CN109644469A - 用于分配无线资源的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于调度和分配无线资源的设备(100)和相应的方法(200)。该设备包括处理器(101)，其用于根据至少一个UE的传输请求以及根据干扰信息，将多个传输流调度到多个组(102)中。此外，处理器(101)用于为每个传输流分配传输持续时间，其中，根据至少一个UE的业务需求信息，为相同组(102)的传输流分配相同的传输持续时间，最后，处理器(101)用于为每个传输流分配传输功率，其中对于相同组(102)的传输流，根据组的每个传输流的信道质量，分配传输功率。

Description

用于分配无线资源的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于调度和分配无线资源的设备和方法。本发明尤其可用于异构网络(heterogeneous network，HetNet)。具体地，可以用于HetNet的毫米波(mm-wave)回程和接入链路上的下行链路(downlink，DL)和上行链路(uplink，UL)传输的干扰管理和无线资源分配。

背景技术

毫米波的频率提供比当前蜂窝分配更大数量级的频谱。然而，毫米波段中一些不利的信道传播特性为通信系统的技术方面带来了极大的挑战。一方面，收发机两侧的定向天线需要通过适当的波束成形技术补偿更高的自由空间路径损耗。另一方面，为了应对增加的自由空间路径损耗并降低传输功率，具有密集部署并且在传统的同构宏小区下面的具有小小区的HetNet被认为是一种有前景的部署策略。

如图14所示，在HetNet内，宏小区基站(base station，BS)通常通过例如低于6GHz的链路提供毫米波回程和接入链路以及信令交换。相反，小小区接入点(access point，AP)通常只提供毫米波接入链路。为了支持该HetNet，为所有的小小区设备配备有线/光纤回程在经济上是不可行的。通过与接入链路共享相同的空中接口和频谱来利用无线回程则更有吸引力。这个概念被称为“自回程”。通过利用丰富的可用频谱，在毫米波段具有无线回程的HetNet有可能为用户设备(user equipment，UE)的下行链路(DL)与上行链路(UL)的组合传输提供每秒千兆字节(gigabytes per second，Gbps)的容量。具有波束成形的定向天线可以进一步减少链路之间的干扰，从而实现空间复用和分集。图14示出了上文讨论的传统自回程场景。

在毫米波相关的无线局域网(wireless local area network，WLAN)标准802.11ad和无线个域网(wireless personal area network，WPAN)标准802.15.3c中，采用了时分多址(time-division multiple access，TDMA)方案。然而，这些标准没有利用空间复用，而空间复用被认为是提高网络性能的关键技术之一。此外，这两个标准中都不存在调度过程。

为了利用空间重用和时分复用增益，提出了一种多跳并发传输方案。具体地，设计了一种用于微微网控制器的跳变选择度量，以选择用于业务流的适当中继跳。因此，在该方案中，允许节点在通信链路中并发传输。然而，该方案在HetNet的上下文中不可行，并且不适用于联合回程和接入链路上的DL和UL传输。此外，不包括时间和功率资源分配。

在另一个提出的方案中，得出了并发传输总是优于TDMA传输的条件，并提出了一种称为REX的随机调度程序。该过程基于支持并发传输的专用区域的概念。然而，该方案的一个缺点是，它既不适用于HetNet中的联合回程和接入链路，也不适用于DL和UL传输的情况。该方案的另一个缺点是没有明确展示优化，特别是没有增加的网络吞吐量。专用区域仅保证满足空间复用优于TDMA的条件，但没有提供任何关于空间复用能实现多少增益的分析。

在另一个提出的毫米波回程方案中，利用并发传输来降低能耗和提高能效。虽然也利用了空间复用，但是为了提高网络性能，考虑了不同的优化目标(能效)。此外，所提出的方案不适用于具有DL和UL传输的HetNet中的复杂联合回程和接入链路。

发明内容

鉴于上述问题和缺点，本发明旨在改进现有技术。本发明的目的是提供一种用于分配无线资源的改进的设备和方法，特别是在最大化毫米波HetNet中网络吞吐量的情况下。因此，应该解决为DL和UL传输的回程和接入链路分配无线资源的主要挑战，其中，在毫米波回程和接入链路之间共享相同的无线资源和空中接口。此外，本发明应该与时分双工(time-division duplex，TDD)模式兼容。

为了对上述目的提供解决方案，本发明考虑了五个关键因素：

首先，考虑回程链路和接入链路之间的耦合，因为分配给回程链路的无线资源限制了接入吞吐量。

其次，考虑了TDD约束，因为BS、AP或UE只能在给定时隙内进行发送或接收，但不能同时进行发送和接收。

第三，考虑传输流之间的干扰。因此，必须在调度和资源分配(通过干扰感测)之前获取干扰信息。此外，应监测干扰特性的动态变化。基于干扰信息，可以在执行调度时利用空分多址(Spatial Division Multiple Access，SDMA)。

