CN103023614A

CN103023614A - 基于业务负载动态配置tdd基站上下行子帧比例的方法

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Publication number: CN103023614A
Application number: CN2012105652074A
Authority: CN
Inventors: 张晨璐; 纪子超; 温文坤; 江明; 李小龙
Original assignee: New Postcom Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Haiyun Technology Co. Ltd.
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-24

Abstract

本发明公开了可应用于下一代TDD无线通信系统的一种基于业务特征信息的TDD上下行子帧的动态配置方法。可根据不同的优化目标、不同的实现复杂度等选择不同的“业务特征信息”作为TDD上下行子帧比例动态配置的依据，通过对TDD上下行子帧比例的灵活调整，可实现对当前网络业务状态的最优匹配，从而达到有效提高网络系统性能的目的。

Description

基于业务负载动态配置TDD基站上下行子帧比例的方法

技术领域

本发明涉及通信领域，提出了一种动态配置TDD基站的上下行子帧比例的方法。

背景技术

近年来，新一代无线通信技术发展迅猛，它相比第三代无线通信技术来说，具有网络架构简单、信号时延小、通信质量高、传输速度快等许多优点。从上下行业务复用方式分类，通信系统可以分为TDD、FDD（频分双工）两种制式。相比FDD系统，TDD系统对频谱资源的利用效率更高，而且可以根据上下行业务量的不同，在基站间使用不同的上下行子帧比例的无线帧结构。然而，由于交叉干扰（Cross interference）的存在，现有的基站间并未使用不同上下行子帧配置的无线帧技术。

此外，随着现代无线通信技术的快速发展，无线网络承载的业务结构发生了很大的变化。在2G时代，无线通信系统主要以语音业务为主，上下行业务之间的比例相对稳定，采用固定（或半静态）的上下行子帧比例可以适应业务需求的现状。但随着网页浏览、视频点播、远程监控、社交网络、微博等数据业务的快速发展，无线通信系统的业务结构变得更加多样性，上下行业务量的比例呈现时间上、地域上不平衡的特点。这样的新变化客观上也使得运营商产生了对TDD上下行子帧比例进行灵活配置的新需求。因此，根据业务负载情况动态配置TDD系统上下行子帧比例的“动态时分双工系统”已经被国际标准化组织3GPP列入研究计划，并开展了广泛的技术讨论。

随着业务结构的快速发展，实现TDD系统发挥其无线帧结构可动态、灵活配置，并使上下行子帧比例结构与实际业务需求相匹配的特点，已经成为下一代通信网络技术中急需解决的问题。灵活配置TDD上下行子帧比例，使其充分发挥动态TDD子帧配置的优势，达到提高TDD通信系统性能的目的，需要灵活的动态配置方法的支持。

现有技术给出了一种基于“上下行待发数据比例”的动态调整TDD上下行子帧比例的解决方法。该方法在TD-LTE系统中的实施原理步骤如下：

根据基站（eNB）端缓存内所有待发送的下行（DL）数据总量B _DL和用户设备（UE）端缓存内所有待发送的上行（UL）数据总量B _UL，获得上下行缓存数据总量比值：R _B =B _DL /B _UL；在TD-LTE系统的TDD配置#0至配置#6中，计算DL子帧（含特殊子帧）数量和UL子帧数量的比值R _ref，如表1所示；

根据以上步骤1获得的数据比例R _B和步骤2所示的子帧比例R _ref，计算获得当前时刻最匹配的子帧配置#i，满足：

R _ref(i) = Min( |R _ref -R _B|)，i= 0至6 （1）

表1：TD-LTE系统定义的上下行子帧比例

TDD配置（#i）	#0	#1	#2	#3	#4	#5	#6
								DL子帧数：UL子帧数（R _ref）	0.667	1.5	4	2.333	4	9	1

上述基于“上下行待发数据比例”的方法将上下行缓存数据量的比值作为TDD子帧重配的匹配标准，以找到比值最为匹配的TDD配置。但该方法并未考虑上下行链路数据传输效率、待发数据的QoS级别以及待发数据的延时等在现实网络中表征用户服务性能的重要参数，因而具有一定的局限性。

