CN101388867B - 一种基于正交频分复用***的资源调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于正交频分复用***的资源调度方法，用于OFDM对用户资源进行调度，调度时，根据用户申请的业务类型和/或用户的信道条件对用户进行分组，并将各组分配到同一时间进程或不同时间进程上，在每一时间进程上仅下发分配到该进程上的组的组信令，以资源块为单位为各组用户分配资源，并在下一进程上根据用户资源变化动态调整分配给各组及组内用户的资源。本发明根据不同的业务类型采用了不同的资源调度方法以及不同的资源调度信令，在充分保证资源利用率以及调度灵活性的同时，最大限度的减少了信令开销。

Description

一种基于正交频分复用***的资源调度方法

技术领域

本发明涉及宽带无线通信***，尤其涉及一种基于正交频分复用***的资源调度方法。 

背景技术

正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术是未来无线通信技术的主要候选方案之一。在频域内将给定信道分成许多正交子载波，在每个子载波上分别调制信号，并且各子载波并行传输。这样，尽管无线信道的频率响应曲线是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子载波是相对平坦的，在每个子载波上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于在OFDM***中各个子载波相互正交，且它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。另外OFDM利用离散傅立叶反变换/离散傅立叶变换(IDFT/DFT)代替多载波调制和解调，降低了基带处理的复杂度。 

在OFDM***中，由于资源是以时间和频率两维出现的，因此资源分配及其表示方法变得比较复杂，尤其是带宽比较大时，既要考虑到资源分配的灵活性，又要考虑到表示方法的简单及其开销小等要求。目前常用的方法是定义一个基本的资源块RB(Resource Block)，然后以RB为单位进行资源分配，例如： 

动态调度方法，是由用户和基站之间通过信令握手协商每一次用户数据包传输需要占用的资源的时频位置，这种资源分配方式虽然具有最大的灵活性，但是信令开销非常严重； 

半持久调度方法，是保持用户在一定时间内占用资源的时频位置不变，以减少信令开销，但是这种方法又会导致资源利用效率严重下降； 

此外，还有基于组形式的调度方法，是将若干个用户组成一组，将这些用户的资源分配信令组合成一个组信令，同组的用户同时进行调度，这种方法一定程度上减少了信令开销，同时也降低了资源调度灵活性，但这种方法具有很大的改良空间。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于正交频分复用***的资源调度方法，基于分组形式以较低信令开销、高资源利用率实现OFDM***的资源调度。 

为了以较低的信令开销支持比较灵活的资源调度，本发明提出了一种高效的基于组形式的资源调度方法，根据业务类型的不同采用不同特性的组资源分配信令，可以最大限度的减少信令开销和增加资源分配的灵活性。 

本发明提供一种基于正交频分复用***的资源调度方法，特点在于： 

根据用户申请的业务类型对用户进行分组或者根据用户申请的业务类型和用户的信道条件对用户进行分组，并将各组分配到同一时间进程或不同时间进程上，在每一时间进程上仅下发分配到该进程上的组的组信令，以资源块为单位为各组用户分配资源，并在下一进程上根据用户资源变化动态调整分配给各组及组内用户的资源。 

其中，所述资源块是将所有可用子载波进行分配得到的，所述每一资源块分配有一个逻辑序号并且包含等数量的正交频分复用符号，所述每一正交频分复用符号包含等数量的子载波。属于同一资源块中的所述子载波在物理上连续或不连续；属于同一资源块中的不同正交频分复用符号上的所述子载波在相同的位置或在不同的位置。 

进一步地，根据用户申请的业务类型和用户的信道条件对用户进行分组时： 

首先根据包括数据包大小波动范围、或占用带宽、或对时间的敏感性的业务特性接近的用户分为一组； 

其次，在业务类型相同时，将信道条件接近的用户分为一组。 

对于数据包长波动较大的组，为组内每一个用户分配不同的调制编码等级并分配不同的占用资源； 

对于数据包长波动较小或具有固定业务的组，采用恒定的资源分配方式，为全组用户统一分配相同的占用资源，并配置统一的调制编码方式。 

当组内用户发生变化时，根据组内资源变化情况对该组占用的总资源进行调整。 

当组内用户的业务类型或者信道条件发生变化时，将发生变化的该用户调整切换到相应其他组。 

若用户需要加入某一分组，需要判断该组的组成员饱满率，若加入该用户后，组成员饱满率小于1则允许该用户加入该组，若加入该用户后，组成员饱满率大于1，则不允许该用户加入该组，其中，组成员饱满率定义为： 