第四，考虑功率分配。假设具有大量波束成形的大型天线阵列，需要优化BS和AP处的多个波束的发射(transmit，Tx)功率分配。

第五，必须考虑解决方案的可行性。也就是说，可行的解决方案应该能够在多项式时间内工作，并且具有低计算复杂度。

通过所附独立权利要求中提供的解决方案实现了本发明的目的。该解决方案考虑了所有五个关键因素。在从属权利要求中进一步限定了本发明解决方案的有利实现方式。

本发明的第一方面提供了一种用于调度和分配无线资源的设备，所述设备包括处理器，所述处理器用于：根据至少一个用户设备UE的传输请求以及根据干扰信息，将多个传输流调度到多个组中，为每个传输流分配传输持续时间，其中，根据所述至少一个UE的业务需求信息，为相同组的传输流分配相同的传输持续时间，为每个传输流分配传输功率，其中对于相同组的传输流，根据所述组的每个传输流的信道质量，分配所述传输功率。

UE为连接到BS或AP的设备。干扰信息是关于传输流之间相互干扰的信息。由于所有UE所经历的噪声是相同的，因此信道增益(也称为信道质量)是相关量。例如，组可以是例如包括SDMA并发传输流的SDMA组。

使用第一方面的调度和无线资源分配设备导致网络性能的显著提高。具体地，例如与传统的TDMA方案相比，观察到平均用户吞吐量的显著增加。因此，在平坦的传输功率的情况下特别实现了性能增益。此外，该设备允许优化功率分配，并满足功率限制。

在根据第一方面的设备的第一种实现方式中，所述处理器还用于：以分配的所述传输持续时间和传输功率同时发送相同组的传输流。

传输流可以包括回程和接入链路上的DL和UL流。因此，考虑回程链路和接入链路之间的耦合进一步增加了接入吞吐量。

在根据第一方面或根据第一方面的第一种实现方式的设备的第二种实现方式中，对于调度所述传输流，所述处理器用于：求得每组的最大传输流数，所述传输流可以在不违反任何时分双工TDD约束或半双工约束并且不会引起高于阈值的干扰的情况下同时发送。

因此，使用该设备考虑了TDD约束和各个传输流之间的干扰。

在根据第一方面的第二种实现方式的设备的第三种实现方式中，对于所述求得每组的所述最大传输流数，所述处理器用于：根据所述传输请求和所述干扰信息生成冲突图，所述冲突图包括表示传输流的节点、表示TDD约束或半双工约束的边、以及高于两个所选传输流之间的阈值的干扰，以及在冲突图中求得最大节点数，对于所述节点，任何两个所选节点之间不存在边。

因此，实现了一种可行的解决方案，该解决方案在多项式时间内提供调度和分配结果，并且具有低计算复杂度。

在根据第一方面或根据第一方面的任何前述实现方式的设备的第四种实现方式中，对于调度所述传输流，所述处理器用于：将每组和/或相同组的每个传输流与组标识ID相关联。

通过使用组ID，可以减少信令开销。

在根据第一方面或根据第一方面的任何前述实现方式的设备的第五种实现方式中，所述处理器还用于：接收来自所述至少一个UE或至少一个接入点AP的所述干扰信息，其中，所述干扰信息是在干扰感测过程中由所述至少一个UE和/或AP获取的。

在根据第一方面的第五种实现方式的设备的第六种实现方式中，对于所述至少一个UE和/或AP的所述干扰感测过程，所述处理器用于：根据所述至少一个UE的所述传输请求和/或所述至少一个AP的传输请求，将多个导频传输调度到多个导频级中，以及确定在哪个导频级向哪个UE和/或AP发送哪个导频。

在不同的导频级中，不同的发送机发送至少一个导频。干扰感测过程可以重用调度期间获得的结果。因此，提高了整体效率。

在根据第一方面的第六种实现方式的设备的第七种实现方式中，对于调度所述导频传输，所述处理器用于：求得每个导频级的最大导频传输次数，所述导频传输可以在不违反任何TDD约束或半双工约束的情况下同时发送。

TDD约束或半双工约束可以被设备由传输流调度到组中重用。因此，整体上提高了干扰感测的效率。

在根据第一方面或根据第一方面的任何前述实现方式的设备的第八种实现方式中，对于为所述每个传输流分配所述传输持续时间，所述处理器用于：确定每组的所述传输流的最大传输持续时间，以及基于所述最大传输持续时间和超帧的长度，计算将要分配给所述组的传输流的所述传输持续时间。

因此，可以根据分组的传输流和超帧长度优化传输持续时间。

在根据第一方面或根据第一方面的任何前述实现方式的设备的第九种实现方式中，对于为所述每个传输流分配所述传输功率，所述处理器用于：为具有较高信道质量的传输流分配较大的传输功率，并为具有较低信道质量的传输流分配较小的传输功率。

