CN101242207A - 用于联合调度以增加频率效率和公平性的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种在使用频率重用和公共控制功率的分布式天线系统中用于联合调度以增加频率效率和公平性的方法和设备。通过考虑BS与RS的至少一个中的服务质量QoS来选择将被发送到MS的包，并将所述包组合为包组。从所述包组选择包，与所述包相应的链路被组合为链路组，对所述链路组执行联合功率控制，在联合功率控制中，对链路组执行链路去除和链路添加，直到对于链路组的链路实现最佳解决方案。当对于链路实现最佳解决方案时，信道被分配给所述链路，并且BS和RS中的至少一个的用户队列的状态被更新。

Description

用于联合调度以增加频率效率和公平性的方法和设备

                         技术领域

本发明总的来说涉及一种在无线通信系统中用于在调度器与功率控制器之间进行相互作用的技术。更具体地说，本发明涉及一种在使用频率重用和公共功率控制的分布式天线系统(DAS)中，用于在基站(BS)和中继站(RS)之间进行联合调度和功率控制以便在下行链路上增加公平性和传输效率的技术。

                         背景技术

在传统的蜂窝式系统中，调度器通常根据优先级来选择将被发送到移动站(MS)的包。因此，每个MS与每个BS具有公共的调度器。已知MS根据它们在给定时间点所在的位置而经受不同的信号衰减和干扰。这种信号衰减与干扰方面的差异导致以下问题：当MS被分配相同的发送功率时，它们具有不同的信号干扰噪声比(SINR，Signal-to-Interference and Noise Ratio)在尝试使得MS的SINR均匀的时候，功率控制器将较高的功率分配给相对于BS(或RS)较远的MS，并将较低的功率分配给相对于BS(或RS)较近的MS。

在使用频率重用和公共功率控制操作的DAS系统中，通过专用线路(诸如光纤)建立BS与RS之间的链路，并且每个RS如BS般运行，原因在于每个RS用作BS的天线。BS和RS具有它们独立的服务区域以及能够在所述服务区域中重用的频率。可能会出现以下情况：两个MS位于靠近服务区域之间的边界处，尽管它们在不同的服务区域并共享相同的信道。当调度器选择MS的包时，MS由于来自邻近服务区域的干扰而具有较低的SINR，从而所述包到MS的传输很可能将导致失败。如果较高的功率级被分配给MS中的一个或两个以增加它们的SINR，则产生的相互干扰的增加将抵消通过增加功率级来进行功率控制的效果。相互干扰的增加将抵消增加的功率级的效果的原因在于：在调度之后执行功率控制。由于调度和功率控制独立进行，所以到达MS的数据传输失败并且/或者不满足最小数据率，由此造成故障。因此，随着MS数量的增加以及网络使用的增加，上述问题的可能性也很可能增加。因此，在该技术领域中需要提供一种对于这种问题的解决方案。

                         发明内容

本发明示例性实施例的一方面在于至少部分解决某些上述问题和/或缺点，并至少提供以下所述优点。本发明提供一种用于通过调度器与功率控制器之间的高效相互作用来减小故障概率并最大化传输效率的方法和设备。

因此，本发明示例性实施例的一方面在于提供一种用于在使用频率重用和公共功率控制的DAS中在调度器与功率控制器之间进行高效相互作用以便最大化传输效率并减小故障概率的方法和设备。本发明的这一方面解决在分集信道模式下操作的蜂窝式系统中与下行链路上的独立调度和功率控制相关的问题。

根据本发明示例性实施例的一方面，提供一种在使用频率重用和公共控制功率的分布式天线系统中用于增加频率效率和公平性的联合调度，其中，通过考虑BS与RS的至少一个中的服务质量(QoS)来选择将被发送到MS的包，并将所述包组合为包组。从所述包组选择包，与所述包相应的链路被组合为链路组，对所述链路组执行联合功率控制，在联合功率控制中，对链路组执行链路去除和链路添加，直到对于链路组的链路实现最佳解决方案，当对于链路实现最佳解决方案时，信道被分配给所述链路，并且BS和RS中的所述至少一个的用户队列的状态被更新。