综上所述，现有方法并不能很好地体现TDD基站上下行传输的业务特征，存在较大的改进空间。

发明内容

本发明提出了可应用于下一代TDD无线通信系统的一种基于“业务特征信息”的TDD上下行子帧的动态配置方法。该“业务特征信息”是新定义的一个专业名称，可根据不同的优化目标、不同的实现复杂度等选择不同的“业务特征信息”作为TDD上下行子帧比例动态配置的依据，通过对TDD上下行子帧比例的灵活调整，可实现对当前网络业务状态的最优匹配，从而达到有效提高网络系统性能的目的。

本发明提供了一种基于业务负载动态配置TDD基站上下行子帧比例的方法，包括步骤：

a、收集根据当前时刻基站统计和/或UE反馈的业务特征信息，所述业务特征信息包括以下信息中的一种或几种的组合：待发数据统计特征信息，业务QoS特征信息，信道传输速率特征信息和已发数据统计特征信息；

b、根据所述业务特征信息，对TDD基站上下行子帧比例进行初匹配调整；

c、将调整后的新TDD基站上下行子帧比例配置信息通知UE并执行新配置。

所述业务特征信息具体包括：

待发数据统计特征信息，用于反映基站端和用户端待发送的上下行数据的相关统计信息；业务QoS特征信息，用于反映上下行各类业务不同的QoS要求；信道传输速率特征信息，用于反映上行和下行信道传输效率的统计信息；根据具体实现的不同，所述信道传输速率特征信息可以是平均传输速率或当前传输速率，其中所述平均传输速率是在某个时间窗内，统计所得的历史下行平均传输速率和/或上行平均传输速率，所述当前传输速率是基站端根据当前信道状况评估的当前传输速率；已发数据统计特征信息，用于反映过往某段时间内业务负载的信息统计。

优选的，所述步骤b之后还包括：根据所述业务特征信息和所述初匹配调整结果，对TDD基站上下行子帧比例进一步微调，进行再匹配的调整。

进行所述初匹配调整是根据所述业务特征信息初步确定待匹配的TDD上下行子帧比例；进行所述再匹配调整是根据所述业务特征信息，对所述初匹配所得出的预期TDD上下行子帧比例配置结果进一步微调，获得最佳的匹配配置。

优选的，通过选择调整步长Δ值，为进行所述再匹配TDD上下行子帧比例时赋予不同的权重。

优选的，分别针对上行、下行传输方向的上行、下行数据设置数据传输的优先等级，包括通过比较上行和下行传输方向的传输优先级高低，选择增大优先级较高的传输方向的传输机会。

优选的，通过将上/下行传输数据设置数据传输的优先等级的方式结合选择调整步长Δ值方式，对TDD基站上下行子帧比例进行所述再匹配调整。

本发明根据当前时刻基站统计和/或UE反馈的业务特征信息计算出最佳的匹配TDD上下行配置。充分考虑上下行链路数据传输效率、待发数据的QoS级别以及待发数据的延时等参数，适用性强，效率高，可实现对当前网络业务状态的最优匹配，有效提高网络系统性能。

附图说明

附图用于协助对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分。与实施用例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。其中：

图1是本发明实施例1提供的基于业务负载动态配置TDD基站上下行子帧比例的方法流程图。

图2是本发明实施例2中基于业务QoS特征信息进行“再匹配”调整流程图。

图3是本发明实施例5中基于上/下行数据“传输优先级”的重配方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，但实施例不限定本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例1提供了一种基于业务负载动态配置TDD基站上下行子帧比例的方法，具体是基于业务特征信息对TDD基站上下行子帧比例进行动态配置。如果触发TDD上下行子帧配置的动态调整功能，则进入动态配置流程，包括步骤：