因此，提高了传输流的吞吐量，提高了设备的整体效率。

在根据第一方面或根据第一方面的任何前述实现方式的设备的第十种实现方式中，所述处理器还用于：在所述UE初始接入基站BS期间，从所述至少一个UE获得所述业务需求信息，和/或在所述UE初始接入所述BS期间，从所述至少一个UE获得所述传输流的所述信道质量。

UE业务需求可能随着时间而变化。因此，优选地，UE可以在任何时刻将业务需求信息更新到BS。

在根据第一方面或根据第一方面的任何前述实现方式的设备的第十一种实现方式中，所述处理器用于：通过与所述至少一个UE和/或所述至少一个AP的信令，交换所述传输流的调度结果和所述传输持续时间的分配结果。

信令交换确保所有UE和AP即时知道相关的传输参数。

在根据第一方面的第十一种实现方式的设备的第十二种实现方式中，所述传输流的所述调度结果包括组ID，每个组ID与一个组和/或一个组的每个传输流相关联，并且所述传输持续时间的所述分配结果包括每个组的传输持续时间和第一组的传输开始时间。

通过仅发送上述参数，显著降低了信令开销。

在根据第一方面或根据第一方面的任何前述实现方式的设备的第十三种实现方式中，所述处理器用于：当UE和/或AP移动、变为空闲和/或新出现时，更新所述干扰信息，以及根据所述至少一个UE的所述传输请求以及根据更新的所述干扰信息，将所述传输流重新调度到多个新组中。

因此，能够在任何时刻保持高的用户吞吐量。

本发明的第二方面提供了一种用于调度和分配无线资源的方法，所述方法包括以下步骤：基站BS根据至少一个用户设备UE的传输请求以及根据干扰信息，将多个传输流调度到多个组中，所述BS为每个传输流分配传输持续时间，其中，根据所述至少一个UE的业务需求信息，为相同组的传输流分配相同的传输持续时间，以及所述BS和/或至少一个接入点AP为每个传输流分配传输功率，其中对于相同组的传输流，根据所述组的每个传输流的信道质量，分配所述传输功率。

在根据第二方面的方法的第一种实现方式中，所述方法还包括：BS和/或至少一个AP以分配的所述传输持续时间和传输功率同时发送相同组的传输流。

在根据第二方面或根据第二方面的第一种实现方式的方法的第二种实现方式中，调度所述传输流包括：求得每组的最大传输流数，所述传输流可以在不违反任何时分双工TDD约束或半双工约束并且不会引起高于阈值的干扰的情况下同时发送。

在根据第二方面的第二种实现方式的方法的第三种实现方式中，所述求得每组的所述最大传输流数：根据所述传输请求和所述干扰信息生成冲突图，所述冲突图包括表示传输流的节点、表示TDD约束或半双工约束的边、以及高于两个所选传输流之间的阈值的干扰，以及在冲突图中求得最大节点数，对于所述节点，任何两个所选节点之间不存在边。

在根据第二方面或根据第二方面的任何前述实现方式的方法的第四种实现方式中，调度所述传输流包括：将每组和/或相同组的每个传输流与组ID相关联。

在根据第二方面或根据第二方面的任何前述实现方式的方法的第五种实现方式中，所述方法还包括：接收来自所述至少一个UE或至少一个接入点AP的所述干扰信息，其中，所述干扰信息是在干扰感测过程中由所述至少一个UE和/或AP获取的。

在根据第二方面的第五种实现方式的方法的第六种实现方式中，所述至少一个UE和/或AP的所述干扰感测过程包括：所述BS根据所述至少一个UE的所述传输请求和/或所述至少一个AP的传输请求，将多个导频传输调度到多个导频级中，以及确定在哪个导频级向哪个UE和/或AP发送哪个导频。

在根据第二方面的第六种实现方式的方法的第七种实现方式中，调度所述导频传输包括：求得每个导频级的最大导频传输次数，所述导频传输可以在不违反任何TDD约束或半双工约束的情况下同时发送。

在根据第二方面或根据第二方面的任何前述实现方式的方法的第八种实现方式中，为所述每个传输流分配所述传输持续时间包括：确定每组的所述传输流的最大传输持续时间，以及基于所述最大传输持续时间和超帧的长度，计算将要分配给所述组的传输流的所述传输持续时间。

在根据第二方面或根据第二方面的任何前述实现方式的方法的第九种实现方式中，为所述每个传输流分配所述传输功率包括：为具有较高信道质量的传输流分配较大的传输功率，并为具有较低信道质量的传输流分配较小的传输功率。

在根据第二方面或根据第二方面的任何前述实现方式的方法的第十种实现方式中，所述方法还包括：在所述UE初始接入所述BS期间，从所述至少一个UE获得所述业务需求信息，和/或在所述UE初始接入所述BS期间，从所述至少一个UE获得所述传输流的所述信道质量。

