CN102884856B - 在移动无线通信网络中进行资源分配的方法和网络实体 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于UE所报告的与LTE标准兼容的CQI参数来在下行链路中分配资源的方法。该方法寻求在条件使得不能从频率选择性调度获得主要优点时节省信令资源。该方法被分为两个过程：非实时过程，用于确定其应用条件是否存在；以及新的分配程序。对于后者，该方法基于UE所报告的CQI值是否大于也定义了其计算的给定阈值来定义不同的分配程序。新的参数MAB是在CQI大于该阈值的情况下针对分配而定义的，而在CQI小于该阈值的情况下，使用频率分集调度。所提出的方法被认为改进了LTE谱效率以及减小了复杂性。

Description

在移动无线通信网络中进行资源分配的方法和网络实体

技术领域

本发明涉及一种用于向适于通过无线链路发送数据的发送器分配资源的方法。本发明所考虑的资源要素是在如由针对长期演进技术（LTE）的第三代合作伙伴计划（3GPP）指定的正交频分复用（OFDM）中所使用的物理资源块（PRB），该物理资源块在移动无线通信网络中跨越频域和时域。数据以物理资源块来传输，无线基站（LTE中的eNodeB）根据来自其活动用户的每个用户设备（UE）的质量报告来在所述用户之间分配物理资源块。

背景技术

长期演进技术（LTE）是开发先进的无线移动无线技术的成果，其旨在接替用于移动组网的当前第三代（“3G”）通信标准和技术。虽然通常使用术语LTE来引用该标准，但是实际的标准被称作国际电信联盟（“ITU”）第三代合作伙伴计划（“3GPP”）版本8。由于LTE比3G快，并且类似于互联网，LTE使用将包括语音在内的所有信息作为数据来处理的扁平式“全IP”架构，所以许多人认为LTE是第四代（“4G”）技术。

LTE标准目前支持两种数据分配模式：集中式和分布式。集中式传输被规定用于频率选择性调度（FSS），而分布式传输被规定为当子带信道知识在调度器处不可用或过期时最大化频率分集的数量。通常负责资源调度的网络实体是在3GPPLTE系统中定义为增强型节点B（eNodeB）的用于无线通信系统的基站。

为了改进LTE系统的性能，已经在标准中引入了几种改进，如将基于正交频分复用（OFDM）的技术用于无线接口。OFDM基于以下事实：可以并行地使用不同（正交）子载波来通过空中接口传输数据。OFDM网络中的可控无线资源具有三个特征：频率、时间和空间。物理资源块（“PRB”）是一组大小为最小资源分配大小的时频资源。每个所谓的PRB由其频率扩展（180kHz）和时间扩展（0.5ms）来限定，并且数据是通过由一组连续的子载波组成的且具有预定义的时间扩展的一个或多个PRB来传输的。在LTE标准中，一般的帧结构由被分成10个1ms子帧的10ms（10毫秒）帧来限定，其中1ms子帧由两个0.5ms时隙构成。资源是基于每个子帧来分配的。分配给UE的最小资源量是2个PRB，每个PRB通过子帧的每个时隙来传输（以子帧的两个时隙将相同量的PRB分配给UE）。

在LTE无线接口中使用OFDM的优点之一是可以支持频率选择性调度，频率选择性调度基于用户设备（UE）所提供的信道质量指示符（CQI）报告和eNodeB所进行的估计（基于由UE发送的用以协助网络对用于上行链路传输的适当频率资源进行分配的探测参考信号）。该特征利用了在移动通信中常见的多径传播条件。