$\mathrm{GroupMemberFullRatio}=\frac{N_{\mathrm{memberUE}}\·(1+{\mathrm{Ratio}}_{\mathrm{reTrans}})}{(N_{\mathrm{total}\_\mathrm{RB}}/N_{\mathrm{MCS}})\·N_{\mathrm{HARQProcess}}}$

其中，N_{total_RB}是该组分得的一个时间进程上的资源块总数，N_MCS是该组用户一次发包最少需要占用的资源块数，N_HARQProcess是混合自动重发请求进程数，N_memberUE是组中用户个数，Ratio_reTrans是重传概率。 

调整组资源大小是根据激活期组成员饱满率确定的，当该组内出现空闲资源时： 

若判断减小该组的资源占用总数后，该组的激活期组成员饱满率小于1，则允许减少该组的资源占用总数； 

若判断减小该组的资源占用总数后，该组的激活期组成员饱满率大于1，则不允许减少该组的资源占用总数； 

其中，所述激活期组成员饱满率定义如下： 

$\mathrm{GroupMemberFullRati}{o}_{\mathrm{Active}}=\frac{N_{\mathrm{ActiveMemberUE}}\·(1+{\mathrm{Ratio}}_{\mathrm{reTrans}})}{(N_{\mathrm{total}\_\mathrm{RB}}/N_{\mathrm{MCS}})\·N_{\mathrm{HARQProcess}}}$

N_{ActiveMemberUE}是该组处于激活期的用户个数，N_{total_RB}是该组分得的一个时间进程上的资源块总数，N_MCS是该组用户一次发包最少需要占用的资源块数，N_HARQProcess是混合自动重发请求进程数，Ratio_reTrans是重传概率。 

当用户进入空闲期或者重传进程提前结束时，将该用户空余出来的资源 分配给同组的其他用户； 

当某一组有空闲资源时，将空闲资源分配给同一时间进程的其他组。 

相对于传统组调度和动态调度，本发明根据不同的业务类型采用了不同的资源调度方法以及不同的资源调度信令，在充分保证资源利用率以及调度灵活性的同时，最大限度的减少了信令开销。在实际应用中，业务类型是多种多样的，传统的组调度没有考虑到不同业务的区别性，在混合业务的场合，尤其考虑到VoIP以及类似特性的业务(例如网络游戏和视频电话)的用户比率占大多数，传统的组调度仍然会导致大量的信令字段的浪费。而本发明提出的资源调度方法相对于传统的组调度以及动态调度，为***容量带来了明显的增益，并且增加的***复杂度可以忽略不计。同时，在组及组中用户的资源，可以动态进行调整，包括动态调整用户占用资源，调节组资源占用总量，根据用户业务特性变化调整用户分组等，增加了资源调度的灵活性。 

附图说明

图1是本发明实施例中配置资源块RB的示意图； 

图2是本发明实施例中FTP以及VoIP的混合业务的资源调度示意图。 

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明作详细说明。 

本发明的资源调度方法是基于组形式的资源调度方法，根据用户申请的业务类型以及用户的信道条件对用户进行分组，并将各组分配到同一时间进程或不同时间进程上，以资源块为单位为各组用户分配资源，在每一时间进程上仅下发分配到该进程上的组的组信令(组形式的资源分配信令，包含若干个用户的资源分配信息，资源分配时一组用户只需一个信令，其开销比动态资源分配信令要小)，并在下一进程上根据用户状态变化动态调整分配给各组用户的资源。 

在进行资源调度时，资源分配是以资源块(RB：Resource Block)为单 位，同时每个资源块RB编有一个逻辑序号。在进行资源块划分时，需要把所有可用子载波分成若干资源块RB，每个资源块中含有若干个OFDM符号，每个OFDM符号中的若干个子载波属于该资源块；每个资源块含有相同的OFDM符号数，每个资源块中每个OFDM符号内的子载波个数也相同。属于同一个RB中同一OFDM符号内的子载波可以在物理上连续，也可以在物理上不连续；属于同一RB中不同OFDM符号上的子载波可以在相同的位置，也可以在不同的位置。 