在根据第二方面或根据第二方面的任何前述实现方式的方法的第十一种实现方式中，所述方法包括：通过在所述BS与所述至少一个UE和/或所述至少一个AP之间的信令，交换所述传输流的调度结果和所述传输持续时间的分配结果。

在根据第二方面的第十一种实现方式的方法的第十二种实现方式中，所述传输流的所述调度结果包括组ID，每个组ID与一个组和/或一个组的每个传输流相关联，并且所述传输持续时间的所述分配结果包括每个组的传输持续时间和第一组的传输开始时间。

在根据第二方面或根据第一方面的任何前述实现方式的方法的第十三种实现方式中，所述方法还包括：当UE和/或AP移动、变为空闲和/或新出现时，更新所述干扰信息，以及根据所述至少一个UE的所述传输请求以及根据更新的所述干扰信息，将所述传输流重新调度到多个新组中。

利用第二方面的方法及其实现方式，实现了与第一方面的设备及其相应实现方式相同的优点。

须注意，本申请中描述的所有设备、元件、单元和装置可以用软件或硬件元件或其任意类型的组合来实现。由本申请中描述的各种实体执行的所有步骤以及由各种实体执行的功能旨在表示相应实体适于或用于执行相应的步骤和功能。即使在以下特定实施例的描述中，由外部实体完全形成的特定功能或步骤没有反映在执行该特定步骤或功能的该实体的特定详细元件的描述中，但应该清楚对于本领域技术人员来说，这些方法和功能可以在相应的软件或硬件元件或其任意类型的组合中实现。

附图说明

结合附图，将在以下对具体实施例的描述中解释本发明的上述方面和实现方式，其中：

图1示出了根据本发明实施例的用于调度和分配无线资源的设备。

图2示出了根据本发明实施例的用于调度和分配无线资源的方法。

图3示出了调度的整个过程，包括根据本发明实施例的方法以及相关的信令交换过程。

图4示出了并发传输调度的步骤。

图5示出了传输持续时间分配的步骤。

图6示出了传输功率分配的步骤。

图7示出了在单小区场景和覆盖毫米波网络中的初始接入的信令过程。

图8示出了干扰感测过程。

图9示出了UE感知干扰和调度更新的过程。

图10示出了用于性能评估的室外曼哈顿网格。

图11示出了BS、AP和UE天线阵列的3D天线方向图。

图12示出了100个用户的三种方案的平均用户吞吐量的累积分布函数。

图13示出了200个用户的三种方案的平均用户吞吐量的累积分布函数。

图14示出了传统的毫米波HetNet。

具体实施方式

本发明总体上提出了一种调度和资源分配设备和方法，其可以应用于不同的场景。例如，应用场景可以是干扰感测(长周期)，另一个应用场景可以是调度和资源分配(长周期)，另一个应用场景可以是干扰和调度更新，其可以由改变网络中干扰情况(短周期)的某些事件触发。

具体地，调度和资源分配设备和方法执行三个主要步骤。并且，它们基于流模型，其中每个活动传输链路被建模为传输流。

图1示出了根据本发明实施例的设备100。设备100用于调度和分配无线资源，特别是在HetNet的毫米波回程和接入链路上的DL和UL传输。图1的设备100包括至少一个处理器101，其用于执行上述三个主要步骤。

首先，处理器101用于将多个传输流调度到多个组102中，如图1所示。根据至少一个UE的传输请求并根据干扰信息，执行该调度。例如，可以通过使用由处理器101执行的基于最大独立集(maximum independent set，MIS)的启发式调度算法，将并发/SDMA传输调度到每组102中。组102的传输流有利地用于同时传输。

第二，处理器101用于为每个传输流分配传输持续时间，其中，为相同组102的传输流分配相同的传输持续时间。根据至少一个UE的业务需求信息执行分配。也就是说，根据第一步骤的调度结果，为每个传输流分配传输持续时间。因此，每组102与一个传输持续时间相关联。

第三，处理器101用于为每个传输流分配传输功率，其中，对于相同组102的传输流，根据组102的每个传输流的信道质量，分配传输功率。也就是说，为将要从相同的BS和/或AP同时发送的传输流分配传输功率。

图1的设备100可以是BS，或者可以至少部分地在BS中使用。在这种情况下，处理器101可以是BS的处理单元的至少一部分。然而，设备100也可以分布在至少一个BS和/或例如至少一个AP上。也就是说，例如，第一主要步骤和第二主要步骤可以在BS的处理器中执行，而第三步骤在AP的处理器中执行。