101、收集根据当前时刻基站统计和/或UE反馈的业务特征信息，根据所使用具体重配方法的不同，有选择性地由eNB统计和/或由UE上报相应的信息，所述业务特征信息包括以下信息中的一种或几种的组合：待发数据统计特征信息，业务QoS特征信息，信道传输速率特征信息和已发数据统计特征信息。

根据具体实施场景的不同，本发明中利用到的业务特征信息有以下信息中的一种或几种的组合：

待发数据统计特征信息：此信息用于反映基站端和用户端待发送的上下行数据的相关统计信息；

业务的QoS（Quality of Service，服务质量）特征信息：此信息用于反映上下行各类业务不同的QoS要求，比如某类业务对分组延迟、分组丢包率以及传输速率的特殊要求等；

信道传输速率特征信息：此信息用于反映上行和下行信道传输效率的统计信息，根据具体实现的不同，信道传输效率特征可以是平均传输速率或当前传输速率。其中所述平均传输速率是在某个时间窗内，统计所得的历史下行平均传输速率和/或上行平均传输速率，所述当前传输速率是基站端根据当前信道状况评估的当前传输速率，如当前下行当前传输速率和当前上行当前传输速率等；

已发数据特征信息：此信息用于反映过往某段时间内业务负载的信息统计，比如下行已传输数据总量和上行已传输数据总量。

102、根据所述业务特征信息，对TDD基站上下行子帧比例进行初匹配调整。初匹配可根据步骤101获得的业务特征信息中的一种或几种的组合，通过计算得出匹配配置#i。如可通过“上下行待发数据比例”或“上下行已传数据量比值”计算得出匹配配置#i。

103、根据所述业务特征信息和所述初匹配调整结果，对TDD基站上下行子帧比例进一步微调，进行再匹配的调整。该步骤为可选步骤，根据业务需要选择或不选该步骤。比如可根据步骤101获得的业务QoS特征信息对步骤102获得的TDD基站上下行子帧比例初匹配配置进行细调。

104、可利用系统广播信息、物理层控制信令或其他高层信令，将调整后的新TDD基站上下行子帧比例配置信息通知UE并执行新配置。动态配置流程完成后，系统将等待下一次触发上述重配过程。

下面以若干不同的优化目标为例，给出本发明的几种具体实施方式。

一、本发明实施例2提供了基于业务负载动态配置TDD基站上下行子帧比例的方法，是基于“上下行待发数据比例”的改进方法。

现代无线通信系统对不同业务类型定义了不同的QoS等级，给出该类业务所要求的最大分组延迟、最大分组丢包率要求和最小传输速率等。如上所述，现有的基于“上下行待发数据比例”的方法并未针对当前业务的QoS特征进行优化。该方法在某些场景下可能会导致某些业务无法达到其QoS等级要求。例如，如果当上行业务量较少，但却要求很低的分组延迟时，根据基于“上下行待发数据比例”的方法描述，系统可能会选择一个包含很少上行子帧的TDD配置（如TD-LTE系统的配置5），这可能会导致上行业务无法满足该业务的分组延迟要求。采用本发明实施例2的改进方法可避免出现上述问题。

本发明实施例2的方法首先利用上述基于“上下行待发数据比例”方法的公式（1）获得“初匹配”的TDD配置#i，再根据“业务QoS特征”对配置i进行“再匹配”调整。

下面介绍“业务QoS特征”门限值定义。

基于“业务QoS特征”的“再匹配”需要设置一个或多个门限值λ对当前业务的不同QoS特征进行判断。例如：针对业务分组的延迟特征，设置门限值λ_D，该门限值用于判断当前业务分组延迟是否超过某一规定上限值；可以利用λ_D为待发送的所有分组数据设置平均或最大延迟上限；也可以为不同QoS等级的业务分组设置独立的平均或最大延迟上限。针对业务分组的丢包率特征，设置门限值λ_P，该门限值用于判断当前业务分组丢包率是否超过某一规定上限值，可以利用λ_P为待发送的所有分组数据设置平均丢包率的上限；也可以为不同QoS等级的业务设置独立的平均丢包率上限。针对业务分组的速率特征，设置门限值λ_v，该门限值用于判断当前业务分组传输速率是否低于某一规定下限值。可以利用λ_v为待发送的所有分组数据设置平均或最低传输速率下限；也可以为不同QoS等级的业务设置独立的平均或最低传输速率下限。

