使用集中调度在无线系统中管理小区边缘性能的系统和方法

专利名称：使用集中调度在无线系统中管理小区边缘性能的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信系统中的小区边缘性能管理。
背景技术：
在无线通信中，与为用户服务的基站相对较远的用户通常更容易受到来自相邻基站的干扰并且更容易信号衰减。结果，这种用户可能经历相对较低的信号与干扰加噪声比 (SINR)，并且因此典型地接收比靠近基站的用户更低的数据速率。相对远的用户被称为“小区边缘用户，，或具有“不良几何条件”的用户。可以明白的是，当一个用户被称为比另一个用户距基站更“远”时，表示不仅依赖于地理距离，还易受导致衰减和干扰的其它因素的影响。注意的是，术语“用户，，和“移动台”在此处通常可交换地用于表示用于与无线通信系统交换通信信号的移动实体或设备。从上下文应当明白与这种可交换性的任何偏离。现有技术的无线分组数据系统(例如，根据演进数据优化(EV-DO)、高速分组接入 (HSPA)、或全球微波互联接入(WiMAX)无线协议实现的系统)，以及预计在不久的将来部署的那些系统，例如3GPP长期演进(LTE)计划)，使用位于基站的调度器来确定用于到移动用户的数据传输的传输时序和格式(包括数据速率，调制和编码速率，功率和频率分配)。基于来自移动台的信道质量反馈，调度器尝试按利用这些信道中有利的质量条件的方式向用户传输。进一步的，使用考虑例如用户所体验的吞吐量和延迟的公平标准，这些调度器用于平衡试图从每个基站接收数据的所有用户的竞争要求的调度算法。然而，与无线分组数据系统相关联的重要性能问题是，靠近基站位置的用户和在小区边缘更加遥远的那些用户可以实现的数据速率之间的巨大差距。在一定程度上，通过在基站处增加传输功率和带宽以及通过基站处附加的多个天线以支持到移动台的多个数据流传输和/或波束形成，来减轻小区边缘处的移动用户典型地经历较差的信道质量。然而，即使是利用了这种信号质量增强，在小区边缘的那些移动台仍然被限制为较低的数据速率并且无法实现更新的、低延迟的、高数据速率无线应用所要求的服务质量。此外，尽管从此处介绍的减轻步骤的角度提高小区边缘用户的吞吐量，但是他们也趋于进一步提高小区内更好位置的用户的吞吐量，使得小区边缘和其它用户之间吞吐量的差距问题保持在很大程度上没有解决。

发明内容
本发明的一个实施方式提供一种用于调度由多个基站所服务的移动台的传输资源的方法。根据本发明的方法，在用于服务多个基站的每一个的网络节点处提供集中式调度器，以及集中式调度器用于按照与移动台从多个基站的至少两个的每一个接收的数据有关的反馈信息，划分移动台的传输资源调度的优先顺序。


通过考虑下面的详细说明并结合附图可以容易地理解本发明的教导，其中图1示意性地描述了可以实现本发明的无线系统架构；图2示意性地描述了经修改以包括本发明的组件的图1的无线系统架构。
具体实施例方式在现有技术中，通常为了小区边缘的性能提升而交换集合小区吞吐量来有效地处理可用于小区边缘的移动用户的相对较差的信道质量。基本上，在那种方法中，调度器为小区边缘用户提供更多的调度机会，由此增加可用于它们的数据速率。可替换地，调度器可以使用最小吞吐量要求并且增加小区边缘用户的调度实例的数量，从而提升小区边缘的性能。然而，这样的规则限制调度器选择并且由此降低整体小区吞吐量。在一系列协调多点传输方案(例如，网络ΜΙΜΟ)中实现增加小区边缘吞吐量的另一种方法，以由移动台接收的这些传输的连贯组合方式，集中地调度从多个基站天线传输的数据传输。然而，这种方案特别复杂并且对网络施加显著的带宽和延迟要求。它们进一步要求不同基站的天线之间严格的时序和相位同步，以及从移动台反馈大量的信道状态。结果，在不久的将来，通常认为这些解决方案在蜂窝系统的下行链路是不可行的。发明人已经提出，并且在此处公开了，一种为小区边缘的移动台提供吞吐量明显提升且同时增加集合基站的吞吐量的系统和方法。因此，通过本发明，小区边缘性能不再需要交换扇区吞吐量；而是，用于服务小区边缘用户的本发明的应用附加地有助于增加整个扇区的吞吐量。此外，本发明的系统和方法避免了已知的协调多点方案(例如，网络ΜΙΜΟ) 的缺点。