專利名稱：多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的動態(tài)資源分配方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)，尤其涉及一種多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的動態(tài)資源分配方 法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，對于下一代無線通信系統(tǒng)的移動語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求正在目益增長。在 增加系統(tǒng)的用戶容量的同時(shí)，保證每個(gè)用戶的服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求是在構(gòu)建這些系統(tǒng)時(shí)需 要考慮的主要問題。常規(guī)的蜂窩通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，但是不能有效地利用無線資源。在蜂窩通 信系統(tǒng)中一般采用頻率復(fù)用技術(shù)，即重復(fù)使用相同的頻率以便提高系統(tǒng)的容量和頻譜的效 率，這種頻率復(fù)用技術(shù)一般來說是靜態(tài)的。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)用因子為3的蜂窩通 信系統(tǒng)。在圖1所示意的系統(tǒng)中，每個(gè)小區(qū)的編號表示所用的不同頻帶。從圖1中可以看 出，有3種頻帶被復(fù)用。然而，這種系統(tǒng)存在著明顯的缺陷。這是因?yàn)?，無論在一個(gè)小區(qū)中 對于多少個(gè)用戶進(jìn)行服務(wù)，分配給每個(gè)小區(qū)中的頻帶總是固定的，只是系統(tǒng)頻譜的1/3。當(dāng) 某一小區(qū)中的用戶激增時(shí)，該小區(qū)中的各個(gè)用戶的流量需求就無法得到滿足。很顯然，這種 頻率分配的靈活性的缺失不能滿足移動用戶的流量需求的動態(tài)特性。針對上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中存在著多種技術(shù)解決方案。正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù) 是其中的一種。在OFDM系統(tǒng)中，基于關(guān)于信道條件的反饋信息，可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的用戶-子 載波指定。如果這種指定被很快地實(shí)現(xiàn)，就能夠進(jìn)一步降低OFDM系統(tǒng)的快速衰減以及窄 帶同信道干擾，從而實(shí)現(xiàn)更好的系統(tǒng)頻譜效率。而且，不同數(shù)量的子載波被指定給不同的 用戶，以便支持不同的QoS要求，即分別控制各個(gè)用戶的數(shù)據(jù)速率以及錯(cuò)誤概率。由于具有 可縮放性和多入多出天線(MMO)友好性，以及能夠利用信道頻率選擇性的優(yōu)點(diǎn)，OFDM被認(rèn) 為非常適合于寬帶無線網(wǎng)絡(luò)。因此，OFDM已經(jīng)成為用于寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，例如3GPP長期演進(jìn) (LTE)以及WiMAX(IEEE 802. 16)的主要技術(shù)解決方案。OFDMA是OFDM數(shù)字調(diào)制方案的多用戶版本。在OFDMA系統(tǒng)中，通過向各個(gè)用戶指 定子載波的子集進(jìn)行多路接入，從而實(shí)現(xiàn)來自多個(gè)用戶的同時(shí)的低數(shù)據(jù)速率傳輸。正交頻分多址(OFDMA)可以被看作是OFDM與時(shí)分多址(TDMA)或者時(shí)域統(tǒng)計(jì)多路 復(fù)用(即分組模式通信)的結(jié)合。低數(shù)據(jù)速率用戶利用低傳輸功率，而不是利用“脈沖的” 高功率載波來同時(shí)進(jìn)行發(fā)送，并且可以實(shí)現(xiàn)較小的固定延遲。OFDMA系統(tǒng)也可以被看作是頻 域多址和時(shí)域多址的結(jié)合，其中資源按照時(shí)_頻空間被分割，并且按照OFDM符號索引以及 OFDM子載波索引來指定時(shí)隙。業(yè)已知道，無線資源管理在優(yōu)化OFDMA系統(tǒng)的性能時(shí)起到非常重要的作用。但是， 即使不存在小區(qū)間的干擾，優(yōu)化信道資源分配也是非常難以處理的問題。在實(shí)踐中，其他 的限制，例如各個(gè)用戶的速率要求也會使該問題更加難以解決。更為重要的是，很多關(guān)于 OFDMA資源分配的技術(shù)解決方案仍然局限在單小區(qū)的情形，而不能解決多小區(qū)情形下的資 源分配優(yōu)化問題。
因此，需要提供一種用于多小區(qū)系統(tǒng)的分配子載波(有時(shí)也被稱為資源塊)的技 術(shù)解決方案，使得整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量實(shí)現(xiàn)最大化。為此，需要考慮多個(gè)問題，諸如小區(qū)間干 擾、多用戶分集的利用、用戶間資源分配的公平以及性能和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性之間的折中等。而 且，由于在無線移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，信道狀態(tài)條件(CSI)、用戶位置以及用戶行為都具有動態(tài) 特性，因而該技術(shù)解決方案需要考慮多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)的不同業(yè)務(wù)的CSI、流量需求以及 QoS要求，從而進(jìn)行動態(tài)無線資源分配。在現(xiàn)有技術(shù)中，公開了在多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)中分配資源的多種技術(shù)解決方案。 在 G.Li 禾Π H. Liu 的“Downlink Radio Resource Allocation for Multi-Cell OFDMA System，，，IEEE Trans, on Wireless Communications, vol. 5, no. 12, Dec. 2006 中，提出了 一種用于多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)的下行無線資源分配方案，其中在無線資源控制器(RNC)和基 站(BS)中實(shí)現(xiàn)動態(tài)資源分配。就在RNC和BS之間區(qū)分無線資源控制判定而言，該方案是 半分布式的。根據(jù)該方案，RNC在超幀級中判定哪個(gè)信道將由哪個(gè)BS使用之后，BS在幀級 上判定哪個(gè)用戶被分配給哪個(gè)信道。該方案闡述了分別對于RNC和BS的優(yōu)化問題，并且提 供了具有計(jì)算效率的算法，該算法可以執(zhí)行干擾避免和流量/信道自適應(yīng)的函數(shù)。圖2示出了根據(jù)上述方案的在多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)中進(jìn)行下行無線資源分配的方框 圖。從圖2可以看出，多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)包括RNC、BS和移動臺(MS)。在該系統(tǒng)中，各個(gè)MS 將其CSI以及優(yōu)勢干擾信息報(bào)告給BS，BS然后將接收到的CSI以及優(yōu)勢干擾信息再報(bào)告給 無線資源控制器。隨后，無線網(wǎng)絡(luò)控制器執(zhí)行超幀級子信道分配，而BS執(zhí)行幀級調(diào)度。
具體地說，無線資源控制器(RNC)控制著多個(gè)BS，根據(jù)由各個(gè)BS報(bào)告的所有MS的 CSI信息以及優(yōu)勢干擾信息進(jìn)行全局優(yōu)化，將子信道分配結(jié)果發(fā)送給各個(gè)BS，并且將對于 各個(gè)MS分配的子信道建議發(fā)送給各個(gè)BS，從而通過執(zhí)行超幀級的無線資源分配使得系統(tǒng) 的下行吞吐量實(shí)現(xiàn)最大化。下面具體描述無線網(wǎng)絡(luò)控制器實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化的具體過程。無線網(wǎng)絡(luò)控制器根據(jù)BS報(bào)告的所有用戶的CSI信息以及所有用戶的優(yōu)勢干擾信 息，并且按照以下公式進(jìn)行全局優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的下行吞吐量的最大化
