CN103415078B - Ofdma***中以移动终端作为中继的动态资源分配方法 - Google Patents

Abstract

OFDMA***中以移动终端作为中继的动态资源分配方法，包括以下步骤：（1）基站收集各调度链路的信道信息，并根据此信息计算链路的发送数据速率；（2）基站在保证各移动台的服务质量且保证一帧结束后中继器中没有缓存数据的前提下，为各链路分配满足服务质量最低要求的资源块；（3）基站对分配给各链路的资源块进行向上取整；（4）基站将剩余的资源块分配给折算速率最大的链路组；（5）基站对分配给第一阶段链路和第二阶段链路的资源块进行调整，并将分配给各链路的资源块信息广播出去。本发明能在以移动终端作为中继时，降低中继节点的缓存开销，有效的防止了中继节点的移动性造成的数据丢失；降低的组网的复杂性，减少了运营成本。

Description

OFDMA***中以移动终端作为中继的动态资源分配方法

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信技术领域的方法，具体是涉及一种OFDMA***中以移动终端作为中继器的动态资源分配方法。

背景技术

LTE-Advanced（长期演进）***中引入了中继（Relay）技术来扩大小区的覆盖范围，提高小区边缘用户的吞吐率。目前，主要以固定基础设备作为relay，这样增加了***代价投入，降低了组网的灵活性。然而，3GPP新的标准提案给出了移动终端作为relay的网络架构。

经过对现有技术文献的检索发现，KarthikeyanSundaresan等在《INFOCOM,2012ProceedingsIEEE，25-30March2012，pp.1080-1088》上发表了题为“AdaptiveresourceschedulinginwirelessOFDMArelaynetworks”一文，该文提出了一种relay架构下的资源分配方法，该方法能动态的适应OFDMA帧结构；另经检索发现，Byung-GookKim等在《IEEETRANSACTIONSONWIRELESSCOMMUNICATION，VOL.11,NO.1,JANUARY2012》上发表了题为“OpportunisticResourceSchedulingforOFDMANetworkswithNetworkCodingatRelayStations”一文，提出了一种relay架构下功率和频谱资源联合分配方法。但以上两种方法没有考虑relay节点为移动终端时，中继数据会为节点带来额外的缓存开销，此开销可能会阻止一部分缓存资源紧缺的移动终端作为relay节点。另一方面，当移动终端作为relay节点时，relay节点的移动可能导致没有及时转发的数据失效，从而浪费频谱资源。

发明内容

本发明针对现有技术上的不足，提出了一种OFDMA***中以移动终端作为中继的动态资源分配方法。在保证移动终端的QoS（QualityofService服务质量）前提下，中继节点能够及时转发缓存中的数据，降低了缓存开销，提升了频谱效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

OFDMA***中以移动终端作为中继的动态资源分配方法，具有基站，中继器以及移动台，所述方法包括以下步骤：

第一步，所述基站收集各参与调度链路及所述中继器与所述移动台的信息，并根据所述收集信息计算各调度链路信道的传输速率；

第二步，所述基站在保障各移动台的服务质量的前提下，在一帧中为各链路分配最低服务质量要求的资源块，并保证一帧结束后，所述中继器中没有缓存数据；

第三步，所述基站将分配给各链路的满足最低服务质量要求的资源块向上取整，并保证一帧结束后，所述中继器中没有缓存数据；

第四步，所述基站选取折算速率最大的链路组，并将下行子帧中的剩余资源块分配给折算速率最大的链路组；

第五步，所述基站统计第一阶段链路所分配的总的资源块数，将第一阶段总的资源块数调整为N的整数倍，并将分配给各链路的资源块信息广播给***中的所有的中继器与移动台。

需要说明的是，所述各链路的传输速率分别为：基站至移动台的链路的传输速率为i∈[1,M]；基站至中继器的链路传输速率为i∈[1,R]；中继器至移动台的链路传输速率为i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]；

