CN102761971B - 无线通信网络中的调度方法和调度装置以及基站和中继站 - Google Patents

Abstract

提供了无线通信网络中基站对中继站的调度方法、中继站对用户装置的调度方法、实现上述方法的调度装置、以及包含上述调度装置的基站和中继站。根据本发明，基站对中继站的调度方法包括：确定每个用户装置的瞬时数据速率与对应的中继站的平均数据速率的比值；以及根据所述比值对所述中继站进行调度。中继站对多个用户装置的调度方法包括：确定每个用户装置的瞬时数据速率与平均数据速率的比值；根据所述中继站中与每个用户装置相关联的缓存队列长度对所述比值进行加权；以及根据所述加权得到的结果对所述多个用户装置进行调度。

Description

无线通信网络中的调度方法和调度装置以及基站和中继站

技术领域

本发明涉及无线通信领域，更具体地，涉及无线通信网络中基站对中继站的调度方法、中继站对用户装置的调度方法、实现上述方法的调度装置、以及包含上述调度装置的基站和中继站。

背景技术

无线资源管理子系统是无线网络子系统中的一个非常重要的模块，而调度模块是无线资源管理中的一个重要组成部分。调度模块根据一定的调度准则，计算每一个被调度用户在某个时频资源下的优先级，并选择优先级最高的用户占用该时频资源。根据通信系统的特点设计合理的调度器，具有重大的指导意义。

在传统的移动通信系统中，比较经典的调度算法有最大C/I，轮询调度(RR)以及正比公平(PF)等。其中，PF调度综合了最大C/I和轮询调度(RR)两种调度算法的优点，选择通信链路预计瞬时速率/长时平均速率最大的用户占用时频资源，在系统频谱利用率和用户公平性方面取得了良好的折衷。具体而言，对于链路性能较好的用户，其预计瞬时速率较大，可以获得较多的占用系统资源的机会；而对于链路性能较差的用户，由于长时间没有被服务，其长时平均速率较小，因此也能获得一定的占用系统资源的机会。

3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划)在由LTE(Long Term Evolution)向LTE-Advanced(LTE的演进版本)演进的过程中，提出在移动通信网络中引入固定RS(Relay Station，即，中继站)来增加覆盖范围和提高系统的容量。由于固定RS的引入，系统中的链路除了基站-用户之外，还存在基站-中继(Backhaul)链路以及中继-用户(Access)链路。新链路的引入，带来了相应的调度器设计问题。由于固定中继无法同时进行收发信号处理，基站-中继链路以及中继-用户链路之间存在一定的时隙对应关系。

在引入固定RS后，对于TDD系统的资源分配，在Backhaul时隙中，全部的频率资源用于基站-中继链路的传输；在Access时隙中，基站-用户以及中继-用户链路复用全部的频率资源。然而，在这种时频资源分配方案中，接入中继的用户需要经过两条链路的传输，并且两条链路之间的时频资源是彼此不同的。具体到调度器的设计，现有的方案在两条链路均采用PF调度，也即，对Backhaul链路和Access链路均进行了局部最优的设计。

然而在引入固定RS之后，应该注意到，Backhaul链路和Access链路之间，不仅仅存在时隙的对应关系，还存在数据吞吐量之间的对应关系。也即，两条链路之间的数据吞吐量应该是相等的。为了最大限度的利用系统的资源，通常中继-用户链路所需要传输的数据量由基站-中继链路成功传输的数据量决定。这也就意味着吞吐量较大的那条链路浪费了部分系统资源。

发明内容

本发明旨在提出无线通信网络中基站对中继站(Backhaul链路)的调度方法、中继站对用户装置(Access链路)的调度方法、实现上述方法的调度装置、以及包含上述调度装置的基站和中继站，以平衡两条链路之间的数据量，提高系统的频谱利用率。

根据本发明的一方面，提出了一种基站对中继站的调度方法，每个所述中继站中对应于多个用户装置，所述方法包括：确定每个用户装置的瞬时数据速率与对应的中继站的平均数据速率的比值；以及根据所述比值对所述中继站进行调度。上述方法，进一步包括：根据所述中继站中与每个用户装置相关联的缓存队列长度变化对所述比值进行加权；其中，根据所述比值对所述中继站进行调度包括：根据加权的结果对所述中继站进行调度。