作为介绍本发明实施方式的基础，需要注意的是，小区边缘用户通常位于他们可以潜在地从多于一个基站接收数据的区域(典型地称为切换区域)。这些基站(以及它们相关的调度器)每个都能够调度到这些移动台的传输，但是通常仅能够以非协调方式来进行。因此，在指定无线小区/扇区中的基本服务安排是，接近基站的用户典型地由单个基站来调度，而在切换区域的用户有多个基站来调度。位于切换区域中的以及从多个基站接收数据的那些移动台，将需要提供与来自这些基站的每一个的数据传输相关联的信道状态反馈，用于实现在各个基站处的调度决定。因此，这些移动台必须能够监视下行控制信道并且从这些基站的每一个接收控制信号。图1中描述了如上所述的用于切换区域服务安排的整体架构。如图所示，在集中式控制器(示为无线网络控制器，RNC)解析与无线应用相关联的数据流，并且将下行流馈送到两个基站BSl和BS2。这些基站均从位于切换区域中的所服务的移动台接收信道状态反馈。每个基站处的调度器操作以按照信道状态反馈(当然还有别的方式)来调度传输， 对移动用户进行的这种调度独立于每个基站。然而，这种系统的优点也是缺点。在小区边缘的用户能够通过来自两个或多个基站的传输来获益，但是由于这些基站是操作独立的，它们不能有效地控制可用于用户的传输资源的公平，典型地，为切换区域的移动台调度或多或少的传输资源将适当地按照公平原则来考虑(相对于为其它所服务的移动台调度的资源)。因此，例如，当移动台被多个基站服务通常将按照公平原则来考虑，对仅由这些基站中的一个来服务的系统的其它移动台施加惩罚，其因此丢失调度机会和吞吐量。此外，由于跨越多个基站的叠加规则(共同频率资源的有效再利用)的扩展可以增加数据速率和吞吐量，有利的是同时调度从多个基站到用户的数据。这种能力没有出现在现有技术的基站到移动台传输系统。为解决现有技术中的这些限制，发明人在此处公开了一种用于集中式调度的方法，其通过服务所述用户的多个基站为移动用户提供协调的调度。本发明的调度方法附加地实现多个基站传输的重叠——即使用相同频率资源(例如，相同RF载波)通过多个基站进行移动台(到移动台的传输)的同时调度——用于实现以移动台处干扰消除为基础的更高速率的分配，由此进一步提高移动台吞吐量。图2中描述了本发明的实施方式。然而，注意的是，虽然附图以及下面的说明解决由两个基站所服务的移动台的示例性实例，但是本发明的方法旨在解决服务指定基站的多个基站。进一步需要注意的是，虽然此处通常描述为位于小区边缘或在切换区域中的移动台，本发明方法适于由两个或多个基站服务的任意移动台，而不考虑移动台在小区中的位置。根据本发明的实施方式，将一个或多个集中式调度器放置在无线网络控制器 (RNC)处，每个集中式调度器控制(调度)来自小区的连续簇的用户传输。簇大小是可变的并且范围可以从2至3个小区到全部地理区域(上百个小区)。在后面的情况中，优选的实例是在每个RNC中有一个集中式调度器。每个小区簇是连续的，并且簇中包括将受益于来自多个基站的传输(多流传输)的至少一些用户。在本发明的示意性实施方式中，通过位于调度器的簇中的每个基站分组格式器来实现集中式调度器的调度决定。基于集中式调度器作出的以及下传至基站的速率和持续时间分配，分组格式器通过适当的编码和调制形成物理层分组。来自移动台的与服务所述移动台的每个基站相关的信道反馈，通过最佳的空中链路被发送到服务基站中的一个并且然后通过回程链路转发给集中式调度器。将来自每个基站的传输的确认发送到所述基站。然后，将这些确认进一步中继给集中式调度器。根据现有技术，移动台基于它的前向链路(FL)信道质量的测量来选择服务基站的组。于是，集中式调度器能够基于这些度量并且从集群范围视角对用户划分优先顺序。因此，集中式调度器不仅用来决定从哪个基站向用户传输，而且还用于评估用于并行传输到移动台的基站的每个可行组合。本发明的集中式调度器方案通常将增加边缘用户的吞吐量以及整个系统的吞吐量。
