CN102450045B - 对下行链路无线资源进行调度的方法及相应的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种对下行链路无线资源进行调度的方法及相应的装置。本发明的对下行链路无线资源进行调度的方法包括步骤:定期向基站报告中继节点的缓冲器状态和业务负载状态;根据所接收的缓冲器状态和业务负载状态,调整分配给所述中继节点的无线资源总量;以及将调整后的无线资源分配信息发送给所述中继节点。根据本发明,能够对中继节点RN上的输入业务负载和输出业务负载进行平衡,从而减少数据在中继节点RN处的延迟,并显著改善系统频谱效率。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域。更具体地,本发明涉及用于在具有中继节点的无线通信网络中对下行链路无线资源进行调度的方法以及相应的基站和中继节点。
背景技术
中继技术已经被3GPP(the 3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划)的长期演进项目LTE-Advanced所接受并采用,用于在基站eNodeB和用户设备UE之间转发业务/信令数据,以取得更好的覆盖或更好的吞吐量。中继节点RN是一种网络节点,其专用于对来自基站eNodeB的数据包进行存储并将其转发给用户设备UE,以及与此相对地,对来自用户设备UE的数据包进行存储并将其转发给基站eNodeB。在采用中继技术的网络中,用户设备UE要么直接从基站eNodeB接收数据包(这种用户设备UE称为“宏用户”),要么从中继节点RN接收其转发的来自基站eNodeB的数据包。因此,在存在中继节点RN时,需要对多个下行链路进行调度以便进行数据包的下行传输。
通常,通过采用调度方法,LTE-A系统中的基站eNodeB和中继节点RN使用正交的资源来发送数据以减小干扰。在此情况下,基站eNodeB作为调度器,需要为每个下行链路分配不同的物理无线资源。一方面,该调度可以是集中式的,其中基站eNodeB对所有下行链路上的所有传输进行调度。另一方面,该调度可以是分布式的,其中基站eNodeB对从该基站eNodeB到宏用户的下行链路和从该基站eNodeB到中继节点RN的下行链路上的传输进行调度,并且中继节点RN被配置为具有调度功能,其单独对从该中继节点RN到由该中继节点RN提供服务的用户设备UE的下行链路(称为“次级链路”)上的传输进行调度。
也就是说,在分布式调度中,首先由基站eNodeB向中继节点RN分配用于该中继节点RN的全部次级链路的物理无线资源。然后,再由中继节点RN将该物理无线资源分别分配给该中继节点RN的每个次级链路。然而,现有技术的分布式调度是一种静态调度方法,其事先将固定的物理无线资源分配给中继节点RN。这种方法的缺陷在于,如果基站eNodeB事先分配给中继节点RN的物理无线资源总量过多,将会使得某些物理无线资源空闲,从而导致资源的浪费,降低系统的频谱效率。相反,如果基站eNodeB事先分配给中继节点RN的物理无线资源总量不足,将会使得中继节点RN的缓冲器中存在大量缓冲数据等待发送,从而导致拥塞,在中继节点RN处引起额外的延迟。
为了改善上述情况,需要一种改善的资源分配方案,其能够对中继节点RN上的输入业务负载和输出业务负载进行平衡,从而减少数据在中继节点RN处的延迟,并显著改善系统频谱效率,同时只需要增加少量的信令开销。
发明内容
本发明提出了一种用于在具有中继节点的无线通信网络中对下行链路无线资源进行调度的方案。
根据本发明的第一方面,提出了一种对下行链路无线资源进行调度的方法,包括步骤:
定期向基站报告中继节点的缓冲器状态和业务负载状态;
根据所接收的缓冲器状态和业务负载状态,调整分配给所述中继节点的无线资源总量;以及
将调整后的无线资源分配信息发送给所述中继节点。
根据本发明的第二方面,提出了一种基站,包括:
接收单元,用于接收中继节点的缓冲器状态和业务负载状态,
调度单元,用于根据从中继节点接收的该中继节点的缓冲器状态和业务负载状态,调整分配给该中继节点的无线资源总量;以及
