CN102014498B - 一种基于两跳中继站无线通信的传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于两跳中继站无线通信方法。包括初始化信道质量阀值，资源块的分配，链路数据的分配、缓存及阀值的调整，剩余资源块的处理，中继用户传输速率的判断，第二跳资源块的分配，第一、第二跳资源块的综合分配，直连用户传输速率的判断，判断第二跳资源块是否分配完毕，低于最小速率直连用户的处理。本发明在第一跳中设置信道阀值，并将资源块分配给信道条件好的回程链路，对各中继用户设置缓存上限，并对中继和直连用户分别设定最小速率、保障其公平性。使传输效率及用户公平性分别提高30％及50％左右。而具有***回程链路的资源利用充分、中继用户通信的实时性强，直连用户和中继用户通信公平，***的传输效率高等特点。

Description

一种基于两跳中继站无线通信的传输方法

技术领域

本发明属于宽带无线通信技术，特别是一种针对两跳中继站无线通信的传输方法。

背景技术

目前对移动通信，无线局域网和宽带无线网的发展要求实现广域连续覆盖，支持更高速率的传输。这些需求为中继技术的应用开辟了广阔的前景，借助中继技术，能够改善小区边缘地区及热点地区用户的通信质量，扩大了小区覆盖面积，同时增加了***的频谱利用率。然而，由于中继节点(站)的加入，传统的小区多用户传输和资源分配策略不再适合，设计新型的调配(传输)方法将成为研究的关键问题。另外，现代无线局域网和宽带无线网多址方式常采用正交频分复用多址(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing Access，OFDMA)技术，在多址方式下、多址的资源分配是以时间和频率两维方式出现，因此多址的资源分配及其表示方法变得更加复杂，尤其是带宽较宽时，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性及其开销的高效性等问题。目前常用的传统的蜂窝OFDM***的分配方法是以资源块(Resource Block，RB)为单位进行分配的。而常见的基于资源块分配方法如正比公平法，该方法的基本思想是基于优先级：信道条件越好(载干比越高)的用户，优先级越高；已有较高吞吐量的用户，优先级越低。该优先级表示为载干比/吞吐量，然后***将资源块分配给优先级高的用户进行数据传输。利用该方法，即使有些用户信道条件差，但长时间得不到服务后吞吐量将下降，会使其优先级上升，从而得到传输数据的机会，满足调配方法的公平性。

在无线局域网和宽带无线网中，常用的中继模型为两跳中继，即用户与基站通信最多只经过一个中继站中转。在该模型下，基站与中继站之间的通信链路称为回程链路，中继站与用户之间的通信链路称为接入链路，而那些不需要中继站中转而直接与基站通信的用户与基站间的链路称为直连链路。相应地，需要中继站中转的用户称为中继用户，而不需要中继站中转的用户称为直连用户。另外，直连用户、中继站与基站之间的通信称为第一跳，而中继用户与中继站间的通信称为第二跳。而在两跳中继***中，中继用户需要经过两跳才能和基站通信，而中继站和直连用户可以直接和基站通信，因此其调配(传输)方法要比在传统的OFDM***复杂。在“A two-hop proportional fairnessscheduling algorithm for relay based OFDMA systems.(基于OFDMA***的两跳公平调度算法)”(L.Xiao，L.Cuthbert，WiCOM’08，pp.1-4，2008.)的文献中公开了一种假设中继用户虽然是经过两跳，但是占用调配时隙和直连用户相同，即中继站转发所用的时间忽略不计，在此基础之上直接将正比公平算法(处理方法)应用于直连用户和中继用户，这个假设因其显然不符合实际情况，而难以在实际得到推广应用。另外基站和中继站之间存在相互影响的关系，这主要体现在中继站在回程链路和接入链路的信道条件之间的不对等性，造成了两个链路选择调制编码模式(Modulation and Coding Scheme，MCS)的不同，如果回程链路的容量大于接入链路的容量，则中继站需要一定的缓存，以便在接入链路上进行多次传输，但是这将加大中继用户的延时；反之，当回程链路的容量小于接入链路的容量时，则接入链路带宽存在大量的浪费；为了避免中继用户和直连用户之间产生不必要的干扰，常见的方法是对中继用户和直连用户使用不同的频谱空间，在“Further Advancements for E-UTRA Physical Layer Aspects.(E-UTRA物理层的进一步发展)”(R1-093680，3GPP TR 36.814，v1.3.0，August 2009.)文献中所公开的即属于此类方法，该方法通过使中继用户和直连用户分别采用不同的频谱空间进行传输、以避免其相互影响，这种方法虽然能够减少调配(传输)方法的复杂度，但是却带来***中无线资源的浪费，同时还会造成中继用户和直连用户之间的完全不公平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于两跳中继站无线通信的传输方法，以便能够在充分利用回程链路的资源并增强中继用户通信的实时性的基础上，更好满足直连用户和中继用户的公平性，有效提高其传输效率，以利于两跳中继无线局域网和宽带无线网的发展等目的。