^ N M1、 max Σ Σ ‘ (smn - Σ L (S ~ ^n》
Y 、"=lm=lieMjranJ其中. | mn -Imn)表示由于優(yōu)勢干擾信息導(dǎo)致的速率降低量；
IeM ι
■"innymn(s·- Zyin(smn-L·))表示第m個(gè)用戶在信道η上的傳輸率；
ieMj
Jmn滿足約束條件1 ) Xymne{0，l}，l = l,2”..，L;n = l,2”..，N，
HieMl2)y· e {0，l}，m = 1，2，· · ·，Mt ;n = 1，2，· · ·，N其中ξΥ e {()’1}表示一個(gè)BS中每個(gè)信道在任意時(shí)刻最多只能被一個(gè)用戶使用；其中Y = [y ]表示子信道分配矩陣；
N表示可用的子信道數(shù)目；L表示BS數(shù)目；
Mt表示所有BS中的用戶總數(shù)；Snm表示用戶m在信道η上沒有優(yōu)勢干擾信息時(shí)的可達(dá)速率；Inm表示用戶m在信道η上有優(yōu)勢干擾信息時(shí)的可達(dá)速率；Jnm表示用戶m在信道η上的優(yōu)勢干擾基站的索引；Mlmn表示用戶m在信道η上優(yōu)勢干擾基站內(nèi)的用戶集合。在上述全局優(yōu)化的過程中，MS i測量相鄰小區(qū)對其的干擾，并且從中得出對其干 擾程度最高的BSl JfBSl認(rèn)為是優(yōu)勢干擾基站，將來自BSl的信號認(rèn)為是對MS i的優(yōu)勢干 擾信息。該優(yōu)勢干擾信息由未加入優(yōu)勢干擾時(shí)測量的MS i的信干噪比(SINR)與加入優(yōu)勢 干擾時(shí)測量的MSi的信干噪比來表示。在無線資源控制器進(jìn)行全局優(yōu)化后，將子信道分配結(jié)果發(fā)送給各個(gè)BS，并且將對 于各個(gè)MS分配的子信道建議發(fā)送給各個(gè)BS。然后，BS進(jìn)行幀級調(diào)度，即根據(jù)各個(gè)MS的流 量情況以及信道情況，將各幀中的各個(gè)時(shí)隙分別指定給不同的MS。下面描述BS如何根據(jù)MS的CSI以及流量情況來最大化基站的吞吐量的具體過 程。具體地說，BS根據(jù)以下公式對幀內(nèi)各時(shí)隙資源進(jìn)行指定<formula>formula see original document page 8</formula>其中<formula>formula see original document page 8</formula>表示用戶m在信道η上的可達(dá)速率；<formula>formula see original document page 8</formula>表示用戶m在一個(gè)時(shí)隙可以傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)；滿足約束條件<formula>formula see original document page 8</formula><formula>formula see original document page 8</formula>其中qm表示用戶m的緩沖區(qū)占據(jù)量；N1表示給BS1分配的子信道的數(shù)量；M1表示BS1中的用戶的數(shù)量；%表示一個(gè)時(shí)隙的時(shí)長；X = [xj表示RNC對基站的子信道分配矩陣；Z = [zj表示本時(shí)隙中對用戶的子信道分配矩陣。最后，MS根據(jù)BS所指定的時(shí)隙來接聽下行鏈路流量。此外，美國專利申請US 2007/0077793A1涉及在多小區(qū)OFDMA下行系統(tǒng)中的動態(tài) 復(fù)用分割。在該文獻(xiàn)中，考慮利用動態(tài)子信道分配來解決蜂窩OFDMA的復(fù)用分割問題。該 問題被劃分為兩個(gè)子問題，并且采用兩步式的子優(yōu)化方法。在第一個(gè)子問題中，RNC根據(jù)關(guān) 于所有小區(qū)中的每個(gè)用戶的限制信息，解決復(fù)用分割問題。在第二個(gè)子問題中，在復(fù)用分割 模式已由RNC確定的情況下，每個(gè)BS根據(jù)小區(qū)中的每個(gè)用戶的準(zhǔn)確信息，解決其小區(qū)中的吞吐量最大化的問題。從以上的描述可以看出，在現(xiàn)有技術(shù)中有多種因素沒有考慮，諸如QoS要求、多個(gè) 同信道干擾、上行鏈路流量等，從而限制了在多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)中動態(tài)資源分配的實(shí)際應(yīng) 用的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的動態(tài)資源分配方法和設(shè) 備。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的控制器，所述控制器 包括接收裝置，用于接收基站發(fā)送的信道狀態(tài)信息、小區(qū)間干擾信息以及流量需求信 息；全局優(yōu)化裝置，用于根據(jù)所述接收裝置接收的信息對子信道分配進(jìn)行全局優(yōu)化， 以使所述系統(tǒng)的上行和下行吞吐量實(shí)現(xiàn)最大化；發(fā)送裝置，用于將所述全局優(yōu)化裝置作出的子信道分配結(jié)果發(fā)送給基站。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的基站，所述基站包 括接收裝置，用于接收控制器所發(fā)送的子信道分配結(jié)果；調(diào)度裝置，用于根據(jù)所述接收裝置接收的子信道分配結(jié)果，針對每種業(yè)務(wù)類別，利 用比例公平調(diào)度算法對各幀中的各個(gè)時(shí)隙進(jìn)行指定；發(fā)送裝置，用于發(fā)送所述調(diào)度裝置的時(shí)隙指定結(jié)果至移動臺。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供了一種多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的控制器中的資源分 配方法，所述方法包括步驟(1)接收信道狀態(tài)信息、小區(qū)間干擾信息以及流量需求信息；(2)根據(jù)上述接收的信息對子信道分配進(jìn)行全局優(yōu)化，以使所述系統(tǒng)的上行和下 行吞吐量實(shí)現(xiàn)最大化；(3)將子信道分配結(jié)果發(fā)送給基站。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供了一種多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的基站中的資源分配 方法，所述方法包括步驟(1)接收子信道分配結(jié)果；(2)根據(jù)所述接收的子信道分配結(jié)果，針對每種業(yè)務(wù)類別，利用比例公平調(diào)度算法 對各幀中的各個(gè)時(shí)隙進(jìn)行指定；(3)發(fā)送時(shí)隙指定的結(jié)果至移動臺。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供了一種多小區(qū)無線通信系統(tǒng)中的資源分配系統(tǒng)， 包括控制器以及基站。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供了一種多小區(qū)無線通信系統(tǒng)中的資源分配方法，所述方法包括步驟(1)控制器接收信道狀態(tài)信息、小區(qū)間干擾信息以及流量需求信息；(2)根據(jù)上述接收的信息對子信道分配進(jìn)行全局優(yōu)化，以使所述系統(tǒng)的上行和下行吞吐量實(shí)現(xiàn)最大化；(3)將子信道分配結(jié)果發(fā)送給基站；(4)所述基站根據(jù)所述接收的子信道分配結(jié)果，針對每種業(yè)務(wù)類別，利用比例公平調(diào)度算法對各幀中的各個(gè)時(shí)隙進(jìn)行指定；(5)發(fā)送時(shí)隙指定的結(jié)果至移動臺。本發(fā)明考慮了用戶的QoS要求、小區(qū)間干擾以及上行鏈路流量需求等因素，使用 兩級動態(tài)資源分配，即在控制器中實(shí)現(xiàn)多個(gè)小區(qū)之間的資源分配，以便在小區(qū)之間有效地 分配子信道，并且基于信道條件以及QoS要求，在小區(qū)內(nèi)的用戶之間進(jìn)行資源調(diào)度，從而使 得每個(gè)用戶能夠得到與其流量需求以及QoS要求相匹配的寬帶資源，并且提高了系統(tǒng)的總 的上行和下行吞吐量。


圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)用因子為3的蜂窩通信系統(tǒng)。圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的在多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)中進(jìn)行下行無線資源分配的方框圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的方框圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)中的控制器的結(jié)構(gòu)方框圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)中的基站的結(jié)構(gòu)方框圖。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的控制器中的資源分配方法的流 程圖。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的基站中的資源分配方法的流程 圖。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的用于多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)的資源分配系統(tǒng)的方框圖。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的在多小區(qū)無線通信系統(tǒng)中的資源分配方法。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)的動態(tài)資源管理的方 框圖。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的帶有接納控制的多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)的 動態(tài)資源管理的方框圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖并結(jié)合具體實(shí)施例來描述根據(jù)本發(fā)明的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的動 態(tài)資源分配方法和設(shè)備。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的方框圖。如圖3所示，所述多小 區(qū)無線通信系統(tǒng)包括控制器31、多個(gè)基站321-32Π以及多個(gè)移動臺3311-33皿，其中控制器 31控制著基站321-32Π并執(zhí)行超幀級子信道分配，基站321-32Π執(zhí)行幀級調(diào)度。在本發(fā)明中，移動臺3311-33rm將所測量的信道狀態(tài)信息、小區(qū)間干擾信息和帶 寬要求分別報(bào)告給基站321-32Π，并且根據(jù)所述基站321-32Π所指定的時(shí)隙來傳輸和接收 數(shù)據(jù)流量。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，移動臺3311-33rm所測量的信道狀態(tài)信息利用 信干噪比的形式來表示。小區(qū)間干擾信息利用不存在干擾時(shí)，移動臺3311-33rm測量的信 干噪比以及存在相鄰小區(qū)干擾時(shí)移動臺3311-33rm測量的信干噪比來表示。帶寬需要反映移動臺3311-33rm接入某些業(yè)務(wù)類別時(shí)所需要的帶寬。基站321-32Π根據(jù)移動臺3311-33rm報(bào)告的信道狀態(tài)信息、小區(qū)間干擾信息和帶 寬要求，分別得到各子信道的平均下行鏈路的信號強(qiáng)度、各子信道的平均上行鏈路的信號 強(qiáng)度以及流量需求，并且將這些信息報(bào)告給控制器31。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，基站 321通過對移動臺報(bào)告的不同子信道上的信號強(qiáng)度直接求平均、或者進(jìn)行加權(quán)平均，計(jì)算出 各子信道的平均下行鏈路的信號強(qiáng)度，并且通過測量不同子信道上本小區(qū)的用戶信號強(qiáng)度 以及各相鄰小區(qū)的用戶的信號強(qiáng)度，對各小區(qū)內(nèi)用戶的信號強(qiáng)度直接求平均、或者進(jìn)行加 權(quán)平均，計(jì)算出各子信道的平均上行鏈路的信號強(qiáng)度。在本發(fā)明的再一個(gè)具體實(shí)施例中，基 站321對于移動臺3311-331n報(bào)告的帶寬要求進(jìn)行匯總，例如對于這些帶寬要求進(jìn)行累加， 從而得到用戶的流量需求?？刂破?1根據(jù)從各個(gè)基站接收的各子信道的平均下行鏈路的信號強(qiáng)度、各子信 道的平均上行鏈路的信號強(qiáng)度，獲取各小區(qū)的用戶平均下行鏈路信干噪比和各小區(qū)的基站 上行鏈路信干噪比，并且根據(jù)從各個(gè)基站接收的用戶的流量需求得到流量需求信息。然后， 執(zhí)行對于子信道分配的全局優(yōu)化，以使所述系統(tǒng)的總的上行和下行吞吐量實(shí)現(xiàn)最大化。最 后，基站321-32Π分配由控制器31指定的子信道內(nèi)的資源。針對每種業(yè)務(wù)類別，利用比例 公平調(diào)度算法對各幀中的各個(gè)時(shí)隙進(jìn)行指定，并且將時(shí)隙指定結(jié)果發(fā)送給移動臺。需要說明的是，圖3所示的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)中的控制器、基站以及移動臺之 間的連接和信息交互可以利用現(xiàn)有的接口和協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述多小區(qū)無線通信系統(tǒng)是多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述多小區(qū)無線通信系統(tǒng)是3GPP長期演進(jìn)(LTE)中 定義的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)，其中基站321-3211是eNodeB，而移動臺3311-331n是用戶設(shè)備UE。下面結(jié)合附圖對所述多小區(qū)無線通信系統(tǒng)作進(jìn)一步的描述。參考圖10，圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)的動態(tài)資源 管理的方框圖。在該實(shí)施例中，多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)包括控制器、基站和移動臺。在圖10所 示的實(shí)施例中，使用了兩級動態(tài)資源管理，即控制器執(zhí)行的超幀級子信道分配以及基站執(zhí) 行的幀級調(diào)度。具體地說，各個(gè)移動臺將CSI、所測量的小區(qū)間干擾信息以及自己的帶寬要求報(bào)告 給相應(yīng)的基站，基站將上述信息再報(bào)告給控制器?？刂破鞲鶕?jù)上述信息導(dǎo)出各個(gè)基站中用 戶的平均CSI、各個(gè)基站的小區(qū)間干擾信息以及各個(gè)基站的流量需求。隨后，控制器根據(jù)上 述導(dǎo)出的信息，利用全局優(yōu)化將子信道分配給各個(gè)基站，使得總的下行鏈路和上行鏈路的 系統(tǒng)吞吐量實(shí)現(xiàn)最大。在執(zhí)行全局優(yōu)化之后，控制器僅僅需要發(fā)送被分配給每個(gè)基站的子 信道，并不發(fā)送對于每個(gè)移動臺的資源分配建議。接著，基站根據(jù)控制器所分配的子信道，利用針對每種業(yè)務(wù)類別的比例公平調(diào)度 算法，調(diào)度每個(gè)幀內(nèi)的時(shí)隙資源，從而將每個(gè)幀內(nèi)的時(shí)隙分配給不同的移動臺。隨后，移動 臺根據(jù)基站的調(diào)度結(jié)果來傳送和接收業(yè)務(wù)。參考圖11，本發(fā)明還示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的帶有接納控制的多小區(qū) OFDMA系統(tǒng)的動態(tài)資源管理的方框圖。與圖10所示的實(shí)施例相比，該實(shí)施例中采用了呼叫 接納控制技術(shù)。
如圖11所示，新業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)接納請求先從移動臺傳遞到基站，接著從基站傳遞到 控制器?？刂破骰谙到y(tǒng)帶寬可用性來判定是否準(zhǔn)許所述新業(yè)務(wù)的接入。接著，接納控制 結(jié)果從控制器經(jīng)由基站被發(fā)送到移動臺。