发送单元,用于将调整后的无线资源分配信息发送给该中继节点。
根据本发明的第三方面,提出了一种中继节点,包括:
确定单元,用于确定该中继节点的缓冲器状态;
发送单元,用于将该中继节点的业务负载状态和所确定的该中继节点的缓冲器状态发送给基站;
接收单元,用于接收基站根据缓冲器状态和业务负载状态分配给该中继节点的无线资源总量;以及
调度单元,用于根据基站分配给该中继节点的无线资源,对每个无线资源块进行调度并将其分配给每个次级链路。
根据本发明,其能够对中继节点RN上的输入业务负载和输出业务负载进行平衡,从而减少数据在中继节点RN处的延迟,并显著改善系统频谱效率。同时,根据本发明,中继节点RN只需要向基站eNodeB反馈缓冲器和业务负载状态,因此只需要增加少量的信令开销。
本发明的方法不限于LTE-A中的类型I中继,还可以扩展到类型II中继。
附图说明
通过以下结合附图的说明,并且随着对本发明的更全面了解,本发明的其他目的和效果将变得更加清楚和易于理解,其中:
图1示意性地示出了本发明可以在其中实施的环境的例子。
图2示意性地示出了根据本发明一个实施例的调度方法的流程图。
图3A示出了基于上述仿真而得到的本发明的半静态方法与现有技术的静态方法的用户数据速率的CDF(Cumulative DistributionFunction,累积概率分布函数)曲线的比较。
图3B示出了基于上述仿真而得到的本发明的半静态方法与现有技术的静态方法的平均延迟的CDF曲线的比较。
图4示意性地示出了根据本发明一个实施例的基站eNodeB和中继节点RN的框图。
在所有的上述附图中,相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
本发明的基本思想是采用半静态的下行链路无线资源调度方法,其中基站eNodeB根据中继节点RN报告的接入链路上的缓冲器状态和业务负载状态,定期调整分配给中继节点RN用于中继的可用物理无线资源总量。
图1示意性地示出了本发明可以在其中实施的环境的例子。
如图1所示,该环境100包括基站eNodeB 101和由该基站eNodeB 101提供服务的中继节点RN 102、用户设备UE 103(即上述宏用户),以及由中继节点RN 102提供服务的用户设备UE 104。
为简单起见,在图1中只示出了一个基站eNodeB 101和由该基站eNodeB 101提供服务的中继节点RN 102、用户设备UE 103,以及由中继节点RN 102提供服务的用户设备UE 104。但是,本领域的技术人员应当理解,基站eNodeB 101可以具有更多的中继节点RN和用户设备UE,并且中继节点RN 102也可以具有更多的用户设备UE。
另外,本领域的技术人员可以理解,虽然在下面,采用基站eNodeB作为基站的具体体现来描述本发明的实施例,但是,本发明并不局限于基站eNodeB。
假定在图1所示的环境采用分布式调度方法。其中,基站eNodeB101对从该基站eNodeB 101到用户设备UE 103的下行链路和从该基站eNodeB 101到中继节点RN 102的下行链路上的传输进行调度,并且中继节点RN 102单独对从该中继节点RN 102到由该中继节点RN 102提供服务的用户设备UE 104的下行链路上的传输进行调度。也就是说,在图1所示的环境中,首先由基站eNodeB 101向中继节点RN 102分配用于该中继节点RN 102的全部次级链路的物理无线资源总量。然后,再由中继节点RN102将该物理无线资源分别分配给该中继节点RN 102的每个次级链路。
本发明所关注的正是由基站eNodeB 101向中继节点RN 102分配用于该中继节点RN 102的全部次级链路的物理无线资源总量的过程。
根据本发明,可以在初始化阶段基站eNodeB事先将固定的物理无线资源分配给中继节点RN 102。然后,再根据图2所示的方法来定期调整分配给中继节点RN 102的无线资源总量,以便与中继节点RN 102所缓冲的业务量相适应,并从粒度级别上确保中继节点RN 102上的输入业务负载和输出业务负载之间的平衡。
