获得公平无线资源接入的分布式控制方法与流程

相关申请的交叉引用

本发明根据u.s.c.§119，要求2015年8月17日递交的，申请号为62/205,795，标题为“获得公平无线资源接入的分布式控制方法(methodofdistributedcontrolachievingfairradioresourceaccess)”的美国临时申请的优先权，上述申请的标的在此合并作为参考。

所揭露实施例一般有关于无线通信，以及更具体地有关于获得公平(fair)无线资源接入(radioresourceaccess)的分布式(distributed)信道接入控制。

背景技术：

在一个区域的授权频谱，只有一个频谱的拥有者，该拥有者帮助基站(enb)建立信息的单一仓库(depot)。例如，在一个运营商下的enb可以交换信道状态信息以及调度信息。具有单一小区调度，无线资源接入典型的受到lte系统中enb的控制。在协调多点运作(coordinatedmultipointoperation，comp)以及增强comp(ecomp)中，可以使用集中式(centralized)或者分布式(distributed)调度以协调来自enb的传输，以达成或者更高的sinr或者干扰移除的直接目的。有关(e)comp的突出的(salient)点为，信息交换或者透过私有(proprietary)，或者透过基于标准接口(例如，x2)。在那些链路上承载的典型的已交换信息，需要具有高达几十毫秒级别(tensofmilliseconds)的延迟。

可以看到ecomp可以在单一enb供应商提供的enb的网络中使能，因为enb供应商可以在多个enb中设计自己的私有(proprietary)链路。在标准化定义接口存在enb之间的情况下，例如，x2在ecomp中，来自不同的enb供应商的enb，也可以在他们之间交换信息以及依然可以获得移除干扰。相似的，在comp以及ecomp中演进的方案中，动态静音(muting)已经被认为是有效的方式，以增加小区边缘用户吞吐量以及平均用户吞吐量。但是，没有集中式调度器的参与，可能无法容易获得增强效能。总之，可以看出干扰处理是无线通信中的重要问题，以及授权频谱中频谱的唯一拥有，已经使能了一个运营商下多个enb信息交换以获得有效的干扰处理。

在接下来几年中，有可能未授权频谱可以扩展，以及频谱共享可能成为趋势。从联邦通信委员会(federalcommunicationcommission，fcc)规则制定来看，在未授权频谱处，持续提高干扰处理机制是重要的。但是，在未授权频段通信中，该情况可能很不同。因为没有实体，如网络运营商或者其他，在使用一个区域中某一频谱有垄断(monopoly)，在运营商控制之外可能有无线通信设备，其无线通信设备与该运营商的设备有干扰。进一步说，有关信道状态以及业务覆盖范围的信息，没有单一的仓库(depot)。所以，在授权频谱开发的干扰处理方案，例如(e)comp、(e)icic可能在未授权频谱不再有效。这里，需要协调不同运营商的不同设备之间的传输，或者允许来自不同enb供应商的设备之间的协作(collaboration)。

先听后讲(listen-before-talk，lbt)方案，被讨论用于解决wifi以及频谱辅助接入(licensedassistedaccess，laa)之间，以及laa以及laa之间的共存的问题。在laa中，已确认通信协议，例如lte可以用于授权频谱上，以提供第一通信链路，以及lte可以用在未授权频谱上提供第二通信链路。在lte版本13中，laa已经被认同以在小小区(smallcell)的未授权频谱上使能lte使用。为了方便有效以及公平的频谱共享，可能需要基于每一国家的管制规则而支持称作lbt的动态频谱共享机制。

wifi以及laa之间公平共存，通常定义为，如果(if)一些wifi接入点(ap)/非接入点(non-ap)软接入点(softap，sta)被laaenb/ue所替代，没有降低剩余wifiap/非接入点sta(例如，根据吞吐量以及延迟)的效能。但是，由于wifi所采用的处理干扰的单一机制(例如，csma/ca)，wifi效能在未授权频段没有获得最佳。已经提出各种lbt机制。但是，具有lbt机制的laa的效能可能无法满足有效以及公平频谱共享的目的。需要获得公平无线资源接入的解法。

技术实现要素：

本发明提出获得公平无线资源接入的分布式控制方法。用在lbt信道接入过程中的参数，用于控制一个节点如何有侵略性地争用信道接入的该参数可以称作“信道接入传输参数”或者cat参数。所建议方法使用随机化cat参数用于每一业务类型，以及然后为一些节点，在给定时间获得优先化接入，以及一段时间上的平均的公平接入。更具体地，即使用于相同业务类型，发送节点可以使用多于一个集合的cat参数，而不是传统的使用只一个集合的cat参数用于一个业务类型。根据固定调度，随机规则或者伪随机规则，发送节点可以使用一个cat参数集合。