实施例2的方法中“再匹配”调整过程说明如下：当上行或下行的“业务QoS特征”触发以上定义门限值时，以某一“调整步长”（记为“Δ”）对基准配置#i向增加上行子帧或增加下行子帧的方向进行调整。一个“单位步长”定义为向增加或者减少UL子帧的方向调整一个“配置等级”。以TD-LTE为例，如表2所示，假设基准配置#i为TDD配置#6（DL子帧数量等级为2）且所需调整步长Δ=1，则当“再匹配”过程需要进一步增加DL子帧数目时，可通过“再匹配”过程选择TDD配置#1（DL子帧数量等级为3）作为新的配置#ii。此外，“调整步长”可根据“再匹配”过程中检测到“业务QoS特征”超出门限值的多少进行选择。

表2：“再匹配”过程中的“配置等级”调整表

TDD配置（#i）	#0	#6	#1	#3	#2	#4	#5
								DL子帧数量等级	1	2	3	4	5	5	6
DL子帧数：UL子帧数（R _ref）	0.667	1	1.5	2.333	4	4	9

下面以“初匹配”选出配置#i为TD-LTE配置1、调整步长Δ=1为例，给出“再匹配”的具体实施过程。如果上行待发送分组的平均分组延迟或最大分组延迟触发门限值λ_D，向增加UL子帧数量的方向调整一个单位步长。即最终选择的“再匹配”配置#ii调整为TDD配置6；如果上行待发送分组的平均丢包率触发门限值λ_P，向增加UL子帧数量的方向调整一个步长，即最终选择的“再匹配”配置#ii应为TDD配置6。此外，还可根据系统的实际状态，如信干噪比（SINR）高低等，对平均丢包率的计算进行加权，以反映其他因素对平均丢包率的影响；如果上行业务分组的平均或最低传输速率低于门限值λ_v，向增加UL子帧数量的方向调整一个步长。即最终选择的“再匹配”配置#ii应为TDD配置6；如果上行业务分组的当前性能触发多个“业务QoS特征”门限值，即触发上述条件的某个组合，向增加UL子帧数量的方向调整一个或多个步长。即最终选择的“再匹配”配置#ii应为TDD配置6，或使用了更多上行子帧的其他配置。

本发明实施例2的方法与图1所示的实施1方法的流程基本相同，且进一步的改进在于步骤103，基于业务QoS特征信息进行“再匹配”调整的具体流程如图2所示，描述如下：

步骤1：根据“初匹配”获得的业务QoS特征信息，判断是否触发“再匹配”条件。如满足“再匹配”触发条件，执行“再匹配”流程；如不满足，则不执行“再匹配”流程；

步骤2：触发“再匹配”流程后，根据前文所述的“再匹配”方式获得新的匹配配置#ii；

结束“再匹配”流程，并将新的匹配配置#ii应用于当前系统。若“再匹配”流程并未触发，则应用“初匹配”获得的匹配配置#i。

本发明实施例2的方法特点是增加了对业务服务质量特征的考虑，针对不同业务的服务质量特征进行优化，在保证业务QoS要求的前提下，合理配置TDD上下行子帧比例，有效提升系统整体性能。

二、本发明实施例3提供了基于业务负载动态配置TDD基站上下行子帧比例的方法，是基于已发数据统计特征信息的重配方法。

本发明实施例3的方法与图1所示的实施1方法的流程基本相同，且进一步的改进在于步骤103。上下行已传数据量比值R _T可以用来表征统计意义上的历史上行业务负载和下行业务负载之间的相对状态。本发明实施例3的方法根据对一段时间内已发送的累计上下行数据的比例，获得与之匹配的TDD子帧配置。由于上下行已发送数据量比值R _T可以表征历史时刻上行业务负载和下行业务负载之间的相对状态，因此对已发送数据的统计有利于合理的选择TDD上下行子帧比例。

