CN102413571A - 下行中继回程资源分配设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于中继通信***的下行回程资源分配设备，包括：接收单元，用于接收中继节点反馈的数据缓冲器占用水平和信道状况信息；计算单元，用于根据反馈的数据缓冲器占用水平来计算中继节点的资源需求；分配单元，用于根据计算的中继节点的资源需求和信道状况信息，向中继节点分配资源；以及发送单元，用于将资源分配信息经由控制信道发送至中继节点。本发明还提供了一种用于中继通信***的下行回程资源分配方法。本发明的下行回程资源分配设备和方法考虑到回程链路和接入链路的链路质量，能够满足实际的业务量需求，并且优化了中继节点和宏UE之间的资源分配。

Description

下行中继回程资源分配设备和方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种用于中继通信***的下行回程资源分配设备和方法。

背景技术

在LTE后续演进(LTE-A)中，使用中继技术能够提升***性能，例如能够改善高数据速率的覆盖范围、组移动性、临时网络部署、小区边缘吞吐量等，或者提供新区域的覆盖。参考文献1(3GPP TR 36.814v9.0.0)对此有详细的描述。

中继节点(Relay Node，RN)经由宿主小区(Donor cell)与无线接入网络无线连接。按照中继节点的频谱使用范围，可将中继节点的操作归类如下：

-带内操作：演进型基站(Evolved Node B，eNB)-中继节点的链路与中继节点-用户设备(User Equi pment，UE)的链路共享相同的载波频率。在此情况中，Rel-8UE应当能够连接至宿主小区。

-带外操作：eNB-中继节点的链路与中继节点-UE的链路在不同的载波频率上工作。在此情况中，Rel-8UE应当能够连接至宿主小区。

对于带内中继和带外中继两种操作方式来说，eNB-中继节点的链路与eNB-UE的链路应当能够在相同的载波频率上工作。

在LTE-A中，“Type 1”中继节点是一种具有如下特征的带内中继节点：

-能够控制多个小区，每一个小区在UE看来是不同于宿主小区的单独小区；

-多个小区具有其自身的物理小区ID(在LTE Rel-8中定义)，中继节点发送其自身的同步信道、参考符号，等等；

-在单小区操作的环境中，UE直接从中继节点接收调度信息和混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ)反馈，并将其控制信道发送至中继节点；

-Rel-8UE将“Type 1”中继节点看作Rel-8eNB(即，后向兼容)；

-对于LTE-A UE，应当能够把“Type 1”中继节点看作与Rel-8eNB不同，以允许进一步的性能提升。

对于“Type 1”中继节点，由于中继节点的发射机可能会对该中继节点自身的接收机造成干扰，因此，除非把出局信号和入局信号进行充分的隔离(例如借助于特定的、良好隔离的天线结构)，否则难以实现在相同的载波资源上同时进行eNB-中继节点的传输和中继节点-UE的传输。类似地，中继节点可能无法在接收UE传输的同时向eNB发送信号。

解决上述问题的一种可能方案是：假定在中继节点从宿主eNB(即，当前为中继节点提供服务的eNB)接收数据时，不向终端发送数据；即，在中继节点-UE的传输中创建“间隙”。如图1中所示，可以通过配置多播广播单频网络(Multicast Broadcast SingleFrequency，MBSFN)子帧来创建“间隙”(在此期间，假定终端不会进行任何与中继节点的数据传输)，这些子帧被称为回程子帧。同程子帧以外的子帧被称为接入子帧，在接入子帧中，终端可以与中继节点进行数据通信。这样，通过在某些子帧中禁止终端与中继节点之间的数据传输，为中继节点-eNB的传输提供了便利。

图2中示出了LTE-A标准化组织中通常使用的干扰模型200，包括多个eNB 201、中继节点202、宏用户设备(Marco User Equipment，MUE，即被eNB所服务的UE)203以及中继用户设备(Relay UserEquipment，RUE)204。如图2所示，在中继回程子帧中，eNB 201还同时为MUE 203调度数据。这些回程子帧中的干扰来自eNB 201。在接入子帧中，eNB 201向MUE 203传输数据，并且中继节点202向RUE204传输数据。这些接入子帧中的干扰来自eNB 201和RN 202。图2中针对回程子帧和接入子帧分别示出了期望链路和干扰链路。

