CN102422701A - 进行负载估计以满足限定的服务质量 - Google Patents

Abstract

提供了一种基于OFDM的通信系统，其中安排器被配置为估计现有承载的负载，以及在新请求的承载被接受的情况下由于该承载而将会出现的负载增大。描述了用于估计这些负载的若干种技术，并且还论述了其优点和缺点。还提供了估计器，其可根据先前估计和当前负载状况来估计负载。

Description

进行负载估计以满足限定的服务质量

技术领域

本发明涉及由通信设备执行的负载估计，特别但非唯一地涉及利用OFDMA通信技术操作的设备。本发明特别但非唯一地与根据3GPP(第3代合作伙伴计划)标准限定的通信设备中的用于准入控制、拥塞控制和(小区之间的)负载均衡的负载估计相关。

背景技术

负载估计是估计每个用户为了满足其要求的服务质量(QoS)而需要小区的可用物理无线电资源的多大比例的问题。这可能不同于其当前消耗的资源的数量。负载估计是包括呼叫准入控制、拥塞控制和(小区之间的)负载均衡在内的许多无线电资源管理功能的先决条件。例如，当判决是否在小区中准入新的承载(bearer)时，基站(或者使用LTE(长期演进)技术的eNB(演进的NodeB))将估计小区的当前负载和由新承载引起的负载增大，并且随后将依据可用的系统资源来做出是否准入新承载的判决。估计当前负载和负载增大的任务不是琐细的，并且取决于现有无线电承载的数目及其服务类别(保证的比特率等等)、所请求的新承载的类型以及基站和各个用户设备(UE)之间的信道状况，等等。

对于WCDMA(宽带码分多址)通信系统中的准入控制曾限定了类似的要求。然而，WCDMA的准入控制中的困难之一在于资源是基于干扰的，意味着由新承载的引入而引起的干扰有可能影响其他承载的质量。结果，其他承载的功率水平可能必须升高，从而导致另一组承载中的进一步干扰，等等。从而，估计新承载的影响是一个迭代的过程，该过程一直继续，直到干扰水平收敛(即，达到了所有承载的期望质量)或者一个或多个承载被丢弃为止。WCDMA系统中使用的技术不是普遍适用于OFDMA系统。

US-A-2008/0080378描述了一种可用于为了准入控制的目的而估计OFDMA系统中的负载的技术。系统对于每个服务类别维护该类别的平均块要求。当请求新承载时，系统确定所请求的承载的类别，并随后根据存储的数据确定所要求的资源块的数目，然后依据所要求的资源块数目是否小于可用资源块数目来判定是否准入新承载。

发明内容

本发明提供了替换的技术，用于估计负载-现有负载或者由于所请求的新承载而引起的负载增大或者两者。

本发明的一个方面提供了一种通信装置，包括：收发机电路，该收发机电路可操作来利用多个资源块通过无线电通信链路与多个通信设备通信；安排器，该安排器可操作来向无线电承载分配资源块，每个无线电承载与一通信设备相关联，用于在收发机电路与相关联的通信设备之间传输数据；以及负载估计器，该负载估计器可操作来为至少一个承载估计为满足与该承载相关联的所限定的服务质量而要求的资源块，其中，安排器可操作来向负载估计器提供随着收发机电路与相关联的通信设备之间的无线电状况而变动的所述至少一个承载的度量数据，以用于为所述至少一个承载估计负载。

负载估计器可依据从安排器接收的度量数据和承载的要求数据率和/或依据相关联的通信设备的频谱效率，来为至少一个承载估计为满足所限定的服务质量而要求的资源块。

至少一个承载的度量数据可包括该承载在每个所安排的资源块上能够实现的比特率的度量。

负载估计器可利用以下式子为至少一个承载估计负载(ρ)：

$\mathrm{\ρ}=\stackrel{\‾}{a}\frac{1}{K}\frac{R^{\mathrm{req}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}$

其中：

是承载的活动因子；

K是可用资源块的总数；

R^req是承载的要求比特率；

是相关联的通信设备的频谱效率。这例如可以是时间平均值或百分比值。

负载估计器可利用以下项确定相关联的通信设备的频谱效率：

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{r}_k$

其中，r_k是承载在第k号资源块中能够实现的瞬时比特率。

或者，负载估计器可利用以下项确定相关联的通信设备的频谱效率：

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{\left|S\right|}\underset{k\∈S}{\mathrm{\Σ}}{r}_k$

其中，r_k是承载在第k号资源块中能够实现的瞬时比特率，并且S是足以满足瞬时比特率要求的资源块的最小集合。

或者，负载估计器可利用以下项确定相关联的通信设备的频谱效率：

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{N}\underset{k\∈A}{\mathrm{\Σ}}{r}_k$