其中，R表示***中的中继器个数，M表示直接与基站连接的移动台个数，M(i)表示与第i个中继器连接的移动台数；i∈[1,M]表示第i个移动台与基站连接的基站至移动台链路传输速率；i∈[1,R]表示第i个中继器与基站连接的基站至中继器链路传输速率；i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]表示第i个中继器与第j个移动台连接的中继器至移动台链路传输速率。

需要说明的是，所述第二步包括以下步骤：

（1）所述基站根据各链路的信道速率，以及各移动台的最低速率要求，为基站至移动台链路和中继器至移动台链路分配最低要求的资源块，其中一帧中一个子信道和一个时隙构成一个资源块；给基站至移动台链路分配的资源块为：i∈[1,M]；给中继器至移动台链路分配的资源块为：i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]；

（2）所述基站通过已分配给各中继器至移动台链路的资源块，以及为了保证一帧结束后所述中继器中没有缓存数据，计算基站至中继器链路分配的资源块；给各基站至中继器链路分配的资源块为：

$\frac{T\·\underset{j=1}{\overset{M\left(i\right)}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}}_j}{V_{0,i}^1},$ i∈[1,R]；

其中，γ_i表示所述移动台的最低平均速率需求，T表示一帧中的时隙数。

需要说明的是，所述第三步包括以下步骤：

（1）完成第二步后，基站至移动台链路分配的资源块为：i∈[1,M]；基站至中继器链路分配的资源块为：i∈[1,R]；中继器至移动台链路的资源块为：i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]；分别对各移动台对应的链路分配的资源块进行向上取整得出基站至移动台链路分配的资源块为i∈[1,M]；基站至中继器链路分配的资源块为：i∈[1,R]；中继器至移动台链路的资源块为：

i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]；

（2）保证每个通过中继器与基站相连的移动台对应的第一阶段链路可发送的数据量小于对应的第二阶段链路可发送的数据量；第一阶段对应的链路所发送的数据量为：第二阶段链路所发送的数据量为：i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]。对于 $\∀j\∈[1,M\left(i\right)],$ 如果则不用做任何处理，否则将中继器至移动台链路的资源块调整为：

其中，第一阶段链路为基站与中继器或基站与移动台对应的链路，第二阶段链路为中继器与移动台对应的链路，是对x进行向上取整。

需要说明的是，所述第四步包括以下步骤：

（1）所述基站计算各移动台对应的链路组的折算速率；当移动台与基站直连，则其链路组包含一条基站至移动台链路，其折算速率为该基站至移动台链路的传输速率；当移动台通过中继器与基站连接，链路组包含基站至中继器链路和中继器至移动台链路，折算速率为： $\frac{V_{0,i}^1\·V_{i,j}^2}{V_{0,i}^1+V_{i,j}^2};$

其中，为基站至中继器的链路传输速率，i∈[1,R]；为中继器至移动台的链路传输速率，i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]；

（2）所述基站计算下行子帧中的剩余资源块，其中下行子帧中的剩余资源块为下行子帧中的总的资源块减去已分配的资源块，即：

$N^{\′}=N\·T^{\′}-\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{0,i}^0-\underset{i=1}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{0,i}^1-\underset{i=1}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{M\left(j\right)}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{i,j}^2;$

其中，N表示一帧中的子信道数，N'为剩余资源块，T'表示下行子帧的时隙数；

（3）所述基站根据上述计算出的各链路组的折算速率，找出折算速率最大的链路组，并将剩余资源块分配给该链路组；当最大速率链路组为基站至移动台链路，则将剩余资源块N'都分配给该链路；当最大速率链路组为基站至中继器链路和中继器至移动台链路，则将剩余资源块N'按两链路传输速率的比例分配这两条链路；基站至中继器分配的资源块为中继器至移动台分配的资源块为

