中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)中基于中繼緩存的兩跳平衡分布式調(diào)度算法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于中繼緩存的兩跳平衡分布式調(diào)度算法TBDRC，使基站eNB與中繼站relay之間的第一跳回程backhaul鏈路吞吐量和中繼站relay與中繼用戶relayUE之間的第二跳接入access鏈路吞吐量平衡，以提高中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)資源利用率和小區(qū)吞吐量。本算法基于relayUE的確認(rèn)字符ACK反饋信息更新relay緩存中的數(shù)據(jù)量，在保證數(shù)據(jù)被正常傳輸?shù)耐瑫r(shí)，避免了同樣的數(shù)據(jù)被多次正確傳輸，能減少backhaul鏈路的資源浪費(fèi)，進(jìn)一步提高access鏈路的吞吐量。
【專利說明】中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)中基于中繼緩存的兩跳平衡分布式調(diào)度
異?古
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線移動(dòng)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)中一種基于中繼緩存信息的兩跳平衡分布式調(diào)度算法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著后3G時(shí)代的到來，無線通信系統(tǒng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)吞吐量、頻譜效率、小區(qū)覆蓋等提出了更高的要求。若僅依賴傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，則只能通過更加密集的部署基站(eNB)來達(dá)到目標(biāo)，然而高昂的設(shè)備成本使其性價(jià)比無法令人滿意。而通過采用功能簡(jiǎn)單、成本低廉的中繼站(relay)，將來自基站或用戶(UE)的信號(hào)經(jīng)過增強(qiáng)處理之后轉(zhuǎn)發(fā)給距離較遠(yuǎn)的目的端，可大大節(jié)約成本開銷，同時(shí)達(dá)到有效提升系統(tǒng)容量和改善蜂窩覆蓋的目的。
[0003]如圖1所示，中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)在引入relay后，系統(tǒng)中存在三種鏈路:eNB-relay的無線backhaul鏈路、relay_UE(將接入relay的UE稱為relay UE)的無線access鏈路以及eNB_UE(將接入eNB的UE稱為macro UE)的無線direct鏈路。relay的引入使蜂窩系統(tǒng)的架構(gòu)發(fā)生改變，傳統(tǒng)小區(qū)中的基站集中式調(diào)度方式，將有可能演變?yōu)榛竞椭欣^均具備調(diào)度能力的分布式調(diào)度方式。而傳統(tǒng)的分組調(diào)度算法，如輪詢調(diào)度、最大信道質(zhì)量指示(Channel Quality Indicator, CQI)調(diào)度、比例公平(Proportional Fair, PF)調(diào)度等將不能直接應(yīng)用于中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)中。在這種新型架構(gòu)下，基站和中繼之間的分組調(diào)度成為一個(gè)全新的問題。
[0004]由于多跳傳輸?shù)拇嬖冢欣^增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)的分組調(diào)度方式可以分為集中式和分布式兩類。在集中式下，需要由中控節(jié)點(diǎn)，如基站，集中獲取所有鏈路的信道狀態(tài)信息和業(yè)務(wù)隊(duì)列信息，然后進(jìn)行統(tǒng)一的資源分配，而中繼站無需具備調(diào)度功能；對(duì)于分布式方式而言，基站和中繼站均可僅根據(jù)本地可以獲得的信息進(jìn)行獨(dú)立的資源調(diào)度。集中式方式從全局的角度進(jìn)行資源分配，可以最大程度地利用系統(tǒng)的無線資源，但需要大量的信令開銷以及時(shí)延開銷，算法復(fù)雜度也較高。相比而言，在分布式方式下，中繼站具有獨(dú)立的資源調(diào)度能力，雖然達(dá)不到最優(yōu)的系統(tǒng)性能，但就整體系統(tǒng)而言，其調(diào)度復(fù)雜度較低、開銷較小，因而更為實(shí)際可行。在分布式調(diào)度方式下，eNB由于無法獲知access鏈路的信息，所以無法精確的根據(jù)relay UE的access鏈路的需求來進(jìn)行backhaul鏈路調(diào)度,有可能導(dǎo)致relay UE在backhaul和access鏈路上具有不匹配的數(shù)據(jù)速率，從而造成資源浪費(fèi)。