其中，r_k是承载在第k号资源块中能够实现的瞬时比特率；A是由安排器指派给承载的资源块的集合；并且N是集合A中的资源块的数目。

负载估计器可利用以下式子为至少一个承载估计负载(ρ)：

$\mathrm{\ρ}=\frac{R^{\mathrm{req}}}{\stackrel{\‾}{T}}\frac{\stackrel{\‾}{N}}{K}$

其中：

表示在活动的时段期间提供给承载的吞吐量；

K是可用资源块的总数；

R^req是承载的要求比特率；并且

是安排器指派给承载的资源块的代表数目(例如时间平均数)。

负载估计器可利用以下项确定提供给承载的吞吐量：

$T=\underset{k\∈A}{\mathrm{\Σ}}{r}_k$

其中，r_k是承载在第k号资源块中能够实现的瞬时比特率，并且A是由安排器指派给承载的资源块的集合。

负载估计器可依据为承载限定的延迟约束来估计承载的要求比特率，例如利用以下式子。

$\frac{S\left(t\right)}{(t^{\left(\mathrm{arr}\right)}+t_m^{\left(\mathrm{DB}\right)}-t)}$

其中：

S(t)是在时刻t承载的缓冲器中的最旧分组的大小(以比特为单位)；

t^(arr)是此最旧分组到达缓冲器的时间；并且

是为承载限定的延迟约束。

通信装置可接收对建立新承载的请求，并且负载估计器可为新承载估计负载。在此情况下，通信装置优选还包括准入控制器，用于依据新承载的估计负载和现有承载的估计负载判定是否准入新承载。

如果新承载与一通信设备相关联，其中对于该通信设备已经存在承载，则负载估计器可依据由安排器为与同一通信设备相关联的现有承载提供的度量来为新承载估计负载。例如，负载估计器可依据通信装置与相关联的通信设备之间的信道状况来为新承载估计负载。

负载估计器可利用以下式子为新承载估计负载(Δρ)：

$\mathrm{\Δ\ρ}=\frac{R^{\mathrm{req}}}{K}\left(\frac{\stackrel{\‾}{a}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}\right)$

其中：

是承载的活动因子；

K是可用资源块的总数；

R^req是承载的要求比特率；

是相关联的通信设备的频谱效率。

相关联的通信设备的频谱效率可以根据与同一通信设备相关联的一个或多个其他承载来确定。

或者，负载估计器可利用以下式子为新承载估计负载(Δρ)：

$\mathrm{\Δ\ρ}=\frac{R^{\mathrm{req}}}{K}\left(\frac{\stackrel{\‾}{N}}{\stackrel{\‾}{T}}\right)$

其中：

表示可例如根据安排器向类似承载提供的吞吐量来确定的吞吐量；

K是可用资源块的总数；

R^req是承载的要求比特率；并且

是安排器指派给类似承载的资源块的代表数目。

在一个实施例中，安排器提供标识在每个时间点指派给至少一个承载的资源块的数目的度量数据，并且负载估计器为至少一个承载维护指派给各个承载的资源块的数目的滑动平均(running average)并且在为该承载估计负载时使用该承载的滑动平均。

本发明还提供了一种通信系统，包括上述通信装置以及一个或多个通信设备(例如移动电话)，这一个或多个通信设备可操作来与通信装置建立承载以用于在通信设备与通信装置之间传输数据。

本发明还提供了一种通信方法，包括：利用收发机电路来利用多个时间和频率资源块通过无线电通信链路与多个通信设备通信；向无线电承载分配资源块，每个无线电承载与一通信设备相关联，用于在收发机电路与相关联的通信设备之间传输数据；以及为至少一个承载估计为满足与该承载相关联的所限定的服务质量而要求的资源块；提供随着收发机电路与相关联的通信设备之间的无线电状况而变动的所述至少一个承载的度量数据，并且其中估计步骤依据所提供的度量数据为所述至少一个承载估计为满足所限定的服务质量而要求的资源块。

本发明对于公开的所有方法提供了用于在相应设备上执行的相应计算机程序或计算机程序产品、设备本身(用户设备、节点或其组件)以及更新设备的方法。

附图说明

现在将参考附图通过示例来描述本发明的示例性实施例，附图中：

图1示意性示出了一移动电信系统，其属于本发明可应用到的类型；

图2a示意性地示出了图1所示的系统的无线链路上的通信中使用的通用帧结构；

图2b示意性地示出了频率子载波被划分成资源块的方式以及时隙被划分成若干个OFDM符号的方式；并且

图3示意性地示出了形成图1所示的系统的一部分的基站。

具体实施方式

概述

图1示意性地示出了移动(蜂窝)电信系统1，其中移动电话(MT)3-0、3-1和3-2的用户可经由基站5-1或5-2之一和电话网络7与其他用户(未示出)通信。若干个上行链路和下行链路通信资源(子载波、时隙等等)可用于移动电话3与基站5之间的无线链路。在此示例性实施例中，基站5依据要发送到移动电话3的数据的数量来向每个移动电话3分配下行链路资源。类似地，基站5依据移动电话3必须发送到基站5的数据的数量和类型来向每个移动电话3分配上行链路资源。