图2示出了根据本发明另一实施例的方法200。该方法包括三个主要步骤201、202、203，其对应于设备100的处理器101用于执行的三个主要步骤。

具体地，在方法200的第一步骤201中，BS根据至少一个UE的传输请求以及根据干扰信息，将多个传输流调度到多个组102中。调度可以由例如设备100执行，设备100可以是BS或可以部分在BS中使用。在方法200的第二步骤202中，BS为每个传输流分配传输持续时间，其中，根据至少一个UE的业务需求信息，为相同组102的传输流分配相同的传输持续时间。在方法200的第三步骤203中，BS和/或至少一个AP为每个传输流分配传输功率，其中，对于相同组102的传输流，根据组的每个传输流的信道质量，分配传输功率。

在下文中，特别是参照方法步骤更详细地描述本发明的实施例。然而，设备100的处理器101可以用于执行每个具体描述的方法步骤。

图3详细示出了使用根据本发明实施例的上述设备100和方法200的整个过程。如图3所示，可以在BS(宏)、至少一个(毫米波)AP和至少一个UE(用户)之间执行整个过程。

首先，由至少一个UE和/或AP执行初始接入过程。该过程包括例如UE与BS或AP的关联、波束对齐(Tx和/或Rx波束)以及信噪比(signal to noise ratio，SNR)估计。优选地，SNR估计在至少一个UE处完成。从该过程中，BS能够例如通过低于6GHz(sub-6GHz)的链路收集至少一个UE的业务需求信息，并且可以进一步识别所需的毫米波传输流。这些传输流可以包括回程和/或接入链路上的DL和/或UL。

然后，优选地执行干扰感测过程，最优选地在所有网络元件中(即，在BS、AP和UE中)根据在导频传输上BS的调度执行干扰感测过程。具体地，在初始接入之后，为了干扰感测的目的，BS例如通过低于6GHz的链路，将导频传输调度到AP和UE。优选地，干扰感测过程是长周期过程(例如，每几个超帧执行一次)。当干扰感测过程结束时，AP和/或UE例如通过低于6GHz的链路将向BS报告在不同传输流中获得的干扰信息。然后，干扰信息可用于下面描述的传输流调度。

基于该报告，前两个步骤由设备100根据方法200执行。因此，在图3中，设备100至少部分在BS处使用。即，执行并发传输(例如，如图3中的SDMA)调度(步骤1)和传输持续时间分配(步骤2)。具体地，利用毫米波传输流和干扰信息，处理器101可以用于计算并发传输调度和传输持续时间分配(下文将更详细地描述)。

然后，根据获得的结果，BS向AP和UE通知组ID(例如，映射到图3中的流的SDMA组ID)和每组102的传输持续时间分配。具体地，BS可以例如通过低于6GHz的链路通知AP和UE。如前所述，每组102包含可以同时调度的传输流。

利用这些接收的参数，AP和UE可以获得传输流的分配的传输时间和持续时间、以及传输帧的TDD切换点(即，AP和BS可以具有不同的TDD切换点)。具体地，在对组ID和传输持续时间进行解调之后，AP和UE可以获得相应传输流的传输时刻和传输持续时间。此外，还可以在AP中获得DL和UL传输的TDD切换点。

最后，在BS和/或AP处执行Tx功率分配(步骤3)。具体地，基于并发传输调度结果，BS和AP为相应流分配传输功率(下文将更详细地描述)。

在上述调度和资源分配之后，图3所示的整个过程的剩余部分是每组102的持续时间的定期重新分配。具体地，由于用户业务需求可能在不同的帧处变化，所以每组102中的传输持续时间的定期重新分配可以以短周期方式运行。可以通过例如6GHz的链路交换业务需求和更新的传输持续时间。

下面将参照图4-6更详细地描述用于无线调度和资源分配的三个主要步骤201-203。也就是说，描述了构建在图1的设备100和图2的方法200上的特定实施例。

对于第一步骤201，如图4所示，可以例如由处理器101运行并发传输调度算法。优选地，处理器101至少部分位于BS处。该算法的主要思想是根据UE传输请求和干扰信息确定在哪个组102中发送哪些传输流。可以在UE初始接入BS期间根据上述整个过程中提到的干扰感测，获取干扰信息。

作为第一步骤201的输入消息，根据UE业务需求和通过干扰感测获取的干扰信息生成传输流图。特别是通过上述整个过程中提到的发送方法，例如通过低于6GHz的链路，在BS和AP和/或UE之间交换输入。在传输流图中，网络元件(即BS、AP和UE)由节点(图4中的大写字母)表示，传输流由节点之间的边表示(图4中的箭头)。

利用干扰信息，传输流图例如由处理器101转到新图，其称为“冲突图”。在该冲突图中，节点表示传输流(流图中的边)，边表示传输流之间的“冲突关系”。更具体地说，如果两个流通过TDD约束或半双工约束耦合，或者如果两个流之间存在高于阈值的干扰，则冲突图中的两个节点(流)之间存在边。显然，不能同时调度由边“连接”的传输流，因为相应的网络元件不能同时进行发送和接收，或者如果同时传输会导致高于阈值的强干扰。