以下對 本發(fā)明系統(tǒng)中的控制器以及基站做進(jìn)一步的描述，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明 的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)中的控制器的結(jié)構(gòu)方框圖。從圖4可以看出，控制器31包括接收裝 置41、全局優(yōu)化裝置42以及發(fā)送裝置43。其中接收裝置41接收來自基站321-3211的信道 狀態(tài)信息、小區(qū)間干擾信息以及流量需求信息，并且從基站321-3211接收新業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)接 納請求。全局優(yōu)化裝置42根據(jù)所述接收裝置41接收的信息對子信道分配執(zhí)行全局優(yōu)化， 以使所述系統(tǒng)的總的上行和下行吞吐量實(shí)現(xiàn)最大化。隨后，全局優(yōu)化裝置42將子信道分配 結(jié)果通過發(fā)送裝置43發(fā)送給基站321-3211。在本發(fā)明中所述的控制器還可以包括接納控制 裝置44，接納控制裝置44針對接收裝置41所接收的業(yè)務(wù)接納請求，根據(jù)所述系統(tǒng)的帶寬可 用性來確定是否準(zhǔn)許新業(yè)務(wù)的接入，生成接納控制結(jié)果，并且將接納控制結(jié)果通過發(fā)送裝 置43發(fā)送給基站321-3211。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述全局優(yōu)化裝置42還包括獲取裝置421，用于根據(jù)接收裝置41接收的信道狀態(tài)信息以及小區(qū)間干擾信息， 獲取各小區(qū)的用戶平均下行鏈路信干噪比和各小區(qū)的基站上行鏈路信干噪比；以及子信道分配裝置422，用于在滿足所述流量需求信息的前提下，根據(jù)獲取裝置421 接收的信干噪比，并且按照各個(gè)基站在所有子信道上的上行和下行傳輸速率之和最大時(shí)的 子信道的分配方式，生成子信道分配結(jié)果，并且將子信道分配結(jié)果提供給發(fā)送裝置43。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中所述子信道分配裝置422在滿足以下條件的前提 下，即l)xln e {0，1}，1 = 1，2，· · ·，L ;n = 1，2，· · ·，N ；2 ) f^R(SINRl)Xln ^ Σ^η(0，其表示下行最小流量需求限制；
-1ZgM/3 ) j^R(SINRl')xln > ^rmin1O")，其表示上行最小流量需求限制；
n-/eM/按照以下公式對子信道分配進(jìn)行全局優(yōu)化，以使所述系統(tǒng)的上行和下行吞吐量實(shí) 現(xiàn)最大化，從而生成子信道分配結(jié)果rnaxl Λ 玄 X RiSINR1n )χ,η+ΣΣ R、SINK 'K I'
Λ V /=1I=I η= J其中SINR] ’表示平均上行信干噪比；
,RSSi1lnSINR" = A^ + ΣRSSIJ ^xP表示基站1中所有用戶在子信道η上的平均下行信
M‘
干噪比SINR ；速率函數(shù)R (SINR)是在子信道η上，在SINR下運(yùn)用自適應(yīng)調(diào)制和編碼能達(dá)到的速 率；X= [xj表示子信道分配矩陣；
λ是時(shí)分雙工系統(tǒng)的下行鏈路_上行鏈路幀的時(shí)間比，或者頻分雙工系統(tǒng)的下行 鏈路_上行鏈路的頻率帶寬比；rfflin(i)是用戶i所有業(yè)務(wù)類別的下行最小速率要求之和，rmin’⑴是用戶i所有 業(yè)務(wù)類別的上行最小速率要求之和。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在速率函數(shù)R(SINRn)沒有被預(yù)先得到時(shí)，利用shannon 信道容量定理對自適應(yīng)速率調(diào)節(jié)進(jìn)行估計(jì)，根據(jù)以下公式進(jìn)行全局優(yōu)化<formula>formula see original document page 13</formula>需要明確指出的是，上述的全局優(yōu)化方案只是本發(fā)明的具體實(shí)施例，用以示例的 目的。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員很顯然的是，可以針對不同的應(yīng)用場景、不同的應(yīng)用要求，改變 這些參數(shù)的類型和/或內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)不同的全局優(yōu)化方案。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)且僅當(dāng)以下表達(dá)式被滿足的時(shí)候，接納控制裝置44 才允許新業(yè)務(wù)的接入
L j ^Eirii)] E[r(m)]其中E[r(i)]是用戶i基于信道反饋得到的預(yù)估速率，Mt表示所述系統(tǒng)中的所有 用戶，rmin(i)是用戶i所有業(yè)務(wù)類別的下行最小速率要求之和。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)中的基站的結(jié)構(gòu)方框圖。從圖5可 以看出，基站321包括接收裝置51、調(diào)度裝置52以及發(fā)送裝置54。接收裝置51接收來自 移動臺3311-331n的CSI、小區(qū)間干擾信息以及帶寬要求。調(diào)度裝置52根據(jù)接收裝置51接 收的CSI、小區(qū)間干擾信息以及帶寬要求，分別得到各子信道的平均下行鏈路的信號強(qiáng)度、 各子信道的平均上行鏈路的信號強(qiáng)度以及流量需求，并且將這些信息通過發(fā)送裝置54報(bào) 告給控制器31。在控制器31執(zhí)行超幀級子信道分配之后，基站321執(zhí)行幀級調(diào)度。具體地說，接收 裝置51接收控制器31所發(fā)送的子信道分配結(jié)果。調(diào)度裝置52根據(jù)接收裝置51接收的子 信道分配結(jié)果，針對每種業(yè)務(wù)類別，利用比例公平調(diào)度算法對各幀中的各個(gè)時(shí)隙進(jìn)行指定。 發(fā)送裝置54發(fā)送調(diào)度裝置52的時(shí)隙指定結(jié)果至移動臺3311-33111。在本發(fā)明中對應(yīng)于上述的控制器，所述基站也可以包括業(yè)務(wù)請求接納裝置53。在 接納控制過程中，接收裝置51接收來自移動臺3311-331n的新業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)接納請求，業(yè)務(wù) 請求接納裝置53將所述接收的業(yè)務(wù)接納請求通過發(fā)送裝置54發(fā)送給控制器31。在控制 器31作出接納控制判定之后，接收裝置51接收來自控制器31的接納控制結(jié)果，業(yè)務(wù)請求 接納裝置53將接納控制結(jié)果通過發(fā)送裝置54發(fā)送給對應(yīng)的移動臺。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，調(diào)度裝置52對于相同業(yè)務(wù)類別，在每個(gè)時(shí)隙t，選擇使 下述公式最大化的用戶向其分配時(shí)隙t
<formula>formula see original document page 13</formula>在作出分配判定之后的每個(gè)時(shí)隙中，按照下述公式更新每個(gè)用戶的平均速率<formula>formula see original document page 13</formula>
其中r(i，t)是在時(shí)隙t用戶i的瞬時(shí)速率的估計(jì)，E[r(i，t)]是在時(shí)隙t用戶i 的平均速率的估計(jì)，tc是時(shí)間常數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，調(diào)度裝置52對于具有不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)類別，按照業(yè) 務(wù)類別的優(yōu)先級遞減的順序，進(jìn)行時(shí)隙的分配；對于具有相同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)類別，利用比例 公平調(diào)度算法對各幀中的各個(gè)時(shí)隙進(jìn)行指定。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對于不同的業(yè)務(wù)類別，按照這些業(yè)務(wù)類別的原始服務(wù) 質(zhì)量要求而分配不同的優(yōu)先級。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的控制器中的資源分配方法的流 程圖。如圖6所示，在步驟S61中，接收信道狀態(tài)信息、小區(qū)間干擾信息以及流量需求。在 步驟S62中，根據(jù)上述接收的信息對子信道分配進(jìn)行全局優(yōu)化，以使所述系統(tǒng)的上行和下 行吞吐量實(shí)現(xiàn)最大化。在步驟S63中，將子信道分配結(jié)果發(fā)送給基站。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在步驟S62中，還包括步驟根據(jù)所述接收的信道狀態(tài)信息以及小區(qū)間干擾信息，獲取各小區(qū)的用戶平均下行 鏈路信干噪比和各小區(qū)的基站上行鏈路信干噪比；以及在滿足所述流量需求信息的前提下，根據(jù)上述接收的信干噪比，并且按照各個(gè)基 站在所有子信道上的上行和下行傳輸速率之和最大時(shí)的子信道的分配方式，生成子信道分 配結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在步驟S62中，在滿足以下條件的前提下，即1) x, e{0，l}，1 = l，2，···，L;n = 1，2，···，N;2 ) j]R(SINR[)xln > Xrmin(Z)，其表示下行最小流量需求限制；