基站一般通过为所请求的每个服务建立无线电承载来向移动电话提供服务。例如，一个无线电承载可被定义用于携带视频数据，一个可被定义用于携带音频数据，一个可被定义用于携带突发的web流量，等等。依据与无线电承载要携带的数据的类型相关联的服务质量，定义各种类型的无线电承载。例如，与用于互联网流量的无线电承载相比，可在更高的类别中提供用于视频或音频流量的无线电承载-因为用户对于互联网流量可容忍延迟，但在视频数据的递送中不能容忍延迟。在建立新连接时，建立将以期望的服务质量提供所要求的服务的无线电承载。当要建立新连接时，基站5必须确保其具有能够提供期望的服务的资源并且必须能够在不影响现有连接的服务的情况提供该服务。为了能够实现这一点，基站5必须估计基站5上的现有负载以及新连接引起的预期负载。

LTE子帧数据结构

在论述基站5可确定负载估计的具体方式之前，将描述对于LTE Rel8协定的接入方案和一般帧结构。正交频分多址(OFDMA)技术被用于下行链路以允许移动电话3通过与基站5的空中接口来接收数据。基站5依据要发送到移动电话3的数据的数量来向每个移动电话3分配不同的子载波(在预定量的时间期间)。这些子载波和时间性分配在LTE规范中被定义为物理资源块(PRB)。PRB从而具有时间和频率维度。基站5动态地为其所服务的每个设备分配PRB，并且在控制信道中把对每个子帧(TTI)的分配通知给每个所安排的移动电话3。

图2a示出了对于通过与基站5的空中接口的LTE Rel 8通信所协定的通用帧结构。如图所示，一个帧13为10msec长，并且包括十个持续1msec的子帧15(被称为发送时间间隔(TTI))。每个子帧或TTI包括两个持续0.5msec的时隙17。每个时隙17包括六个或七个OFDM符号19，这取决于是采用的普通还是扩展循环前缀(CP)。可用子载波的总数取决于系统的总发送带宽。LTE规范定义了从1.4MHz到20MHz的系统带宽的参数，并且一个PRB目前被定义为对于一个时隙17包括12个连续子载波。两个时隙上的PRB也被LTE规范定义为基站安排器(scheduler)所指派的资源分配的最小元素。这些子载波随后被调制到分量载波上以将信号升频转换到期望的发送带宽。所发送的下行链路信号从而对于N_symb个OFDM符号的持续时间包括N_BW个子载波。其可由如图2b所示的资源网格表示。该网格中的每个方块表示一个符号时段的单个子载波，并且被称为资源元素。如图所示，每个PRB 21是由12个连续的子载波以及(在此情况下)每个子载波的七个符号形成的；但在实践中，在每个子帧15的第二时隙17中也进行相同的分配。

在每个子帧15的开始处，基站5通过前三个符号发送PDCCH(物理下行链路控制信道)。剩余的符号形成PDSCH(物理下行链路共享信道)，其被用于携带针对移动电话3的下行链路用户数据。PDCCH信道包括：针对每个移动电话3的指示出该移动电话3是否被安排在该子帧中接收下行链路数据或者被安排在该子帧中进行上行链路发送的数据；以及在如果是的情况下标识要用于接收下行链路数据或用于发送上行链路数据的PRB的数据，等等。

基站

图3是示出图1所示的每个基站5的主要组件的框图。如图所示，每个基站5包括收发机电路31，该收发机电路31可操作来经由一个或多个天线33向移动电话3发送信号和从移动电话3接收信号并且可操作来经由网络接口35向电话网络7发送信号和从电话网络7接收信号。控制器37根据存储器39中存储的软件来控制收发机电路31的操作。软件包括操作系统41以及通信控制模块43、安排器模块45、负载估计器模块46和准入控制模块47，等等。操作系统41可操作来控制其中从/向移动电话3发送上行链路和下行链路数据的不同子带中的子帧的生成。安排器模块45可操作来安排向移动电话3发送下行链路数据的时间和移动电话3向基站5发送其上行链路数据的时间。负载估计器模块46负责确定对现有无线电承载和新请求的无线电承载的负载估计并且将这些负载估计报告给准入控制模块47。准入控制模块47负责使用由负载估计器模块46确定的负载估计来判定是否准入所请求的新无线电承载；负责拥塞控制；或者负责在小区间对移动电话3进行负载均衡。