在一个实施例中，无线通信网络中，透过无线装置采用lbt机制，无线装置获得多个cat参数集合。无线装置基于预定规则选择第一cat参数集合或者第二cat参数集合。第一集合以及第二集合与相同的业务类型关联。透过应用已选cat参数集合，无线装置实施lbt信道接入过程，以争用无线信道。如果该无线装置检测到透过已选择cat参数集合定义的信道空闲条件，无线装置发送无线信号。

在下面详细描述进一步的细节以及实施例及方法。发明内容不用于限定本发明。本发明保护范围以权利要求为准。

附图说明

附图中，相同的数字表示相似的元件，用于说明本发明的实施例。

图1为根据本发明的实施例，采用lbt信道接入机制的示例laa无线网络的示意图。

图2为根据本发明的实施例，ue以及enb的方块示意图。

图3为根据本发明的实施例，基于具有分布式控制的初始cca以及扩展cca的lbt信道接入机制的示意图。

图4为根据本发明的实施例，多个集合的cat参数的示意图。

图5为能量检测(energydetection，ed)阈值以及他们对于同步传输(simultaneoustransmission)的影响(effect)的示意图。

图6为根据本发明的实施例，随机化ed阈值的示意图。

图7为根据本发明的实施例，分布式lbt信道接入机制的方法流程图。

具体实施方式

下面详细参考本发明的一些实施例，伴随附图介绍本发明的例子。

图1为根据本发明的实施例，采用lbt信道接入机制的示例laa无线通信系统100的示意图。无线通信系统100包含一个或者多个无线通信网络，以及每一个无线通信网络具有基础架构单元，例如102以及104。基础单元也可以称作接入点、接入终端、基站、enb，或者所属领域中其他词汇。基站102以及104中每一个服务一个地理区域。无线通信基站102以及104服务的地理区域在这个例子中相互重叠。

基站102为授权基站，其与ue101透过授权频段通信。在一个例子中，基站102与ue101透过lte无线通信进行通信。基站102提供无线通信给主小区103中的多个ue。基站104为未授权基站，其与ue101透过未授权频段而通信。在一个例子中，基站104与ue101透过lte无线通信进行通信。基站104可以与辅小区105中的多个ue进行通信。辅小区105也称作小小区(smallcell)。

数据消费(consumption)的指数增长已经带来了大频宽需求，该大频宽需求不能被当前无线系统所满足。为了满足对于数据这个日益增长的需求，具有更大可用频宽的新的无线系统是需要的。laa无线网络可以用于提供更大可用频宽。laa网络同时利用授权频段和未授权频段，因此为无线系统中ue提供了额外可用频宽。例如，ue101可以从同时使用laa网络中的授权频段以及未授权频段而受益。由于两个分开数据链路的存在，laa网络不只为更大整体数据通信提供额外频宽，也提供一致(consistent)的数据连接(dataconnectivity)。具有可获得多个数据链路，可以增加ue在任何给定时刻能够与至少一基站实现适当数据通讯的概率。未授权频谱的利用，提供了更多可用频宽，然而未授权频谱的使用面临着需要解决的实际问题。

为了方便有效以及公平频谱共享，基于每一个国家的管理规定，支持称作lbt的动态频谱共享机制。各种fbelbt以及lbelbt机制已经提出。但是，具有lbt机制的laa的效能可能无法满足有效以及公平频谱共享的目的。根据一个新颖方面，提出了获得公平无线资源接入的分布式控制方法。可用于控制一个节点如何侵略性地竞争信道接入的用在lbt过程中的参数，可以称作“信道接入传输参数”，或者简称cat参数。如图1所示，所建议方法使用随机化cat参数用于每一业务类型，然后为相同节点在任何给定时间获得优先化接入，以及一个时间段上平均的公平接入。更具体地，即使对于相同业务类型，发送节点可以使用多于一个cat参数集合，而不是传统的只使用一个cat参数集合用于一个业务类型。根据固定调度、随机规则，或者伪随机规则，发送节点可以使用一个cat参数集合。透过预先配置，读取来自网络节点的系统信息广播，或者专用信令，或者在信标信号/信道中的系统信息广播，多个集合的cat参数可以被决定/被配置用于每一个业务类型，其中，网络节点例如enb，信标信号如wifi中。