优选地，例如由处理器101将具有冲突图、基于最大独立发送(maximumindependentsent，MIS)的调度算法作为整个算法的核心进行运行。因此，求得冲突图中最大节点数，其中，在任何所选节点之间不存在边。换句话说，基于MIS的调度算法求得可以同时发送的流的最大数量，而不违反任何TDD约束、半双工约束并且不会引起高于阈值的干扰。利用唯一的ID对由算法选择的流进行索引，该ID是例如SDMA组的称为“SDMA组ID”，意味着这些流是同时被调度的。

作为第一步骤201的输出消息，在运行并发传输调度算法之后，例如由处理器101输出调度表，该调度表包含组ID(图4中的SDMA组ID)和每组102中(例如，由开始和结束节点表示)的流。该信息将在信令交换过程中向AP和UE发送，例如通过上述整个过程中提到的低于6GHz的链路。

对于第二步骤202，如图5所示，所有传输流在组102之一中进行调度，分配每组102的传输持续时间，以便确定相应流的传输持续时间。每组102中的所有流将分配相同的传输持续时间，例如由处理器101分配。因此，优选地，总持续时间不超过超帧长度。

作为第二步骤202的输入消息，由第一步骤201描述的并发传输调度产生的调度表与用户需求相结合，该用户需求是在初始接入之后从信令交换过程中获得的。

对于每组102，所有流的需求(所需的传输持续时间)可以是不同的。因此，在每组102中，选择最大传输持续时间，然后通过最大传输持续时间和超帧的总长度按比例计算每组102中的流的实际分配传输持续时间。更具体地，假设组i的最大传输持续时间表示为n_max^i，则计算组i分配的持续时间为

在上述公式中，N是超帧的总长度，并且表示向下取整函数。在计算每组102的持续时间之后，相应组102中的所有流将被分配与组102的持续时间相同的传输持续时间。

作为第二步骤202的输出消息，输出每组102(例如SDMA组)的持续时间。

完成前两个步骤201、202后，BS例如通过低于6GHz的链路，向AP和UE通知每组102的组ID和传输持续时间。在剩余的第三步骤203中，如图6所示，分配所有流的传输功率，由于启用了空间复用，从相同BS和/或AP同时传输的流不能各自获得最大传输功率。功率分配方案提高了网络吞吐量。这里，注水功率分配算法优选地应用于以分布式方式从相同的BS和/或AP发送的并发流，并且对于没有功率约束的流保持最大传输功率。

作为第三步骤203的输入消息，通过映射组ID，BS和AP获得其相应的并发传输流。进一步的输入是流的信道质量，例如，流的信道增益，其可以从整个过程开始时的初始接入中获得。

注水功率分配算法优选地为具有较高信道质量(例如，具有较高信道增益)的流提供更多功率，反之亦然。如图6所示，流A到B的信道质量例如高于流A到G的信道质量，因此与流A到G上分配的0.4w相比，流A到B分配了更多的功率(0.6w)。对于图6所示的其他流，可以分配最大传输功率，因为它们没有功率限制。

作为第三步骤203的输出消息，输出每个传输流的传输功率。

接下来，参照图7详细描述与三个主要步骤201-203相关联的低开销信令方法。信令方法可以例如通过低于6GHz的链路，在BS、AP和UE之间提供重要的信息交换。这里的主要问题是，发送所有流的传输持续时间需要很多的控制信息，因此会增加开销。然而，由于每组102中的流的传输持续时间相同，因此优选地BS仅与AP和UE交换以下信息：组ID、每组102中的流、第一组102的开始时间和每组102的持续时间。因此，可以显著减少开销。

通过根据上述信息进行映射，AP和UE能够知道关于传输的所有信息，包括在哪个时刻发送哪个流、传输持续多长时间、以及何时切换到接收(TDD帧中的DL/UL切换点)。不需要进一步的信息。以这种方式，信令开销保持较小。

接下来，参照图8更详细地描述干扰感测过程。如上所述，干扰感测是长周期过程，并不频繁执行(例如，每几个超帧执行一次)。为了进一步提高干扰感测过程的效率，可以重复使用上文关于第一步骤201描述的基于MIS的调度算法。为此，可以仅利用TDD约束或半双工约束构建冲突图，并且可以找到在该场景中可以同时传输的流。在根据“调度”结果对流进行分组之后，BS已经知道干扰感测需要多少级导频(类似于并发传输调度中的组102)。更具体地，每个导频级中的流的发送机(Tx)将发送导频，并且相应地，这些流的接收机(Rx)将接收导频。假设正交导频可用于干扰感测，因此，每个导频级中使用的导频数量和持续时间取决于导频级中“调度”的流的数量。在干扰感测之后，导频的Rx将通过例如低于6GHz的链路向BS和/或AP报告干扰信息。