在3GPP LTE-A中，中继是用于扩展小区覆盖范围和提升容量的重要技术。对于带内中继来说，中继节点的回程链路和接入链路与宏小区使用相同的频段。无线帧中的一些子帧被配置为回程子帧，用于从宿主eNB到中继节点的数据传输。在这些回程子帧中，宿主eNB可能还向宏UE传输数据。如何在中继节点和宏UE之间共享资源成为具有挑战性的问题。

参考文献2(3GPP RAN1#60，R1-101273，Panasonic，“DownlinkRelay Performance Evaluation，”2010年2月，San Francisco)中提出，eNB根据宏UE的数目和各中继节点的中继UE的数目来计算各中继节点的资源大小(即RB的数目)，使得分配给每一个UE的资源大小变得相等。图3中示出了现有技术中由eNB向中继节点分配资源的过程示意图。具体地，如图3所示，在301处，中继节点将其所服务的UE的数目反馈给其宿主eNB。然后在302处，宿主eNB根据UE的数目来计算RN的资源大小，使得分配给每一个UE的资源大小变得相等。在303处，在向宏UE分配资源之前，宿主eNB将所计算的资源大小分配给RN。最后，在304处，宿主eNB经由某个特定控制信道将资源分配信息发送至中继节点。

然而，由于中继UE的个数可能无法正确反映中继节点的业务量需求，也无法反映中继接入链路的信道质量，因此仅仅基于UE的个数来分配资源是不准确的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出：首先根据中继节点的数据缓冲器使用水平来确定每一个中继节点的资源需求，然后根据每一个中继节点的需求和信道状况来分配合适的资源。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于中继通信***的下行回程资源分配设备，包括：接收单元，用于接收中继节点反馈的数据缓冲器占用水平和信道状况信息；计算单元，用于根据反馈的数据缓冲器占用水平来计算中继节点的资源需求；分配单元，用于根据计算的中继节点的资源需求和信道状况信息，向中继节点分配资源；以及发送单元，用于将资源分配信息经由控制信道发送至中继节点。

优选地，分配单元根据中继节点的资源需求和信道状况信息向中继节点分配资源，使得中继节点使用的资源最小化。

优选地，分配单元根据中继节点的资源需求和信道状况信息，向资源需求没有得到满足的中继节点分配资源，使得当前已分配资源与所请求资源的比例最小的中继节点获得当前资源中具有最大传输速率的资源。

优选地，分配单元在向中继节点分配资源后，向宏用户设备分配余下的资源。

优选地，数据缓冲器占用水平包括数据缓冲器中的数据比特的队列长度。

优选地，信道状况信息包括信干噪比信息或信道质量信息。

优选地，控制信道包括中继物理下行控制信道(Relay-PhysicalDownlink Control Channel，R-PDCCH)。

优选地，资源包括物理资源块。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于中继通信***的下行回程资源分配方法，包括：接收中继节点反馈的数据缓冲器占用水平和信道状况信息；根据反馈的数据缓冲器占用水平来计算中继节点的资源需求；根据计算的中继节点的资源需求和信道状况信息，向中继节点分配资源；以及将资源分配信息经由控制信道发送至中继节点。

优选地，根据中继节点的资源需求和信道状况信息向中继节点分配资源，使得中继节点使用的资源最小化。

优选地，根据中继节点的资源需求和信道状况信息，向资源需求没有得到满足的中继节点分配资源，使得当前已分配资源与所请求资源的比例最小的中继节点获得当前资源中具有最大传输速率的资源。