根据本发明示例性实施例的另一方面，提供一种在使用频率重用和公共控制功率的分布式天线系统中用于增加频率效率和公平性的联合调度设备，其中，当直接从MS接收到数据请求或经由RS接收到数据请求时，BS将数据发送到MS或RS，多个有线RS将关于它们的服务区域之内的MS的信息发送到BS，并将资源分配给所述MS，从服务于所述多个MS的BS或RS向所述多个MS分配资源，并且所述多个MS使用分配的资源来接收数据。

                         附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明特定示例性实施例的上述特征和优点将会变得更加清楚，其中：

图1示出应用本发明的使用频率重用和分布式天线的蜂窝式系统的示例性配置；

图2在概念上示出根据本发明示例性实施例的联合调度和功率控制系统的配置；

图3是示出根据本发明示例性实施例的在分集(diversity)信道模式下的联合调度和功率控制操作的流程图；以及

图4示出根据本发明示例性实施例用于描述链路选择和去除的信道矩阵。

                      具体实施方式

提供在描述中定义的内容(诸如详细的构造和部件)以帮助全面理解本发明的示例性实施例。因此，本领域的普通技术人员将认识到：在不脱离权利要求的范围的本发明精神的情况下，可对在此描述的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简明，可省略对已知功能和结构的描述，从而本领域的普通技术人员能理解对本发明的示例性描述。

贯穿附图，相同的附图标号将被理解为指示相同的部件、特征和结构。

图1示出应用本发明的使用频率重用和分布式天线的蜂窝式系统的示例性配置。参照图1，BS和RS定位于各个小区10、20、30，并具有它们独特的服务区域。每个MS(MS A、MS B、MS C等)从RS之一或BS接收服务。BS通常包括：用于缓冲传输数据的缓冲器、包调度器和执行信道编码、调制、功率控制和信道分配的无线电资源管理器(RRM)。

继续参照图1所示的示例性配置，在调度周期T_f期间发送数据，并且对数据传输执行信号传输。基本上，在传输之前，调度器根据优先级从缓冲器(即，用户队列)选择MS的包，RRM管理用于所述包的资源。

图2示出根据本发明的在使用联合调度和功率控制的蜂窝式系统中BS的示例性配置。图2提供根据本发明示例性实施例的联合调度和功率控制系统的配置的概念示例。

继续参照图2，将从BS和/或每个RS发送到MS的包被存储在用户队列中，并且在调度周期T_f期间将被发送的包被组合为包组。包组可包括不满足服务质量(QoS)的包，并且在调度周期T_f期间应发送包组的包。MS的组(如图1所示)将接收发送的包。

在BS和RS的各个服务区域中，在调度周期T_f期间选择MS来进行数据传输。这里，由H表示代表BS与MS之间和RS与MS之间的信道的信道矩阵(对此，包在用户队列中被排列)，由H’表示BS与MS之间和RS与MS之间的信道矩阵(对此，包被组合以进行传输)。从信道矩阵H得出信道矩阵H’。上述操作被称为包组合。

在如上所述的包组合之后，包调度器从包组选择具有最高优先级的包，从而选择将应用功率控制的MS与BS之间和MS与RS之间的链路。由H”表示代表所选择的链路的信道的信道矩阵。所选择的链路共享相同的信道并由此受到相互干扰。在包传输之前，功率控制器对这些选择的链路的组执行联合功率控制，然后，信道被分配给所述链路。如果功率控制不满足最小SINR，则功率控制器反馈指示链路不满足最小SINR的链路的信息，包调度器去除与所述链路相应的包，并重新选择将发送包的链路。重复这一操作，直到每个链路的SINR超过最小SINR。然后，在功率控制之后进行信道分配操作，以进行包传输。