本发明的解决方案是在第一跳中设置信道阀值，并将资源块分配给信道条件较好的回程链路，以减少中继用户的传输延时；在中继站内对各中继用户设置缓存量的上限，以保证第二跳资源块的充分利用，同时也进一步减少中继用户的传输延时；同时对中继用户和直连用户分别设定最小速率要求，以保障中继用户和直连用户的公平性和业务需求；从而实现其目的。因此，本发明方法包括：

步骤1.初始化信道质量阀值：设定***中初始化信道质量阀值调制编码模式(MCS)的等级；

步骤2.资源块的分配：比较第一跳的所有资源块在回程链路的信道质量与阀值大小，将资源块分配给大于阀值的回程链路用于数据传输，剩余的资源块按照常规的调配方法将其分配给直连用户；

步骤3.链路数据的分配、缓存及阀值的调整：从配置给对应的中继用户缓存器内取出上一次存储的数据、并与回程链路传来的数据按照常规的调配方法将所有数据分配给该中继用户；对不能满足一个资源块承载量的数据或者满足资源块承载量后、剩余的数据作为剩余数据量处理，若剩余数据量小于该中继用户缓存器容量的上限时，则存入该中继用户的缓存器内、然后执行步骤4，否则将阀值增加一个MCS等级、重新执行步骤2；

步骤4.剩余资源块的处理：判断分配给每一个中继用户和每一个直连用户的总传输速率是否为设定的最小速率要求，当中继用户和直连用户均为最小速率时，则将第二跳的剩余资源块按照常规的调配方法分配给直连用户；否则，只分配给传输速率为最小速率的中继用户或直连用户；当仅中继用户为最小速率时、执行步骤5，而直连用户为最小速率时、执行步骤8；

步骤5.中继用户传输速率的判断：判断得到步骤4所分配资源块后、中继用户的速率是否仍为最小速率，若是、则执行步骤6，否则执行步骤7；

步骤6.针对第二跳资源块的分配处理：判断第二跳资源块是否被分配完，如果分配完、则将阀值标准增加一个MCS等级，重新执行步骤2；否则，把第二跳剩余的所有资源块按照常规的调配方法分配给直连用户；接着判断得到分配后的直连用户是否仍为最小速率，如果是、则分配过程结束，否则将阀值增加一个MCS等级，重新执行步骤2；

步骤7.对第一、第二跳资源块的综合分配处理：当中继用户的传输速率低于最小速率时，首先判断第二跳资源块是否被分配完，如果分配完、则分配过程结束；否则，把第二跳剩余资源块按照常规的调配方法分配给中继用户、直到中继用户达到最小速率要求止、或者将所有接入链路的资源块被分配完止，并统计所有中继用户占有的总数据量以及剩余的资源块量，并将剩余的资源块按照常规的调配方法分配给直连用户；然后在第一跳中按照信道质量从好到坏依次选择其中的资源块分配给回程链路，使其满足所有中继用户所需的总数据量，再将第一跳剩余的所有资源块按照常规的调配方法分配给直连用户，直到第一跳的所有资源块被分配完；

步骤8.直连用户传输速率的判断：判断获得步骤4所分配资源块后、直连用户的速率是否仍为最小速率，如果是、则执行步骤9，否则、执行步骤10；

步骤9.第二跳资源块是否分配完毕：判断第二跳资源块是否被分配完，如果被分配完、则调配过程结束；否则，将阀值降低一个MCS等级、重新执行步骤2；

步骤10：对低于最小速率直连用户的处理：当直连用户低于最小速率要求时，判断第二跳资源块是否被分配完，如果被分配完，将阀值降低一个MCS等级、重新执行步骤2；否则将第二跳的剩余资源块按照常规的调配方法分配给该直连用户，然后判断得到分配后的直连用户的速率是否达到要求的最小速率，如果是、则分配过程结束，否则将阀值降低一个MCS等级、重新执行步骤2。

所述设定***中初始化信道质量阀值调制编码模式(MCS)的等级，当MCS信道质量等级为十级制时、初始化信道质量阀值等级则设为4-6级。上述各步骤中所述的常规调配方法为正比公平调配法或轮询方法。所述用户缓存器是指中继站内为每个用户配置的缓存器，用于存储该用户因达不到一个完整资源块的信息、以便在下一轮与回程链路传来的数据信息一同组成完整资源块后、再送给中继用户，或者存储该用户剩余的不能在接入链路分配给中继用户的数据；配置给各用户的缓存器、初始状态时缓存器内均没有数据。所述中继用户及直连用户的最小速率是指各用户需求的最小传输速率，该最小传输速率的设定根据传播环境而定。