优选地，在向中继节点分配资源后，向宏用户设备分配余下的资源。

优选地，数据缓冲器占用水平包括数据缓冲器中的数据比特的队列长度。

优选地，信道状况信息包括信干噪比信息或信道质量信息。

优选地，控制信道包括中继物理下行控制信道。

优选地，资源包括物理资源块。

根据本发明的又一方面，提供了一种包括本发明的下行回程资源分配设备的基站。

本发明的下行回程资源分配设备和方法考虑到回程链路和接入链路的链路质量，能够满足实际的业务量需求，并且优化了中继和宏UE之间的资源分配。

附图说明

通过下文结合附图的详细描述，本发明的上述和其它特征将会变得更加明显，其中：

图1是示出了使用常规子帧进行中继节点-UE的通信以及使用MBSFN子帧进行eNB-中继节点的通信的示意图；

图2是示出了LTE-A标准化组织中通常使用的干扰模型的示意图；

图3是示出了现有技术中eNB向中继节点分配回程资源的过程示意图；

图4是示出了根据本发明一个实施例的下行回程资源分配设备的框图；

图5是示出了根据本发明一个实施例的下行回程资源分配的过程示意图；以及

图6是示出了根据本发明一个实施例的下行回程资源分配方法的流程图。

具体实施方式

下面，通过结合附图对本发明的具体实施例的描述，本发明的原理和实现将会变得明显。应当注意的是，本发明不应局限于下文所述的具体实施例。另外，为了简便起见，省略了与本发明无直接关联的公知元件和步骤的描述。

图4是示出了根据本发明一个实施例的下行回程资源分配设备40的框图。如图4中所示，下行回程资源分配设备40包括接收单元402、计算单元404、分配单元406和发送单元408。下面，结合附图5来详细描述下行回程资源分配设备40中各个组件的操作。需要注意的是，在图5中，根据本实施例的下行回程资源分配设备40被包含在宿主eNB这一端中。

首先，在图5中的501处，宿主eNB中的接收单元402接收由中继节点(RN)反馈的数据缓冲器占用水平和信道状况信息，并将其传送至计算单元404。在一个实施例中，数据缓冲器占用水平是数据缓冲器中的数据比特的队列长度，信道状况信息是信干噪比信息或信道质量信息。

在图5中的502处，宿主eNB中的计算单元404根据中继节点的数据缓冲器占用水平来计算每一个中继节点的资源需求，并将该计算结果连同信道状况信息传送至分配单元406。例如，计算单元404可通过如下方式来计算每一个中继节点的资源需求：

首先，初始化每一个中继节点的资源需求C_r(r表示中继节点的序号)。

如果中继节点r的数据缓冲器中含有大于0比特的队列长度，则设q_r＝队列长度(单位是比特)；否则，如果中继节点r的队列为空，则设q_r＝-(空的物理资源块(Physical Resource Block，PRB)上能够承载的比特数的估计)。

更新C_r＝C_r-q_r，最终C_r的上限不能超过eNB缓冲器中中继节点r的队列长度，下限不能小于0。

以上是对中继节点的传输能力和需求的预测。很显然，中继节点的缓冲器使用水平非常直接地反映了这点。如果缓冲器中的数据越多，说明该中继节点的传输能力越差，所以应该给其减少数据分配；反之，如果有空的物理资源块PRB，则说明该中继节点可以传输更多的数据，应该增加其资源分配。最终优化的目标是希望缓冲器的队列趋近于0。

在图5中的503处，宿主eNB中的分配单元406根据计算单元404所计算的每一个中继节点的资源需求和信道状况，在向宏UE分配资源之前先向中继节点分配合适的资源，以最小化回程子帧中使用的PRB。例如，分配单元406可通过如下方式来向中继节点分配资源：

首先，设 $c_{\mathrm{rn}}=\frac{x_{\mathrm{rn}}B}{N}\log 2(1+\frac{{\mathrm{ph}}_{\mathrm{rn}}}{N_0\frac{B}{N}})=x_{\mathrm{rn}}{Y}_{\mathrm{rn}}---\left(1\right)$

目标是： $\underset{X}{\min }\left(\underset{r=1}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{rn}}\right)---\left(2\right)$

满足约束条件：

x_m∈{0，1}，r＝1，2，...，R；n＝1，2，..，N    (3)

$\underset{r=1}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{rn}}\∈\left\{\mathrm{0,1}\right\},$ n＝1，2，...，N，(4)

