CN102685907A - 一种两跳无线中继通信系统中传输资源调度的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两跳无线中继通信系统中传输资源调度的方法，由中继用户向中继站上报信道质量信息(CQI)，中继站根据CQI得到资源块能够支持的瞬时速率；根据所述瞬时速率获得正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为中继用户分配所述资源块；根据中继用户所传输的总信息量所需资源块个数，和回程链路中调制编码方式门限的资源块个数的对比结果，为中继用户分配回程链路的传输资源。本发明还提供了一种两跳无线中继通信系统中传输资源调度的系统，上述方法和系统能够提高中继系统中传输资源调度的资源利用率和公平性，充分利用回程链路的传输资源。

Description

一种两跳无线中继通信系统中传输资源调度的方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信系统中传输资源调度技术，特别是指一种两跳无线中继通信系统中传输资源调度的方法及系统。

背景技术

目前在移动通信系统中，无线局域网和宽带无线网的发展均要求实现广域连续覆盖，并且能够支持更高速率的传输。这些需求为中继技术的应用开辟了广阔的前景，借助中继技术，能够改善小区边缘地区及热点地区用户的通信质量，扩大了小区覆盖面积，同时增加了系统的频谱利用率。然而，由于中继站的加入，传统的小区多用户调度和资源分配策略不再适用，新型的调度方法设计将成为研究的关键问题。在现有技术中无线局域网和宽带无线网常采用正交频分复用多址(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access，OFDMA)技术，在OFDMA技术中，多址的分配资源是以时间和频率两维方式出现，因此多址的资源分配及其表示方法变得更加复杂，尤其是带宽较宽时，既要考虑到资源分配的灵活性，又要考虑到表示方法的简单性及其开销的高效性等问题。目前常用的蜂窝OFDM系统的调度方法是以资源块(Resource Block，RB)为单位进行资源分配。而常见的基于资源块调度的方法为正比公平方法，该调度方法的基本思想是基于优先级：信道条件越好，即载干比越高的用户，优先级越高；已经具备较高吞吐量的用户，优先级越低。计算所述优先级的方式为载干比除以吞吐量，然后系统将资源块分配给优先级高的用户进行数据传输。但是，利用该方法，即使有些用户信道条件差，但长时间得不到服务后吞吐量下降，也会使其优先级上升，进而得到传输数据的机会，以满足调度方法的公平性。

在无线局域网和宽带无线网中，常用的中继模型为两跳中继，即用户与基站通信最多只经过一个中继站中转。图1为两跳无线中继通信系统的结构示意图，如图1所示，基站11与中继站12之间的通信链路称为回程链路，中继站12与中继用户13之间的通信链路称为接入链路，而那些不需要中继站12中转而直接与基站11通信的用户，即直连用户14与基站11间的链路称为直连链路。另外，直连用户14或中继站12与基站11之间的通信称为第一跳，而中继用户13与中继12站间的通信称为第二跳。而在两跳中继系统中，中继用户13需要经过两跳才能和基站11通信，而中继站12和直连用户14可以直接和基站通信，因此其调度方法要比在传统的OFDM系统要复杂。在现有技术中，文献《基于OFDMA系统的两跳公平调度算法》(L.Xiao，L.Cuthbert，“A two-hop proportionalfairness scheduling algorithm for relay based OFDMA systems.”WiCOM′08，pp.1-4，2008)所公开的技术方案中，中继用户虽然是经过两跳，但是占用调度时隙和直连用户相同，即中继站转发所用的时间忽略不计，在此基础之上直接将正比公平方法应用于直连用户和中继用户，这个假设显然不符合实际情况，并且无法适合于长期演进(Long Term Evolution，LTE)中继应用场景。文献《E-UTRA物理层的进一步发展》(R1-093680，“Further Advancements for E-UTRA PhysicalLayer Aspects.”3GPP TR 36.814，v1.3.0，August 2009)所公开的技术方案中，通过使中继用户和直连用户分别采用不同的频谱空间进行传输、以避免其相互影响，这种方法虽然能够减少调度方法的复杂度，但是却带来系统中无线资源的浪费，同时还会造成中继用户和直连用户之间的完全不公平。

综上所述，现有的中继系统调度方法在资源利用率和公平性上仍存在着一定的缺陷，因此有必要加以改进。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种两跳无线中继通信系统中传输资源调度的方法及系统，能够提高现有的中继系统中传输资源调度的资源利用率和公平性，充分利用回程链路的传输资源。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种两跳无线中继通信系统中传输资源调度的方法，所述方法包括：