-1f'eM,3 ) f^R(SINR^)Xln > Xrmin'(0，其表示上行最小流量需求限制；
H-]ZeM/按照以下公式對子信道分配進(jìn)行全局優(yōu)化，以使所述系統(tǒng)的上行和下行吞吐量實(shí) 現(xiàn)最大化，從而生成子信道分配結(jié)果<formula>formula see original document page 14</formula>
其中 ΥΜ :’表示平均上行信干噪比；
,RSSI11 SINRn (^) 二RSSji 表示基站1中所有用戶在子信道η上的平均下行信
i*i ‘
干噪比SINR ；速率函數(shù)R (SINR)是在子信道η上，在SINR下運(yùn)用自適應(yīng)調(diào)制和編碼能達(dá)到的速 率；X = [xj表示子信道分配矩陣；λ是時(shí)分雙工系統(tǒng)的下行鏈路_上行鏈路幀的時(shí)間比，或者頻分雙工系統(tǒng)的下行鏈路_上行鏈路的頻率帶寬比；rfflin(t)是用戶i所有業(yè)務(wù)類別的下行最小速率要求之和，rmin’⑴是用戶i所有業(yè)務(wù)類別的上行最小速率要求之和。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述資源分配方法還包括步驟根據(jù)所述系統(tǒng)的帶寬可用性來確定是否準(zhǔn)許來自移動臺的新業(yè)務(wù)的接入，并且將 接納控制結(jié)果發(fā)送給基站。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)且僅當(dāng)以下表達(dá)式被滿足的時(shí)候，才允許新業(yè)務(wù)的 接入
L j ^ΕΠι)] E[r(m)]其中E[r(i)]是用戶i基于信道反饋得到的預(yù)估速率，Mt表示所述系統(tǒng)中的所有 用戶，rmin(i)是用戶i所有業(yè)務(wù)類別的下行最小速率要求之和。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的基站中的資源分配方法的流程 圖。如圖7所示，在步驟S71中，接收控制器31所發(fā)送的子信道分配結(jié)果。在步驟S72中， 根據(jù)所述接收的子信道分配結(jié)果，針對每種業(yè)務(wù)類別，利用比例公平調(diào)度算法對各幀中的 各個(gè)時(shí)隙進(jìn)行指定。在步驟S73中，發(fā)送時(shí)隙指定的結(jié)果至移動臺。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在步驟S72中，對于相同業(yè)務(wù)類別，在每個(gè)時(shí)隙t，選擇 使下述公式最大化的用戶向其分配時(shí)隙t
r(i,t)max-,
-μ, E[r{i,t)]在作出分配判定之后的每個(gè)時(shí)隙中，按照下述公式更新每個(gè)用戶的平均速率E[r(i,t + \)] = (\~ -)E[r(i, )] + 丄 x r(i, t)其中r(i，t)是在時(shí)隙t用戶i的瞬時(shí)速率的估計(jì)，E[r(i，t)]是在時(shí)隙t用戶i 的平均速率的估計(jì)，tc是時(shí)間常數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟S72還包括步驟對于具有不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)類別，按照業(yè)務(wù)類別的優(yōu)先級遞減的順序，進(jìn)行時(shí)隙 的分配；以及對于具有相同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)類別，利用比例公平調(diào)度算法對各幀中的各個(gè)時(shí)隙進(jìn) 行指定。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對于不同的業(yè)務(wù)類別，按照這些業(yè)務(wù)類別的原始服務(wù) 質(zhì)量要求而分配不同的優(yōu)先級。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述資源分配方法還包括步驟接收來自移動臺的新業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)接納請求，并將來自控制器的接納控制結(jié)果發(fā)送 給移動臺。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的用于多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)的資源分配系統(tǒng)的方框圖。如圖 8所示，本發(fā)明的資源分配系統(tǒng)包括控制器31、基站321以及移動臺3311?？刂破?1包括 接收裝置41、全局優(yōu)化裝置42、發(fā)送裝置43以及接納控制裝置44，基站321包括接收裝置 51、調(diào)度裝置52、業(yè)務(wù)請求接納裝置53以及發(fā)送裝置54。本領(lǐng)域技術(shù)人員業(yè)已知道，每個(gè)超幀對應(yīng)于多個(gè)連續(xù)幀，而每幀包括多個(gè)時(shí)隙。在 本發(fā)明中，可用的帶寬被劃分為多個(gè)子信道，每個(gè)子信道是一簇OFDMA子載波，OFDMA子信道是可以被分配給每個(gè)基站的單元?；緦r(shí)間/頻率資源以時(shí)隙(在某些系統(tǒng)中為資源塊)的形式分配給各個(gè)用戶，時(shí)隙是在時(shí)間/頻率域內(nèi)可以被分配給單個(gè)用戶的物理層資 源的最小單元。在圖8所示的方框圖中，使用了兩級動態(tài)資源分配，即控制器31執(zhí)行的超幀級子 信道分配以及基站321執(zhí)行的幀級調(diào)度。具體地說，移動臺3311將CSI、所測量的小區(qū)間干 擾信息以及自己的帶寬要求報(bào)告給基站321，基站321將上述信息再報(bào)告給控制器31。控 制器31根據(jù)上述信息導(dǎo)出各個(gè)基站中用戶的平均CSI、各個(gè)基站的小區(qū)間干擾信息以及各 個(gè)基站的流量需求。隨后，控制器31中的全局優(yōu)化裝置42根據(jù)上述導(dǎo)出的信息，對子信道 分配進(jìn)行全局優(yōu)化，使得總的下行鏈路和上行鏈路的系統(tǒng)吞吐量實(shí)現(xiàn)最大。在執(zhí)行全局優(yōu) 化之后，控制器31僅僅需要發(fā)送被分配給每個(gè)基站的子信道，并不發(fā)送對于每個(gè)移動臺的 資源分配建議。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，CSI以及小區(qū)間干擾信息是以基站321或移動臺3311 所檢測到的不同形式的SINR來表示的?；?21中的調(diào)度裝置52根據(jù)控制器31所分配的子信道內(nèi)的資源，利用針對每 種業(yè)務(wù)類別的比例公平調(diào)度算法，調(diào)度每個(gè)幀內(nèi)的時(shí)隙資源，從而將每個(gè)幀內(nèi)的時(shí)隙分配 給移動臺。隨后，移動臺根據(jù)調(diào)度裝置52的調(diào)度結(jié)果來傳送和接收業(yè)務(wù)。下面對圖8所示的資源分配系統(tǒng)作進(jìn)一步的描述。1、控制器31向基站321分配超幀級子信道在本發(fā)明中，控制器的主要作用在于協(xié)調(diào)相互干擾以及適應(yīng)每個(gè)小區(qū)的流量需 求。為了更加清楚地闡述控制器31的子信道分配過程，假定多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)具有N個(gè)流 量子信道以及L個(gè)BS (小區(qū))的網(wǎng)絡(luò)。M1表示BS 1的用戶集。每個(gè)BS可以使可用子信道 的子集處于工作狀態(tài)，而使剩余的子信道禁止使用。第1個(gè)BS中的用戶的數(shù)量為M1，并且