此后，在EVDO分组数据系统的环境中介绍本发明的集中式调度器的实施方式的操作。然而，应当明白的是介绍的方法可以被应用到任意分组数据系统的下行链路。每个移动台发送请求的数据速率(DRC)到能够潜在地服务移动台的每个基站。对于示意性的移动台η和基站m，DRCnm表示从基站m请求的这个移动台的数据速率。通过确定用户的优先顺序来操作比率公平的调度器。对于仅可以从一个基站(例如，第m个基站)调度指定的用户η的情况，Priorityn = DRCmZRnm其中Rnm是从基站m传递到用户η的吞吐量。要注意的是，调度器的这种介绍仅提供作为实例并且不应当解释为对根据本发明的方法实施的调度器的显示。还可以容易地使用其它调度器，例如CR-MAX。对于本发明的集中式调度器的情况，具有可以服务用户的多个基站，并且附加地， 对于位于或接近小区边缘的用户，可能从这些多个基站的两个或多个同时向用户传输。因此，必须为每个用户-基站组合计算和评估附加的优先级度量。随后，根据本发明的进一步实施方式来介绍用于集中式调度器的这种基于优先级的公平调度方法。如示意性的实例， 考虑由能够服务用户η的两个基站BSl和BS2的集中式调度器的调度。要确定的优先级度量是Pnl = DRCnl/RnPn2 = DRCn2AnPnl2 = DRCnl2An其中Pnl和Pn2是分别在基站BSl和BS2处被服务的用户η的优先级度量，并且 Ρη12的是通过基站BSl和BS2两者来同时服务的用户η的优先级度量；DRCnl和DRCn2是用户η分别从基站BSl和BS2请求的数据速率，并且DRCnl2是如果用户从基站BSl和BS2两者接收并行传输，用户能够支持的数据速率。这些DRC按照移动台所使用的任何接收机算法(例如，MMSE，具有或没有连续干扰消除等)并且基站不需要知道这些DRC。此外，1^是到目前为止网络已经服务的用户η的速率(在说明的实例中，服务经由基站BSl和基站BS2 两者，即 & = Rnl+Rn2)。如下面更为全面的解释，本发明的集中式调度器通过公平的角度评估簇中用于所有用户的度量并且决定在指定的传输间隔期间向哪个用户传输，以及要为每个用户应用的基站的特定组合以及传输的数据速率。为了说明根据所述方法的调度公平的实现，通过示意性集中式调度算法来考虑操作的下面情况。在这种情况下，假设两个基站服务它们的覆盖区域内的两个用户(n= 1或 2)。可以由基站中的一个或两个来调度每个用户。计算优先级度量P11, P12，P11和P21，P22， P212O通过可行性来对优先级度量进行分组，即Pn+P22，p12+p21，P112，P212以及比较优先级度量。注意到，这四种选择对应于服务于用户1的BSl和服务于用户2的BS2，服务于用户1 的BS2和服务于用户2的BS1，服务于用户1的BSl和BS2以及服务于用户2的BSl和2。 最大的累计度量确定调度，即选择哪组用户用于传输和通过哪组基站以及按照什么速率。 应当了解的是，此处说明的示意性调度方法可以被扩展到来自η个基站的η个传输，并且同样的，还可以进行这η个传输在相同资源上的叠加。在调度方法中考虑为指定用户系统集合服务的吞吐量Ι η，便于仅由一个基站来服务的用户面对由两个或多个基站来服务的用户的系统的相对公平。这是因为，当由服务基站中的任意一个充分地服务了这种用户时，其降低所述用户的优先级，即在这种情况下总吞吐量增加并且即使在没有调度用户基站调度器，用于用户的优先权度量变得更小。本发明的特征，以及其中实现的调度公平方法，其中在DRCnl2项中反映由多个基站服务的用户的集合数据速率通常比单独链路速率的和(DRCnl+DRCn2)要高，是DRCnl2是通过从多个基站到单个用户的叠加传输导致的速率。具体地，本发明的调度算法考虑的是，两个基站同时向用户传输以及移动台使用干扰消除来顺序地解码传输，在解码接收第二之前取消第一接收。用代数方法，这可以表示为DRCnl2 = DRCn^DRCn27l,其中，DRCn^1是DRC移动台将报告其是否已经抵消来自基站BSl的信号的DRC，或等价地，是在没有来自基站BSl的任何干扰信号情况下已经发送的DRC。注意，DRCn2/1总是大于DRCf这是因为DRCn2中的干扰项是来自BSl的信号，而在DRCn2/1中没有这种干扰项 (或它高度衰减)调度器使用来自移动台的确认反馈来决定，在每个调度时刻考虑用于为用户调度的基站是否适当。