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{rn}}\≥C_r,$ r＝1，2，...，R    (5)

其中，

N表示子帧中的RPB的个数；

R表示中继节点的个数；

X＝[x_rn]表示PRB向中继节点的分配矩阵；

B表示***带宽；

N₀表示噪声功率谱密度；

p表示PRB的功率；

h_rn表示PRB n中的中继节点r的信道增益；

注意，等式(1)中的

(也就是Ym)表示相应的PRB的容量，这是根据中继节点的信干噪比推算得出的。在具体实现中，该部分可以被所使用的链路自适配函数来取代。x_rn如果为1，则表示中继节点r在PRB n上被调度，因而会占用该资源；相反，x_rn如果为0，则表示中继节点r在该PRB上没有被调度。另外，等式(3)体现了对x_rn的约束。由此可见，等式(1)中的c_rn表示中继节点r在PRB n上的实际速率。等式(2)旨在通过合理选择对中继节点的分配矩阵X而使得所有中继节点使用的PRB之和为最小。等式(4)说明一个PRB同时只能被最多一个中继节点所使用。不等式(5)表明向每个中继节点分配的资源(用预测的可传输的数据比特表示)必须满足中继节点的需求。

因此，本实施例中的下行回程资源分配原则是：通过精确地估计中继节点的能力以及最优化资源分配，在满足每一个中继节点的需求的前提下，尽可能使中继节点使用的资源最小化。

在向中继节点分配合适的资源之后，分配单元406可将余下的资源分配给宏UE。该分配可使用现有的调度技术来实现，此处不再详述。

最后，在图5中的503处，宿主eNB中的发送单元408将资源分配信息经由某个特定的控制信道发送至中继节点。在一个实施例中，该控制信道是中继物理下行控制信道。

需要指出，从具体实现的角度来看，分配单元406执行的上述最优分配过程在计算上不是有效率的。因此，在具体实现中，可选地在分配单元406中执行次优分配过程(局部搜索)，以减小计算量。下面以伪代码的形式说明该次优分配过程：

                                            

设Ω_r是分配给中继节点r的PRB的集合；

初始化：设x_rn＝0，Ω_r＝φ，A＝{1，2，...，N}；While A≠φ

找到

的值为最小的中继节点r；

    if

        查找满足约束条件Y_rn≥Y_rj，j∈A的n；

        设x_rn＝1，更新c_rn，Ω_r＝Ω_r∪{n}，A＝A-{n}；

    else

        break；

    end if

end while

                                                 

其中，Ω_r表示已经被分配给中继节点r的RPB的集合，A表示此时余下的PRB的集合。在初始化时，资源还未被分配。之后，进入循环，直到资源分配完或者所有中继节点的需求被满足后才结束。在每一次循环中，首先选择具有当前已分配资源与所请求资源的比例最小的中继节点(即资源分配率相对最小的中继节点)，以确保公平。对于该中继节点，如果现有的分配不能满足预先设置的需求，则在剩下的PRB中寻找一个能最大化传输速率的PRBn，然后把该PRB进行标志，更新相关变量和集合。然后进入下一循环。

上述次优分配过程尝试尽可能地把每一个中继节点与具有最大化传输速率(最大信干噪比)的PRB相匹配，并保证了一定的公平性。该次优分配过程的计算复杂度低，因此在计算上是有效率的。此外，次优分配过程很自然地解决了上述约束条件不等式(5)可能无法被满足的问题。当所有资源分配完成后，次优分配过程结束，尽管不等式(5)可能不是对于所有中继节点都得以成立，但次优分配过程能够保证使已有资源最大限度地满足中继节点的需求。

图6是示出了根据本发明一个实施例的下行回程资源分配方法60的流程图。如图6所示，方法60在步骤602处开始。

在步骤604，接收由中继节点(RN)反馈的数据缓冲器占用水平和信道状况信息。在一个实施例中，数据缓冲器占用水平是数据缓冲器中的数据比特的队列长度，信道状况信息是信干噪比信息或信道质量信息。