整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有總共個(gè)用戶。信道分配矩陣Χ ΧΝ= [xj :xln= 1表明子信道η被分配給BS1，0表示子信道η 未被分配給BSl。在圖8所示的資源分配系統(tǒng)中，分別考慮下行鏈路和上行鏈路干擾抑制，以便使 系統(tǒng)總的吞吐量實(shí)現(xiàn)最大化。(1)下行鏈路干擾抑制在特定的流量子信道η上，由與其服務(wù)BSl (m)通信的用戶m接收的SINR可以被 表示為<formula>formula see original document page 16</formula>(1)N0是加性高斯白噪聲(AWGN)頻譜密度，p1(m),n是子信道η上的BSl (m)的傳送功 率。由于這是針對超幀級信道分配，h表示長期信道增益(路徑損耗以及陰影衰減)。ph可 以通過用戶接收的信號強(qiáng)度(也被稱為接收信號強(qiáng)度指示符RSSI)來測量。接收的信干噪比的測量依賴于子信道置換(subchannel permutation)的不同模 式。在具有相鄰子載波置換的系統(tǒng)中，RSSI11,n是在子信道η上，BSl中的所有用戶從服務(wù) BS接收的平均信號強(qiáng)度指示符。該測量是在導(dǎo)頻上執(zhí)行的。RSSI1 “是在子信道η上，BSl中的所有用戶從干擾BSj接收的平均信號強(qiáng)度指示符。在子信道η上的BSl的用戶的平均 SINR通過以下公式估計(jì)得出
<formula>formula see original document page 17</formula>(2) 在具有分布式的(隨機(jī)化的)子載波置換的系統(tǒng)中，RSSI11是BSl中的所有用戶 從服務(wù)BS接收的平均信號強(qiáng)度指示符。該信道測量是在前置碼中進(jìn)行的。RSSI1j是BS 1 中的所有用戶從干擾BSj接收的平均信號強(qiáng)度指示符。在子信道η上的BS 1的用戶的平 均SINR通過以下公式估計(jì)得出<formula>formula see original document page 17</formula>(2)上行鏈路干擾抑制每個(gè)基站監(jiān)聽移動臺以及相鄰站的上行鏈路的導(dǎo)頻，以便得到信號強(qiáng)度測量。在 具有相鄰子載波置換的系統(tǒng)中，假定RSSI11, η’是在子信道η上，每個(gè)用戶的BSl平均接收 功率，RSSI1jin’是在子信道η上，來自相鄰BS的用戶的BSl平均接收功率。那么，子信道η 上的BSl中的平均上行鏈路SINR通過以下公式估計(jì)得出
<formula>formula see original document page 17</formula>在具有分布式的(隨機(jī)化的)子載波置換的系統(tǒng)中，假定RSSI11'是每個(gè)用戶的BS 1平均接收功率。RSSI1/是來自相鄰BS j的用戶的BSl平均接收功率。那么，子信道η上 的BSl中的平均上行鏈路SINR通過以下公式估計(jì)得出
<formula>formula see original document page 17</formula>(3)控制器31執(zhí)行全局優(yōu)化為了更加清楚地闡述控制器31中的全局優(yōu)化過程，本發(fā)明定義了一個(gè)速率函數(shù) R(SINRn),該函數(shù)表示在子信道η上，在SINR下運(yùn)用自適應(yīng)調(diào)制和編碼方案(MCS)可以達(dá) 到的速率。該函數(shù)可以方便地從鏈路自適應(yīng)曲線或查閱表中得到?？刂破?1中的全局優(yōu)化裝置42通過以下公式實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化<formula>formula see original document page 17</formula>其中約束條件<formula>formula see original document page 17</formula>
λ是時(shí)分雙工(TDD)系統(tǒng)的下行鏈路-上行鏈路幀的時(shí)間比，或者頻分雙工(FDD)系統(tǒng)的下行鏈路-上行鏈路的頻率帶寬比。rfflin(i)是對于用戶i的所有業(yè)務(wù)類別所需的總下行鏈路最小速率，rmin’⑴是對 于用戶i的所有業(yè)務(wù)類別所需的總上行鏈路最小速率。一般來說，盡最大努力的業(yè)務(wù)(BE) 不具有 rmin(rmin = 0)。在上述公式(6)中，表示在下行方向上用戶受到相鄰基站干擾時(shí)得到的信 干噪比，S/Μζ’表示在上行方向上基站受到相鄰小區(qū)用戶干擾時(shí)得到的信干噪比。從公式 (1) _ (5)可以看出，SINR]pSINR] ’都是基于用戶的信道狀態(tài)信息以及小區(qū)間干擾信息而得
到的。而且，rmin(i)和rmin’⑴反映單個(gè)用戶的帶寬要求，而公式⑶中的 反映某
ZeM/
一基站的流量需求。需要說明的是，在速率函數(shù)R(SINRn)沒有被預(yù)先得到時(shí)，利用shannon信道容量 定理對自適應(yīng)速率調(diào)節(jié)進(jìn)行估計(jì)，因而公式(6)也可以修改為以下公式進(jìn)行全局優(yōu)化<formula>formula see original document page 18</formula>2、基站321對于移動臺3311進(jìn)行幀級調(diào)度在圖8所示的方框圖中，基站321分配由控制器31所指定的子信道內(nèi)的資源。該 分配過程由基站321中的調(diào)度裝置52來實(shí)現(xiàn)。下行鏈路調(diào)度是針對隊(duì)列中的所有數(shù)據(jù)進(jìn) 行的，而上行鏈路調(diào)度是基于從移動臺接收到的帶寬請求進(jìn)行的。在本發(fā)明中，對于幀級資源分配，使用劃分優(yōu)先級后的比例公平調(diào)度算法，即對于 不同類別的新業(yè)務(wù)，按照這些業(yè)務(wù)的原始QoS要求分配不同的優(yōu)先級。例如，在LTE中，QoS 優(yōu)先級由Qos等級標(biāo)示(QCI)來表示，而在802. 16中，可以按以下業(yè)務(wù)類型進(jìn)行優(yōu)先級排 序非請求的頻寬分配業(yè)務(wù)(UGS)具有最高的優(yōu)先級，實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)(rtPS)具有其次的優(yōu) 先級，擴(kuò)展的實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)(ertPS)具有再次的優(yōu)先級，非實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)(nrtPS)再次之， 盡最大努力的業(yè)務(wù)(BE)具有最低的優(yōu)先級。在進(jìn)行幀級資源分配時(shí)，對于具有不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)類別，首先按照業(yè)務(wù)類別的 優(yōu)先級遞減的順序，調(diào)度裝置52向各個(gè)移動臺分配時(shí)隙。然后，對于具有相同優(yōu)先級的業(yè) 務(wù)類別，在每個(gè)時(shí)隙t，調(diào)度裝置52選擇使下述公式最大化的移動臺向其分配時(shí)隙t <formula>formula see original document page 18</formula>需要指出的是，使公式(10)最大化的具體方法可以參照下述參考文獻(xiàn) A. Jalali, R. Padovani, and R. Pankaj, "Data Throughput of CDMA-HDR -.a High Efficiency-High Data Rate Personal Communication Wireless System，，VTC-S' 2000, vol. 3，pp.1854-1858，2000。在作出分配判定之后的每個(gè)時(shí)隙中，按照下述公式更新每個(gè)用戶的平均速率<formula>formula see original document page 18</formula>其中r(i，t)是在時(shí)隙t用戶i的瞬時(shí)速率的估計(jì)，E[r(i，t)]是在時(shí)隙t用戶i 的平均速率的估計(jì)，tc是時(shí)間常數(shù)。3、接納控制過程