为了通过数学模型代表联合调度和功率控制，定义以下参数。

                     表1

参数	描述
		Tf	用于分配一个子信道的调度周期
k(k＝1，...，K)	MS索引
		M(m＝1，...，M)	RS索引
hk，m	第m RS与第k MS之间的信道
		s(m)	由第m RS服务的MS的索引的集合
Pk，m	由第m RS分配给第k MS的功率
		yk，m	第k MS从第m RS接收的信号
Wk	第k MS的噪声
		Pmin，Pmax	分配给第k MS的最小功率和最大功率

因此，如下给出信道矩阵H、传输信号矩阵X和噪声矩阵W：

如果N个子信道具有相同的信道特征，即，矩阵H是平板型(flat)的，则接收的信号矩阵Y被表示为

                         Y＝HX^T，W

                                                     .....(2)

矩阵Y的元素(j，i)表示第j MS接收的第i MS的信号，所述元素被表示为：

$y_{j,i}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{j,m}\·p_{i,m}\·\·\·\left(3\right)$

在等式(3)中，接收的信号矩阵Y的对角元素代表期望的传输信号，矩阵Y的其它元素代表干扰信号。当每个RS具有独特的服务区域时，代表没有从RS发送的信号的矩阵X的元素变为0。因此，

包调度器基于在图2中定义的信道矩阵H”为每个服务区域选择一个MS。H”是M×M方矩阵。然后，如下给出矩阵Y的元素(j，i)：

                   y_j，i＝h_j，m·p_i，m，i∈s(m)

                                                   .....(5)

将第k MS接收的传输信号和干扰信号分别表示为等式(6)和等式(7)。

                   S_k＝h_k，m·p_k，m，k∈s(m)

                                                   .....(6)

$I_k=\underset{i\≠m}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{k,i}\·p_{s\left(i\right),i}---\left(7\right)$

通过下面的等式来计算第k MS的SINR：

${\mathrm{\γ}}^k=\frac{h_{k,m}{p}_{k,m}}{\underset{i\≠m}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{k,i}\·p_{s\left(i\right),i}+w_k}\·\·\·\left(8\right)$

为了使MS的SINR呈现为均匀，等式(8)的解对于MS而言应该是相同的。然而，由于等式(8)是非线性的，所以通过将等式(8)转换为采用maximumγ^k形式的线性公式来得出子最佳功率控制算法。在下面的表2中写出子最佳功率控制算法。

                            表2

参照表2，接收的信号与干扰加噪声之间的差(代替接收的信号与干扰信号的比率)可被设置为最佳化约束条件(表2中的约束条件2)，将变量δ最大化的函数在子最佳功率控制算法中被设置为目标函数。约束条件1描述功率控制中MS的目标SINR，约束条件3描述发送功率的最大值和最小值。对于子信道并列执行功率控制。也就是说，调度根据功率控制的最佳解决方案的存在或缺少而变得不同。

图3是示出根据本发明示例性实施例在分集信道模式下的联合调度和功率控制操作的流程图。

参照图3所示的示例性方法，在步骤302，目标SINR(target SINR)和γ^targetSINR被设置为初始值，在步骤304和306根据等式(9)从BS和RS的用户队列选择包。

$k_m^{*}=\arg \underset{k\∈s\left(m\right)}{\max }P{M}_{k,m}\·\·\·\left(9\right)$

其中，PM_k，m表示在第m RS中用于第k用户队列的优先级度量。优先级度量可以是时间延迟或传输数据量。

从选择的包来创建信道矩阵H”(其示例在图2中示出)，并执行功率控制和信道分配。当不再有将被发送的包或者不再有将被分配的信道时，调度完成。当功率控制成功时，执行这些操作。如果功率控制的最佳解决方案不存在，则执行链路去除和链路添加，然后，在步骤308执行功率控制和更新链路组H”。用于链路选择的准则表示为等式(10)。