接下来，参照图9详细描述UE感知干扰和调度更新过程。网络中的干扰情况可以是时变的。具体地，以下事件将导致干扰信息的变化：新的UE/AP出现、UE/AP移动、UE/AP变为空闲。

优选地，这些事件触发BS处的干扰信息更新过程：当出现新的UE/AP时，通过初始接入过程触发BS。当UE/AP移动时，通过波束跟踪过程触发BS。当UE/AP变为空闲时，通过RRC连接状态超时通知BS。

基于此，需要重新执行干扰感测，但是优选地，与整体干扰调度相比，以简化的方式执行，因为变化仅由具有上述事件的AP/UE(还有BS)引起。具体地，只有相应的AP/UE可以发送导频信号，而其他节点只是接收。然后，感测干扰的AP/UE例如向BS或设备100报告新的干扰信息。优选地，现有的干扰信息例如在BS或设备100处保持已知，这意味着不需要额外的信令。

然后，BS更新上述关于步骤201描述的冲突图，并且重新运行并发传输调度和传输持续时间分配算法(图9中的步骤1和2)，并且仅向相应的AP/UE发送组ID的更新部分。并发传输调度固有地保持调度结果(根据先前结果)的变化尽可能的小。优选地，不发送从组ID到传输流的映射的未改变部分，并且相应的UE/AP更新仅对于相应的流的组ID映射和传输持续时间分配。最后，优选地，只有与相应流相关联的BS和/或AP重新运行传输功率分配(步骤3)。显然，以这种方式，信令开销保持非常低。

接下来，描述TDD帧结构子帧映射。根据关于上述调度决策的信息(例如流的组ID、传输持续时间)，AP和UE能够知道关于传输的所有信息，包括在哪个时刻发送哪个流、传输持续多长时间、以及何时切换到接收(TDD帧中的DL/UL切换点)。不需要冗余信息。每个流上的传输持续时间分配随不同超帧中的并发传输调度结果而变化。因此，每个AP应该能够相应地灵活调整DL/UL的传输持续时间。如上所述，利用每组102的组ID映射和传输持续时间，AP可以获得DL/UL切换点。通过组合所有来自相应组ID的DL流，AP可以计算总的DL传输持续时间。该DL传输持续时间之后是用于在DL和UL之间切换的保护间隔。在该保护间隔之后，UL传输将在一定的持续时间内发生，这可以类似于DL进行计算。

注意，本发明还可以容易地扩展到其他优化目标，例如，加权和速率优化、能效等。在加权和速率优化中，由于利用本发明使网络吞吐量最大化，因此，对资源分配算法和相关联的低开销信令方法重复使用所提出的三个步骤201-203并对目标函数稍加修改，也可以导致加权和速率最大化。此外，对于能效优化，在启用并发传输的情况下，可以为每个流分配更多的时间资源。因此，可以降低传输功率，以便在没有进行并发传输的情况下实现相同的网络吞吐量。保持前两个步骤201、202不变，可以将最后一个步骤变成为每个流分配传输功率，以实现所需的最小吞吐量。

下面参考图10-13给出数值评估，以说明本发明的益处。对于数值评估，假设以下系统参数：城市场景-曼哈顿网格；载波频率为28GHz和73GHz；传统的路径损耗模型(M.R.Akdeniz等人于1014年在IEEE Journal的第32卷，第6期，第1164-1179页提出的“毫米波信道建模和蜂窝容量评估(“Millimeter Wave Channel Modeling and CellularCapacityEvaluation”)通信中的选定领域)。此外，BS、AP和UE分别具有8×16和4×4天线阵列；在28GHz和73GHz的天线单元间距离(1/2λ，half-lambda)分别为4.55mm和2.085mm；BS、AP和UE的最大传输功率分别为30dBm和20dBm；业务需求是“全缓冲”。

图10示出了用于以下性能评估的示例性室外曼哈顿网格场景。在图10中，被街道包围的建筑物由四个正方形表示。UE用小十字表示，UE沿着街道均匀分布。箭头分别表示两个接入链路和回程链路。

图11示出了BS/AP天线阵列(左)和UE天线阵列(右)的3D天线方向图。

图12和13示出了针对不同用户总数的三种不同方案的平均用户吞吐量。这三种方案是：纯TDMA方案、仅具有前两个步骤201和202(并发传输调度和传输持续时间分配)的调度方案、以及分别具有所有三个步骤201-203的方案。对于这三种方案中的每一种，虚线表示载波频率为28GHz的用户吞吐量，实线表示载波频率为73GHz的用户吞吐量。在累积分布函数(cumulative distribution function，CDF)中比较所有吞吐量。