中继用户向中继站上报信道质量信息(channel quality indication，CQI)，中继站根据CQI得到资源块所能够支持的瞬时速率；

根据所述瞬时速率获得正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为中继用户分配所述资源块；

根据中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的资源块个数，和回程链路中调制编码方式(MCS)门限的资源块个数的对比结果，为中继用户分配回程链路的传输资源。

其中，所述中继站向基站反馈中继用户所需信息量，以及所需基站到中继站的资源块信息之后，还包括：

直连用户向基站上报CQI，基站根据信道质量信息得到资源块所能够支持的瞬时速率；

针对基站到中继站的链路中未被用于回程链路的每一个资源块，获得对应的正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为直连用户分配所述资源块。

其中，所述结合上一个调度时隙的缓存量为中继用户或直连用户分配所述资源块，具体为：将所述资源块分配给正比公平度量与上一个调度时隙的缓存量相乘值最大的中继用户或直连用户。

其中，所述根据中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的资源块个数，和回程链路中MCS门限的资源块个数的对比结果，为中继用户分配回程链路的传输资源，具体为：

判断中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的资源块个数是否超过回程链路中MCS门限的资源块个数，如果超过，则根据正比公平度量筛选出次优中继用户，并重新判断，如果没有超过，则中继站向基站反馈中继用户所需信息量，以及所需基站到中继站的资源块信息。

其中，所述MCS门限是通过基站到中继站链路的最大信道质量信息和最小信道质量信息，以及当前直连用户和中继用户的数量计算得到的；

所述MCS门限的资源块个数，具体为：根据MCS门限得到大于MCS门限的回程链路中的资源块个数。

本发明还提供了一种两跳无线中继通信系统中传输资源调度的系统，所述系统包括：中继用户、中继站和基站，其中，

所述中继用户，用于向中继站上报CQI；

所述中继站，用于根据CQI得到资源块所能够支持的瞬时速率，根据所述瞬时速率获得正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为中继用户分配所述资源块，根据中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的资源块个数，和回程链路中MCS门限的资源块个数的对比结果，为中继用户分配回程链路的传输资源

其中，所述系统还包括：直连用户，用于向基站上报CQI；

所述基站，还用于根据信道质量信息得到资源块所能够支持的瞬时速率，针对基站到中继站的链路中未被用于回程链路的每一个资源块，获得对应的正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为直连用户分配所述资源块。

其中，所述中继站结合上一个调度时隙的缓存量为中继用户分配所述资源块，具体为：将所述资源块分配给正比公平度量与上一个调度时隙的缓存量相乘值最大的中继用户；

所述基站结合上一个调度时隙的缓存量为直连用户分配所述资源块，具体为：将所述资源块分配给正比公平度量与上一个调度时隙的缓存量相乘值最大的直连用户。

本发明所提供的两跳无线中继通信系统中传输资源调度的方法及系统，由中继用户向中继站上报CQI，中继站根据CQI得到资源块所能够支持的瞬时速率；根据所述瞬时速率获得正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为中继用户分配所述资源块；根据中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的资源块个数，和回程链路中调制编码方式(MCS)门限的资源块个数的对比结果，为中继用户分配回程链路的传输资源。能够依据信道质量和直连用户、中继用户的数量综合考虑设置门限，将信道条件较好的资源分配给回程链路，以减少中继用户的传输延时，同时优先考虑中继用户的传输，充分利用回程链路的资源。进一步的，针对直连用户也综合考虑其上一个调度时隙的缓存量进行资源分配，使得资源调度在公平的基础上更加合理。

附图说明

图1为两跳无线中继通信系统的结构示意图；

图2为本发明一种两跳无线中继通信系统中传输资源调度的方法流程示意图；

图3为实施例中资源调度后的资源块分配方案示意图；

图4为本发明一种两跳无线中继通信系统中传输资源调度的系统结构示意图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：由中继用户向中继站上报CQI，中继站根据CQI得到资源块所能够支持的瞬时速率；根据所述瞬时速率获得正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为中继用户分配所述资源块；根据中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的资源块个数，和回程链路中MCS门限的资源块个数的对比结果，为中继用户分配回程链路的传输资源。

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。

图2为本发明一种两跳无线中继通信系统中传输资源调度的方法流程示意图，如图2所示，所述方法包括以下步骤：

步骤201，中继用户向中继站上报CQI，中继站根据CQI得到资源块所能够支持的瞬时速率；

具体的，在每个调度间隔内，中继用户向中继站上报CQI，中继站根据上报的CQI可以得出满足规定的误块率的MCS，则相应的得出该资源块所能支持的瞬时速率。

所述的资源块所能支持的瞬时速率体现出：根据信道的实际信道质量信息所对应的调制编码方式的等级。其中，信道质量越好，资源块所能支持的瞬时速率越大，反之，信道质量越差，资源块所能支持的瞬时速率越小。