上下行已发数据量比值可用下行已传输数据总量S _DL和上行已传输数据总量S _UL的比例，或下行已传数据包个数N _DL和上行已传数据包个数N _UL来表示，即上下行已发数据量比值R _T= S _DL /S _UL或R _T= N _DL /N _UL。类似公式（1），可获得匹配TDD子帧配置#i：

R _ref(i) = Min( | R _ref –R _T |)，i= 0至6 （2）

本发明实施例3的方法特点：该方法对已发送的累计上下行数据进行统计分析，获得与历史上下行数据量相匹配的TDD上下行子帧比例。对历史数据的统计可在一定程度上反映当前业务负载的变化特征，根据该比例获得的TDD匹配配置能够较好地匹配当前一定时间内的业务特征。

本发明实施例3的方法改进方式如下：

当处于高业务负载的情况下，实施例3的方法仅根据已发数据统计特征信息进行上下行子帧匹配，可能会导致较大的数据包延时或者缓存溢出的现象。为了避免上述现象的发生，可在实施例3方法的基础上，利用“业务QoS特征”对实施例2方法进行调整，达到降低数据包时延的目的。实施例3的方法改进方式是首先利用基于已发数据统计特征信息的重配方法给出的式（2）获得“初匹配”的TDD配置#i，再根据“业务QoS特征”对配置#i进行“再匹配”。其中“业务QoS特征”中门限值λ的定义如实施例2的方法定义，“再匹配”流程如图2所示。

三、本发明实施例4提供了基于业务负载动态配置TDD基站上下行子帧比例的方法，具体是基于信道传输速率特征信息的重配方法。

上述实施例2、3的方法并没有考虑当前时刻上下行信道的传输能力。如果在某一方向有较大的待发送数据量，但如果该方向信道传输能力很低，根据实施例2、3的方法获得的匹配配置#i并不适合当前的信道状况，会造成整个系统较低的信道传输效率。

本发明实施例4的方法流程可参照图1的流程，具体改进之处是根据基站端评估的当前时刻上下行信道质量情况对上下行子帧比例进行匹配，为信道质量较好的方向（下行或上行）增加更多的传送机会，以达到最大化系统吞吐量的目的。所述信道传输效率特征信息包含评估所得的当前上下行瞬时传输速率T _{int_DL}和T _{int_UL}。若eNB下属共计n个用户，UE _i (i=1…n)的瞬时下行传输速率和瞬时上行传输速率分别为T _{int_DL}和T _{int_UL}，则T _{int_DL}和T _{int_UL}的计算公式为：

（3）

根据式（3）获得的信道状态报告，可计算出上下行瞬时传输速率比值R _int =T _{int_DL} /T _{int_UL}。类似于式（1），计算当前时刻最佳的子帧配置#i：

R _ref(i) = Min( | R _ref –R _int |)，i=0至6 （4）

本发明实施例4的方法是根据信道质量状态匹配TDD子帧配置，为瞬时速率高的传输方向（上行或者下行）分配更多的传输资源，以达到最大化系统吞吐量的目的。当然还可综合考虑当前信道状况和业务负载状况，获得与信道状况和负载状况更加匹配的TDD子帧配置。

以上描述的方法仅考虑了当前信道的传输效率，并未考虑待上下行发数据量比例。本发明实施例4的方法的改进方式是结合待发数据统计特征，更加准确地获得在当前信道状态以及当前缓存状态下最匹配的TDD上下行子帧配置。

在实施例4的方法改进方式中，根据当前上下行瞬时传输速率T _{int_DL}和T _{int_UL}，以及UL/DL待发送数据总量B _UL /B _DL，可计算出在当前信道状态下，完成上下行缓存内缓存数据传输所需要的上下行子帧数量，并计算匹配的上下行子帧比例：