LTE无线接入技术的性能在如下环境中受到影响：将LTE系统的大小（即，要安装的基站的数量）形成为注意容量需求而不是覆盖范围的需求，例如，在密集市区中的部署（具有高密度的eNodeB）。在这些环境中，宏蜂窝基站（eNodeB）之间的距离相对小（低至150-200米），这产生了具有较高比例的视线（LoS）传播（即，在发射天线与接收天线之间不存在妨碍无线链路的障碍物）的传播条件。认为针对LTE所提出的复杂FSS机制由于以下事实而在这种环境下不太有效：传播信道的相干带宽相对于系统带宽而言较大，从而减小了与这种算法相关联的机会增益。研究表明，在容量而非覆盖范围可能是限制因素的多种部署方案中，传播条件是这样的：与在3GPP、IUT-R、IEEE和其他标准化组织对标准的评估所采用的常见传播模型中所考虑的相干带宽相比，该相干带宽相对大。

相干带宽是信道可以被认为是“扁平的”的频率范围的统计测量，即，与包括在相干带宽内的那些成分相比，落在相干带宽外的一些信号的频谱成分会不同地（独立地）受到影响。大多数对LTE调度算法的评估都基于对相干带宽小于1.5MHz的标准化信道模型的使用。然而，在实际模拟环境（使用3D绘图法和实际站点的位置）中所执行的估计表明：在一些区域（LoS、小区的边界）中，相干带宽明显地超过该值。

为了克服这些问题，可以使用如循环延迟分集（CDD）一样的发射分集技术，上述技术在无需对接收器进行修改的情况下提供发射分集并且在如数字电视标准DVB-T一样的其他OFDM系统中得到支持。然而，在LTE标准的版本8中，该特征仅与对开环空间复用的支持相关联地得到支持并且不作为单纯的传输分集程序。但在一些情况下（例如，小区边界），使用MIMO空间复用技术是不可行的。

发明内容

本发明用于通过提供以下方式来解决上述问题：对当前LTE标准程序所支持的调度程序进行修改和简化，并且（在一些情况下，诸如在少量负载状况下，即，通信量要求不足以需要利用所有可用的数据传输资源）获得容量的增加。

在本发明的上下文中，将容量理解为传递特定量的信息所需的频率资源和时间资源的量。

本发明涉及用于提高LTE移动通信系统中的总吞吐量的方法和设备（网络实体），其中，在对于用户的传输调度次数方面可以有一定的灵活性，并且通过基于用户所报告的质量参数（CQI）（可选地，还有来自eNodeB的测量报告，例如，所测量的在所述eNodeB与其邻居之间的相对距离）在eNodeB的活动用户之间的无线链路中（在下行链路和上行链路中的任一个或者两者中）分配资源，网络在少量负载状况下进行操作。

本提案在不对当前标准进行修改的情况下与对多天线技术（MIMO）的同步支持兼容。

这里描述的本发明寻求节省信令资源，使得当估计不能从频率选择性调度（FSS）获得主要优点时，可以将资源专用于数据传输。

根据本发明的一个方面，提供了用于分配频率资源和时间资源以通过无线链路以PRB来传输数据的方法，其中，（由通常在LTEeNodeB中所实现的网络实体）通过无线链路来接收（来自一个或多个用户设备的）一个或多个CQI报告。该方法包括以下步骤：

-针对所接收到的CQI的每个值，将PRB的平均最大数量MAB_j与所述CQI的相邻值的组j相关联，

-确定阈值CQI、CQI_thres，并且针对所选的每个UE，检查其所报告的最后一个CQI的值以将该值与值CQI_thres进行比较，然后：

-如果最后一个CQI值大于CQI_thres，则使用与所述CQI相关联的平均最大数量MAB_j来以频率选择性调度（FSS）分配PRB。

-如果最后一个CQI值小于或等于CQI_thres，则使用与所述CQI相关联的平均最大数量MAB_j来以频率分集调度（FDS）分配PRB。

因此，可以描述用于以PRB为单位来分配资源的方法的步骤，将该方法分为两个主要过程：

-确定应该使用新的PRB分配方式还是优选传统方式（如比例公平）的非实时（NRT）过程。该NRT过程提供在每个子帧分配过程中要使用的两个基本输出参数：CQI_thres和MAB。