图2示意性地示出了根据本发明一个实施例的调度方法的流程图。
图2所示的方法开始于步骤201。在步骤201中,中继节点RN 102估计虚拟缓冲器大小virtual_buf。
在采用中继技术的LTE-A系统中,每个中继节点RN 102都具有各自的用于存储来自基站eNodeB 101的数据包的缓冲器。同时,可以适应性地对缓冲器中的来自基站eNodeB 101的数据包进行串接或者分割,然后再将其发送给用户设备UE 104。在此有两个概念需要说明,即实际缓冲器大小real_buff和虚拟缓冲器大小virtual_buf。其中,实际缓冲器大小是指中继节点RN 102的缓冲器中当前等待发送的实际的剩余数据量,而虚拟缓冲器大小则是预期在中继节点RN102的缓冲器中接下来将会等待发送的虚拟的剩余数据量。也就是说,虚拟缓冲器大小是对经中继节点RN 102的实际输入业务负载和虚拟输出业务负载差值的预测。其中,虚拟输出业务负载反映了在当前调度周期内中继节点RN 102的实际可传输业务量。
虚拟缓冲器大小用于预测在一个半静态调度周期内次级链路(即从中继节点RN 102到由该中继节点RN 102提供服务的用户设备UE104的下行链路)上的数据速率,并在缓冲器中记录虚拟剩余数据量。虚拟缓冲器大小是基于如下假设来得到的,即假设即使中继节点RN102的缓冲器中所缓冲的数据是空的,中继节点RN 102也会在次级链路上发送数据。即,在eNodeB给中继节点RN 102调度的无线资源上,中继节点RN 102总是在给次级链路发送数据。在此情况下,虚拟缓冲器大小应当减去能够基于从用户设备UE 104反馈的QoS(Quality of Service,服务质量)(例如包错误率)和CQI(ChannelQuality Information,信道质量信息)的约束而预测的虚拟数据量。因此,虚拟缓冲器大小有可能为负值。
接下来进行步骤202。在步骤202中,中继节点RN 102定期向基站eNodeB 101报告该中继节点RN 102的缓冲器状态和业务负载状态。其中,缓冲器状态可以包括实际缓冲器大小real_buff和虚拟缓冲器大小virtual_buf。业务负载状态可以包括业务负载指示符traffic_load_indicator。其中,中继节点RN 102的业务负载指示符记录了在一个半静态调度周期内次级链路上传送的数据总量。
在步骤203中,基站eNodeB 101根据从中继节点RN 102接收的该中继节点RN 102的缓冲器状态和业务负载状态,调整分配给该中继节点RN 102的无线资源总量。
基站eNodeB 101可以根据如下公式来调整分配给中继节点RN102的无线资源总量:
ri(t)=ri(t-1)+α·Δi(t)
其中,ri(t)表示在调度周期t中分配给第i个中继节点RN的无线资源数目,ri(t-1)表示在调度周期t-1中分配给第i个中继节点RN的无线资源数目,α是最小的资源分配粒度,其可以是PRB(PhysicalResource Block,物理无线资源块)的倍数,Δi(t)表示调整因子。基站eNodeB 101可以具有更多的中继节点RN,而不仅限于中继节点RN 102。在此,为便于说明,假定中继节点RN 102就是上述公式所涉及的第i个中继节点RN。
根据上述公式可知,中继节点RN 102的可用资源等于前次分配的资源ri(t-1)加上本次的增量αΔi(t),即依赖于前次分配的资源ri(t-1)和调整因子Δi(t)。在此,根据如下公式,基于中继节点RN 102的缓冲器状态和业务负载状态来确定调整因子Δi(t):
其中,avg_rate(t)是在所分配资源块上计算的中继节点RN 102的加权平均速率,可以根据如下公式来计算avg_rate(t):
其中tc是延迟时间尺度,即时间窗。例如,tc可以为10个TTI(Transmission Time Interval,传输时间间隔),15个TTI,等等。
