专利名称：一种下行资源调度方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，涉及一种下行资源调度方法，具体涉及一种可用于载波聚合系统的下行资源调度方法。
背景技术：
载波聚合(Carrier Aggregation, CA)技术是4G系统中最为重要的技术之一，它不仅能够帮助4G系统以非常灵活的方式实现大系统带宽，还能使4G系统保持良好的后向兼容性，从而加快4G系统的商用进程。应用了 CA技术是无线载波聚合系统的基本特征，因此，无线载波系统中必然存在多个载波，各载波具有独立的中心载频和指定的带宽，并且可以按照一定的方式聚合起来以形成更大的系统传输带宽。这些载波被称为无线载波聚合系统的成员载波(Component Carrier，CC)，是无线载波聚合系统中最基本的元素。通过将无线传输系统中两个或多个CC聚合起来形成更大的系统带宽，从而支持更高的系统数据传输速率。通过载波聚合技术，可以将系统的带宽最大扩展到100MHz，提供最高可达Kibps的下行峰值速率。在LTE-A通信系统中将不仅仅只会有LTE-A Rel-10用户设备(User Equipment, UE)，还会有大量的LTE Rel-8用户设备与之并存。因此，从用户终端的角度来看，载波聚合意味着UE可以根据自身终端设备的能力，选择同时从一个或多个CC上接收或发送数据。也就是说，LTE Rel-8用户设备仍然可以在Rel-10系统中正常工作，其仅适用单个CC通信， 且不需要任何软硬件升级。与此同时，LTE Rel-10用户设备则可以利用所拥有的多CC同时收发能力，享受LTE-A系统提供的更高速率更优质量的无线传输服务。现有技术中主要通过独立载波方案(Incbpendent Carrier Scheme, ICS)及联合载波方案(Joint Carrier Scheme, JCS)来进行载波聚合的用户接入调度方案^ser Access Scheme，UAS)。ICS主要应用在LTE Rel_8系统中，各个UE使用独立的CC ；但是这样在包含多个CC的系统中，系统的频谱资源并不能得到最有效的利用，因为系统无法动态的进行系统内各载波上业务负载的均衡，例如，在载波负荷不均衡的情况下，有可能出现某些CC在传输数据，而某些CC空闲的情况，因此，系统的资源不能充分被利用，频谱效率达不到最大。JCS是将系统中的所有CC聚合使用，每个UE使用所有CC聚合进行通信；因此，只要系统中还存在未被传输完的用户数据包，所有的CC均会被利用，系统资源不会被浪费， 其频谱效率达到最大，但是，由于每个UE都需要使用所有CC聚合通信，所以JCS仅能用于 LTE Rel-10系统，不具备对LTE Rel_8系统的后向兼容性，难以实现系统升级的平滑演进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种下行资源调度方法，适用于多载波聚合无线通信系统的载波聚合调度。为了解决上述问题，本发明提供了一种下行资源调度方法，包括将当前帧的待处理的用户数据传输请求对应的数据包分配到对应成员载波的包队列中，并判断所有的成员载波空闲与否；所有处于空闲状态的成员载波作为副载波，所有处于忙碌状态的成员载波作为主载波，调用所有副载波分配给相应的主载波进行聚合，接入每个主载波的用户设备确定各自的主载波及其聚合副载波；根据每个主载波及其聚合副载波划分时频资源，将时频资源分配给接入所述主载波的各用户设备来进行当前帧的数据传输。进一步地，依据以下策略将用户数据传输请求对应的数据包分配到对应成员载波的包队列将用户数据传输请求对应的数据包随机分配到多个成员载波中任意一个的包队列。进一步地，依据以下策略将用户数据传输请求对应的数据包分配到对应成员载波的包队列按轮询顺序将用户数据传输请求对应的数据包依次循环分配给各个成员载波的包队列。进一步地，依据以下策略将用户数据传输请求对应的数据包分配到对应成员载波的包队列统计每个成员载波的包队列的长度，并将新到达的用户数据传输请求加入最短长度的包队列。进一步地，根据每个成员载波上接入的用户设备的数量确定每个成员载波的包队列的长度。进一步地，根据以下策略调用所有副载波分配给相应的主载波进行聚合调用主载波处理各自的用户数据传输请求；调用所有副载波与队列长度最大的主载波进行聚合， 协助所述队列长度最大的主载波处理其用户数据传输请求。进一步地，根据以下策略调用所有副载波分配给相应的主载波进行聚合依据主载波的队列长度由大到小的顺序依次分配副载波进行聚合，循环往复直至所有副载波分配