[0005]背景文件中宋旭(LTE-Advanced系統(tǒng)中無線中繼性能仿真評(píng)估.碩士研究生論文，北京郵電大學(xué)，2012:39-40)提出一種基于中繼緩存的用戶調(diào)度方案。該方案中，如果中繼緩存小于預(yù)計(jì)可以發(fā)送給某UE的數(shù)據(jù)量時(shí)，relay先暫時(shí)不向該UE發(fā)送數(shù)據(jù)；只有等到當(dāng)中繼緩存大于或等于預(yù)計(jì)可以發(fā)送給某UE的數(shù)據(jù)量時(shí)，relay才向該UE發(fā)送數(shù)據(jù)。同時(shí)該方案假設(shè)backhaul子巾貞的全部資源塊(Resource Block, RB)都用于調(diào)度有用戶接入的relay,只有當(dāng)某扇區(qū)的所有relay都沒有用戶接入時(shí)才把資源用于調(diào)度macro UE。該方案會(huì)造成relay UE的等待時(shí)延增大,且在backhaul鏈路質(zhì)量較差時(shí)會(huì)浪費(fèi)backhaul子幀資源，同樣在access鏈路質(zhì)量較差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致relay處數(shù)據(jù)大量積壓，同樣浪費(fèi)了寶貴的backhaul鏈路資源。同時(shí),該方案由于沒有考慮backhaul和access鏈路吞吐量的平衡，當(dāng)兩跳鏈路中任一跳的信道質(zhì)量較差時(shí)，極易造成資源浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于解決目前中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)的無線資源沒有得到充分利用的問題，提出一種基于中繼緩存的兩跳平衡分布式調(diào)度算法TBDRC，使eNB-relay的第一跳backhaul鏈路吞吐量和relay-UE的第二跳access鏈路吞吐量平衡，以提高中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)資源利用率和小區(qū)吞吐量。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
[0008]在第一跳中:①eNB先利用基本PF調(diào)度算法將所有RB分配給relay和macro UE。
②然后根據(jù)relay可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是否大于relay緩存中的數(shù)據(jù)量這一信息適當(dāng)增減分給relay的RB數(shù)目。③最后利用最大CQI準(zhǔn)則將部分RB資源在relay和macro UE之間進(jìn)行重新分配。
[0009]在第二跳中，①relay首先利用基本PF調(diào)度算法計(jì)算被調(diào)度的relay UE的傳輸塊CQI和傳輸塊大?。挥杀徽{(diào)度的relay UE的傳輸塊大小，計(jì)算得到被調(diào)度的relay UE的數(shù)據(jù)傳輸比例關(guān)系。②然后根據(jù)relay緩存中的實(shí)際傳輸量的大小，及被調(diào)度的relay UE的數(shù)據(jù)傳輸比例關(guān)系，重新計(jì)算被調(diào)度relayUE的傳輸塊大??；③根據(jù)新得到的傳輸塊大小計(jì)算應(yīng)該給被調(diào)度relay UE分配的RB數(shù)目?、茏詈罄米畲驝QI準(zhǔn)則重新給每個(gè)relayUE分配RB。
[0010]在第一跳中，還包括以下步驟:
[0011](I) eNB利用基本PF調(diào)度算法對(duì)relay和macro UE進(jìn)行調(diào)度，將全部RB資源分配給接入該eNB的每個(gè)relay和macro UE ；
[0012](2)在第(I)步中eNB給relayr (r = I, , NN為每扇區(qū)中relay的數(shù)目)分得的RB數(shù)目的基礎(chǔ)上，根據(jù)relayr處緩存的relay_tx_overf low信息適當(dāng)增減分給relayr的RB數(shù)目。relay_tx_overflow的定義如下:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)中基于中繼緩存的兩跳平衡分布式調(diào)度算法，包括以下步驟: 在第一跳中，①基站eNB先利用基本PF調(diào)度算法將所有資源塊RB分配給中繼站relay和macro UE ;②然后根據(jù)relay可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是否大于relay緩存中的數(shù)據(jù)量這一信息適當(dāng)增減分給relay的RB數(shù)目最后利用最大信道質(zhì)量指示CQI準(zhǔn)則將部分RB資源在relay和macro UE之間進(jìn)行重新分配； 在第二跳中，①relay首先利用基本PF調(diào)度算法計(jì)算被調(diào)度的relay UE的傳輸塊CQI和傳輸塊大??；由被調(diào)度的relay UE的傳輸塊大小，計(jì)算得到被調(diào)度的relay UE的數(shù)據(jù)傳輸比例關(guān)系；②然后根據(jù)relay緩存中的實(shí)際傳輸量的大小，及被調(diào)度的relay UE的數(shù)據(jù)傳輸比例關(guān)系，重新計(jì)算被調(diào)度relay UE的傳輸塊大??；③根據(jù)新得到的傳輸塊大小計(jì)算應(yīng)該給被調(diào)度relay UE分配的RB數(shù)目?、茏詈罄米畲驝QI準(zhǔn)則重新給每個(gè)relay UE分配RB。