接下来进行步骤204。在步骤204中,用实际缓冲器大小real_buff来初始化虚拟缓冲器大小virtual_buf,以便在下一调度周期中使用。该步骤为可选步骤,因为实践中可以在其他时间采用其他方式来确定虚拟缓冲器大小virtual_buf。
在步骤205中,通过下行链路控制信号将调整后的无线资源分配信息发送给中继节点RN102。
利用图2所示的方法,基站eNodeB 101和中继节点RN 102能够独立地调度全部次级链路上的无线资源总量,其中可以考虑来自次级链路的CQI反馈,并且更特别的是考虑了中继节点RN的缓冲器状态。然后,中继节点RN 102根据所选择的调度算法,例如轮循(round-robin)算法、比例公平算法等,在频域中对每个无线资源块进行调度并将其分配给每个次级链路。
应当注意,以上仅仅是对本发明方法的示例性而非限制性描述。实际上,本发明的方法可以包括更多或者更少的步骤,各个步骤可以串行地执行或者并行地执行,某些步骤可以合并为一个步骤来执行,也可以以与在此描述的顺序不同的顺序来执行。
下面给出对本发明的半静态下行链路无线资源调度方法进行系统级仿真的结果。为进行比较,同时还给出了对现有技术的静态下行链路无线资源调度方法进行系统级仿真的结果。其中,假定本发明的半静态方法的半静态调度周期为15个TTI,α是10个PRB以及tc为10个半静态调度周期,并且假定现有技术的静态方法在每15个TTI上为每个中继节点RN保留的无线资源为一个子帧(对于10M带宽就是50个PRB)。针对本发明的半静态方法和现有技术的静态方法的其他参数和假设是相同的,在表1中示出。
表1
下面的表2中示出了基于上述仿真而得到的本发明的半静态方法和现有技术的静态方法之间的性能比较。
本发明 | 现有技术 | |
小区平均频谱效率(bps/Hz) | 1.07 | 0.97 |
小区边缘频谱效率(bps/Hz) | 0.025 | 0.023 |
延迟(TTI) | 9.77 | 14.62 |
表2
图3A示出了基于上述仿真而得到的本发明的半静态方法与现有技术的静态方法的用户数据速率的CDF曲线的比较。在图3A中,横坐标为归一化的用户数据速率,纵坐标为概率。
图3B示出了基于上述仿真而得到的本发明的半静态方法与现有技术的静态方法的平均延迟的CDF曲线的比较。在图3B中,横坐标为平均延迟,纵坐标为概率。
表2以及图3A-图3B所示的仿真结果显示,在3km/H的速度下,与现有技术的静态方法相比,本发明的半静态方法提供了10.3%的平均小区频谱效率增益,并将平均延迟减小了4.88个TTI。
图4示意性地示出了根据本发明一个实施例的基站eNodeB和中继节点RN的框图。
如图4所示,中继节点RN102包括缓冲器102B,用于存储来自基站eNodeB101的数据包。
中继节点RN102还包括确定单元102A,用于确定中继节点RN102的缓冲器状态。
在本发明的一个实施例中,确定单元102A进一步包括估计模块102A-1,用于估计中继节点RN 102的虚拟缓冲器大小virtual_buf,并且其中该缓冲器状态包括实际缓冲器大小和虚拟缓冲器大小。
中继节点RN 102还包括发送单元102D,用于向基站eNodeB 101发送该中继节点RN 102的缓冲器状态和业务负载状态。该发送单元102D可以是现有技术中的发射机或发送单元,也可以是将来开发的任何发射机或发送单元。
中继节点RN 102还包括接收单元102E,用于接收基站eNodeB101根据缓冲器状态和业务负载状态分配给中继节点RN 102的无线资源总量。该接收单元102E可以是现有技术中的接收机或接收单元,也可以是将来开发的任何接收机或接收单元。
中继节点RN 102还包括调度单元102C,用于根据基站eNodeB101分配给该中继节点RN102的无线资源,对每个无线资源块进行调度并将其分配给每个次级链路。
如图4所示,基站eNodeB 101包括缓冲器101B,用于存储将要下行链路上发送的数据和信息。
基站eNodeB 101还包括接收单元101E,用于从中继节点RN 102接收该中继节点RN 102的缓冲器状态和业务负载状态。该接收单元101E可以是现有技术中的接收机或接收单元,也可以是将来开发的任何接收机或接收单元。