本发明由于：其一.在第一跳中设置信道阀值，并将资源块分配给信道条件较好的回程链路，以减少中继用户的传输延时；其二.在中继站内对各中继用户设置缓存量的上限，以保证第二跳资源块的充分利用，同时也减少中继用户的传输延时；其三.对中继用户和直连用户分别设定最小速率要求，以保障中继用户和直连用户的公平性和业务需求；本发明方法传输效率(吞吐量)可较背景技术提高30％左右，同时在对直连用户和中继用户的公平性方面提高50％左右。因而本发明方法具有可使两跳中继站通信***回程链路的资源得到充分利用、中继用户通信的实时性强，更好地满足了直连用户和中继用户通信的公平性，有效提高了***的传输效率，有利于两跳中继无线局域网和宽带无线网的发展等特点。

附图说明

图1为本发明所指两跳中继站无线通信***链路示意图；

图2为本发明方法流程示意图(方框图)。

具体实施方式

实施例1：本实施例以基站下包括1个中继站，10个直连用户，10个中继用户的网络为例。通信的传输方法为：

步骤1.初始化信道质量阀值：设定***中初始信道质量阀值调制编码模式(MCS)的等级，在此MCS信道质量等级为十级制，初始信道质量阀值等级则设为5级；

步骤2.资源块的分配：比较第一跳的所有资源块在回程链路的信道质量与阀值大小，将资源块分配给信道的阀值大于5级的回程链路，剩余的资源块按照正比公平调配方法将数据分配给直连用户；

步骤3.链路数据的分配、缓存及阀值的调整：从配置给对应的中继用户缓存器内取出上一次存储的数据、并与回程链路传来的数据按照正比公平调配将所有数据分配给该中继用户；对满足资源块承载量后剩余的数据作为剩余数据量处理，本实施例剩余数据量小于该中继用户缓存容量的上限值，故存入缓存器内、然后执行步骤4；

步骤4.剩余资源块的处理：本实施案例中只有中继用户为最小速率、因此将第二跳的剩余资源块按照正比公平调配方法分配给直连用户，然后执行步骤5；

步骤5.中继用户传输速率的判断：本实施例中，在得到步骤4所分配的资源块后、该中继用户的速率小于最小速率，因此执行步骤7；

步骤7.对第一、第二跳资源块的综合分配处理：此时中继用户的传输速率低于最小速率时，且第二跳资源块没有分配完，因此把第二跳剩余资源块按照常规的调配方法分配给中继用户、直到中继用户达到最小速率要求，此时尚有剩余资源块，统计所有中继用户占有的总数据量后、将剩余的资源块按照正比公平调配方法分配给直连用户；然后在第一跳中按照信道质量从好到坏依次选择其中的资源块分配给回程链路，使其满足所有中继用户所需的总数据量，然后把第一跳剩余的所有资源块按照正比公平调配方法分配给直连用户，直到第一跳的所有资源块被分配完；

本实施例与传统的基于OFDMA***的两跳公平调度方法相比，传输效率(吞吐量)可较背景技术提高30％左右，在对直连用户和中继用户的公平性方面提高50％左右。

实施案例2：在与实施例1相同网络上运行。其通信的传输方法为：

步骤1：初始化信道质量阀值：初始信道质量阀值等级仍设为5级；

步骤2：资源块的分配：比较第一跳的所有资源块在回程链路的信道质量与阀值大小，将资源块分配给信道的阀值大于5级的回程链路，剩余的资源块按照正比公平调配方法将数据分配给直连用户；

步骤3：链路数据的分配、缓存及阀值的调整：从配置给对应的中继用户缓存器内取出上一次存储的数据、并与回程链路传来的数据按照正比公平调配将所有数据分配给该中继用户；本实施例存储的数据加上回程链路传来的数据不能满足一个资源块的承载量因此所有数据作为剩余数据量处理，且剩余数据量小于该中继用户缓存器容量的上限值时，因而存入该中继用户的缓存器内后、执行步骤4；

步骤4：剩余资源块的处理：本实施例中直连用户为最小速率、因此将第二跳的剩余资源块按照正比公平调配方法分配给该直连用户，然后执行步骤8；

步骤8：直连用户传输速率的判断：上述直连用户在得到步骤4所分配的资源块后、该直连用户的速率仍低于最小速率，因此执行步骤10；

步骤10.对低于最小速率直连用户的处理：此时中继用户的传输速率低于最小速率时，且第二跳资源块没有分配完，则将第二跳的剩余资源块按照正比公平调配方法分配给该直连用户，此时直连用户的速率达到要求的最小速率，则分配过程结束。