步骤202，根据所述瞬时速率获得正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为中继用户分配所述资源块；

具体的，所述正比公平度量为瞬时速度除以中继用户在过去的某个时间窗内的平均传输速率。所述结合上一个调度时隙的缓存量分配所述资源块，具体为：将所述资源块分配给正比公平度量与上一个调度时隙的缓存量相乘值最大的中继用户。

步骤203，根据中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的资源块个数，和回程链路中MCS门限的资源块个数的对比结果，为中继用户分配回程链路的传输资源。

具体的，所述步骤203中，还进一步包括如下步骤：

步骤203a，判断中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的资源块个数是否超过回程链路中MCS门限的资源块个数，如果超过，则执行步骤203b，如果没有超过，则执行步骤203c；

具体的，所述中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的资源块个数，是通过计算将被中继站服务的中继用户对应的资源块所能支持的总的传输速率得到的。所述MCS门限是通过基站到中继站链路的最大信道质量信息和最小信道质量信息，以及当前直连用户和中继用户的数量计算得到的。具体的计算方法为：r_th＝r_min+α(r_max-r_min)I₁/I₀，其中，r_th为MSC门限；r_max为最大信道质量信息；r_min为最小信道质量信息；I₀、I₁分别是当前直连用户和中继用户的数量；α为比例系数。所述比例系数可以根据需要进行设定。进一步的，通过MCS门限可以得到大于MCS门限的Q个基站到中继站链路中的资源块，即回程链路中MCS门限的资源块个数。

步骤203b，根据正比公平度量筛选出次优中继用户，执行步骤203a；

具体的，所述根据正比公平度量筛选出次优中继用户，包括：再次计算每一个资源块相应的度量W＝λ₁-λ₂，其中，λ₁为该资源块最大的正比公平度量，λ₂为该资源块次大的正比公平度量，选择W最小值所对应的资源块，将所选择资源块对应的次优用户作为该资源块重新分配的次优中继用户。

步骤203c，中继站向基站反馈中继用户所需信息量，以及所需基站到中继站的资源块信息。

进一步的，针对两跳无线中继通信系统中直连用户的调度方法具体为：在步骤203之后，所述方法还包括：

步骤204，直连用户向基站上报CQI，基站根据信道质量信息得到资源块所能够支持的瞬时速率；

具体的，直连用户向基站上报CQI，基站根据上报的CQI可以得出满足规定的误块率的MCS，则相应的得出该资源块所能支持的瞬时速率。

步骤205，针对基站到中继站的链路中未被用于回程链路的每一个资源块获得对应的正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为直连用户分配所述资源块。

具体的，所述结合上一个调度时隙的缓存量为直连用户分配所述资源块，具体为：将所述资源块分配给正比公平度量与上一个调度时隙的缓存量相乘值最大的直连用户。

下面结合一个具体实施例对上述方法进行进一步阐述，本实施例为了简便，只考虑MCS中的调制方式，而编码方式均采用相同的方式。假设用户终端要求达到的误码率是10^-6，中继站采用解调重新调制的方式，将所接受到信号转发给用户终端。中继站所采用的是自适应调制方法，支持二相相移键控(BPSK)、四相相移键控(QPSK)、16-正交幅度调制(QAM)、64-QAM以及256-QAM，其对应的频谱利用率分别为1b/s/Hz、2b/s/Hz、4b/s/Hz、6b/s/Hz和8b/s/Hz，对应的基站到中继站的链路中信噪比(SNR)的变化为：-5dB、13.6dB、20.6dB、26.8dB和32.9dB。由于中继站是固定放置，且基站到中继站的信道是视距(LOS)环境，设基站到中继站的信道支持8b/s/HZ的速率。用户终端中包括两个直连用户，三个中继用户。所述传输的调度方法为：

步骤301，中继用户向中继站上报CQI，中继站根据上报的CQI可以得出满足10^-6误块率的MCS，则相应的得出该资源块所能支持的瞬时速率r，图3为实施例中资源调度后的资源块分配方案示意图，如图3所示，资源块群分为3个部分，区域33表示基站到直连用户的资源块；区域34表示基站到中继站的资源块；区域35表示中继站到中继用户的资源块。在区域35中资源块31支持QPSK调制，所能支持的瞬时速率为2b/s/Hz；