图2为ue201以及基站202中包含的多个组件的示意图。基站202具有一个天线阵列226，具有一个或者多个天线，其发送以及接收无线信号。rf收发器模块223耦接到天线，从天线阵列226接收rf信号，将其转换为基频信号以及发送给处理器222。rf收发器223也将从处理器222接收的基频信号进行处理，将其转换为rf信号以及发送给天线阵列226。处理器222处理已接收基频信号以及调用不同功能模块以实施基站202中的功能。存储器221存储程序指令以及数据224以控制基站202的运作。基站202也包含一组控制模块，laa控制器225实施功能任务以配置、调度执行以及与ue201通信，例如下面详细描述用于laa任务。在一个例子中，laa控制器225包含信道负载计算器226，透过enb感知(sensing)，或者harqack/nack反馈，信道负载计算器226估计信道负载信息，cat参数选择器227，为每一业务类型决定一个或者多个cat参数集合，以及在给定时间，基于预定规则选择一个特定cat参数集合，以及先听后讲(listenbeforetalk,lbt)/空闲信道评估(clearchannelaccessment，cca)cca信道接入处理器228，保证bs202只在当信道为空闲，或者当bs202赢得信道争用，透过lbt/cca信道接入过程，在共享媒体上发送无线信号。

用户设备ue201具有天线阵列235，具有一个或者多个天线，其发送以及接收无线信号。rf收发器模块234，耦接到天线，从天线阵列235接收rf信号，将其转换为基频信号以及发送给处理器232。rf收发器234也将从处理器232接收的基频信号进行转换，将其转换为rf信号以及发送给天线235。处理器232处理已接收基频信号以及调用不同功能模块以实施ue201中的功能。存储器231存储程序指令以及数据236以控制ue201的运作。

ue201也包含一组控制模块以及电路，包含lla控制器290，其实施功能任务。控制模块以及电路可以由硬件，固件，软件以及上述几者的组合而实现以及配置。配置器291从网络获得各种配置以及参数以用于lbt/cca运作。lbt/cca信道接入处理器292保证当另一个未授权频段enb/ue发送时，ue201不发送信号。cat参数选择器293为每一个业务类型决定一个或者多个cat参数集合，以及在给定时间，基于预定规则选择一个特定cat参数集合。测量以及上报电路294实施harq以及csi/rrm测量以及上报harq反馈以及测量结果给其服务基站。

图3为根据本发明的实施例，基于初始ca以及扩展cca，具有分布式控制，lbt机制的示意图。基于lbt过程，依赖于cca感知以及用于信道接入争用的延迟(deferral)或者回退(backoff)过程，只要cca指示出信道为空闲，发送器就被允许在共享无线媒体上发送无线信号。lbt过程允许发送器获得对于共享无线媒体的接入，例如，获得发送机会(transmittingopportunity，txop)以用于在共享无线媒体上发送无线信号。lbt的基本假设是，当已接收信号级别(level)比cca级别(level)更高，例如，能量检测(energydetection，ed)阈值或者前缀检测(preambledetection，pd)阈值，如果装置在信道忙条件下发送信号，封包碰撞可能发生。进一步说，lbt是一种区分qos的形式。业务可以分类为四个接入类型(accesscategories，ac)：ac_vi(用于视频)、ac_vo(用于语音)、ac_be(用于尽力型)，以及ac_bk(用于背景类型)。每一个装置被期望基于用于业务的ac特定lbt参数而接入信道。

步骤301中，无线装置(enb/ue)在空闲状态。步骤302中，enb/ue决定是否需要发送(tx)。如果不需要，回到空闲状态，如果为是，enb/ue转到步骤303，以及检查对于初始cca时间段(bicca，例如，34us)是否无线信道为空闲。如果答案为是，那么enb/ue在步骤304发送无线信号以及检查是否enb/ue已经获得txop。如果答案为否，那么其回到空闲状态；如果答案为是，那么enb/ue转到步骤305以及决定是否其需要另一个传输。如果答案为否，那么回到空闲状态。

如果对于步骤303的答案为否，或者如果对步骤305的答案为是，那么enb/ue转到步骤311以及进入扩展cca过程。步骤311中，enb/ue从争用窗口大小q生成随机回退计数值n(例如，n从0到q-1中生成)。步骤312中，enb/ue检查无线信道是否已经空闲了扩展cca延迟时间段(ccadeferperiod)(decca，例如，34us)。如果答案为否，那么回到步骤312；如果答案为是，那么转到步骤313以及检查是否随机回退计数值n等于0。如果答案为是，那么转到步骤304用于传输；如果答案为否，那么其转到步骤314以及感知无线媒体一个ecca时隙时间段t(例如，t＝9us)。步骤315中，enb/ue检查是否无线信道为忙。如果答案为是，那么回到步骤312；如果答案为否，那么转到步骤816，以及将随机回退值n减少一(例如n＝n-1)，以及然后回到步骤313以检查是否计数值n等于0。请注意，基于ecca过程，当信道为忙，enb/ue应该延迟传输，直到一个不间断(uninterrupted)的延迟时间段无线信道被决定为空闲。lbt中一个重要的问题是，如何改变争用窗口的大小。为了提高lbt的效能，已经提出了考虑lbt机制中的历史信息的概念。在一个例子中，争用窗口大小q为基于历史harqacks/nack的输入而动态改变。