-按每个子帧（通常，1ms周期）分配资源的实时（RT）过程。该RT过程通过将由所选的UE（借助于标准排序函数来选择）报告的CQI与CQI_thres参数进行比较来确定应该应用频率选择性调度还是频率分集调度。基于所需要的PRB（待分配）与MAB参数的比较和按子帧分配给定UE的顺序（即，其是否是待分配资源的第一个UE）来定义关于需要如何分配资源的一组规则。

在eNodeB基于前述参数选择了频率选择性调度的情况下，可以选择两种可能的调度操作模式之一：比例公平调度和机会调度。比例公平调度需要达到一种折衷以向用户提供最低的服务水平、同时最佳化无线资源的使用，所以调度过程考虑了尝试传输的每个UE的历史数据速率。在机会调度中，所使用的唯一准则是最大化传输比特率（即，将资源分配给具有较高CQI的UE）。

根据本发明的另一方面，提供了一种网络实体，该网络实体在基站（用于LTE网络的增强型节点B）中实施并且包括用于执行上述方法的处理装置。

根据本发明的最后一个方面，涉及包括程序代码装置的计算机程序，在其被加载到如上所定义的网络实体的处理装置中时，程序代码装置执行前述方法。

这里可以列出本发明的主要优点：

-LTE中的调度机制适用于许多实施方案的操作条件特征，即，传播条件不产生高延迟扩展的密集市区。

-降低了复杂度以及降低了对信道估计误差的敏感性。

-干扰时间分集用于小区边缘UE。

-降低了分配程序的复杂度。

-当系统接近满负载时向全频选择性调度算法平稳过渡。

-由于尝试最小化每时隙所分配的UE数量，所以减小了物理下行链路控制信道（PDCCH）处的阻塞概率。

附图说明

为了使正在进行的描述完整并且出于有助于更好地理解本发明的特征的目的，根据本发明的实际实施例的优选示例，伴随所述描述作为其组成部分的是一组附图，在附图中，通过图示且非限制性地，示出了以下内容：

图1示出了根据本发明的可能实施例的用于分配资源的方法的流程图，该方法分为非实时过程和无线资源管理过程。

图2示出了根据本发明的可能实施例的根据物理资源块在信道质量指示符与最大带宽参数之间的映射的示意性表示。

图3示出了根据本发明的可能实施例的用于分配资源的无线资源管理方法的流程图。

图4示出了根据本发明的可能实施例的用于使用频率选择性调度来分配资源的无线资源管理方法的流程图。

具体实施方式

所提出的在支持LTE的OFDM网络中分配资源的方法分为如图1所示的两个主要过程：非实时过程（11），其负责确定根据本发明的目的的资源分配是否提供了优点，并且检查是否存在其应用条件；以及实时调度过程（12），其接着执行对UE的资源分配本身。可以认为第一过程是自组织网络特征而第二过程是无线资源管理过程。这两个过程都可以在eNodeB中实施，并且可以不同的时间尺度、按类似于例如UMTS中的开环功率控制程序和闭环功率控制程序的方式来进行操作。

LTE标准赋予eNodeB以下职责：基于子帧（即，根据标准为每1毫秒）针对上行链路和下行链路两者在不同用户之间调度无线资源。通过每个子帧的前三个符号来在PDCCH信道中发送调度指令，其中，根据待传输的调度信息量和每条消息所需的无线资源，使用一个、两个或三个符号。减少所使用的符号数量（例如，从3个到2个）会导致容量根据1/14或2/14（如果将参考信号考虑在内则稍微更高）的可用无线资源的平均增加。

众所周知，在用于评估的标准条件下，待分配的资源的粒度越大，能够实现的容量就越高。然而，相干带宽越大，或者延迟扩展越小，则损耗由于资源分配的粒度越小而越低。

所提出的用于分配资源的方法旨在在不明显地对LTE中所采用的频率选择性调度（FSS）程序的效率进行折衷的情况下，减少用于公共控制信道的资源需求。

非实时过程（11）的主要目的是根据PRB确定在实时调度过程（12）中要使用的平均最大带宽MAB_j，每个MAB_j值与UE所报告的不同的CQI值相关联。该估计主要基于来自UE的报告和来自eNodeB的测量结果，诸如所测量的通信量以及承载QoS类别标识符（QCI）。但是，可以使用其他信息源来确定该平均最大带宽MAB_j，其与传播信道的相干带宽相关联，例如，eNodeB站点之间的相对距离，平均而言，eNodeB站点越靠近，相干带宽就越大。出于这些目的，eNodeB收集由UE报告的且以周期性和非周期性两种方式接收到的CQI的统计数据。