基站eNodeB 101还包括调度单元101C,用于根据从中继节点RN102接收的该中继节点RN102的缓冲器状态和业务负载状态,调整分配给该中继节点RN102的无线资源总量。
基站eNodeB 101还包括发送单元101D,用于通过下行链路控制信号将调整后的无线资源分配信息发送给中继节点RN 102。该发送单元101D可以是现有技术中的发射机或发送单元,也可以是将来开发的任何发射机或发送单元。
应当注意,图4仅仅是示例性的而非限制性的。实际上,图4中示出的基站eNodeB 101和中继节点RN102还可以包括更多的组件。此外,图4中所示出的某些组件可以是分立的,也可以在同一个组件中实现。例如,确定单元102A和调度单元102C可以在同一个组件中实现。
应当注意,为了使本发明更容易理解,上面的描述省略了对于本领域的技术人员来说是公知的、并且对于本发明的实现可能是必需的更具体的一些技术细节。
本发明可以采取完全硬件实现、完全软件实现或者同时包含硬件单元和软件单元的实现的形式。在优选的实施例中,本发明是以软件实现的,该软件包括但不限于固件、驻留软件、微代码等。
提供本发明的说明书的目的是为了说明和描述,而不是用来穷举或将本发明限制为所公开的形式。对本领域的普通技术人员而言,许多修改和变更都是显而易见的。
因此,选择并描述实施例是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用,并使本领域普通技术人员明白,在不脱离本发明实质的前提下,所有修改和变更均落入由权利要求所限定的本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种对下行链路无线资源进行调度的方法,包括步骤:
定期向基站报告中继节点的缓冲器状态和业务负载状态;
根据所接收的缓冲器状态和业务负载状态,调整分配给所述中继节点的无线资源总量;
将调整后的无线资源分配信息发送给所述中继节点;以及
估计所述中继节点的虚拟缓冲器大小,并且所述缓冲器状态包括实际缓冲器大小和虚拟缓冲器大小。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述调整分配给所述中继节点的无线资源总量的步骤包括根据在上一个调度周期中分配给所述中继节点的无线资源总量和本次增量来确定分配给所述中继节点的无线资源总量。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述本次增量是根据最小的资源分配粒度和调整因子来确定的,所述调整因子是根据所接收的缓冲器状态和业务负载状态来确定的。
4.一种基站,包括:
接收单元,用于接收中继节点的缓冲器状态和业务负载状态,
调度单元,用于根据从中继节点接收的所述中继节点的缓冲器状态和业务负载状态,调整分配给所述中继节点的无线资源总量;以及
发送单元,用于将调整后的无线资源分配信息发送给所述中继节点;
其中所述缓冲器状态包括实际缓冲器大小和虚拟缓冲器大小。
5.根据权利要求4所述的基站,其中所述调度单元根据在上一个调度周期中分配给所述中继节点的无线资源总量和本次增量来确定分配给所述中继节点的无线资源总量。
6.根据权利要求5所述的基站,其中所述本次增量是根据最小的资源分配粒度和调整因子来确定的,所述调整因子是根据所接收的缓冲器状态和业务负载状态来确定的。
7.一种中继节点,包括:
确定单元,用于确定所述中继节点的缓冲器状态;
发送单元,用于将所述中继节点的业务负载状态和所确定的所述中继节点的缓冲器状态发送给基站;
接收单元,用于接收基站根据所述缓冲器状态和业务负载状态分配给所述中继节点的无线资源总量;以及
调度单元,用于根据基站分配给所述中继节点的无线资源,对每个无线资源块进行调度并将其分配给每个次级链路;
所述确定单元进一步包括估计模块,用于估计所述中继节点的虚拟缓冲器大小,其中所述缓冲器状态包括实际缓冲器大小和虚拟缓冲器大小。
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