在以上描述中，为了易于理解，将基站5描述为具有若干个分立的模块(例如安排器模块、负载估计器模块、准入控制模块等等)。虽然对于某些应用(例如在现有系统被修改来实现本发明的情况下)可以以这种方式提供这些模块，但在其他应用中(例如在一开始就考虑到本发明的特征来设计的系统中)，这些模块可被构建到整体操作系统或代码中，因此这些模块可能不能被辨别为分立的实体。

现有的负载估计

在为LTE定义的3GPP标准中，按照物理资源块(PRB)来最方便地度量物理无线电资源，但以下描述的方法同样适用于任何其他基于OFDM的系统。这些方法可应用到上行链路和下行链路两者。

以下描述是针对单个用户的(或者更适当地说是针对单个承载的，因为用户可以有不止一个承载，而对于每一个承载都可要求负载估计)。术语TTI被用作时间单位。在LTE，这对应于一个子帧。

上划线一般用于表示经时间平均的量，例如

是量x的时间平均。平均的持续时间应被理解为一般是几百到几千TTI-长到足以平均掉无线电信道质量的短期变动(衰减)的影响，但短到足以响应平均无线电信道状况的变化。对于不同的量，适当的平均时段可以是不同的。可以使用任何时间平均方法，但在实践中优选利用指数加权平均(“遗忘因子”)方法来估计

其中根据在每个时刻t更新估计，其中β是略小于1的常数。(对于前几个样本可以使用较低值的β以加速收敛)。

以下对示例性实施例的描述将参考以下定义：

K系统带宽中的PRB的总数(或者，可用于用户数据的PRB的总数，即排除那些为控制信道等等指派的)。

ρ承载的估计负载，即其为了满足其QoS要求而要求的物理无线电资源。这被表达为总小区资源的某个比例，但其也可改为被表达为PRB的数目，只要乘以K即可。

α如果承载在给定的TTI中活动，则此值为1，否则其为0。如果在承载的队列中有等待被发送的数据(即，如果其正向安排器请求无线电资源)，则承载是活动的。时间平均值

因此是承载的平均活动，即，其在向安排器请求资源的时间的比例。

R^req承载所要求的比特率，即，其为了满足其QoS要求而需要的率。(以下，所有比特率都被表达为比特每TTI，但当然也可改为被表达为比特/秒)。对于保证比特率(GBR)服务，R^req就是GBR。对于对分组发送延迟有具体约束的服务，R^req表示足以满足分组延迟要求的比特率。在此情况下，或者可从实际分组实时估计R^req，或者可基于对所述服务的典型分组统计情况的先验知识来预先配置R^req。对于没有具体比特率或延迟要求的尽力而为服务，R^req可以是由操作者配置来为该类服务保证一定的最小QoS的值(这实际上将尽力而为服务变换成了GBR服务)。

r_k此承载在第k号PRB中能够实现的瞬时比特率，即，此用户在第k号PRB中能够发送的比特的数目，如果该PRB在当前TTI中被分配给该用户的话。这取决于瞬时无线电信道质量，假定基站5从接收自移动电话3的信道度量知道该质量。

N安排器模块45在给定的TTI中实际指派给此承载的PRB的数目(包括为HARQ(混合自动重复请求)重传分配的PRB)。

所有TTI上的N的时间平均，包括其中没有安排该承载的那些TTI(即，其中N为零的那些TTI)。

现在将描述用于估计单个承载的负载的三种方法。

方法A

在此方法中，负载估计基于承载的实际PRB使用，即

$\mathrm{\ρ}=\frac{\stackrel{\‾}{N}}{K}$

从而，为了实现此方法，安排器模块45将把在每个TTI期间分配给每个承载的PRB的数目告知给负载估计器模块46，并且负载估计器46将对于每个承载维护在每个TTI中指派给该承载的PRB的数目的滑动平均，并且随后将把此数字除以K，以得出该承载的估计负载。此方法具有简单的优点。若承载以相当稳定的方式按接近其要求率R^req的率生成数据，则此方法就是足够的，并且此条件对于流传输类型的服务(例如视频或音频流传输)通常是满足的。然而，在尽力而为服务的情况下，如果承载具有大量数据要发送并且在小区中有空闲无线电资源，则安排器可向承载指派比其为了满足其QoS要求而实际需要的PRB多得多的PRB。在此情况下，由此方法产生的估计不是承载需要的实际资源的良好指示。以下替换方法解决了此问题。

方法B

在此方法中，通过根据用户的平均无线电信道状况预测所要求的PRB数目来估计负载，如下：

$\mathrm{\σ}=\stackrel{\‾}{a}\frac{1}{K}\frac{R^{\mathrm{req}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}$