其中，V₁表示最大速率链路组中基站至中继器的链路速率，V₂表示最大速率链路组中中继器至移动台的链路速率，表示向下取整。

需要说明的是，所述第五步包括以下步骤：

（1）所述基站求出第一阶段链路分配的总的资源块数，检测该资源块数是否为N的整数倍；若是，则不做任何处理；否则，将第一阶段链路的总的资源块数调整为

其中，K₁为第一阶段分配的总的资源块数；

（2）找出折算速率最大的链路组的第一阶段链路，即当折算速率最大的链路组为基站至移动台链路，则第一阶段链路为基站至移动台链路；当折算速率最大的链路组为基站至中继器至移动台的链路，则第一阶段的链路为基站至中继器的链路，从该链路已分配的资源块中减去K₁-K′₁个资源块；

（3）所述基站将分配给各移动台对应的链路的资源块信息广播给***中的所有移动台和中继器。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：考虑移动终端作为中继节点的场景，发明的OFDMA资源块分配方案不会给中继节点引入额外的缓存开销，并且避免了由于中继节点移动导致的资源浪费。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为实施例的场景图；

图3为实施例帧结构图；

图4为本发明中步骤1～4分配可能的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图2所示，本实施例为两跳OFDMA***下以移动终端作为中继参与调度的单小区下行链路进行的动态资源分配，本***包括：R个中继器（RS），第i个中继器（RS）有M(i)个移动台（MS）与其相连，M个移动台（MS）与基站（BS）相连。

如图3所示，其中一帧分为下行子帧（DL-Subframe）和上行子帧（UL-Subframe）；下行子帧又分为两个域，第一个域为中继域（RelayZone），在该域中只能由基站发；第二个域为接入域（AccessZone），在该域中只能由中继器发给移动台。一帧中有N个子载波数，T个时隙，下行子帧中有T'个时隙。

如图1所示，本发明具体步骤如下：

第一步，基站收集各参与调度链路及中继器和移动台的信息；基站根据收集到的这些信息，计算各调度链路的信道速率，其中得到的基站至移动台的链路的传输速率为i∈[1,M]，基站至中继器的链路传输速率为i∈[1,R]，中继器至移动台的链路传输速率为i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]。

第二步，基站在保障各移动台的服务质量的前提下，在一帧中为各链路分配最低服务质量要求的资源块，并保证一帧结束后，中继器中没有缓存数据。

具体步骤为：

1)基站根据各链路的信道速率，以及各移动台的最低服务质量要求，为基站至移动台链路和基站至中继器链路分配最低要求的资源块（一帧中一个子信道和一个时隙构成一个资源块）。给基站至移动台链路分配的资源块为：i∈[1,M]；给中继器至移动台链路分配的资源块为：i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]。

2）基站通过已分配给中继器至移动台链路的资源块，以及为了保证一帧结束后中继器中没有缓存数据，计算基站至中继器链路分配的资源块。给基站至中继器链路分配的资源块为：i∈[1,R]。

第三步，基站将分配给各链路的满足最低速率要求的资源块向上取整，并保证一帧结束后，中继器中没有缓存数据。

具体步骤为：

1）第二步后，基站至移动台链路分配的资源块为：i∈[1,M]；基站至中继器链路分配的资源块为：i∈[1,R]；中继器至移动台链路的资源块为：i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]。分别对各移动台对应的链路分配的资源块进行向上取整。取整后基站至移动台链路分配的资源块为i∈[1,M]；基站至中继器链路分配的资源块为：i∈[1,R]；中继器至移动台链路的资源块为：i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]。其中是对x进行向上取整。

2）为了保证一帧结束后，中继器中没有缓存数据，则需保证每个通过中继器与BS相连的移动台对应的第一阶段链路可发送的数据量小于对应的第二阶段链路可发送的数据量。第一阶段对应的链路可发送的数据量为：第二阶段链路可发送的数据量为：i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]。对于 $\∀i\∈[1,R],$ $\∀j\∈[1,M\left(i\right)],$ 如果则不用做任何处理，否则将中继器至移动台链路的资源块调整为