在步骤606，根据中继节点的数据缓冲器占用水平来计算每一个中继节点的资源需求。在一个实施例中，数据缓冲器占用水平是数据缓冲器中的数据比特的队列长度。

在步骤608，根据所计算的每一个中继节点的需求和信道状况，在向宏UE分配资源之前先向中继节点分配合适的资源，以最小化回程子帧中使用的PRB。具体地，可以通过执行上文所述的最优分配过程或次优分配过程向中继节点分配资源。在向中继节点分配合适的资源之后，可再将余下的资源分配给宏UE。

在步骤610，将资源分配信息经由某个特定的控制信道发送至中继节点。在一个实施例中，该控制信道是中继物理下行控制信道。

最后，方法60在步骤612处结束。

本发明的下行回程资源分配设备和方法考虑到回程链路和接入链路的链路质量，能够满足实际的业务量需求，并且优化了中继节点和宏UE之间的资源分配。

尽管以上已经结合本发明的优选实施例示出了本发明，但是本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、替换和改变。因此，本发明不应由上述实施例来限定，而应由所附权利要求及其等价物来限定。

Claims (17)

1.一种用于中继通信***的下行回程资源分配设备，包括：

接收单元，用于接收中继节点反馈的数据缓冲器占用水平和信道状况信息；

计算单元，用于根据反馈的数据缓冲器占用水平来计算中继节点的资源需求；

分配单元，用于根据计算的资源需求和信道状况信息，向中继节点分配资源；以及

发送单元，用于将资源分配信息经由控制信道发送至中继节点。

2.根据权利要求1所述的下行回程资源分配设备，其中，所述分配单元根据所计算的资源需求和信道状况信息向中继节点分配资源，使得被占用的回程资源最小化。

3.根据权利要求1所述的下行回程资源分配设备，其中，所述分配单元向资源需求没有得到满足的中继节点分配资源，使得当前已分配资源与所请求资源的比例最小的中继节点获得当前资源中具有最大传输速率的资源。

4.根据权利要求1所述的下行回程资源分配设备，其中，所述分配单元在向中继节点分配资源后，向宏用户设备分配余下的资源。

5.根据权利要求1所述的下行回程资源分配设备，其中，所述数据缓冲器占用水平包括数据缓冲器中的数据比特的队列长度。

6.根据权利要求1所述的下行回程资源分配设备，其中，所述信道状况信息包括信干噪比信息或信道质量信息。

7.根据权利要求1所述的下行回程资源分配设备，其中，所述控制信道包括中继物理下行控制信道。

8.根据权利要求1所述的下行回程资源分配设备，其中，所述资源包括物理资源块。

9.一种用于中继通信***的下行回程资源分配方法，包括：

接收中继节点反馈的数据缓冲器占用水平和信道状况信息；

根据反馈的数据缓冲器占用水平来计算中继节点的资源需求；

根据计算的资源需求和信道状况信息，向中继节点分配资源；以及

将资源分配信息经由控制信道发送至中继节点。

10.根据权利要求9所述的下行回程资源分配方法，其中，根据所计算的资源需求和信道状况信息向中继节点分配资源，使得被占用的回程资源最小化。

11.根据权利要求9所述的下行回程资源分配方法，其中，根据中继节点的资源需求和信道状况信息，向资源需求没有得到满足的中继节点分配资源，使得当前已分配资源与所请求资源的比例最小的中继节点获得当前资源中具有最大传输速率的资源。

12.根据权利要求9所述的下行回程资源分配方法，其中，在向中继节点分配资源后，向宏用户设备分配余下的资源。

13.根据权利要求9所述的下行回程资源分配方法，其中，所述数据缓冲器占用水平包括数据缓冲器中的数据比特的队列长度。

14.根据权利要求9所述的下行回程资源分配方法，其中，所述信道状况信息包括信干噪比信息或信道质量信息。

15.根据权利要求9所述的下行回程资源分配方法，其中，所述控制信道包括中继物理下行控制信道。

16.根据权利要求9所述的下行回程资源分配方法，其中，所述资源包括物理资源块。

17.一种基站，包括根据权利要求1-8中任意一项所述的下行回程资源分配设备。

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