基站是根据用户申请的业务类型以及用户的信道条件对用户进行分组的。原则上，首先考虑将业务特性(数据包大小波动范围、占用带宽、对时间的敏感性等等特性)接近的用户分在一组，其次考虑将信道条件接近的用户分在一组。例如同属VoIP业务的用户中，信道条件好的用户分在一组，信道条件差的用户分在一组，进一步可以根据信道条件等级分为若干个组。 

在根据业务特性进行分组，尤其是根据数据包大小波动范围对用户进行分组时： 

数据包长波动较大的组可采用较灵活的资源分配方式，例如给每个用户分别进行资源分配； 

数据包大小波动较小的组可采用较恒定的资源分配方式，例如全组用户的资源分配数量统一，调制编码方式也统一，这样可以在考虑到不同业务不同需求的前提下充分的减少信令开销。 

将这些组分配到不同的时间进程上，同一进程上可以有若干个组。 

为各个用户设定调制编码等级以及分配占用的资源，其中属于数据包大小波动很小或者固定的业务的同组的用户的调制编码等级以及占用的资源数量均相同，属于数据包大小波动较大的业务的同组用户分别具有不同的调制编码等级以及占用的资源数。一个组占用的总资源数是可以发生变化的，例如当用户新加入组、离开组、进入空闲期或回到激活期等情况下，基站都可以根据具体情况对组占用的总资源进行调整。组中用户的占用的资源也是可以变化的，例如用户部分业务或全部业务完成时，会空闲出所占用的资源。 

在某一个时间进程上，基站只下发分配到这一进程的组的组信令。 

当某用户的业务类型或者信道条件发生变化(例如可根据误包率增加或减少来判断)，可以由基站将其分配到其他组。用户在加入某组之前应当判断这个组的“组成员饱满率”，定义如下： 

$\mathrm{GroupMemberFullRatio}=\frac{N_{\mathrm{memberUE}}\·(1+{\mathrm{Ratio}}_{\mathrm{reTrans}})}{(N_{\mathrm{total}\_\mathrm{RB}}/N_{\mathrm{MCS}})\·N_{\mathrm{HARQProcess}}}$

其中，N_{total_RB}是该组分得的一个时间进程上的RB总数，N_MCS是该组用户一次发包最少需要占用的RB数，N_HARQProcess是HARQ进程数(例如最大重传次数是3，则HARQ进程数为4)，N_memberUE是组中用户个数，Ratio_reTrans 是重传概率。 

如果新加入用户使得“组成员饱满率”＜1，则允许用户加入该组；反之，如果新加入用户使得“组成员饱满率”＞1则不允许用户加入该组。 

通过上述对组成员饱满率的判断，可以决定是否允许新用户加入该组。因为可以加入用户，调整组中用户数量，这样就提高了调度的灵活性；同时，通过判断组成员饱满率，也可以避免盲目加入时会造成资源不足从而产生错误或其它意外情况，从而保证了调度的稳定性。 

由于组中用户有可能会进入空闲期，而空闲期的时长通常较长，因此需要另定义一个“激活期组成员饱满率”： 

$\mathrm{GroupMemberFullRati}{o}_{\mathrm{Active}}=\frac{N_{\mathrm{ActiveMemberUE}}\·(1+{\mathrm{Ratio}}_{\mathrm{reTrans}})}{(N_{\mathrm{total}\_\mathrm{RB}}/N_{\mathrm{MCS}})\·N_{\mathrm{HARQProcess}}}$

其中，N_{ActiveMemberUE}是该组处于激活期的用户个数。当需要调整组资源大小时，应当判断“激活期组成员饱满率”，如果某一组出现空闲资源，则判断： 

当减少该组的资源占用总数后，该组的“激活期组成员饱满率”＜1，则允许减少该组的资源占用总数； 

如果减少该组的资源占用总数后，该组的“激活期组成员饱满率”＞1，则不允许减少该组的资源占用总数。 

通过对激活期组成员饱满率的判断，可以决定是否调整组资源大小，决定是否可以减少该组的资源占用总数，这样就可以将该组中空闲出来的资源 用于其它组或用户的使用，从而提高了资源利用率。 

由于用户进入空闲期或者重传提前结束所空出来的资源可被分配给同组的其他用户，某一组如果有空闲的资源，可被分配给同一时间进程的其他组。在这个重分配过程中，部分用户占用的资源位置会发生变化，这相当于具有了一定的跳频增益。 