图3所示的lbt信道接入机制中，几个cca/ecca参数，例如初始cca时间段(bicca)，争用窗口大小q、ecca延迟时间段(decca)，以及ecca时隙时间段(t)可以用于控制节点如何有侵略性地争用信道接入。本发明揭示了多个方法将运作在未授权频段的节点分为几个组，以及将争用无线资源的节点的数量减少，每一个节点比该节点看到如果全部节点被允许争用无线资源时的传输经历着更高的sinr。进一步避免一个节点或者一组节点，承受着持续的不好的传输，经历着不公平的高sinr。节点分组可以随着时间随机或者伪随机，或者固定调度地改变。初始cca时间段(bicca)、争用窗口大小q、ecca延迟时间段(decca)、ecca时隙时间段(t)、ccaed(能量检测)阈值、ccapd阈值，eccaed阈值以及eccapd阈值都可以改变(knobtoturn)，以及他们的不同设定可以用于将节点分组。请注意cca是否可以透过能量检测(ed)或者前缀检测(pd)而实施的差别。下文中，“cca阈值”可以为ccaed阈值或者ccapd阈值，以及“ecca阈值”为eccaed阈值或者eccapd阈值。

用在lbt过程中的参数，其可以用于控制一个节点如何侵略性地争用信道接入，可以称作“信道接入传输参数”或者简称做“cat参数”。用于类型4lbt过程的cat参数为{bicca,decca,t,cca阈值,ecca阈值}。此外，初始cca时间段/争用窗口大小/ecca延迟时间段/ecca时隙时间段越小，以及ccaed阈值/ccapd阈值/eccace阈值/eccapd阈值越高，争用信道接入的发送接入点更具有侵略性。

根据一个新颖方面，优选方法为使用随机化信道接入参数，即使是对于一个业务范畴/类型，然后获得一些节点在给定时间的优先化接入，以及一个时间段上平均的公平接入。更具体地，即使对于相同业务范畴/类型，发送节点可以使用多于一个cat参数集合，而不是传统的对于一个业务范畴/类型只有一个cat参数集合。发送节点可以根据调度、随机，或者伪随机或者固定调度而使用一组cat参数。

图4为根据本发明的实施例，多个集合的cat参数的示意图。每一个节点分给两个cat参数集合{bicca-{k,s}，decca-{k,s}，t-{k,s},cca阈值-{k,s},ecca阈值-{k,s}}，其中s为cat参数集合的索引，从{1,2}中取值，以及k为节点索引，从{1,2,3,4,5,…}中取值。举例说明，decca-{2,5}为节点5，使用cat参数集合2的延迟时间段。那两个集合中的参数不必全不同，例如节点1，只有t-{1,1}不等于t-{1,2}，而两个集合中的剩余参数相同。一个可能的方式来为每一个节点选择两个cat参数集合为，其中有一个cat参数集合允许该节点有侵略性地争用信道接入，而第二cat参数集合允许该节点比较弱的侵略性地争用信道接入。当在一个时间段上观察，该时间段已经发生多次使用第一cat参数集合以及第二cat参数集合，每一个节点具有相同侵略性争用信道接入，其上述侵略性可以使用信道占据时间(channeloccupancytime)以及其他度量(metrics)而被测量。所以，获得长期公平，也达到短期的优先化(prioritization)。

可以以多种方式进行cat参数集合之间的切换。在第一例子中，在一个节点处，为根据固定调度，使用一个时间cat参数集合：cat参数集合1、cat参数集合1、cat参数集合1、cat参数集合2、cat参数集合2、cat参数集合2、cat参数集合1、cat参数集合1、cat参数集合1，以及等等。第二例子中，在一个节点处，一个时间使用的cat参数集合为随机选择。每一个cat参数集合可以分配一个概率，以及他们的概率不必相同。例如，0.5,0.3以及0.2可以分配给三个cat参数集合；或者，0.8,0.1以及0.1也分配给上述3个cat参数集合。第二个分配与第一个分配相比可以导致节点中不同的侵略性。进一步说，已分配概率也可以用作一个工具，以控制一个节点争用信道接入的侵略性。每次lbt需要实施时，根据已分配概率节点随机选择一个cat参数集合。在第三例子中，每次lbt需要被实施时，cat参数集合的选择可以以伪随机的方式控制。举例说明，伪随机数生成器可以输出一个索引，以及该索引用于选择cat参数集合。用于伪随机数生成器的随机种子可以包含ueid、enb/小区id、运营商id，或者enb指示出的一些值。