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)中基于中繼緩存的兩跳平衡分布式調(diào)度算法，其特征在于，在第一跳中，還包括以下步驟: (1)eNB利用基本PF調(diào)度算法對(duì)relay和macro UE進(jìn)行調(diào)度，將全部RB資源分配給接入該eNB的每個(gè)relay和macro UE ； (2)在第⑴步中eNB給relayr分得的RB數(shù)目的基礎(chǔ)上,根據(jù)relayr處緩存的relay_tx_overflow信息適當(dāng)增減分給relayr的RB數(shù)目；relay_tx_overf low的定義如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)中基于中繼緩存的兩跳平衡分布式調(diào)度算法，其特征在于，在第(2)步驟中還包括: 由于第一幀中的數(shù)據(jù)傳輸相當(dāng)于鏈路初始化過程，此時(shí)的re I ay_tx_overfl ow信息并沒有任何參考價(jià)值，故在第三幀及以后，根據(jù)relayr處緩存的最近的k個(gè)relay_tx_overflow數(shù)據(jù)來判斷如何增減分給relayr的RB數(shù)目的公式如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)中基于中繼緩存的兩跳平衡分布式調(diào)度算法，其特征在于，在第(3)步驟中將部分RB資源在relayr和macro UE之間進(jìn)行重分配，還包括以下步驟: a)如果第(2)步中增加了給relayr分配的RB數(shù)目，貝U按照如下步驟將macroUE占有的部分RB資源重新分配給relayr:①將macro UE占有的所有RB釋放，并將這些RB作為即將分配給relayr的待分配RB集合,②計(jì)算relayr在待分配RB集合中每個(gè)RB上的CQI,③找出具有最大CQI的「N1^ir)/2\個(gè)RB，然后將這些RB分配給relayr，并將這些RB從待分配RB集合中刪除，④將待分配集合中剩余的RB仍分配給之前占有它們的macro UE ； b)如果第(2)步中減少了給relayr分配的RB數(shù)目，貝U按照如下步驟將relayr占有的部分RB資源重新分配給macro UE:①計(jì)算relayr在其占有的所有RB上的CQI,并找出具有最小CQI的(,.)-<(/.)個(gè)RB，relayr將這些RB釋放作為即將分配給macro UE的待分配RB集合，②計(jì)算每個(gè)macro UE在待分配RB集合中每個(gè)RB上的CQI，③找出在每個(gè)RB上具有最大CQI的macro UE,并將這個(gè)RB分配給該macro UE,直到待分配RB集合為空； c)如果第(2)步中沒有改變給relayr分配的RB數(shù)目，則不做任何改動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)中基于中繼緩存的兩跳平衡分布式調(diào)度算法，其特征在于，在第二跳中，還包括以下步驟: (1)relay首先依據(jù)基本PF調(diào)度算法計(jì)算給每個(gè)relayUE分配的RB資源、計(jì)算各relay UE是否被調(diào)度，并計(jì)算給每個(gè)被調(diào)度的relay UE分配的TB CQ1、MCS方案以及TBsize等。Relay在access下行子幀中可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量即為接入該relay的所有relayUE的TB size之和； (2)relay讀取緩存中的數(shù)據(jù): a)如果relay可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大于relay緩存中的數(shù)據(jù)量，則按照上一步計(jì)算的每個(gè)被調(diào)度relay UE的TB size的比例,給每個(gè)被調(diào)度relay UE分配relay緩存中的數(shù)據(jù)量，以實(shí)現(xiàn)根據(jù)backhaul鏈路吞吐量調(diào)整access鏈路吞吐量，達(dá)到兩跳鏈路吞吐量的平衡，計(jì)算公式如下所示:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)中基于中繼緩存的兩跳平衡分布式調(diào)度算法，其特征在于，該算法還基于relay UE的ACK反饋信息,更新relay緩存中的數(shù)據(jù)量，Relay能將向relay UE傳輸失敗的數(shù)據(jù)進(jìn)行重發(fā),減少了 backhaul鏈路的資源浪費(fèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)中基于中繼緩存的兩跳平衡分布式調(diào)度算法，其特征在于，TBDRC算法按照基于relay UE的ACK反饋的原則更新relay緩存中的數(shù)據(jù)量，步驟如下: ①在backhaul下行子幀中relay將從eNB處正確接收到的數(shù)據(jù)保存在其緩存中； ②relay在下行access子幀對(duì)各relayUE完成調(diào)度后,先暫時(shí)從緩存中減去給所有relay UE分配的TB size之和
【文檔編號(hào)】H04W72/12GK103906258SQ201410166519
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】何春, 崔海霞, 馮鋼 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)