实施例： 

以3 GPP LTE(Long Term Evolution)的FDD(Frequency Division Duplex)***的FTP(File Transfer Protocol，文件传输协议)以及VoIP(Voice overIntemet Protocol，互联网协议语音技术)的混合业务为例，假设带宽为20MHz，则可用子载波数量为1200个，一个子帧中含有14个连续OFDM符号，时间长度为1ms。在本实施例中以连续12个子载波，连续14个OFDM符号表示一个资源块RB，则在一个子帧中含有100个RB。资源块的具体划分方式如图1所示。 

FTP业务每次上传的数据包长不固定，视基站为用户分配的带宽和调制编码方式而定，上传时间不固定。 

VoIP业务具有固定帧长(20ms)和固定数据包大小(40Bytes)。 

在本实施例中设定最大重传次数为3次，即包括首次传输共有4次混合自动重传请求HARQ进程，采用同步自适应HARQ，两次HARQ进程相距5个子帧。控制信道固定占用头2个以及末2个RB的资源，数据信道占用剩余的96个RB的资源。 

在本实施例中，假设初始状态有2个FTP用户，10个VoIP用户。根据本发明提出的分组原则，在本实施例中设定FTP用户分在同一组，组序号为1；VoIP用户分在同一组，组序号为2。其中组2所有用户采用统一资源数和调制编码等级的调度方式；而组1采用灵活的调度方式，即各用户有单独的资源占用数量和调制编码等级控制。 

调度流程可参考图2。图2的上半边是组1和组2的资源调度命令的简化内容。其中，组1的调度命令包含各个用户的资源占用数和调制编码方式 以及资源分配标志(其中调制编码方式在图中省略，未标出)，例如“用户1(38，1)”代表用户1分配到了38个RB，允许占用资源。组2的调度命令只包含各个用户的资源分配标志(组2的资源占用数和调制编码方式为统一配置，本实施例中设定组2中的每个用户每次数据包传输占用2个RB)。图2的下半边是调度命令对应的组资源占用情况。 

在第一个HARQ进程中，由于组2用户的业务(VoIP)对时间具有敏感性，因此优先满足组2用户的资源需求(共要求20个RB)，剩余资源由组1用户平均分配。 

在第二个HARQ进程中，组2中凡有HARQ进程提前结束的用户，其资源分配字段置零，空闲出的资源在其余待分配资源的用户中选择，由于组2没有多余的等待用户，并且其新的数据包每20ms才更新一次，因此组2空闲出的资源被分配给组1。 

在HARQ进程3，新增了一个FTP用户，根据业务类型被分配到组1中。组1的资源按用户数重新分配，组2空闲出的资源继续被组1占用。 

直到新的20ms的第一个HARQ进程到来，组2用户有新数据包请求上传，需要占用资源，因此组1释放出部分资源，和组2用户一起重新分配。 

所述HARQ进程是时间进程，对于一个用户的一个数据包来说，它的首次发送所在的时间进程就可以叫做它的HARQ进程1，它的第一次重传所在的时间进程就可以叫做它的HARQ进程2，它的第二次重传所在的时间进程就可以叫做它的HARQ进程3。 

结合实施例可以清楚的发现，本发明根据不同的业务类型采用了不同的资源调度方法以及不同的资源调度信令，在充分保证资源利用率以及调度灵活性的同时，最大限度的减少了信令开销。 

相对于传统组调度和动态调度，本发明根据业务类型对用户进行分组调度；在相同业务类型的用户中，可进一步根据信道条件的差别进行分组调度；对于不同业务类型的组采用不同方式的调度： 

对“数据包大小波动很小或者固定的业务”的组可以按照较“恒定”的方式调度资源(即组内用户采用统一资源数和调制编码等级)； 

对于“数据包大小波动较大的业务”可以采用较“灵活”的方式调度资源(即组内用户分别具有不同的调制编码等级以及占用的资源数)； 

各组分配的资源可以根据不同的空闲情况进行重新分配，增加资源调度灵活性和资源利用率，并且重配过程通过组信令可以简单完成，不额外增加信令开销。每次重配后用户的资源占用位置都会发生变化，相当于具有一定的跳频增益。 

同时，本发明中还允许用户切换到其他组；通过增加“组成员饱满率”和“激活期组成员饱满率”的定义，对用户切换组提供辅助。 

在实际应用中，业务类型是多种多样的，传统的组调度没有考虑到不同业务的区别性，在混合业务的场合，尤其考虑到VoIP以及类似特性的业务(例如网络游戏和视频电话)的用户比率占大多数，传统的组调度仍然会导致大量的信令字段的浪费。相对于传统的组调度以及动态调度，本发明提出的资源调度方法将为***容量带来明显的增益，并且增加的***复杂度可以忽略不计。 