在上文所述的兩級動態(tài)資源分配中，每個(gè)小區(qū)得到的帶寬基于網(wǎng)絡(luò)流量占有率而 變化。由于每個(gè)小區(qū)都不具有關(guān)于用戶行為的全局信息，因而對于基站來說很難僅僅基于 其自己的小區(qū)流量信息來實(shí)現(xiàn)呼叫接納控制。為此，需要在控制器中針對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的用戶 信息執(zhí)行接納控制，而不是常規(guī)地基于單小區(qū)的用戶信息執(zhí)行接納控制。在圖8所示的資源分配系統(tǒng)中，采用了呼叫接納控制(CAC)技術(shù)，以針對資源可用 性檢驗(yàn)新業(yè)務(wù)的最小請求速率。這是一種保證被服務(wù)用戶的QoS的方法。具體地說，如圖8所示，新業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)接納請求先從移動臺3311報(bào)告給基站321， 接著被基站321中的業(yè)務(wù)請求接納裝置53報(bào)告給控制器31?？刂破?1中的接納控制裝置 44基于系統(tǒng)帶寬可用性來判定是否準(zhǔn)許所述新業(yè)務(wù)的接入，并且將接納控制結(jié)果通過發(fā)送 裝置43發(fā)送到基站321。隨后，基站321中的業(yè)務(wù)請求接納裝置53將接納控制結(jié)果通過發(fā) 送裝置54發(fā)送到移動臺3311。在本發(fā)明中，可以采用在 S. Das，H. Viswanathan，and G. Rittenhouse, "Dynamic load balancing through coordinated scheduling in packet data systems" in Proc. IEEE INF0C0M, San Franscisco, CA, Apr. 2003中描述的基于測量的呼叫接納控制方法，實(shí) 現(xiàn)本發(fā)明的基于控制器的接納控制方案。具體地說，當(dāng)且僅當(dāng)以下表達(dá)式被滿足的時(shí)候，控制器31才允許移動臺3311的新 業(yè)務(wù)接入(12)其中E[r(i)]是用戶i基于信道反饋得到的預(yù)估速率，Mt表示多小區(qū)系統(tǒng)中的所 有用戶，rmin(i)是對于用戶i的所有業(yè)務(wù)類別所需的總下行鏈路最小速率。需要指出的是，本發(fā)明中所述的控制器可以獨(dú)立地存在，駐留在RNC、接入服務(wù)網(wǎng) 絡(luò)(ASN)網(wǎng)關(guān)(諸如在WiMAX系統(tǒng)中)，也可以駐留在網(wǎng)絡(luò)的其中一個(gè)基站中。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的在多小區(qū)無線通信系統(tǒng)中的資源分配方法。在步驟S91 中，控制器接收信道狀態(tài)信息、小區(qū)間干擾信息以及流量需求信息。在步驟S92中，根據(jù) 上述接收的信息對子信道分配進(jìn)行全局優(yōu)化，以使所述系統(tǒng)的上行和下行吞吐量實(shí)現(xiàn)最大 化。在步驟S93中，將子信道分配結(jié)果發(fā)送給基站。在步驟S94中，所述基站根據(jù)所述接收 的子信道分配結(jié)果，針對每種業(yè)務(wù)類別，利用比例公平調(diào)度算法對各幀中的各個(gè)時(shí)隙進(jìn)行 指定。在步驟S95中，發(fā)送時(shí)隙指定的結(jié)果至移動臺。以上描述了本發(fā)明的一些具體實(shí)施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以在不背離本發(fā)明的基本構(gòu)思的前提下，對于本發(fā)明作出各種修改，但是這些修改都應(yīng)落入本發(fā)明的 權(quán)利要求書限定的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的控制器，所述控制器包括接收裝置，用于接收基站發(fā)送的信道狀態(tài)信息、小區(qū)間干擾信息以及流量需求信息；全局優(yōu)化裝置，用于根據(jù)所述接收裝置接收的信息對子信道分配進(jìn)行全局優(yōu)化，以使所述系統(tǒng)的上行和下行吞吐量實(shí)現(xiàn)最大化；發(fā)送裝置，用于將所述全局優(yōu)化裝置作出的子信道分配結(jié)果發(fā)送給基站。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述全局優(yōu)化裝置還包括獲取裝置，用于根據(jù)所述接收的信道狀態(tài)信息以及小區(qū)間干擾信息，獲取各小區(qū)的用 戶平均下行鏈路信干噪比和各小區(qū)的基站上行鏈路信干噪比；以及子信道分配裝置，用于在滿足所述流量需求信息的前提下，根據(jù)上述接收的信干噪比， 并且按照各個(gè)基站在所有子信道上的上行和下行傳輸速率之和最大時(shí)的子信道的分配方 式，生成子信道分配結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制器，其中所述子信道分配裝置在滿足以下條件的前提 下，即l)<formula>formula see original document page 2</formula>2<formula>formula see original document page 2</formula>，其表示下行最小流量需求限制； 3<formula>formula see original document page 2</formula>，其表示上行最小流量需求限制；按照以下公式對子信道分配進(jìn)行全局優(yōu)化，以使所述系統(tǒng)的上行和下行吞吐量實(shí)現(xiàn)最 大化，從而生成子信道分配結(jié)果<formula>formula see original document page 2</formula>其中S/M 1/表示平均上行信干噪比；<formula>formula see original document page 2</formula>表示基站1中所有用戶在子信道n上的平均下行信干噪 比 SINR ；速率函數(shù)R(SINR)是在子信道n上，在SINR下運(yùn)用自適應(yīng)調(diào)制和編碼能達(dá)到的速率； X = [xj表示子信道分配矩陣；入是時(shí)分雙工系統(tǒng)的下行鏈路-上行鏈路幀的時(shí)間比，或者頻分雙工系統(tǒng)的下行鏈 路-上行鏈路的頻率帶寬比；rfflin(i)是用戶i所有業(yè)務(wù)類別的下行最小速率要求之和，rfflin‘ (i)是用戶i所有業(yè)務(wù) 類別的上行最小速率要求之和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，還包括接納控制裝置，用于根據(jù)所述系統(tǒng)的帶寬可用性來確定是否準(zhǔn)許來自移動臺的新業(yè)務(wù) 的接入，并且將接納控制結(jié)果發(fā)送給基站。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制器，其中當(dāng)且僅當(dāng)以下表達(dá)式被滿足的時(shí)候，所述接納 控制裝置才允許新業(yè)務(wù)的接入<formula>formula see original document page 3</formula>其中E[r(i)]是用戶i基于信道反饋得到的預(yù)估速率，Mt表示所述系統(tǒng)中的所有用戶， rfflin(i)是用戶i所有業(yè)務(wù)類別的下行最小速率要求之和。
6.一種多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的基站，所述基站包括接收裝置，用于接收根據(jù)權(quán)利要求1的控制器所發(fā)送的子信道分配結(jié)果； 調(diào)度裝置，用于根據(jù)所述接收裝置接收的子信道分配結(jié)果，針對每種業(yè)務(wù)類別，利用比 例公平調(diào)度算法對各幀中的各個(gè)時(shí)隙進(jìn)行指定；發(fā)送裝置，用于發(fā)送所述調(diào)度裝置的時(shí)隙指定結(jié)果至移動臺。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基站，其中所述調(diào)度裝置對于相同業(yè)務(wù)類別，在每個(gè)時(shí)隙t， 選擇使下述公式最大化的用戶向其分配時(shí)隙t <formula>formula see original document page 3</formula>在作出分配判定之后的每個(gè)時(shí)隙中，按照下述公式更新每個(gè)用戶的平均速率<formula>formula see original document page 3</formula>其中r(i，t)是在時(shí)隙t用戶i的瞬時(shí)速率的估計(jì)，E[r(i，t)]是在時(shí)隙t用戶i的平 均速率的估計(jì)，t。是時(shí)間常數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基站，所述調(diào)度裝置對于具有不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)類別，按照 業(yè)務(wù)類別的優(yōu)先級遞減的順序，進(jìn)行時(shí)隙的分配；對于具有相同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)類別，利用比 例公平調(diào)度算法對各幀中的各個(gè)時(shí)隙進(jìn)行指定。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基站，其中對于不同的業(yè)務(wù)類別，按照這些業(yè)務(wù)類別的原始 服務(wù)質(zhì)量要求而分配不同的優(yōu)先級。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基站，其中所述基站還包括業(yè)務(wù)請求接納裝置，用于接收來自移動臺的新業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)接納請求，并將來自控制器 的接納控制結(jié)果發(fā)送給移動臺。