例如，移动台发送了用于来自基站BSl的传输的否定确认，调度器不考虑优先级度量ft~i0rity_nl，即当基站BSl被要求替代地向用户重传失败的分组的时刻，它将用户η 从用于基站BSl的调度池中取出。在另一方面，用于这个基站的传输的肯定确认允许将基站考虑为用户在下一调度时刻的服务器。集中式调度器可以基于肯定确认和调度器的能力计算服务吞吐量Ι η，以将这些 ACK与服务这个用户的每个基站之间的具体的过去传输相关联。例如，如果在时间t基站以 2. 4Mbps调度了 1时隙传输并且在时间t+2从移动台接收到ACK，那么集中式调度器可以推断从所述基站已经向移动成功地传送了 4096比特(1. 66ms/2. 4576Mbps)。作为备选，每个基站可以计算吞吐量Rnm并将其以周期性间隔发送回调度器。此处，发明人已经公开了用于在无线通信系统中为位于小区边缘或靠近小区边缘的用户提供提高的数据吞吐量的方法和系统。根据前面的说明，所属领域的技术人员容易想到本发明的大量修改和替换的实施方式。因此，这个说明被解释为仅是示例性的并且用于教导所属领域的技术人员执行本发明的最佳模式的目的，且并不是要说明所有可能的形式。还应明白的是，所使用的词语是说明的词语，而不是限制的词语，并且在实质上不脱离本发明的精神的情况下可以改变结构的细节，并且保留在附加权利要求的范围内的所有修改的专门使用。
权利要求
1.一种用于为多个基站所服务的移动台调度传输资源的方法，包括 在用于服务多个基站的每一个的网络节点处运行集中式调度器；以及使集中式调度器按照与移动台从多个基站接收的数据有关的反馈信息，为移动台划分传输资源调度的优先顺序。
2.根据权利要求1所述的方法，其中集中式调度器对传输资源的调度被安排以使用共同传输资源实现从多个基站的每一个到移动台的同时传输。
3.根据权利要求2所述的方法，其中移动台实施干扰消除以顺序地解码同时的传输， 在解码第二接收传输之前取消第一接收传输。
4.根据权利要求1所述的方法，其中通过移动台和多个基站中的一个之间的选择的RF 链路提供来自移动台的反馈，并且因此经由回程链路从多个基站中的一个向集中式调度器提供来自移动台的反馈。
5.根据权利要求1所述的方法，其中集中式调度器从移动台接收与移动台能够支持的数据速率(DRC)相关的反馈，并且按照接收的DRC确定用于多个基站的调度优先级度量。
6.一种用于为多个基站所服务的至少两个移动台调度传输资源的方法，包括在用于服务多个基站中选择的一些基站的网络节点处运行一个或多个集中式调度器；以及使集中式调度器按照与移动台从多个基站中的一些基站接收的数据有关的反馈信息， 为多个基站和至少两个移动台之间调度传输资源。
7 根据权利要求6所述的方法，其中集中式调度器对传输资源的调度被安排为使用关于到至少两个移动台中的特定一些移动台的传输的共同传输资源实现从多个基站中选择的组到移动台中的一些移动台的同时传输。
8.一种位于多个基站的上游的集中式调度器，包括调度装置，用于调度来自服务于移动台的多个基站中的至少两个基站的传输资源；以及处理装置，用于接收与移动台从多个基站接收的数据相关的反馈信息以及按照接收的反馈信息确定用于移动台的传输资源调度。
9.根据权利要求8所述的集中式调度器，其中调度装置进一步用于使用共同传输资源实现从至少两个基站的每一个到移动台的同时传输。
10.根据权利要求8所述的集中式调度器，其中处理装置从移动台接收与移动台能够支持的数据速率(DRC)相关的反馈并且用于按照接收的DRC确定用于多个基站的调度优先级度量。
全文摘要
提供一种用于为多个基站服务的移动台调度传输资源的方法。根据本发明的方法，在用于服务多个基站中的每一个的网络节点提供集中式调度器，并且集中式调度器按照与移动台从多个基站中至少两个基站的每一个接收的数据有关的反馈信息，为移动台划分传输资源调度的优先顺序。
文档编号H04W72/12GK102422702SQ201080020633
公开日2012年4月18日 申请日期2010年4月27日 优先权日2009年5月11日
发明者A·N·鲁德拉帕特纳, G·S·桑达拉姆, J·邹, S·瓦苏德范 申请人:阿尔卡特朗讯公司