$k_m^{*}=\arg \underset{k\∈s\left(m\right)}{\min }\underset{i\≠m}{\mathrm{\Σ}}\left(\frac{h_{k,i}}{h_{k,m}}\right)\·\·\·\left(10\right)$

等式(10)意味着在第m RS的服务区域中选择了最佳信道状态下的链路。

用于链路去除的准则表示为等式(11)。

$k_m^{*}=\arg \underset{k\∈s\left(m\right)}{\max }(\underset{i\≠m}{\mathrm{\Σ}}\left(\frac{h_{k,i}}{h_{k,m}}\right)+\underset{j\≠m}{\mathrm{\Σ}}\left(\frac{h_{k,i}}{h_{s\left(j\right),j}}\right))\·\·\·\left(11\right)$

其中，h_s(j)，j指示在第j RS的服务区域之内第j RS与MS s(j)之间的信道。通过这种方式，选择特定的链路来取代去除的链路，然后，再次执行功率控制。

等式(10)和等式(11)假设图4所示的属性。图4示出根据本发明示例性实施例用于描述链路选择和去除的信道矩阵。参照图4，从矩阵H”选择MS从其它服务BS或RS接收的干扰I_k与MS从它的服务BS或RS接收的干扰I’_k的总和最大的链路。在缺少功率控制的最佳解决方案的情况下，去除链路并选择特定链路来填充空白。然后，在步骤310，执行联合功率控制。

因此，在步骤310，对通过根据等式(10)和等式(11)的链路去除和添加更新的矩阵H”执行联合功率控制。在步骤312中缺少最佳解决方案的情况下，通常执行链路去除和添加，但是如图3的流程图所示，在执行链路去除之前，存在至少一个步骤。原因在于：随着通过链路去除和添加进行H”更新的次数增加，计算复杂性增加，导致运算问题。因此，考虑有限的资源和计算量，有必要限制H”更新的次数。为了减少H”更新的次数，减小目标SINR，然后，对于减小的目标SINR执行功率控制。由于通过减弱表2中的约束条件1来增加实现最佳解决方案的可能性，所以目标SINR被降低到预定值或预定值以下。

因此，在执行链路去除之前，在步骤320，每当执行功率控制，则对重复的次数N_iteration进行计数。然后，在步骤322，如果重复的次数N_iteration大于最大重复次数N_iterationmax，则在步骤324，将目标SINR降低到预定值，进程返回步骤310。如果在步骤322，重复的次数N_iteration小于或等于最大重复次数N_iterationmax，则在步骤326，根据等式(10)和等式(11)，用另一链路来取代链路(链路去除)，由此在步骤308更新链路组H”。

继续参照图3，另一方面，在步骤312中存在最佳解决方案的情况下，在步骤314分配信道。然后，在步骤316，用户队列的状态被更新，并确定是否剩余将被分配的信道以及将被发送的包。在存在信道和包的情况下，在步骤318，目标SINR和γ^targetSINR被设置为初始值，进程返回步骤306。在步骤306中缺少可用信道或将被发送的包的情况下，调度完成。

从以上描述可清楚：本发明在使用频率重用和公共功率控制的DAS系统中通过有效的资源管理来克服由来自邻近服务区域的干扰造成的故障问题。此外，本发明通过联合调度和功率控制有效地减少了干扰并增加了传输效率。

尽管已经参照本发明的特定示例性实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离本发明的精神以及权利要求的范围的情况下，可在此对关于功率控制的形式和细节进行各种改变。

Claims (7)