存在若干种用于报告LTE标准所支持的CQI的方式，这些方式针对频域的表征具有不同水平的粒度以及在对调制与编码方案进行选择时具有不同水平的精确度。在每种情况中，平均最大带宽是指具有近似的CQI值并且几乎相邻的PRB的数量，即，它们在频域内相对接近，间隔了不到400kHz。例如，对于CQI周期性报告，相干带宽可以与具有所报告的较高CQI的子带相关联，或者在不同带宽部分中的两个子带相邻的情况下，与这两个子带相关联。在非周期性CQI报告的情况下，如果使用配置为子带模式的eNodeB，则可以将相干带宽估计为具有近似的CQI（例如，它们的最大差为1）且彼此相邻的那些子带。

非实时过程（11）的结果是eNodeB固定与等于或接近于值CQI_i（15≥i≥0）的CQI值的每个组j相关联的最大分配带宽MAB_j。该关联的MAB_j值是通过前面定义的过程来获得的以PRB对相干带宽的估计。eNodeB可以连续地修改MAB的值以满足由诸如BLER和HARQ的质量参数（14）定义的一些最小质量要求。如果与该MAB/CQI对相关联的BLER超过目标值（原则上，应该为10%，但是可以修改），则应该减小MAB的值，例如，减小一个PRB。

非实时过程（11）的结果（15）是如上所述在图2中描绘的CQI值与MAB值之间的映射以及如下面说明那样所确定的信道质量指示符的阈值CQI_thres。

非实时过程（11）确定用于建立要使用的调度机制的CQI阈值参数（21）。该参数是在eNodeB处根据活动承载的CQI分布和当前负载来估计的，上述负载是作为用于当前数据传输的资源的百分比来测量的。

当确定了阈值CQI_thres（21）时，可以将由UE报告且由eNodeB接收到的信道质量指示符在它们的值大于阈值CQI_thres的情况下分类为高信道质量指示符，以及在它们的值小于或等于阈值CQI_thres（即，小区边缘用户的CQI）的情况下分类为低信道质量指示符。

如果D是以每子帧的比特为单位的平均数据要求，则可以通过以下公式来估计该阈值：

$D\≤\underset{i=0}{\overset{15}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{UE}\left({\mathrm{CQI}}_i\right)\·C\left({\mathrm{CQI}}_i\right)\·U\left({\mathrm{CQI}}_i\right)$

在公式中，UE（CQI_i）是报告给定的CQI值的UE的平均比例，C是与该CQI相关联的每子帧容量，并且U（CQI_i）是与值CQI_i相关联的利用因子。应当理解，对于等于或大于阈值CQI_thres的CQI值，如果不以容量项或包括填充位的必要性来解释它们，则利用因子接近1，从而留出一些空间来处理重传。当CQI_i≥CQI_thres时，U（CQI_i）=1。而对于小于阈值CQI_thres的CQI值（U（CQI_i）<1），在本发明的优选实施例中，假定利用因子为1/3。也可以根据由eNodeB执行的测量来获得容量项C。

因此，CQI_thres是使得满足上述公式的最小CQI值。

对于该计算，为控制信道（不能用于数据传输）预留的每子帧的符号数假定为3或根据eNodeB所执行的测量而取得。另外，确定要用于每种调度模式的功率（对于FS，功率较低，而对于FD，功率较高）以提供一定的干扰控制。