11.一種多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的控制器中的資源分配方法，所述方法包括步驟(1)接收信道狀態(tài)信息、小區(qū)間干擾信息以及流量需求信息；(2)根據(jù)上述接收的信息對子信道分配進(jìn)行全局優(yōu)化，以使所述系統(tǒng)的上行和下行吞 吐量實(shí)現(xiàn)最大化；(3)將子信道分配結(jié)果發(fā)送給基站。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的資源分配方法，其中步驟(2)還包括步驟根據(jù)所述接收的信道狀態(tài)信息以及小區(qū)間干擾信息，獲取各小區(qū)的用戶平均下行鏈路 信干噪比和各小區(qū)的基站上行鏈路信干噪比；以及在滿足所述流量需求信息的前提下，根據(jù)上述接收的信干噪比，并且按照各個(gè)基站在 所有子信道上的上行和下行傳輸速率之和最大時(shí)的子信道的分配方式，生成子信道分配結(jié)果。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的資源分配方法，其中在步驟(2)中，在滿足以下條件的前提 下，即1) <formula>formula see original document page 4</formula>2)<formula>formula see original document page 4</formula>其表示下行最小流量需求限制；3) <formula>formula see original document page 4</formula>，其表示上行最小流量需求限制；按照以下公式對子信道分配進(jìn)行全局優(yōu)化，以使所述系統(tǒng)的上行和下行吞吐量實(shí)現(xiàn)最 大化，從而生成子信道分配結(jié)果<formula>formula see original document page 4</formula>其中表示平均上行信干噪比；<formula>formula see original document page 4</formula>表示基站1中所有用戶在子信道n上的平均下行信干噪速率函數(shù)R(SINR)是在子信道n上，在SINR下運(yùn)用自適應(yīng)調(diào)制和編碼能達(dá)到的速率； X = [xj表示子信道分配矩陣；入是時(shí)分雙工系統(tǒng)的下行鏈路-上行鏈路幀的時(shí)間比，或者頻分雙工系統(tǒng)的下行鏈 路-上行鏈路的頻率帶寬比；rfflin(i)是用戶i所有業(yè)務(wù)類別的下行最小速率要求之和，rfflin‘ (i)是用戶i所有業(yè)務(wù) 類別的上行最小速率要求之和。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的資源分配方法，還包括步驟根據(jù)所述系統(tǒng)的帶寬可用性來確定是否準(zhǔn)許來自移動臺的新業(yè)務(wù)的接入，并且將接納 控制結(jié)果發(fā)送給基站。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的資源分配方法，其中當(dāng)且僅當(dāng)以下表達(dá)式被滿足的時(shí)候， 才允許新業(yè)務(wù)的接入<formula>formula see original document page 4</formula>其中E[r(i)]是用戶i基于信道反饋得到的預(yù)估速率，Mt表示所述系統(tǒng)中的所有用戶， rfflin(i)是用戶i所有業(yè)務(wù)類別的下行最小速率要求之和。
16.一種多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的基站中的資源分配方法，所述方法包括步驟(1)接收按照權(quán)利要求11的資源分配方法所發(fā)送的子信道分配結(jié)果；(2)根據(jù)所述接收的子信道分配結(jié)果，針對每種業(yè)務(wù)類別，利用比例公平調(diào)度算法對各 幀中的各個(gè)時(shí)隙進(jìn)行指定；(3)發(fā)送時(shí)隙指定的結(jié)果至移動臺。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的資源分配方法，其中在步驟(2)中，對于相同業(yè)務(wù)類別，在 每個(gè)時(shí)隙t，選擇使下述公式最大化的用戶向其分配時(shí)隙t <formula>formula see original document page 4</formula>在作出分配判定之后的每個(gè)時(shí)隙中，按照下述公式更新每個(gè)用戶的平均速率<formula>formula see original document page 5</formula>其中r(i，t)是在時(shí)隙t用戶i的瞬時(shí)速率的估計(jì)，E[r(i，t)]是在時(shí)隙t用戶i的平 均速率的估計(jì)，t。是時(shí)間常數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的資源分配方法，其中步驟(2)還包括步驟對于具有不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)類別，按照業(yè)務(wù)類別的優(yōu)先級遞減的順序，進(jìn)行時(shí)隙的分 配；以及對于具有相同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)類別，利用比例公平調(diào)度算法對各幀中的各個(gè)時(shí)隙進(jìn)行指定。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的資源分配方法，其中對于不同的業(yè)務(wù)類別，按照這些業(yè)務(wù) 類別的原始服務(wù)質(zhì)量要求而分配不同的優(yōu)先級。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的資源分配方法，其中所述方法還包括步驟接收來自移動臺的新業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)接納請求，并將來自控制器的接納控制結(jié)果發(fā)送給移 動臺。
21.一種多小區(qū)無線通信系統(tǒng)中的資源分配系統(tǒng)，包括 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的控制器；以及 根據(jù)權(quán)利要求6-10中任何一項(xiàng)所述的基站。
22.—種多小區(qū)無線通信系統(tǒng)中的資源分配方法，所述方法包括步驟(1)控制器接收信道狀態(tài)信息、小區(qū)間干擾信息以及流量需求信息；(2)根據(jù)上述接收的信息對子信道分配進(jìn)行全局優(yōu)化，以使所述系統(tǒng)的上行和下行吞 吐量實(shí)現(xiàn)最大化；(3)將子信道分配結(jié)果發(fā)送給基站；(4)所述基站根據(jù)所述接收的子信道分配結(jié)果，針對每種業(yè)務(wù)類別，利用比例公平調(diào)度 算法對各幀中的各個(gè)時(shí)隙進(jìn)行指定；(5)發(fā)送時(shí)隙指定的結(jié)果至移動臺。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的動態(tài)資源分配方法和設(shè)備。在本發(fā)明中，控制器接收信道狀態(tài)信息、小區(qū)間干擾信息以及流量需求信息；根據(jù)上述接收的信息對子信道分配進(jìn)行全局優(yōu)化，以使所述系統(tǒng)的上行和下行吞吐量實(shí)現(xiàn)最大化；將子信道分配結(jié)果發(fā)送給基站；所述基站根據(jù)所述接收的子信道分配結(jié)果，針對每種業(yè)務(wù)類別，利用比例公平調(diào)度算法對各幀中的各個(gè)時(shí)隙進(jìn)行指定；發(fā)送時(shí)隙指定的結(jié)果至移動臺。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，考慮了用戶的QoS要求、小區(qū)間干擾以及上行鏈路流量需求等因素，使得每個(gè)用戶能夠得到與其流量需求以及QoS要求相匹配的寬帶資源，并且提高了系統(tǒng)的總的上行和下行吞吐量。
文檔編號H04W72/04GK101835161SQ20091012647
公開日2010年9月15日 申請日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者夏勇, 易粟, 王剛 申請人:日電(中國)有限公司