获得的信息，决策最终的CC分配结果。

参照图4-图8，为了验证本发明的性能，将本发明按照LTE/LTE-A的参数设置进行了系统级仿真。该仿真主要研究了在LTE-A载波聚合中既包含带内连续CC又包含带间非连续CC的频率部署场景下，应用本发明对系统平均吞吐量、系统平均丢包率、边缘小区用户吞吐量及系统公平性的影响。前面提到的随机CC分配方法和轮询CC分配方法同样进行了仿真，以与本发明所提方法相对比。仿真针对业务类型为有时延要求的数据速率为272kbps的视频流。

图4为本发明的一个应用场景的示例。CC1与CC2是位于800MHz频带的连续的两个CC，CC3与CC4是2GHz频带的连续的两个CC。所有CC的带宽都为5MHz，eNB需要为所有UE分配4个CC中2个CC。

图5和图6分别示出了采用本发明的方法以及传统的随机CC分配方法和轮询CC分配方法的系统平均吞吐量以及平均丢包率的比较。从图中看出，采用本发明的方法后，系统平均吞吐量提升，并且系统的平均丢包率降低。

图7示出了采用本发明的方法以及传统的随机CC分配方法和轮询CC分配方法的小区边缘用户吞吐量的比较。从图中看出，采用本发明的方法后，小区边缘用户的吞吐量得到显著提升，有利于增加小区的覆盖范围。

图8示出了采用本发明的方法以及传统的随机CC分配方法和轮询CC分配方法的系统公平性的比较。系统的公平性Fairness用下式定义：

$\mathrm{Fairness}=\frac{{\left({\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K{x}_k\right)}^2}{K{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K{x}_k^2}$

其中，K为总的UE数，x_k为UE_k的性能度量，在本实施例中取UE_k的平均速率作为该度量。Fairness值介于0到1之间，且该值越大，说明系统公平性越好。从图中看出，相比于其他两种CC分配方法，采用本发明的方法后Fairness的值更加接近于1，即采用本发明的方法的系统公平性更好。

参考前述本发明示例性的描述，本领域技术人员可以清楚的知晓本发明具有以下优点：本发明提供的LTE-A载波聚合机制下的分配CC的方法联合考虑了CC的负载情况、UE在各CC上的信道质量以及UE间的公平性，实现了CC的优化分配，提升了系能性能，主要表现在系统平均吞吐量、系统平均丢包率、小区边缘用户吞吐量以及系统公平性等方面的提升。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的发明保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种分配成员载波的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1，基站eNB在所有成员载波CC的特定资源粒RE位置发送参考信号RS；

S2，用户终端UE根据接收到的RS对各CC的信道质量进行测量，并计算参考信号接收功率RSRP值，将计算的所述RSRP值上报给所述eNB；

S3，所述eNB根据各UE上报的所述RSRP值及本地资源调度器中存储的UE的平均速率，计算出各CC相关于每一UE的分配优先级；

S4，eNB根据系统负载需求，计算出需要给各UE分配的CC数量；

S5，eNB按照所述分配优先级为各UE分配CC，并将分配结果通过下行无线资源控制RRC信令发送给相应的UE；

其中，步骤S3中，eNB通过如下方式计算某一CC_p相关于某一UE_i的分配优先级：

${\mathrm{metric}}_p^{\left(i\right)}=\frac{{\mathrm{rsrp}}_p^{\left(i\right)}/R^{\left(i\right)}}{\underset{1\≤j\≤K}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{rsrp}}_p^{\left(j\right)}/R^{\left(j\right)}},$

其中，

表示UE_i在CC_p上的RSRP值；i=1,2，…，K；p=1，2，…，N；K和N分别表示小区中总的用户数及总的CC数，R⁽ⁱ⁾表示UE_i的平均速率；

步骤S4中，计算所依据的所述系统负载需求具体为：各UE的下行业务数据量需求、各UE的终端等级以及系统中总的可用CC数；

假设某UE需要n₁个CC才能满足其下行业务数据量需求，该UE的终端等级限制其最多可聚合的CC数为n₂，而系统中可用CC总数为n₃，则eNB按照如下方法决定为该UE分配的CC数目n：

n=min{n₁,n₂,n₃}，即n取n₁，n₂和n₃中的最小值；

满足UE下行业务数据量需求的CC数目n₁通过如下方法确定：

其中，i∈{1,2,3,4}，Δ_i为定义的数据量阈值，表示分配i个CC所能提供的数据量带宽。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，UE通过计算承载了RS的RE的功率贡献的线性平均值，得到所述RSRP值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，各UE的所述终端等级根据LTE-A的标准确定，不同等级的UE支持聚合的CC数目不同。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当仅聚合少数CC便可满足某UE的下行业务数据量需求或者因某UE的终端等级限制而无法聚合所有可用CC时，eNB只选择部分CC分配给该UE。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当需要为UE_i分配n个CC时，1≤n≤N，eNB会选择对应

最大的n个CC分配给UE_i。

6.一种分配成员载波的装置，其特征在于，所述装置包括：

RSRP接收模块、资源调度模块、CC分配优先级决策模块、UE业务数据量监测模块、UE等级判定模块、小区可用CC总数监测模块、CC数目决策模块和CC分配决策模块；其中，

RSRP接收模块，用于接收所有UE反馈的各CC上的RSRP值并提供给CC分配优先级决策模块；

资源调度模块，用于存储UE的调度信息及UE的平均速率并提供给CC分配优先级决策模块；

CC分配优先级决策模块，根据从RSRP接收模块和资源调度模块获得的信息，计算CC的分配优先级并提供给CC分配决策模块；

UE业务数据量监测模块，用于监测UE的业务数据量，计算满足业务数据量需求的CC数量并提供给CC数目决策模块，满足业务数据量需求的CC数量n₁通过如下方式确定：

其中，i∈{1,2,3,4}，Δ_i为定义的数据量阈值，表示分配i个CC所能提供的数据量带宽；

UE等级判定模块，用于判定UE的终端等级，根据所述终端等级决定该UE最多能够聚合的CC数量并提供给CC数目决策模块；

小区可用CC总数监测模块，用于监测小区内可用CC的总数并提供给CC数目决策模块；

CC数目决策模块，根据从UE业务数据量监测模块、UE等级判定模块以及小区可用CC总数监测模块获得的信息，计算需要为UE分配的CC数并提供给CC分配决策模块，所述CC数目决策模块选取n₁，n₂和n₃中的最小值作为所述为UE分配的CC数，n₁为某UE满足其下行业务数据量需求需要CC的个数，n₂为该UE的终端等级限制其最多可聚合的CC数，n₃为系统中可用CC总数；

CC分配决策模块，用于根据从CC分配优先级决策模块和CC数目决策模块获得的信息，决策最终的CC分配结果；

其中，RSRP为参考信号接收功率，CC为成员载波；

其中，通过如下方式计算某一CC_p相关于某一UE_i的分配优先级：

${\mathrm{metric}}_p^{\left(i\right)}=\frac{{\mathrm{rsrp}}_p^{\left(i\right)}/R^{\left(i\right)}}{\underset{1\≤j\≤K}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{rsrp}}_p^{\left(j\right)}/R^{\left(j\right)}},$

其中，表示UE_i在CC_p上的RSRP值；i=1,2，…，K；p=1，2，…，N；K和N分别表示小区中总的用户数及总的CC数，R⁽ⁱ⁾表示UE_i的平均速率。

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