本实施例与传统的基于OFDMA***的两跳公平调度方法相比，传输效率(吞吐量)仍较背景技术提高30％左右，在对直连用户和中继用户的公平性方面亦提高50％左右。

Claims (5)

1.一种基于两跳中继站无线通信的传输方法，包括：

步骤1.初始化信道质量阀值：设定***中初始化信道质量阀值调制编码模式的等级；

步骤2.资源块的分配：比较第一跳的所有资源块在回程链路的信道质量与阀值大小，将资源块分配给大于阀值的回程链路用于数据传输，剩余的资源块按照常规的调配方法将其分配给直连用户；

步骤3.链路数据的分配、缓存及阀值的调整：从配置给对应的中继用户缓存器内取出上一次存储的数据、并与回程链路传来的数据按照常规的调配方法将所有数据分配给该中继用户；对不能满足一个资源块承载量的数据或者满足资源块承载量后、剩余的数据作为剩余数据量处理，若剩余数据量小于该中继用户缓存器容量的上限时，则存入该中继用户的缓存器内、然后执行步骤4，否则将阀值增加一个MCS等级、重新执行步骤2；

步骤4.剩余资源块的处理：判断分配给每一个中继用户和每一个直连用户的总传输速率是否为设定的最小速率要求，当中继用户和直连用户均为最小速率时，则将第二跳的剩余资源块按照常规的调配方法分配给直连用户；否则，只分配给传输速率为最小速率的中继用户或直连用户；当仅中继用户为最小速率时、执行步骤5，而直连用户为最小速率时、执行步骤8；

步骤5.中继用户传输速率的判断：判断得到步骤4所分配资源块后、中继用户的速率是否仍为最小速率，若是、则执行步骤6，否则执行步骤7；

步骤6.针对第二跳资源块的分配处理：判断第二跳资源块是否被分配完，如果分配完、则将阀值标准增加一个MCS等级，重新执行步骤2；否则，把第二跳剩余的所有资源块按照常规的调配方法分配给直连用户；接着判断得到分配后的直连用户是否仍为最小速率，如果是、则分配过程结束，否则将阀值增加一个MCS等级，重新执行步骤2；

步骤7.对第一、第二跳资源块的综合分配处理：当中继用户的传输速率低于最小速率时，首先判断第二跳资源块是否被分配完，如果分配完、则分配过程结束；否则，把第二跳剩余资源块按照常规的调配方法分配给中继用户、直到中继用户达到最小速率要求止、或者将所有接入链路的资源块被分配完止，并统计所有中继用户占有的总数据量以及剩余的资源块量，并将剩余的资源块按照常规的调配方法分配给直连用户；然后在第一跳中按照信道质量从好到坏依次选择其中的资源块分配给回程链路，使其满足所有中继用户所需的总数据量，再将第一跳剩余的所有资源块按照常规的调配方法分配给直连用户，直到第一跳的所有资源块被分配完；

步骤8.直连用户传输速率的判断：判断获得步骤4所分配资源块后、直连用户的速率是否仍为最小速率，如果是、则执行步骤9，否则、执行步骤10；

步骤9.判断第二跳资源块是否分配完毕：判断第二跳资源块是否被分配完，如果被分配完、则调配过程结束；否则，将阀值降低一个MCS等级、重新执行步骤2；

步骤10：对低于最小速率直连用户的处理：当直连用户低于最小速率要求时，判断第二跳资源块是否被分配完，如果被分配完，将阀值降低一个MCS等级、重新执行步骤2；否则将第二跳的剩余资源块按照常规的调配方法分配给该直连用户，然后判断得到分配后的直连用户的速率是否达到要求的最小速率，如果是、则分配过程结束，否则将阀值降低一个MCS等级、重新执行步骤2。

2.按权利要求1所述基于两跳中继站无线通信的传输方法，其特征在于所述设定***中初始化信道质量阀值调制编码模式的等级，当MCS的信道质量等级为十级制时、初始化信道质量阀值等级则设为4-6级。

3.按权利要求1所述基于两跳中继站无线通信的传输方法，其特征在于在上述权利要求1各步骤中所述的常规调配方法为正比公平调配法或轮询方法。

4.按权利要求1所述基于两跳中继站无线通信的传输方法，其特征在于所述用户缓存器是指中继站内为每个用户配置的缓存器，用于存储该用户因达不到一个完整资源块的信息、以便在下一轮与回程链路传来的数据信息一同组成完整资源块后、再送给中继用户，或者存储该用户剩余的不能在接入链路分配给中继用户的数据；配置给各用户的缓存器、初始状态时缓存器内均没有数据。

5.按权利要求1所述基于两跳中继站无线通信的传输方法，其特征在于所述中继用户及直连用户的最小速率是指各用户需求的最小传输速率，该最小传输速率的设定根据传播环境而定。

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