这里，

表示用户的平均频谱效率(ASE)，这是对其在每个TTI中对于每个PRB能够发送多少个比特的估计。

是量ω的时间平均，量ω是利用以下三种可替换的方法之一来计算的：

方法B1

在方法B1中，ω就简单的是r_k在系统带宽中的所有PRB上的平均：

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{r}_k$

在此方法中，对每个用户的负载度量仅取决于该用户的信道质量(即，用户的移动电话3与基站5之间的信道的质量)，而不取决于小区中的其他用户。此方法还允许了ω在每个子帧中被更新，无论用户是否被安排在该子帧中，并且无论其是否有数据要发送。这意味着负载估计ρ仅取决于用户的要求率R^(req)和平均信道状况，而不取决于用户的流量活动或安排判决。然而，此方法的主要问题是它倾向于过高估计承载要求的资源，因为它是基于所有PRB上的平均信道质量的，而移动电话3通常将只被安排在其最佳PRB中。

方法B2

在方法B2中，ω是r_k在PRB的集合S上的平均，其中S是足以满足瞬时比特率要求的PRB的最小集合(即，条件

成立的最小集合)

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{\left|S\right|}\underset{k\∈S}{\mathrm{\Σ}}{r}_k$

由于方法B2在用户的最佳PRB上对r_k取平均，所以其倾向于产生比方法B1更高的ω值(因此产生更低的ρ值)。另外，由于安排器模块45一般倾向于将每个用户安排在其最佳PRB中，所以方法B2与方法B1相比会给出对安排器模块45为实现要求率R^req而需要指派给承载的PRB的数目的更准确预测。然而，方法B2也具有更高的计算成本，因为其要求负载估计器模块46基于r_k对所有PRB排序以便其可以找出将满足上述条件的最小集合。

方法B3

在方法B3中，仅利用用户被实际安排于其中的PRB来计算ω：

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{N}\underset{k\∈A}{\mathrm{\Σ}}{r}_k$

其中A是所指派的PRB的集合。

在此方法中，每个移动电话3的负载可取决于小区中的移动电话3的数目(因为这将限定承载何时被安排)。注意，在方法B3中，

是通过仅在承载被安排(包括HARQ重传)的那些TTI中对ω取平均来求出的，这产生了在数据无活动时段期间如何更新负载度量的问题。然而，在方法B1和方法B2中，都对每个TTI计算ω，无论承载是否被安排，并且通过在所有TTI上取平均来求出

在用于计算ω的三种方法之中，方法B3给出最准确的估计，因为其是基于安排器模块45实际做出的资源指派的。其还具有低计算复杂度，因为对ω的计算只需要对安排的承载(这通常是任何给定小区中的承载总数的小子集)执行。然而，方法B3的缺点是，在承载未被安排的时段期间不能更新负载，因为其是非活动的(即，没有数据等待被发送)。如果非活动时段较长，则这可导致负载估计由于变化的平均无线电状况而变得不准确。

方法C

在此方法中，基于承载的实际PRB使用和吞吐量来估计负载，如下：

$\mathrm{\ρ}=\frac{R^{\mathrm{req}}}{\stackrel{\‾}{T}}\frac{\stackrel{\‾}{N}}{K}$

这里，

表示在活动的时段期间提供给承载的平均吞吐量。更具体而言，其是在α＝1的所有TTI上承载所发送的比特的平均数目，不包括为HARQ重传发送的比特。

在承载被安排的TTI中，计算T的一种方式是在所有安排的PRB上对r_k求和：

$T=\underset{k\∈A}{\mathrm{\Σ}}{r}_k$

很明显，这与方法B3中对ω的计算相同，除了N的因子以外。然而，

是通过仅在承载被安排的TTI上取平均来获得的，而

是通过在承载活动的所有TTI上取平均来获得的。(在承载活动但未被安排或者被安排用于HARQ重传的TTI中，T＝0)。

另外，虽然可利用上述方法从r_k计算T，但在实践中，更简单和更准确的是基于安排器所选择的传输格式，使用在安排的TTI中承载所发送的比特的实际数目。

注意，在方法C中不需要活动项因为在平均PRB使用中考虑到了活动。

方法C本质上具有与方法B3相同的优点和缺点。虽然方法C即使在承载不活动时也能被更新，但如果无线电状况在承载未被安排的时段期间变化，则这将不会被反映在负载中。

R^req的计算

在上述方法B和C中，负载估计器模块46在确定承载的负载时都使用了承载的要求比特(R^req)的值。对于保证比特率(GBR)承载，R^req可被简单地设定为承载的要求GBR，即

R^req＝GBR

对于具有延迟约束的承载，有两个选项。最简单的方法是将R^req设定到应足以满足延迟预算要求的固定比特率。这可对于每个QoS类别指标(QCI)类别(或服务)预先计算，并被存储在查找表中。此率可被称为等效GBR。

更精密的方法是尝试直接估计为满足延迟预算要求什么比特率。对于具有延迟预算的QCI类别m，以下是对满足承载的延迟预算要求所需要的比特率的估计：

$T^{\mathrm{req}}\left(t\right)=\frac{S\left(t\right)}{(t^{\left(\mathrm{arr}\right)}+t_m^{\left(\mathrm{DB}\right)}-t)}$