第四步，基站找出折算速率最大的链路组，并将下行帧中的剩余资源块分配给折算速率最大的链路组。

具体步骤为：

1）基站计算各移动台对应的链路组的折算速率。如果移动台与基站直连，则其链路组包含一条基站至移动台链路，其折算速率为该基站至移动台链路的传输速率；如果移动台通过中继器与基站连接，链路组包含基站至中继器链路和中继器至移动台链路，折算速率为 $\frac{V_{0,i}^1\·V_{i,j}^2}{V_{0,i}^1+V_{i,j}^2}.$

2）基站计算下行子帧中的剩余资源块，其中下行子帧中的剩余资源块是下行子帧中的总的资源块减去第三步中已分配的资源块。得到的下行子帧中的剩余资源块为：

$N^{\′}=N\·T^{\′}-\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{0,i}^0-\underset{i=1}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{0,i}^1-\underset{i=1}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{M\left(j\right)}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{i,j}^2.$

3）基站根据上述计算出的各链路组的折算速率，找出折算速率最大的链路组，并将剩余资源块分配给该链路组。如果最大速率链路组为基站至移动台链路，则将剩余资源块N'都分配给该链路；如果最大速率链路组为基站至中继器链路和中继器至移动台链路，则将剩余资源块N'按两链路传输速率的比例分配这两条链路。基站至中继器分配的资源块为中继器至移动台分配的资源块为

其中，V₁表示最大速率链路组中基站至中继器的链路速率，V₂表示最大速率链路组中中继器至移动台的链路速率，表示向下取整。

第五步，步骤1～4的分配方案可能导致如图3所示的情况。然而，根据3GPP中基于OFDMA的中继架构的描述，基站发送的资源块数必须是N的整数倍。因此，需要进行以下步骤。

1）基站求出第一阶段分配的总的资源块数K₁，检测该资源块数是否为N的整数倍；如果是，则不用做任何处理；如果不是，则将第一阶段的总的资源块数调整为

2）选取折算速率最大的链路组的第一阶段链路，即如果折算速率最大的链路组为基站至移动台链路，则第一阶段链路就为基站至移动台链路；如果折算速率最大的链路组为基站至中继器至移动台的链路，则第一阶段的链路为基站至中继器的链路，从该链路已分配的资源块中减去K₁-K′₁个资源块。

3）基站将分配给各移动台对应的链路的资源块信息广播给***中的所有移动台和中继器。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.OFDMA***中以移动终端作为中继的动态资源分配方法，具有基站，中继器以及移动台，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

第一步，所述基站收集各参与调度的链路及所述中继器与所述移动台的信息，并根据所述收集信息计算各调度链路信道的传输速率；

第二步，所述基站在保障各移动台的服务质量的前提下，在一帧中为各链路分配服务质量最低要求的资源块，并保证一帧结束后，所述中继器中没有缓存数据；

第三步，所述基站将分配给各链路的满足服务质量最低要求的资源块向上取整，并保证一帧结束后，所述中继器中没有缓存数据；

第四步，所述基站选取折算速率最大的链路组，并将下行子帧中的剩余资源块分配给折算速率最大的链路组；

第五步，所述基站统计第一阶段链路所分配的总的资源块数，将第一阶段总的资源块数调整为N的整数倍，并将分配给各链路的资源块信息广播给***中的所有的中继器与移动台；

其中，所述第二步包括以下步骤：

(1)所述基站根据各链路的信道速率，以及各移动台的最低速率要求，为基站至移动台链路和中继器至移动台链路分配最低要求的资源块，其中一帧中一个子信道和一个时隙构成一个资源块；给基站至移动台链路分配的资源块为：i∈[1,M]；给中继器至移动台链路分配的资源块为：i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]；

(2)所述基站通过已分配给各中继器至移动台链路的资源块，以及为了保证一帧结束后所述中继器中没有缓存数据，计算基站至中继器链路分配的资源块；给各基站至中继器链路分配的资源块为：