根据本发明的另一方面，提出了一种中继站对多个用户装置的调度方法，包括：确定每个用户装置的瞬时数据速率与平均数据速率的比值；根据所述中继站中与每个用户装置相关联的缓存队列长度对所述比值进行加权；以及根据所述加权得到的结果对所述多个用户装置进行调度。

根据本发明的又一方面，提出了一种用于对中继站进行调度的调度装置以及包括该调度装置的基站，每个所述中继站对应于多个用户装置，所述调度装置包括：确定模块，确定每个用户装置的瞬时数据速率与对应的中继站的平均数据速率的比值；以及调度模块，根据所述比值对所述多个中继站进行调度。上述装置，进一步包括：加权模块，根据所述中继站中与每个用户装置相关联的缓存队列长度变化对所述比值进行加权；调度模块，根据所述比值对所述中继站进行调度根据所述加权得到的结果对所述中继站进行调度。

根据本发明的再一方面，提出了一种对多个用户装置进行调度的调度装置以及包括该调度装置的中继站，该调度装置包括：确定模块，确定每个用户装置的瞬时数据速率与平均数据速率的比值；加权模块，根据所述中继站中与每个用户装置相关联的缓存队列长度对所述比值进行加权；以及调度模块，根据所述加权得到的结果对所述多个用户装置进行调度。

在上述方案中，不仅仅考虑了用户的链路性能及彼此之间的公平性，同时还在基站端和中继端均考虑了中继器的缓存队列长度，并根据该分布式信息综合进行选择，有效提高了系统的频谱利用率。

附图说明

图1示出了根据本发明的示例性实施方式基站对中继站的调度方法；

图2示出了根据本发明的示例性实施方式中继站对用户装置的调度方法；

图3示出了根据本发明的示例性实施方式基站对中继站进行调度的调度装置；以及

图4示出了根据本发明的示例性实施方式中继站对用户装置进行调度的调度装置。

具体实施方式

以下将参照附图对本发明的实施方式进行描述。

图1和图2分别示出了根据本发明的基站对中继站(Relay Station，RS)(即，Backhaul链路)的调度方法100以及RS对用户装置(UserEquipment，UE)的调度方法200的示例性实施方式的流程图。本发明中，以基站是eNodeB的情况为例进行描述。

如图1所示，在eNodeB对RS的调度方法100中，首先，在步骤S101，eNodeB确定每个UE的瞬时数据速率与对应的RS的平均数据速率的比值。与PF调度中一样，UE可将测量的链路质量反馈给其对应的RS，RS可将其所属的所有UE的链路质量反馈给eNodeB(eNodeB)。eNodeB可根据每个UE的链路质量得到每个UE的瞬时数据速率，并可计算之前一段时间内RS的平均数据速率，从而eNodeB可计算每个UE的瞬时数据速率与对应的RS的平均数据速率的比值。

根据本发明的实施方式，RS除了将其所属的所有UE的链路质量反馈给eNodeB之外，还将RS中的每个UE当前缓存队列长度反馈给eNodeB。在步骤S102，eNodeB根据RS反馈的与每个UE相关联的缓存队列长度的变化对步骤S101中确定的比值进行加权。加权因子可以为与RS在之前一次上报的该UE的缓存队列长度与UE当前缓存队列长度的差值相关的值，例如为下文具体实施例中给出的加权因子。然后，在步骤S103，eNodeB根据加权后的结果对所述多个RS进行调度，例如，选择计算结果最大的值对应的RS进行优先调度。