1、一种在使用频率重用和公共控制功率的分布式天线系统中用于增加频率效率和公平性的联合调度方法，包括：

a选择传输到移动站MS的包，并将所述包组合为包组，所述选择的步骤考虑基站BS与中继站RS的至少一个中的服务质量QoS；

b从在步骤a中形成的包组选择包，将与所述包相应的链路组合为链路组，并对所述链路组执行联合功率控制；

c在联合功率控制中，在所述链路组中执行链路去除和链路添加，直到对于链路组的链路实现最佳解决方案；以及

d当在步骤c中对于链路实现最佳解决方案时，将信道分配给链路，并更新所述BS与RS的至少一个的用户队列的状态。

2、如权利要求1所述的联合调度方法，其中，在步骤a中基于QoS进行包选择的步骤包括：通过以下的等式根据MS的优先级来选择MS的包，

$k_m^{*}=\arg \underset{k\∈s\left(m\right)}{\max }P{M}_{k,m},$

其中，PM_k，m表示在第m RS中用于第k用户队列的优先级度量，所述优先级度量可以是时间延迟和传输数据量之一。

3、如权利要求1所述的联合调度方法，其中，在步骤c中的链路去除和添加包括：

i每当最佳解决方案不存在时，对功率控制重复的次数进行计数；

ii如果功率控制重复的次数大于预定值，则在减小目标信号干扰噪声比SINR之后执行联合功率控制；以及

iii通过从链路组去除链路并选择另一链路来更新所述链路组，并对更新的链路组执行联合功率控制。

4、如权利要求3所述的联合调度方法，其中，链路组更新包括通过以下的等式来选择另一链路：

$k_m^{*}=\arg \underset{k\∈s\left(m\right)}{\min }\underset{i\≠m}{\mathrm{\Σ}}\left(\frac{h_{k,i}}{h_{k,m}}\right),$

所述等式意味着在第m RS的服务区域中选择了最佳信道状态下的链路，并且链路组更新包括通过以下的等式来去除链路：

$k_m^{*}=\arg \underset{k\∈s\left(m\right)}{\max }(\underset{i\≠m}{\mathrm{\Σ}}\left(\frac{h_{k,i}}{h_{k,m}}\right)+\underset{j\≠m}{\mathrm{\Σ}}\left(\frac{h_{k,i}}{h_{s\left(j\right),j}}\right)),$

其中，h_s(j)，j指示在第j RS的服务区域之内第j RS与MS s(j)之间的信道。

5、一种在使用频率重用和公共控制功率的分布式天线系统中用于增加频率效率和公平性的联合调度设备，包括：

基站BS，当直接从移动站MS接收到数据请求或经由中继站RS接收到数据请求时，将数据发送到所述MS或RS；

多个有线RS，将关于所述有线RS的服务区域之内的MS的信息发送到BS，并将资源分配给所述MS；以及

多个MS，被从所述服务于MS的BS或RS分配资源，并使用分配的资源来接收数据。

6、如权利要求5所述的联合调度设备，其中BS包括：用于存储传输数据的用户队列、包调度器和无线电资源管理器RRM，通过包调度器从用户队列根据包的优先级来选择包，通过RRM来管理用于包的资源，并直接或经由RS将包发送到MS。

7、一种在使用频率重用和公共控制功率的分布式天线系统中用于增加频率效率和公平性的联合调度设备，包括：

用于选择传输到移动站MS的包，并将所述包组合为包组的装置，其中，所述选择考虑基站BS与中继站RS的至少一个中的服务质量QoS；

用于从通过用于选择传输到MS的包的装置形成的包组选择包，将与所述包相应的链路组合为链路组，并对所述链路组执行联合功率控制的装置；

用于在联合功率控制中，在所述链路组中执行链路去除和链路添加，直到对于链路组的链路实现最佳解决方案的装置，其中，用于链路选择准则表示为：

$k_m^{*}=\arg \underset{k\∈s\left(m\right)}{\min }\underset{i\≠m}{\mathrm{\Σ}}\left(\frac{h_{k,i}}{h_{k,m}}\right)$

；以及

用于当对于通过用于执行链路去除和链路添加的装置提供的链路实现最佳解决方案时，将信道分配给链路，并更新所述BS与RS的至少一个的用户队列的状态的装置。

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