元O进一步地，根据每个主载波及其聚合副载波划分时频资源，将时频资源分配给接入所述主载波的各用户设备来进行当前帧的数据传输的步骤，包括对于接入当前主载波的各用户设备，根据其对应的主载波及其聚合副载波划分时频资源块，以所述时频资源块为单位按照轮询方式分配时频资源给所述主载波的各用户设备。进一步地，判断所有的成员载波空闲与否的步骤，包括如果当前包队列为空，判定所述包队列的成员载波处于空闲状态；如果当前包队列不为空，判定所述包队列的成员载波处于忙碌状态。进一步地，还包括统计在上一帧传输过程中所完成传输的用户数据传输请求，并将其从对应的成员载波的包队列中去除；统计在上一帧传输过程中新到达的用户数据传输请求，将其作为当前帧的待处理的用户数据传输请求。与现有技术相比，本发明具有以下技术效果1)适用于实际的含有多个CC的载波聚合通信系统，例如LTE-A系统；2)保证系统时频资源的有效利用，频谱利用率高；3)有效降低用户设备的处理复杂度，减少用户设备的系统开销；4)将载波聚合调度方案划分为用户接入调度方案(User Access Scheme,UAS)以及载波聚合调度方案(Carrier Aggregation Scheme，CAS)，同时对UAS和CAS进行设计以进一步形成有效调度。5)通过SLQ(服务最长队列)以及RRP(队长优先轮询)两种载波聚合调度方案，聚合调度扩展到可以含有多个成员载波的载波聚合系统中。SLQ与RRP均能达到满资源利用率，用户的时延性能与JCS相同。6) SLQ和RRP能有效降低聚合载波的使用频率，并兼顾系统演进的后向兼容性，使得从单载波LTE系统向多载波聚合LTE-A系统演进过程中，能够根据实际的系统演进程度， 更加灵活的选择载波聚合调度方案。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是本发明的载波聚合通信系统的应用场景示意图；图2是本发明多载波聚合系统的模型示意图；图3是本发明实施例的方法流程图；图4是本发明实施例的SLQ聚合策略的应用示意图；图5是本发明实施例的RRP聚合策略的应用示意图；图6是本发明实施例的RA用户分配策略下的平均用户时延的累积分布曲线 (CDF)；图7是本发明实施例的RR用户分配策略下的平均用户时延的累积分布曲线 (CDF)；图8是本发明实施例的JSQ用户分配策略下的平均用户时延的累积分布曲线 (CDF)；图9是本发明实施例的用户通信使用载波数量的累积分布曲线(CDF)。
具体实施例方式以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。以下描沭下本发明的应用场景如图1所示，为本发明的载波聚合通信系统的应用场景示意图。某小区内有一个基站eNB以及多个用户设备UE，UE可以是LTE Rel_8设备也可以是LTE Rel-IO设备。每个UE接入多个成员载波CC中的一个，并使用其时频资源与eNB通信，该CC称为对应UE的主载波(Primary CC，PCC)。当某个CC没有接入用户时，即处于空闲状态时，其可以被用户使用，即与处于忙碌状态的CC聚合，提供时频资源协助处于忙碌状态的CC传输数据。用来聚合的处于空闲状态的CC称为副载波(kcondary CC, SCC)。每个UE只能有一个PCC，且在整个数据传输完成过程中不发生转变，为接入的UE提供信令收发及数据传输；同时，每个UE可以有多个SCC来协助进行聚合通信。系统中的调度算法以帧(Frame)时长为调度的间隔。以下描述下本发明的设计原理为了便于阐述，如图2所示，为本发明多载波聚合系统的模型示意图，图中将多载波聚合系统建模为排队模型。UE的用户数据传输请求到达后，表示UE有数据包需要传输，此时基站BaseStation需要分别分配一 CC供每个UE接入。UE的用户数据传输请求被接入基站的分配器 (Access Dispatcher, AD)，AD将用户数据传输请求分配给L个独立的CC，即将UE对应的数据包加入到对应的CC的包队列(Buffer)。这样对于每个CC即为对应接入的UE的PCC。 本发明UE-CC的分配设计了多种分配策略，不同的分配策略会对载波聚合的开销带来一定的影响。若某个CC的包队列中还有未完成传输的数据时，默认为接入该CC的传输数据，并将该CC状态设置为忙碌，该CC的包队列中的传输数据对应的UE将该CC作为PCC ；若某个 CC的包队列处理结束为空队列时，将该CC状态设置为空闲，该空闲CC作为副载波(SCC)与其它处于忙碌状态的PCC聚合，将其时频资源通过载波调度器(Carrier Scheduler, CS)分配给处于忙碌状态的PCC聚合使用，协助其传输数据。本发明为SCC-PCC的聚合设计了多种聚合策略。