其中：

S(t)是在时刻t，承载的RLC(无线电链路控制)缓冲器中的最旧分组的大小(以比特为单位)

t^(arr)是这个(最旧)分组到达的时间(即，其何时变得对MAC(媒体访问控制)安排器可见)

是(MAC安排器)对于QCI类别m的延迟预算

然后，负载估计器模块46可设定

$R^{\mathrm{req}}=\stackrel{\‾}{T^{\mathrm{req}}}$

其中

是T^req(t)的时间平均，取平均是在承载有数据要发送的所有TTI上执行的。

如果承载既有GBR又有延迟预算约束，则负载估计器模块46可设定：

$R^{\mathrm{req}}=\max (\mathrm{GBR},\stackrel{\‾}{T^{\mathrm{req}}})$

在一些情形中，可能不容易估计分组到RLC缓冲器中的精确到达时间。例如，在上行链路的情况下，在新分组到达移动电话的RLC缓冲器时，没有信息可从移动电话3通知来使得基站5可以精确地估计分组到达时间。然而，如果已知承载的平均分组大小和分组到达率λ，则负载估计器模块46可将要求的比特率(或等效GBR)近似为：

准入控制

对于准入控制(以及其他功能)，需要计算小区的总体负载。这可通过首先利用上述方法之一计算每个承载的负载，然后对所有承载的负载贡献求和来完成。

还可能需要对承载的每个类别(即，服务的类型)提供负载估计。这可通过对属于给定承载类别的所有承载的负载贡献求和来完成。或者，上述方法可被应用到承载类别而不是个体承载。例如，在方法B的情况下，可在属于该类别的所有承载上计算量

和

然后将其用于计算该类别的单个负载值。

负载增大估计

前一节描述了负载估计器模块46如何度量现有承载的负载贡献。这一节描述负载估计器模块46可如何在新承载被准入之前估计其负载贡献。此估计可被准入控制模块47用于判决是否应当准入新承载。

接着上述方法B的公式表述，通过添加新承载而引起的负载增大可被估计如下：

$\mathrm{\Δ\ρ}=\frac{R^{\mathrm{req}}}{K}\left(\frac{\stackrel{\‾}{a}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}\right)$

这里，R^req表示新承载所请求的比特率。为了计算

要考虑若干个选项和场景。

●在新承载属于已经具有一个或多个活动承载的移动电话3(或者实际上是现有承载的比特率的修改)的情况下，则对于该移动电话3可能已经有的度量可用(利用上述方法B1-B3中的任何一种)，在此情况下可直接应用该度量。

●另外，在上述情况下，取代把估计的ω的均值用于

负载估计器模块46可以改为使用其估计概率分布上的任何点。例如，通过使用百分之5点(即，ω在95％的时间中超过的值)而不是均值，将产生更高的Δρ值，从而得出更保守的准入控制策略。或者，取代使用固定百分比点，可以使用等于估计的均值加上或减去估计的标准偏差的某个倍数的值。

●在负载估计器模块46对于请求新承载的移动电话3没有任何

的度量可用的情况下，负载估计器模块46可以：

●使用小区中的所有现有移动电话3上的

的平均值；或者

●使用由操作者配置的固定值(可能依赖于服务类型或QoS类别)

活动因子

是依承载而定的，并且可能取决于服务的类别。这样，即使作出请求的移动电话3已经有现有的承载，将这些承载的活动度量用于准入控制可能也是不适当的，因为属于同一移动电话3的不同承载有可能涉及不同的服务。负载估计器模块46可以改为：

●使用小区中与请求的承载“类似”(即，具有相同的服务类别，或QoS类别，等等)的所有现有承载上

的平均值；或者

●使用由操作者配置的固定值(可能依赖于服务类型或QoS类别)

或者，接着上述方法C的公式表述，由添加新承载引起的负载增大可被估计如下：

$\mathrm{\Δ\ρ}=\frac{R^{\mathrm{req}}}{K}\left(\frac{\stackrel{\‾}{N}}{\stackrel{\‾}{T}}\right)$

注意，项

相当于上述方法B的公式表述中的

这样包括活动(其是依承载类型而定的)和平均频谱效率(ASE，其是依移动电话而定的)两者。为了获得

的值，负载估计器模块46可以：

●使用小区中的所有现有承载上

的平均值；或者

●使用小区中与请求的承载“类似”(即，具有相同的服务类别，或QoS类别，等等)的所有现有承载上

的平均值；或者

●使用由操作者配置的固定值(可能依赖于服务类型或QoS类别)