步骤302，针对中继用户到中继站信道之间的每一个资源块获得对应的正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为中继用户分配所述资源块；

具体的，将该资源块分配给公平度量与上一个调度时隙的缓存量相乘值最大的中继用户，在此假设所有用户的上一个调度时隙的缓存量为空，如图3所示，对资源块31而言，用户2(UE2)的正比公平度量最大，所以把资源块31分给该用户，类似地，可以完成所有资源块针对用户的分配。

步骤303，计算将被中继站服务的中继用户对应资源块所能支持的总的传输速率；

步骤304，在中继站可以得到基站到中继站链路的信道质量信息，例如最大的信道质量信息r_max＝8(b/s/Hz)，最小的信道质量信息r_min＝4(b/s/Hz)，据此可以确定MCS门限r_th＝r_min+α(r_max-r_min)I₁/I₀＝7b/s/Hz(α＝1)，由此得到Q＝4个基站到中继站的大于MCS门限的资源块；

步骤305，计算中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的子资源块个数q，可以看出q＜Q；

步骤306，中继站向基站反馈基站到中继站链路中需要的用于回程链路的q个资源块和中继用户所需信息量；

步骤307，直连用户向基站反馈CQI，根据所反馈的CQI，可以得出满足10^-6误块率的MCS，则可以得出该资源块所能支持的瞬时速率，如图3所示，资源块32支持16-QAM调制，其瞬时速率为4b/s/Hz；

步骤308，针对第一跳中未被用于回程链路的每一个资源块获得对应的正比公平度量，同时综合考虑在基站处该用户的上一个调度时隙的缓存，然后将该资源块分配给，正比公平度量与上一个调度时隙的缓存量相乘值最大的直连用户，在此假设所有直连用户的上一个调度时隙缓存也为空。如图3所示，对资源块32而言，用户4(UE4)的正比公平度量最大，所以把资源块32分给该用户，类似地，可以得到所有剩余资源块被分配的用户。

图4为本发明一种两跳无线中继通信系统中传输资源调度的系统结构示意图，如图4所示，所述系统包括：中继用户41、中继站42和基站43，其中，

所述中继用户41，用于向中继站42上报CQI；

具体的，在每个调度间隔内，中继用户41向中继站42上报CQI。

所述中继站42，用于根据CQI得到资源块所能够支持的瞬时速率，根据所述瞬时速率获得正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为中继用户41分配所述资源块，根据中继用户41所传输的总信息量所需基站43到中继站42的资源块个数，和回程链路中MCS门限的资源块个数的对比结果，为中继用户41分配回程链路的传输资源。

具体的，所述中继站42根据上报的CQI可以得出满足规定的误块率的MCS，则相应的得出该资源块所能支持的瞬时速率。所述的资源块所能支持的瞬时速率体现出：根据信道的实际信道质量信息所对应的调制编码方式的等级。其中，信道质量越好，资源块所能支持的瞬时速率越大，反之，信道质量越差，资源块所能支持的瞬时速率越小。

所述正比公平度量为所述瞬时速度除以中继用户41在过去的某个时间窗内的平均传输速率。所述结合上一个调度时隙的缓存量分配所述资源块，具体为：将所述资源块分配给正比公平度量与上一个调度时隙的缓存量相乘值最大的中继用户41。

所述中继站42根据中继用户41所传输的总信息量所需基站43到中继站42的资源块个数，和回程链路中MCS门限的资源块个数的对比结果，为中继用户41分配回程链路的传输资源，具体为：判断中继用户41所传输的总信息量所需基站43到中继站42的资源块个数是否超过回程链路中MCS门限的资源块个数，如果超过，则根据正比公平度量筛选出次优中继用户41，并重新判断，如果没有超过，则中继站42向基站43反馈中继用户41所需信息量，以及所需基站43到中继站42的资源块信息。其中，所述中继用户41所传输的总信息量所需基站43到中继站42的资源块个数，是通过计算将被中继站42服务的中继用户41对应的资源块所能支持的总的传输速率得到的。所述MCS门限是通过基站43到中继站42链路的最大信道质量信息和最小信道质量信息，以及当前直连用户和中继用户的数量计算得到的。具体的计算方法为：r_th＝r_min+α(r_max-r_min)I₁/I₀，其中，r_th为MSC门限；r_max为最大信道质量信息；r_min为最小信道质量信息；I₀、I₁分别是当前直连用户和中继用户41的数量；α为比例系数。所述比例系数可以根据需要进行设定。进一步的，通过MCS门限可以得到大于MCS门限的Q个基站43到中继站42链路中的资源块，即回程链路中MCS门限的资源块个数。