本文所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

Claims (10)

1.一种基于正交频分复用***的资源调度方法，其特征在于：

根据用户申请的业务类型和/或用户的信道条件对用户进行分组，并将各组分配到同一时间进程或不同时间进程上，在每一时间进程上仅下发分配到该进程上的组的组信令，以资源块为单位为各组用户分配资源，并在下一进程上根据用户资源变化动态调整分配给各组及组内用户的资源。

2.如权利要求1所述的资源调度方法，其特征在于，所述资源块是将所有可用子载波进行分配得到的，所述每一资源块分配有一个逻辑序号并且包含等数量的正交频分复用符号，所述每一正交频分复用符号包含等数量的子载波。

3.如权利要求2所述的资源调度方法，其特征在于，属于同一资源块中的所述子载波在物理上连续或不连续；属于同一资源块中的不同正交频分复用符号上的所述子载波在相同的位置或在不同的位置。

4.如权利要求1所述的资源调度方法，其特征在于，根据用户申请的业务类型和/或用户的信道条件对用户进行分组时：

首先根据包括数据包大小波动范围、或占用带宽、或对时间的敏感性的业务特性接近的用户分为一组；

其次，在业务类型相同时，将信道条件接近的用户分为一组。

5.如权利要求4所述的资源调度方法，其特征在于：

对于数据包长波动较大的组，为组内每一个用户分配不同的调制编码等级并分配不同的占用资源；

对于数据包长波动较小或具有固定业务的组，采用恒定的资源分配方式，为全组用户统一分配相同的占用资源，并配置统一的调制编码方式。

6.如权利要求5所述的资源调度方法，其特征在于：

当组内用户发生变化时，根据组内资源变化情况对该组占用的总资源进行调整。

7.如权利要求5所述的资源调度方法，其特征在于：

当组内用户的业务类型或者信道条件发生变化时，将发生变化的该用户调整切换到相应其他组。

8.如权利要求6或7所述的资源调度方法，其特征在于：

若用户需要加入某一分组，需要判断该组的组成员饱满率，若加入该用户后，组成员饱满率小于1则允许该用户加入该组，若加入该用户后，组成员饱满率大于1，则不允许该用户加入该组，其中，组成员饱满率定义为：

$\mathrm{GroupMemberFullRatio}=\frac{N_{\mathrm{memberUE}}\·(1+{\mathrm{Ratio}}_{\mathrm{reTrans}})}{(N_{\mathrm{total}\_\mathrm{RB}}/N_{\mathrm{MCS}})\·N_{\mathrm{HARQProcess}}}$

其中，N_{total_RB}是该组分得的一个时间进程上的资源块总数，N_MCS是该组用户一次发包最少需要占用的资源块数，N_HARQProcess是混合自动重发请求进程数，N_memberUE是组中用户个数，Ratio_reTrans是重传概率。

9.如权利要求7所述的资源调度方法，其特征在于：

调整组资源大小是根据激活期组成员饱满率确定的，当该组内出现空闲资源时：

若判断减小该组的资源占用总数后，该组的激活期组成员饱满率小于1，则允许减少该组的资源占用总数；

若判断减小该组的资源占用总数后，该组的激活期组成员饱满率大于1，则不允许减少该组的资源占用总数；

其中，所述激活期组成员饱满率定义如下：

${\mathrm{GroupMemberFullRatio}}_{\mathrm{Active}}=\frac{N_{\mathrm{ActiveMemberUE}}\·(1+{\mathrm{Ratio}}_{\mathrm{reTrans}})}{(N_{\mathrm{total}\_\mathrm{RB}}/N_{\mathrm{MCS}})\·N_{\mathrm{HARQProcess}}}$

N_{ActiveMemberUE}是该组处于激活期的用户个数，N_{total_RB}是该组分得的一个时间进程上的资源块总数，N_MCS是该组用户一次发包最少需要占用的资源块数，N_HARQProcess是混合自动重发请求进程数，Ratio_reTrans是重传概率。

10.如权利要求7所述的资源调度方法，其特征在于：

当用户进入空闲期或者重传进程提前结束时，将该用户空余出来的资源分配给同组的其他用户；

当某一组有空闲资源时，将空闲资源分配给同一时间进程的其他组。

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