并行地，当有要发送到UE或来自UE的数据时，如图3所示，eNodeB启动RRM调度程序。这里考虑的情况是下行链路中的数据传输，但类似原理也可以应用于上行链路。

在给定的子帧内，eNodeB使用如比例公平时间调度一样的标准排序算法（32）来选择要服务的第一个UE。基于从其所报告的CQI经检查（33）的该所选UE接收到的最后一个CQI，eNodeB选择要使用的调度模式：频率选择性调度FSS（34）或者频率分集调度FDS（35），频率选择性调度（FSS）预留给具有较高CQI的用户，而频率分集调度（FDS）用于小区边缘用户。根据所选择的模式，将子帧的所有资源初始地分配给所选择的模式（即，原则上，在给定子帧内仅有使用给定调度模式的UE）。

对于图4所示的FSS模式，考虑了两种操作模式：公平调度（50）和机会调度（49）。eNodeB检查是否存在可用资源（42），并且检查这些资源是否足以满足非实时过程（11）所确定的最大分配带宽MBA。

默认地，使用公平调度并且将资源分配给在排序算法（50）中具有较高值的（还未参加的）用户。如果可能，则选择传输块大小以占用MAB所限定的资源。在待传输的数据量超过MAB的资源的情况下，信息块被分割并且通过不同的OFDM子帧来发送。如果待传输的数据量不足以填满MAB的资源，则调度器可以做出以下决定：分配所需要的资源或者延迟所选择的第一个UE（48）的传输（47），并且寻找另一个UE（在所使用的排序函数的分类中的下一个）。该决定可以基于承载QCI或者延迟预算（47）。由于排序算法（50）在相对短的周期内选择不调度（在正常条件下，延迟越长，排序函数的值就越高），所以在对应于非延迟敏感应用的情况下，延迟传输并没有严重地影响到连接的QoS。在任何情况下，所引起的延迟的限制与承载QCI所表示的限制一致。

调度器基于所报告的CQI而使用集中分配类型2选择分配给UE的PRB，以使MAB完整。还可以校正要使用的调制和编码方案，从而修改传输块的大小。所分配的PRB应该包括（但是可以超出）那些已经由UE报告的具有较高CQI的PRB。

在给第一个UE分配了资源后，基于排序函数的结果来选择CQI与FS调度相关联的第二个UE（不考虑CQI低于CQI_thres的UE来进行分配）。优选地，该UE是具有在第一个UE分配后落入那些可用PRB中的优选PRB（那些具有较高CQI的PRB）的UE。如果可能，则调度器分配达到MAB的带宽的PRB。如果不可行，则调度器分配提供较大容量的资源（即，移向机会调度模式）。

在机会模式（45）下，eNodeB寻找积压（backlog）的UE并且在它们之间分配资源，上述UE即是具有要传输的数据但还未被分配资源的UE，其可以基于所报告的CQI在可用的PRB中支持较高的比特率。

对于FD调度模式（35），eNodeB的调度器分配由所选用户要求的资源，以利用可能发生的干扰分集。没有必要使用子帧中的所有可用资源（PRB），而仅使用与被计划给进行频率分集调度的UE的频率复用因子（例如，为1/3，所以应当仅分配子帧中的1/3的PRB）兼容的那些资源。相比于在其他干扰协调方案的情况下所发生的，没有预定义要分配的PRB。可以根据针对FDSUE的数据积压来调节该复用水平，这意味着如果积压变得更大，则会使用更多的资源。可以基于每个子帧来实施更新，以克服可能的拥塞问题。

已经描述了用于在LTE下行链路中分配资源的方法的实施。在已使用该方法来分配资源后，对专用于PDCCH信道的资源数量进行估计。如果预留给公共控制信道的符号数量与在调度过程中所使用的符号数量不同，则校正要传输的传输块的大小以符合可用资源要素的数量。

注意，在本文中，术语“包括（comprise）”及其派生（诸如“包括（comprising）”等）不应当以排他的意义来理解，即，这些术语不应当解释为排除所描述和定义的内容可包括另外的要素、步骤等的可能性。

Claims (11)