所述根据正比公平度量筛选出次优中继用户41，包括：再次计算每一个资源块相应的度量W＝λ₁-λ₂，其中，λ₁为该资源块最大的正比公平度量，λ₂为该资源块次大的正比公平度量，选择W最小值所对应的资源块，将所选择资源块对应的次优用户作为该资源块重新分配的次优中继用户41。

进一步的，所述系统中还包括：直连用户44，用于向基站43上报CQI；

所述基站43，还用于根据信道质量信息得到资源块所能够支持的瞬时速率，针对基站43到中继站42的链路中未被用于回程链路的每一个资源块，获得对应的正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为直连用户44分配所述资源块。

具体的，基站43根据上报的CQI可以得出满足规定的误块率的MCS，则相应的得出该资源块所能支持的瞬时速率。所述结合上一个调度时隙的缓存量为直连用户44分配所述资源块，具体为：将所述资源块分配给正比公平度量与上一个调度时隙的缓存量相乘值最大的直连用户44。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种两跳无线中继通信系统中传输资源调度的方法，其特征在于，所述方法包括：

中继用户向中继站上报信道质量信息(CQI)，中继站根据CQI得到资源块所能够支持的瞬时速率；

根据所述瞬时速率获得正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为中继用户分配所述资源块；

根据中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的资源块个数，和回程链路中调制编码方式(MCS)门限的资源块个数的对比结果，为中继用户分配回程链路的传输资源。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中继站向基站反馈中继用户所需信息量，以及所需基站到中继站的资源块信息之后，还包括：

直连用户向基站上报CQI，基站根据信道质量信息得到资源块所能够支持的瞬时速率；

针对基站到中继站的链路中未被用于回程链路的每一个资源块，获得对应的正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为直连用户分配所述资源块。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述结合上一个调度时隙的缓存量为中继用户或直连用户分配所述资源块，具体为：将所述资源块分配给正比公平度量与上一个调度时隙的缓存量相乘值最大的中继用户或直连用户。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的资源块个数，和回程链路中MCS门限的资源块个数的对比结果，为中继用户分配回程链路的传输资源，具体为：

判断中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的资源块个数是否超过回程链路中MCS门限的资源块个数，如果超过，则根据正比公平度量筛选出次优中继用户，并重新判断，如果没有超过，则中继站向基站反馈中继用户所需信息量，以及所需基站到中继站的资源块信息。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述MCS门限是通过基站到中继站链路的最大信道质量信息和最小信道质量信息，以及当前直连用户和中继用户的数量计算得到的；

所述MCS门限的资源块个数，具体为：根据MCS门限得到大于MCS门限的回程链路中的资源块个数。

6.一种两跳无线中继通信系统中传输资源调度的系统，其特征在于，所述系统包括：中继用户、中继站和基站，其中，

所述中继用户，用于向中继站上报CQI；

所述中继站，用于根据CQI得到资源块所能够支持的瞬时速率，根据所述瞬时速率获得正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为中继用户分配所述资源块，根据中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的资源块个数，和回程链路中MCS门限的资源块个数的对比结果，为中继用户分配回程链路的传输资源

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：直连用户，用于向基站上报CQI；

所述基站，还用于根据信道质量信息得到资源块所能够支持的瞬时速率，针对基站到中继站的链路中未被用于回程链路的每一个资源块，获得对应的正比公平度量后，结合上一个调度时隙的缓存量为直连用户分配所述资源块。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述中继站结合上一个调度时隙的缓存量为中继用户分配所述资源块，具体为：将所述资源块分配给正比公平度量与上一个调度时隙的缓存量相乘值最大的中继用户；

所述基站结合上一个调度时隙的缓存量为直连用户分配所述资源块，具体为：将所述资源块分配给正比公平度量与上一个调度时隙的缓存量相乘值最大的直连用户。

9.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述中继站根据中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的资源块个数，和回程链路中MCS门限的资源块个数的对比结果，为中继用户分配回程链路的传输资源，具体为：

判断中继用户所传输的总信息量所需基站到中继站的资源块个数是否超过回程链路中MCS门限的资源块个数，如果超过，则根据正比公平度量筛选出次优中继用户，并重新判断，如果没有超过，则中继站向基站反馈中继用户所需信息量，以及所需基站到中继站的资源块信息。

10.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述中继站中确定的MCS门限，是通过基站到中继站链路的最大信道质量信息和最小信道质量信息，以及当前直连用户和中继用户的数量计算得到的；

所述MCS门限的资源块个数，具体为：根据MCS门限得到大于MCS门限的回程链路中的资源块个数。

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