在根据本发明的Backhaul链路调度中，除了考虑用户缓存队列长度这个因素之外，在瞬时速率/长时平均速率的计算上也做了相应的改进。传统的PF调度中，被调度元素优先级的计算方法是被调度元素的瞬时速率/被调度用户的长时平均速率，然而根据本发明的调度中，分子不再采用RS对Backhaul链路质量的估计瞬时速率，而是采用了RS所服务用户对Access链路质量的估计瞬时速率。这是因为RS位置固定，其链路质量比较稳定并且其瞬时速率变化较小，调度带来的多用户选择增益不明显，而中继到用户的Access链路瞬时速率波动较大，将波动较大的Access链路瞬时速率用在调度权值计算的分子，可以很好地获得多用户选择分集增益。因此，在步骤S101之后直接按照确定的各个比值对RS进行调度也是可行的，并且这样的方案相对于现有技术具有上述的有益效果。

在eNodeB根据调度方法100调度了某个RS之后，该RS对与之对应的多个UE进行调度。参照图2，在RS对多个UE的调度方法200中，首先在步骤S201确定每个UE的瞬时数据速率与平均数据速率的比值。每个UE的瞬时数据速率与平均数据速率可根据UE向RS反馈的链路质量确定。然后，在步骤S202，根据该RS中与每个UE相关联的缓存队列长度对上述比值进行加权。加权因子例如可为对应的UE当前的缓存队列长度。根据加权得到的结果，在步骤S203对UE进行调度，例如，选择计算结果最大的值对应的UE进行优先调度。

下面结合具体实施例对上述调度方法进行描述。

在一个实施例中，Backhaul链路的调度基于下式实现：

$\begin{array}{c}{i}^{*}=\arg \underset{i_k}{\max }\left\{P_{i_k}\left(t\right)\right\}\\ =\arg \underset{i}{\max }\left\{{\mathrm{\ω}}_{i_k}\left(t\right)\frac{T\_\mathrm{in}{\mathrm{st}}_{i_k}\left(t\right)}{T\_{\mathrm{aver}}_i\left(t\right)}\right\}\end{array}$

上式中，为加权的结果。对于每个UE确定一个加权结果，并确定对应于最大加权结果的UE所对应的RS i^*进行优先调度。

在上式中，i为eNodeB所服务的中继的索引，k为中继所服务的用户的索引，i_k为中继i服务的第k个用户，为用户i_k在时刻t的优先级。为eNodeB端在t时刻对缓存队列长度的处理结果，其中为eNodeB对用户i_k对应缓存队列长度变化的正线性加权因子，为eNodeB对用户i_k对应缓存队列长度变化的正指数加权因子，和均为预先确定的。为用户i_k在时刻t的瞬时数据速率，T_aver_i(t)为中继i截止到时刻t为止的平均数据速率。其中，表示用户i_k对应缓存队列的变化情况，为服务中继t时刻对应于用户i_k的缓存队列长度。

如果从t-1到t时刻，用户Access链路性能非常好，那么缓存队列长度会大大减小，也即从而得到通过对这个值的线性以及指数加权，并且与的大小成单调递增关系，因此队列长度减小越多的用户，在相应Backhaul时隙调度优先级越高。反之，用户Access链路性能不好的时候，Backhaul链路接收的数据不能及时的发送给用户，缓存队列长度增加，也即从而得到通过对这个值的线性以及指数加权，并且与的绝对值大小成单调递减关系，因此队列长度增加越多的用户，在相应Backhaul时隙调度优先级越低。

在一个实施例中，Access链路的调度基于下式实现：

$\begin{array}{c}{i}_k^{*}=\arg \underset{i_k}{\max }\left\{P_{i_k}\left(t\right)\right\}\\ =\arg \underset{i_k}{\max }\left\{L_{i_k}\left(t\right)\frac{T\_\mathrm{in}{\mathrm{st}}_{i_k}\left(t\right)}{T\_\mathrm{ave}{r}_{i_k}\left(t\right)}\right\}\end{array}$