如图12所示，根据本发明的实施例实现三个主要步骤201-203提供了两个载波频率下平均用户吞吐量的显着提高，特别是与TDMA方案相比。这里，假设有100个用户。对于28GHz和73GHz载波频率，可以分别观察到300Mbps和475Mbps的平均用户吞吐量的增益。此外，具有所有三个步骤201-203的方案也优于具有平坦传输功率的方案(仅步骤201和202)，这与功率分配进一步提高用户吞吐量的理论期望一致。

在图13中，在两个载波频率中可以观察到类似的趋势。由于带宽有限，将用户数量增加到200在某种程度上降低了平均用户吞吐量的增益，然而，在具有三个步骤201-203的本发明方案和在28GHz和73GHz载频的TDMA方案之间，仍然可以观察到150Mbps和225Mbps的增益。

已经结合各种实施例作为示例以及实现描述了本发明。然而，通过对附图、本公开和独立权利要求的研究，本领域的技术人员可以理解和实现其它变化，并实施所要求保护的发明。在权利要求以及说明书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现权利要求中记载的若干实体或项目的功能。在相互不同的从属权利要求中记载的某些手段的事实并不表示这些手段的组合不能用于有利的实现。

Claims (15)

1.一种用于调度和分配无线资源的设备，所述设备包括处理器，所述处理器用于：

根据至少一个用户设备UE的传输请求以及根据干扰信息，将多个传输流调度到多个组中，

为每个传输流分配传输持续时间，其中，根据所述至少一个UE的业务需求信息，为相同组的传输流分配相同的传输持续时间，

为每个传输流分配传输功率，其中对于相同组的传输流，根据所述组的每个传输流的信道质量，分配所述传输功率。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理器还用于：

以分配的所述传输持续时间和传输功率同时发送相同组的传输流。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，对于调度所述传输流，所述处理器用于：

求得每组的最大传输流数，所述传输流可以在不违反任何时分双工TDD约束或半双工约束并且不会引起高于阈值的干扰的情况下同时发送。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，对于所述求得每组的所述最大传输流数，所述处理器用于：

根据所述传输请求和所述干扰信息生成冲突图，所述冲突图包括表示传输流的节点、表示TDD约束或半双工约束的边、以及高于两个所选传输流之间的阈值的干扰，以及

在冲突图中求得最大节点数，对于所述节点，任何两个所选节点之间不存在边。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，对于调度所述传输流，所述处理器用于：

将每组和/或相同组的每个传输流与组标识ID相关联。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中，所述处理器还用于：

接收来自所述至少一个UE或至少一个接入点AP的所述干扰信息，其中，所述干扰信息是在干扰感测过程中由所述至少一个UE和/或AP获取的。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，对于所述至少一个UE和/或AP的所述干扰感测过程，所述处理器用于：

根据所述至少一个UE的所述传输请求和/或所述至少一个AP的传输请求，将多个导频传输调度到多个导频级中，以及

确定在哪个导频级向哪个UE和/或AP发送哪个导频。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，对于调度所述导频传输，所述处理器用于：

求得每个导频级的最大导频传输次数，所述导频传输可以在不违反任何TDD约束或半双工约束的情况下同时发送。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中，对于为所述每个传输流分配所述传输持续时间，所述处理器用于：

确定每组的所述传输流的最大传输持续时间，以及

基于所述最大传输持续时间和超帧的长度，计算将要分配给所述组的传输流的所述传输持续时间。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其中，对于为所述每个传输流分配所述传输功率，所述处理器用于：

为具有较高信道质量的传输流分配较大的传输功率，并为具有较低信道质量的传输流分配较小的传输功率。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的设备，其中，所述处理器还用于：

在所述UE初始接入基站BS期间，从所述至少一个UE获得所述业务需求信息，和/或

在所述UE初始接入所述BS期间，从所述至少一个UE获得所述传输流的所述信道质量。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备，其中，所述处理器用于：

通过与所述至少一个UE和/或所述至少一个AP的信令，交换所述传输流的调度结果和所述传输持续时间的分配结果。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，

所述传输流的所述调度结果包括组ID，每个组ID与一个组和/或一个组的每个传输流相关联，并且

所述传输持续时间的所述分配结果包括每个组的传输持续时间和第一组的传输开始时间。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的设备，其中，所述处理器用于：

当UE和/或AP移动、变为空闲和/或新出现时，更新所述干扰信息，以及

根据所述至少一个UE的所述传输请求以及根据更新的所述干扰信息，将所述传输流重新调度到多个新组中。

15.一种用于调度和分配无线资源的方法，所述方法包括以下步骤：

基站BS根据至少一个用户设备UE的传输请求以及根据干扰信息，将多个传输流调度到多个组中，

所述BS为每个传输流分配传输持续时间，其中，根据所述至少一个UE的业务需求信息，为相同组的传输流分配相同的传输持续时间，以及

所述BS和/或至少一个接入点AP为每个传输流分配传输功率，其中对于相同组的传输流，根据所述组的每个传输流的信道质量，分配所述传输功率。