（5）

再根据当前系统定义TDD无线帧的上下行子帧比例R _ref计算当前时刻最匹配的子帧配置#i，计算公式为：

R _ref(i) = Min( | R _ref –R _BT |)，i= 0至6 （6）

四、本发明实施例5提供了基于业务负载动态配置TDD基站上下行子帧比例的方法，具体是基于上/下行数据“传输优先级”的重配方法。

上述本发明实施例4的方法对当前时刻上下行最大传送速率进行分析，获得与当前信道质量相匹配的子帧比例，但并未对上下行传输的公平性进行考虑。在某些场景下，可能会导致上行和下行方向的不平衡。因此，在这些情况下，可采用本发明实施例5的重配方法。

本发明实施例5的方法是在实施例4的方法基础上加入了公平性的考虑。实施例5的方法可以根据“平均传输速率”和“当前传输速率”计算上下行传输的优先级P。其中“平均传输速率”和“当前传输速率”的定义如下：

“平均传输速率”：历史平均下行传输速率T _DL和历史平均上行传输速率T _UL；

“当前传输速率”：根据当前信道状况评估的当前上下行瞬时传输速率T _{int_DL}和T _{int_UL}。

上/下行数据“传输优先级”计算过程如下。

在实施例5方法中，上行和下行分别被赋予一个优先级，当每次重配时，系统向优先级较高的方向分配更多的子帧。上/下行数据“传输优先级”的计算公式为：

（7）

式中，T _{int_UL}(t)和 T _{int_DL}(t)是指t时刻上下行能够达到的当前传输速率；T _UL (t)和 T _DL (t)表示在t时刻之前（即0…t-1时刻）的平均上下行传输速率；α和β为权重因子，用以调节分子、分母的权重。

本发明实施例5的基于上/下行数据“传输优先级”的重配方法流程如图3所示。若重配时刻的下行优先级大于上行优先级，即P _DL >P _UL，则需要配置更多的下行子帧。实施例5方法可采用不同的步长对应不同的调节力度。例如，如当前时刻系统使用TDD配置3，其上下行子帧比例R _ref=2.3，若调节步长Δ=1，则调整后的匹配配置为TDD子帧配置2；若调节步长Δ=2，则调整后的匹配配置为TDD子帧配置5。

本发明实施例5的方法是基于实施例4的方法的改进，可兼顾用户的信道条件差异和对公平性的要求，是吞吐量和公平性的折中。上/下行数据“传输优先级”也可结合其他方法进行“再匹配”调整操作，以增加方法对用户公平性的考虑。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于业务负载动态配置TDD基站上下行子帧比例的方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述业务特征信息具体包括：

待发数据统计特征信息，用于反映基站端和用户端待发送的上下行数据的相关统计信息；

业务QoS特征信息，用于反映上下行各类业务不同的QoS要求；

信道传输速率特征信息，用于反映上行和下行信道传输效率的统计信息；根据具体实现的不同，所述信道传输速率特征信息可以是平均传输速率或当前传输速率，其中所述平均传输速率是在某个时间窗内，统计所得的历史下行平均传输速率和/或上行平均传输速率，所述当前传输速率是基站端根据当前信道状况评估的当前传输速率；

已发数据统计特征信息，用于反映过往某段时间内业务负载的信息统计。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，

所述步骤b之后还包括：根据所述业务特征信息和所述初匹配调整结果，对TDD基站上下行子帧比例进一步微调，进行再匹配的调整。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，通过选择调整步长Δ值，为进行所述再匹配TDD上下行子帧比例时赋予不同的权重。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，分别针对上行、下行传输方向的上行、下行数据设置数据传输的优先等级，包括通过比较上行和下行传输方向的传输优先级高低，选择增大优先级较高的传输方向的传输机会。

6.根据权利要求4或5所述方法，其特征在于，通过将上/下行传输数据设置数据传输的优先等级的方式结合选择调整步长Δ值方式，对TDD基站上下行子帧比例进行所述再匹配调整。