上式中，加权的结果为对于每个UE确定一个加权结果，并确定对应于最大加权结果的UE i_k进行优先调度。

可见，在根据本发明的Access链路调度中，除了用户的瞬时预计速率/长时平均数据速率之外，还考虑到了用户的缓存队列长度。对于缓存队列较长的用户，意味着从eNodeB已经成功地传输了部分数据到服务中继，但Access链路没有很好的把数据传输给最终用户，因此其对于数据传输的要求比较紧急，需要提高其调度优先级；反之，缓存队列较短的用户，意味着从eNodeB成功传输的数据很多已经完成了相应Access链路的传输，因此这样的用户对于数据传输的需求不是特别的紧急，适当的降低其调度优先级。

图3和图4分别示出了根据本发明的eNodeB对RS的调度装置10以及RS对UE的调度装置20的示例性实施方式的框图。

参见图3，用于对多个RS进行调度的调度装置10包括确定模块11、加权模块12和调度模块13。确定模块11根据UE的当前链路质量和一段时间内的链路质量确定每个UE的瞬时数据速率与对应的RS的平均数据速率的比值。加权模块12根据RS中与每个UE相关联的缓存队列长度的变化对确定模块11确定的比值进行加权。调度模块13根据加权得到的结果对RS进行调度。例如，确定模块11、加权模块12和调度模块13分别可执行上文所述的eNodeB对RS进行调度的调度方法中的确定、加权和调度步骤。调度装置10可设置在基站中。

在一个实施方式中，加权模块12进行加权所使用的加权因子可与上一时刻的缓存队列长度减去当前时刻的缓存队列长度得到的差值相关联。在这种情况下，调度模块13可选择加权后得到的最大结果所对应的中继站进行优先调度。

根据上文所述，根据一个实施方式，在对中继站进行调度的装置中也可以不包括加权模块。在该实施方式中，该装置包括确定模块和调度模块。确定模块确定每个用户装置的瞬时数据速率与对应的中继站的平均数据速率的比值。调度模块根据确定的比值对中继站进行调度。

参见图4，对多个UE进行调度的调度装置20包括确定模块21、加权模块22和调度模块23。确定模块21确定每个UE的瞬时数据速率与平均数据速率的比值。加权模块22根据RS中与每个UE相关联的缓存队列长度对确定模块21确定的比值进行加权。调度模块23根据加权得到的结果对UE进行调度。具体的确定、加权和调度例如可为上文所述的RS对UE进行调度的调度方法。在一个实施方式中，调度模块23可选择加权后得到的最大结果所对应的用户装置进行优先调度。调度装置20可设置在中继站中。

根据本发明的上述方案，在链路调度过程中，不仅仅考虑了用户的链路性能及彼此之间的公平性，同时还在基站端和中继端均考虑了中继器的缓存队列长度，并根据该分布式信息综合进行选择，有效提高了系统的频谱利用率。

上文中结合本发明的具体实施方式描述的特征应理解为可应用于其它实施方式，除非这些特征与其它实施方式相冲突。本发明公开的全部特征和/或公开的方法的全部步骤能够以任意适当的方式结合，除非这种结合中的至少部分特征和/或步骤是互斥的。本发明在细节上不限于上述实施方式，而是旨在包含对上述实施方式的适当修改、变形和/或组合。

Claims (16)

1.基站对中继站的调度方法，每个所述中继站对应于多个用户装置，所述方法包括：

确定每个用户装置的瞬时数据速率与对应的中继站的平均数据速率的比值；以及

根据所述比值对所述中继站进行调度,

所述的方法，进一步包括：

根据所述中继站中与每个用户装置相关联的缓存队列长度变化对所述比值进行加权；

其中，根据所述比值对所述中继站进行调度包括：根据加权的结果对所述中继站进行调度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加权使用的加权因子与上一时刻的缓存队列长度减去当前时刻的缓存队列长度得到的差值相关联。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调度包括选择加权后得到的最大结果所对应的中继站进行优先调度。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加权的结果为：

${\mathrm{\ω}}_{i_k}\left(t\right)\frac{T\_{\mathrm{insi}}_k\left(t\right)}{T{\_\mathrm{aver}}_i\left(t\right)}$