修改和替换

以上已经描述了若干个详细的示例性实施例。正如本领域的技术人员将会明白的，在仍受益于这里体现的发明的同时，可对上述示例性实施例做出若干个修改和替换。作为例示，现在将仅描述这些替换和修改中的若干个。

在上述示例性实施例中，描述了基于移动电话的电信系统。正如本领域的技术人员将会明白的，本申请中描述的负载估计技术可用于任何OFDMA通信系统中。在一般情况下，基站和移动电话可被认为是相互通信的通信节点或设备。其他通信节点或设备可包括接入点和用户设备，例如个人数字助理、膝上型计算机、web浏览器等等。

在上述示例性实施例中，描述了若干个软件模块。正如本领域的技术人员将会明白的，这些软件模块可以以已编译或未编译的形式提供，并且可以以信号形式通过计算机网络或在记录介质上被提供给基站。另外，该软件的一部分或全部执行的功能可利用一个或多个专用硬件电路来执行。然而，优选使用软件模块，因为其有助于更新基站5以便更新其功能。类似地，虽然上述示例性实施例采用了收发机电路，但收发机电路的功能中的至少一些可由软件执行。

在上述示例性实施例中，描述了用于计算负载和负载增大估计的若干个不同的技术。负载估计器可被配置为使用上述技术中的任何一种并且可依据安排器(其可以是依厂商而定的)所提供的信息/度量来选择要使用的方法。

在上述示例性实施例中，负载估计器在计算承载的估计负载时使用了若干个时间平均。正如本领域的技术人员将会明白的，使用这种时间平均值并不是必要的。也可使用其他代表值。

在上述示例性实施例中，基站执行了负载估计。在其他示例性实施例，其他通信节点可执行负载估计，并且可能还执行准入控制。这种其他通信节点可形成核心网络的一部分或者可位于基站与核心网络之间的网关设备中。在这种示例性实施例中，基站安排器将把所要求的度量提供给负载估计设备，以便其可确定负载估计。

本领域的技术人员将清楚各种其他修改，这里不进行更详细描述。

本申请基于2009年5月8日提交的英国专利申请No.0907923.7并要求其优先权，这里通过引用将该专利申请的公开内容全部并入。

Claims (23)

1.一种通信装置，包括：

收发机电路，该收发机电路可操作来利用多个时间和频率资源块通过无线电通信链路与多个通信设备通信；

安排器，该安排器可操作来向无线电承载分配资源块，每个无线电承载与一通信设备相关联，用于在所述收发机电路与相关联的通信设备之间传输数据；以及

负载估计器，该负载估计器可操作来为至少一个承载估计为满足与该承载相关联的所限定的服务质量而要求的资源块；

其中，所述安排器可操作来向所述负载估计器提供随着所述收发机电路与相关联的通信设备之间的无线电状况而变动的所述至少一个承载的度量数据，并且所述负载估计器可操作来依据从所述安排器接收的度量数据为所述至少一个承载估计为满足所限定的服务质量而要求的资源块。

2.根据权利要求1所述的通信装置，其中，所述负载估计器可操作来依据从所述安排器接收的度量数据和承载的要求数据率来为所述至少一个承载估计为满足所限定的服务质量而要求的资源块。

3.根据权利要求1或2所述的通信装置，其中，所述至少一个承载的度量数据包括该承载在每个所安排的资源块上能够实现的比特率的度量。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的通信装置，其中，所述负载估计器操作来依据相关联的通信设备的频谱效率来为所述至少一个承载估计为满足所限定的服务质量而要求的资源块。

5.根据权利要求4所述的通信装置，其中，所述负载估计器可操作来利用以下式子为所述至少一个承载估计负载(ρ)：

$\mathrm{\ρ}=\stackrel{\‾}{a}\frac{1}{K}\frac{R^{\mathrm{req}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}$

其中：

是承载的活动因子；

K是可用资源块的总数；

R^req是承载的要求比特率；

是相关联的通信设备的频谱效率。

6.根据权利要求5所述的通信装置，其中，所述负载估计器可操作来利用以下项确定相关联的通信设备的频谱效率：

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{r}_k$

其中，r_k是承载在第k号资源块中能够实现的瞬时比特率。

7.根据权利要求5所述的通信装置，其中，所述负载估计器可操作来利用以下项确定相关联的通信设备的频谱效率：

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{\left|S\right|}\underset{k\∈S}{\mathrm{\Σ}}{r}_k$

其中，r_k是承载在第k号资源块中能够实现的瞬时比特率，并且S是足以满足瞬时比特率要求的资源块的最小集合。

8.根据权利要求5所述的通信装置，其中，所述负载估计器可操作来利用以下项确定相关联的通信设备的频谱效率：

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{N}\underset{k\∈A}{\mathrm{\Σ}}{r}_k$