其中，γ_i表示所述移动台的最低平均速率需求，T表示一帧中的时隙数；

所述第三步包括以下步骤：

(1)完成第二步后，基站至移动台链路分配的资源块为：i∈[1,M]；基站至中继器链路分配的资源块为：i∈[1,R]；中继器至移动台链路的资源块为：i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]；分别对各移动台对应的链路分配的资源块进行向上取整得出基站至移动台链路分配的资源块为i∈[1,M]；基站至中继器链路分配的资源块为：i∈[1,R]；中继器至移动台链路的资源块为：

(2)保证每个通过中继器与基站相连的移动台对应的第一阶段链路可发送的数据量小于对应的第二阶段链路可发送的数据量；第一阶段对应的链路所发送的数据量为：第二阶段链路所发送的数据量为：i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]；对于 如果则不用做任何处理，否则将中继器至移动台链路的资源块调整为：

其中，第一阶段链路为基站与中继器或基站与移动台对应的链路，第二阶段链路为中继器与移动台对应的链路，是对x进行向上取整；

所述第四步包括以下步骤：

(1)所述基站计算各移动台对应的链路组的折算速率；当移动台与基站直连，则其链路组包含一条基站至移动台链路，其折算速率为该基站至移动台链路的传输速率；当移动台通过中继器与基站连接，链路组包含基站至中继器链路和中继器至移动台链路，折算速率为：

其中，为基站至中继器的链路传输速率，i∈[1,R]；为中继器至移动台的链路传输速率，i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]；

(2)所述基站计算下行子帧中的剩余资源块，其中下行子帧中的剩余资源块为下行子帧中的总的资源块减去已分配的资源块，即：

其中，N表示一帧中的子信道数，N'为剩余资源块，T'表示下行子帧的时隙数；

(3)所述基站根据上述计算出的各链路组的折算速率，找出折算速率最大的链路组，并将剩余资源块分配给该链路组；当最大速率链路组为基站至移动台链路，则将剩余资源块N'都分配给该链路；当最大速率链路组为基站至中继器链路和中继器至移动台链路，则将剩余资源块N'按两链路传输速率的反比分配给这两条链路，即该链路组中基站至中继器链路分配的剩余资源块为中继器至移动台链路分配的剩余资源块为

其中，V₁表示最大速率链路组中基站至中继器的链路速率，V2表示最大速率链路组中中继器至移动台的链路速率，表示向下取整；

所述第五步包括以下步骤：

(1)所述基站求出第一阶段链路分配的总的资源块数，检测该资源块数是否为N的整数倍；若是，则不做任何处理；否则，将第一阶段链路的总的资源块数调整为

其中，K₁为第一阶段分配的总的资源块数；

(2)找出折算速率最大的链路组的第一阶段链路，即当折算速率最大的链路组为基站至移动台链路，则第一阶段链路为基站至移动台链路；当折算速率最大的链路组为基站至中继器至移动台的链路，则第一阶段的链路为基站至中继器的链路，从该链路已分配的资源块中减去K₁-K′₁个资源块；

(3)所述基站将分配给各移动台对应的链路的资源块信息广播给***中的所有移动台和中继器。

2.根据权利要求1中所述的动态资源分配方法，其特征在于，所述各链路的传输速率分别为：基站至移动台的链路的传输速率为i∈[1,M]；基站至中继器的链路传输速率为i∈[1,R]；中继器至移动台的链路传输速率为i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]；

其中，R表示***中的中继器个数，M表示直接与基站连接的移动台个数，M(i)表示与第i个中继器连接的移动台数；i∈[1,M]表示第i个移动台与基站连接的基站至移动台链路传输速率；i∈[1,R]表示第i个中继器与基站连接的基站至中继器链路传输速率；i∈[1,R]，j∈[1,M(i)]表示第i个中继器与第j个移动台连接的中继器至移动台链路传输速率。