其中，i为中继站的索引，k为中继站所服务的用户装置的索引，i_k为中继站i服务的第k个用户装置，其中为所述基站对用户装置i_k对应的缓存队列长度变化的正线性加权因子，为所述基站对用户装置i_k对应的缓存队列长度变化的正指数加权因子，和均为预先确定的， 为中继站t时刻对应于用户装置i_k的缓存队列长度，为用户装置i_k在时刻t的瞬时数据速率，T_aver_i(t)为中继站i截止到时刻t为止的平均数据速率；

其中，选择索引为的中继站进行优先调度。

5.中继站对多个用户装置的调度方法，包括：

确定每个用户装置的瞬时数据速率与平均数据速率的比值；

根据所述中继站中与每个用户装置相关联的缓存队列长度对所述比值进行加权；以及

根据所述加权得到的结果对所述多个用户装置进行调度。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述调度包括选择加权后得到的最大结果所对应的用户装置进行优先调度。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加权的结果为：

$L_{i_k}\left(t\right)\frac{T\_{\mathrm{inst}}_{i_k}\left(t\right)}{T\_a{\mathrm{ver}}_{i_k}\left(t\right)}$

其中，i为中继站的索引，k为中继站所服务的用户装置的索引，i_k为中继站i服务的第k个用户装置，为中继站t时刻对应于用户装置i_k的缓存队列长度，T_inst_ik(t)为用户装置i_k在时刻t的瞬时数据速率，为用户装置i_k截止到时刻t为止的平均数据速率；

其中，选择索引为的用户装置进行优先调度。

8.一种用于对中继站进行调度的装置，每个所述中继站中对应于多个用户装置，所述装置包括：

确定模块，确定每个用户装置的瞬时数据速率与对应的中继站的平均数据速率的比值；以及

调度模块，根据所述比值对所述中继站进行调度,

所述的装置，进一步包括：

加权模块，根据所述中继站中与每个用户装置相关联的缓存队列长度变化对所述比值进行加权；

其中，所述调度模块根据所述加权得到的结果对所述中继站进行调度。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述加权使用的加权因子与上一时刻的缓存队列长度减去当前时刻的缓存队列长度得到的差值相关联。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述调度模块选择加权后得到的最大结果所对应的中继站进行优先调度。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述加权的结果为：

${\mathrm{\ω}}_{i_k}\left(t\right)\frac{T\_{\mathrm{insi}}_k\left(t\right)}{T{\_\mathrm{aver}}_i\left(t\right)}$

其中，i为中继站的索引，k为中继站所服务的用户装置的索引，i_k为中继站i服务的第k个用户装置，其中为基站对用户装置i_k对应的缓存队列长度变化的正线性加权因子，为所述基站对用户装置i_k对应的缓存队列长度变化的正指数加权因子，和^βi _k均为预先确定的， 为中继站t时刻对应于用户装置i_k的缓存队列长度，T_inst_ik(t)为用户装置i_k在时刻t的瞬时数据速率，T_aver_i(t)为中继站i截止到时刻t为止的平均数据速率，其中，所述调度模块选择索引为调度。

12.一种对多个用户装置进行调度的装置，包括：

确定模块，确定每个用户装置的瞬时数据速率与平均数据速率的比值；

加权模块，根据中继站中与每个用户装置相关联的缓存队列长度对所述比值进行加权；以及

调度模块，根据所述加权得到的结果对所述多个用户装置进行调度。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述调度模块选择加权后得到的最大结果所对应的用户装置进行优先调度。

14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述加权的结果为：

$L_{i_k}\left(t\right)\frac{T\_{\mathrm{inst}}_{i_k}\left(t\right)}{T\_a{\mathrm{ver}}_{i_k}\left(t\right)}$

其中，i为中继站的索引，k为中继站所服务的用户装置的索引，i_k为中继站i服务的第k个用户装置，为中继站t时刻对应于用户装置i_k的缓存队列长度，为用户装置i_k在时刻t的瞬时数据速率，T_aver_ik(t)为用户装置i_k截止到时刻t为止的平均数据速率，其中，所述调度模块选择索引为的用户装置进行优先调度。

15.包括权利要求8至11中任一项所述的装置的基站。

16.包括权利要求12至14中任一项所述的装置的中继站。