在图4的例子中，考虑假设为，使用cat参数集合1的lbt过程，比使用cat参数集合2的lbt过程具有更多侵略性，以及使用三个时间为例。其中节点1，2，3无线装置分別属于不同组无线装置，每组无线装置在给定时间应用相同cat参数集合。时间1，节点1以及节点2使用cat参数集合1，以及节点3使用cat参数集合2；节点3比节点1以及2具有更少捕捉到信道的机会。如果节点2以及节点3同时开始传输，在他们分别的接收节点(例如ue)的sinr，比节点1、2以及3同时发送的情况的sinr更高。时间2，节点2比节点1以及3具有更少的机会。时间3，节点1比节点2以及3具有更少的机会。当选择单一cat参数集合在全部时间用于全部节点，因为时间段(bicca,decca,t)对于上述节点全部是相同的，可能发生，遵循lbt过程的两个节点可以决定同时开始传输(例如，两个节点等待相同的bicca，以及决定发送)。当使用不同的时间段用于不同的节点时，那么，上述节点的同时传输不大可能，因为一个节点的传输将抑制其他节点的传输。在图4的例子中，比每一个节点侵略性地争用每一个传输机会的情况，透过轮流变得有礼貌(takingturntobepolite)(即，静音(mute)自己的传输)，每一个节点实际上可以享受更高的吞吐量。

图5为ed阈值以及其他们对于同时传输的影响的示意图。如图5所示，环绕节点a，b以及c的圈与节点d的重叠，以及每一个圈的半径指示出ed阈值：ed阈值约低，半径越大。在图5(a)中，当相同ed阈值用于节点a、b以及c时，如果ed阈值为高，那么节点d的传输不会抑制(inhibit)来自节点a，b或者c的传输。所以，节点a，b或者c的传输的每一个接收，会经历除了节点d之外其他两个节点的干扰。如果ed阈值为低，那么节点a，b以及c会同时抑制传输。具有低ed阈值，其可能发生，节点a，b以及c均抑制传输，而该节点a，b以及c均没有得到机会使用可用频谱。

图5(b)中，与节点b以及c相比节点a使用更低ed阈值。从节点d的传输抑制节点a的传输，不是节点b以及c的传输。所以，对于节点b以及c的接收不承受节点a的干扰，以及从提高的sinr受益。另一个时间，节点a以及c可以使用相同的高ed阈值，但是节点b使用更低ed阈值，然后对于节点a或者c的接收从提高的sinr受益。

图6为根据本发明的实施例，随机化ed阈值的示意图。时间1中，节点b以及c使用高ed阈值，而节点a使用低ed阈值，以及对于节点b或者c的接收从提高的sinr受益。时间2，节点a以及c使用高ed阈值，而节点b使用低ed阈值，以及节点a或者c的接收从提高的sinr受益。时间3，节点a以及b使用高ed阈值，而节点c使用低ed阈值，以及对于节点a或者b的接收从提高的sinr受益。时间4，节点b以及c使用高ed阈值，而节点a使用低ed阈值，节点b或者c的接收从提高的sinr受益。透过轮流变得有礼貌(turntobepolite)，与每一节点有侵略性的争用每一个传输机会相比，每一节点实际上可以享受更高的吞吐量。

图7为根据本发明的实施例，分布式lbt信道接入机制的方法流程图。步骤701中，无线装置透过在无线通信网络中的无线装置而获得多个cat参数集合。步骤702中，基于预定规则，无线装置选择第一cat参数集合，或者第二cat参数集合。第一集合以及第二集合与相同业务类型关联。步骤703中，透过应用已选择cat参数集合，无线装置实施lbt信道接入过程以争用无线信道。步骤704中，如果无线装置检测到已选择cat参数集合定义的信道空闲条件，无线装置发送无线信号。

虽然联系特定实施例用于说明本发明，本发明保护范围不以此为限。相应地，在不脱离本发明精神范围内，所属领域技术人员可以对所揭示技术特征进行润饰、修改以及组合，本发明保护范围以权利要求为准。