1.一种用于分配资源以通过无线链路以物理资源块来传输数据的方法，包括：

接收从至少一个用户设备报告的至少一个信道质量指示符CQI，

所述方法的特征在于，还包括：

-针对所接收到的信道质量指示符的每个值，将物理资源块的平均最大数量MAB_j与所接收到的信道质量指示符的相邻值的组j相关联，

-确定信道质量指示符的阈值CQI_thres，

-从所述至少一个用户设备中选择要服务的用户设备，

-针对所选的用户设备，检查从所选的用户设备接收到的最后一个信道质量指示符的值，以及：

-如果所述值大于所述阈值CQI_thres，则使用与所述值相关联的所述物理资源块的平均最大数MAB_j以频率选择性调度FSS分配物理资源块；

-如果所述值小于或等于所述阈值CQI_thres，则使用与所述值相关联的所述物理资源块的平均最大数量MAB_j来以频率分集调度FDS分配物理资源块。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，以频率选择性调度FSS分配物理资源块包括：用属于所选的用户设备的要传输的数据来填充所述物理资源块的平均最大数量MAB_j。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，以频率选择性调度FSS分配物理资源块包括：如果属于所选的用户设备的要传输的数据是足够的，则用要传输的数据来填充所述物理资源块的平均最大数量MAB_j；否则，延迟属于所选的用户设备的要传输的数据，用所有的所述数据来填充物理资源块，并且选择具有数据的另一用户设备，直到填满所述物理资源块的平均最大数量MAB_j。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，以频率选择性调度FSS分配物理资源块还包括：使用选自比例公正调度和机会调度的一种调度操作模式。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，以频率分集调度FDS分配物理资源块包括：确定分配给所选的用户设备的频率复用因子，并且用属于所选的用户设备的要传输的数据来填充小于或等于所述平均最大数量MAB_j的确定数量的物理资源块，所述确定数量的物理资源块是根据所选的用户设备的频率复用因子来确定的。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述频率复用因子与通过对来自所报告的信道质量指示符小于或等于阈值CQI_thres的所有用户设备的数据量进行总计而计算出的数据量成比例。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述阈值CQI_thres是通过计算信道质量指示符CQI的满足以下公式的最小值来确定的：

$D\&le;\underset{i=0}{\overset{15}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{UE}\left({\mathrm{CQI}}_i\right)\&CenterDot;\left({\mathrm{CQI}}_i\right)\&CenterDot;U\left(C{\mathrm{QI}}_i\right)$

其中，D是以每子帧的比特为单位的平均数据要求，UE(CQI_i)是报告给定的信道质量指示符值CQI_i的用户设备的平均比例，C是赋予所述给定的信道质量指示符值CQI_i的以每子帧的比特为单位的测量容量，以及U(CQI_i)是赋予给定的信道质量指示符值CQI_i的利用因子，当CQI_i≥CQI_thres时，U(CQI_i)＝1，而当CQI_i<CQI_thres时，U(CQI_i)<1。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，将物理资源块映射到正交频分复用子帧。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在下行链路中传输数据。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在上行链路中传输数据。

11.一种用于分配资源以通过无线链路以物理资源块来传输数据的设备，包括：

用于接收从至少一个用户设备报告的至少一个信道质量指示符CQI的装置，

所述设备的特征在于，还包括：

-用于针对所接收到的信道质量指示符的每个值，将物理资源块的平均最大数量MAB_j与所接收到的信道质量指示符的相邻值的组j相关联的装置，

-用于确定信道质量指示符的阈值CQI_thres的装置，

-用于从所述至少一个用户设备中选择要服务的用户设备的装置，

-用于针对所选的用户设备，检查从所选的用户设备接收到的最后一个信道质量指示符的值的装置，

-用于如果所述值大于所述阈值CQI_thres，则使用与所述值相关联的所述物理资源块的平均最大数MAB_j以频率选择性调度FSS分配物理资源块的装置；以及

-用于如果所述值小于或等于所述阈值CQI_thres，则使用与所述值相关联的所述物理资源块的平均最大数量MAB_j来以频率分集调度FDS分配物理资源块的装置。