其中，r_k是承载在第k号资源块中能够实现的瞬时比特率；A是由所述安排器指派给承载的资源块的集合；并且N是集合A中的资源块的数目。

9.根据权利要求1至3中任何一项所述的通信装置，其中，所述负载估计器可操作来利用以下式子为所述至少一个承载估计负载(ρ)：

$\mathrm{\ρ}=\frac{R^{\mathrm{req}}}{\stackrel{\‾}{T}}\frac{\stackrel{\‾}{N}}{K}$

其中：

表示在活动的时段期间提供给承载的吞吐量；

K是可用资源块的总数；

R^req是承载的要求比特率；并且

是所述安排器指派给承载的资源块的代表数目。

10.根据权利要求9所述的通信装置，其中，所述负载估计器可操作来利用以下项确定提供给承载的吞吐量：

$T=\underset{k\∈A}{\mathrm{\Σ}}{r}_k$

其中，r_k是承载在第k号资源块中能够实现的瞬时比特率，并且A是由所述安排器指派给承载的资源块的集合。

11.根据权利要求5至10中任何一项所述的通信装置，其中，所述负载估计器可操作来依据为承载限定的延迟约束估计承载的要求比特率。

12.根据权利要求11所述的通信装置，其中，所述负载估计器可操作来利用以下式子来估计承载的要求比特率：

$\frac{S\left(t\right)}{(t^{\left(\mathrm{arr}\right)}+t_m^{\left(\mathrm{DB}\right)}-t)}$

其中：

S(t)是在时刻t承载的缓冲器中的最旧分组的大小(以比特为单位)；

t^(arr)是此最旧分组到达缓冲器的时间；并且

是为承载限定的延迟约束。

13.根据权利要求1至12中任何一项所述的通信装置，可操作来接收对建立新承载的请求，并且其中所述负载估计器可操作来为新承载估计负载。

14.根据权利要求13所述的通信装置，还包括准入控制器，该准入控制器可操作来依据新承载的估计负载和现有承载的估计负载判定是否准入新承载。

15.根据权利要求13或14所述的通信装置，其中，如果新承载与一通信设备相关联，其中对于该通信设备已经存在承载，则所述负载估计器可操作来依据由所述安排器为与同一通信设备相关联的现有承载提供的度量来为新承载估计负载。

16.根据权利要求15所述的通信装置，其中，所述负载估计器可操作来依据所述通信装置与相关联的通信设备之间的信道状况来为新承载估计负载。

17.根据权利要求13至16中任何一项所述的通信装置，其中，所述负载估计器可操作来利用以下式子为新承载估计负载(Δρ)：

$\mathrm{\Δ\ρ}=\frac{R^{\mathrm{req}}}{K}\left(\frac{\stackrel{\‾}{a}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}\right)$

其中：

是承载的活动因子；

K是可用资源块的总数；

R^req是承载的要求比特率；

是相关联的通信设备的频谱效率。

18.根据权利要求17所述的通信装置，其中，相关联的通信设备的频谱效率是根据与同一通信设备相关联的一个或多个其他承载来确定的。

19.根据权利要求13至16中任何一项所述的通信装置，其中，所述负载估计器可操作来利用以下式子为新承载估计负载(Δρ)：

$\mathrm{\Δ\ρ}=\frac{R^{\mathrm{req}}}{K}\left(\frac{\stackrel{\‾}{N}}{\stackrel{\‾}{T}}\right)$

其中：

表示吞吐量；

K是可用资源块的总数；

R^req是承载的要求比特率；并且

是所述安排器指派给类似承载的资源块的代表数目。

20.根据权利要求1所述的通信装置，其中，所述安排器可操作来提供标识在每个时间点指派给至少一个承载的资源块的数目的度量数据，并且所述负载估计器可操作来为所述至少一个承载维护指派给各个承载的资源块的数目的滑动平均并且在为该承载估计负载时使用该承载的滑动平均。

21.一种通信系统，包括根据权利要求1至20中任何一项所述的通信装置以及一个或多个通信设备，所述一个或多个通信设备可操作来与所述通信装置建立承载以用于在所述通信设备与所述通信装置之间传输数据。

22.一种通信方法，包括：

利用收发机电路来利用多个时间和频率资源块通过无线电通信链路与多个通信设备通信；

向无线电承载分配资源块，每个无线电承载与一通信设备相关联，用于在所述收发机电路与相关联的通信设备之间传输数据；以及

为至少一个承载估计为满足与该承载相关联的所限定的服务质量而要求的资源块；

提供随着所述收发机电路与相关联的通信设备之间的无线电状况而变动的所述至少一个承载的度量数据，并且所述估计步骤依据所提供的度量数据为所述至少一个承载估计为满足所限定的服务质量而要求的资源块。

23.一种计算机可实现产品，包括计算机可实现指令，用于使得一个或多个可编程计算机设备被配置为如权利要求1至20中任何一项所述的通信装置。

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