以下描沭下本发明的核心构思本发明将下行调度方法分为三个部分用户接入调度方案(User Access Scheme, UAS)、载波聚合调度方案(Carrier Aggregation Scheme, CAS)和时频资源分配。用户接入调度方案(UAQ-将当前帧待处理的用户数据传输请求对应的数据包分配到对应成员载波的包队列中，并根据各包队列的状态判断对应的成员载波空闲与否； UAS部分使用三种分配策略随机分配(Random Allocation，RA)、轮流分配(Round Robin, RR)以及加入最短队列(Joint the Shortest Queue, JSQ)。载波聚合调度方案(CAS) -所有处于空闲状态的成员载波作为副载波，所有处于忙碌状态的成员载波作为主载波，调用所有副载波分配给相应的主载波进行聚合，接入每个主载波的用户设备确定各自的主载波及其聚合副载波；CAS部分使用两种聚合策略服务最长队列(Serving the Longest Queue, SLQ)以及队长优先轮询(Round Robin with Priority, RRP)。时频资源分配一根据主载波及其聚合副载波划分时频资源，将时频资源分配给接入所述主载波的各用户设备来进行当前帧的数据传输，使每个UE均分其接入的PCC和聚合的SCC的传输性能。下面以一实施例对本发明的下行资源调度方法作进一步说明。如图3所示，为本发明实施例的方法流程图，包括步骤Si，统计在上一帧传输过程中所完成传输的用户数据传输请求，并将其从对应的成员载波的包队列中去除；统计在上一帧传输过程中新到达的用户数据传输请求，将其作为当前帧的待处理的用户数据传输请求。步骤S2，UAS 将当前帧待处理的用户数据传输请求对应的数据包分配到对应成员载波的包队列中，并判断所有的成员载波空闲与否。如果当前包队列为空，判定所述包队列的成员载波处于空闲状态；如果当前包队列不为空，判定所述包队列的成员载波处于忙碌状态。可以依据以下一种或多种策略的组合，将用户数据传输请求对应的数据包分配到对应成员载波的包队列随机分配(Random Allocation, RA)—将用户数据传输请求对应的数据包随机分配到多个成员载波中任意一个的包队列；
轮流分配(Round Robin, RI ) —按轮询顺序将用户数据传输请求对应的数据包依次循环分配给各个成员载波的包队列；加入最短队列(Joint the Shortest Queue, JSQ)—统计每个成员载波的包队列的长度，并将新到达的用户数据传输请求加入最短长度的包队列。在实际应用中，可以根据每个成员载波上接入的用户设备的数量确定每个成员载波的包队列的长度。步骤S3，CAS 所有处于空闲状态的成员载波作为副载波，所有处于忙碌状态的成员载波作为主载波，调用所有副载波分配给相应的主载波进行聚合，接入每个主载波的用户设备确定各自的主载波及其聚合副载波。根据以下一种或多种策略的组合，调度相应的副载波与主载波进行聚合服务最长队列(Serving the Longest Queue，SLQ)—调用主载波处理各自的用户数据传输请求，调用所有副载波与队列长度最大的主载波进行聚合，协助所述队列长度最大的主载波处理其用户数据传输请求；这种策略考虑的是集中系统的所有资源先服务队列长度最长的主载波，使它的流量负荷减小；队长优先轮询(Round Robin with Priority，RRP)—依据主载波的队列长度由大到小的顺序依次分配副载波进行聚合，循环往复直至所有副载波分配完；这种策略考虑的是主载波的包队列中各用户设备分配资源的公平性。步骤S4，对各用户设备的时频资源分配根据每个主载波及其聚合副载波划分时频资源，将时频资源分配给接入所述主载波的各用户设备来进行当前帧的数据传输。对于接入当前主载波的各用户设备，根据其对应的主载波及其聚合副载波划分时频资源块，以所述时频资源块为单位按照轮询方式分配时频资源给所述主载波的各用户设备。下面以一个应用实例对本发明的下行资源调度方法作进一步说明。以四载波聚合系统的调度为例，存在CCl CC4。首先进行用户接入调度一统计上一帧中完成传输的用户数据传输请求，将其从对应的CC包队列中除去；统计上一帧传输过程中新到达的用户数据传输请求，即待处理的用户数据传输请求，将所述待处理的用户数据传输请求按照RA分配策略、RR分配策略或 JSQ分配策略加入到对应CC的包队列中。其中，接入CC2、CC3的包队列为空，CCl的包队列的队列长度为3，CC4的包队列的队列长度为4。统计每个CC的包队列的长度，CC2、CC3的包队列为空，判断CC2和CC3处于空闲状态，作为SCC使用；CC1、CC4的包队列不为空时，判断CCl和CC4处于忙碌状态，作为PCC使用。然后进行载波聚合调度和时频资源分配一使用SLQ聚合策略或RRP聚合策略调度处于空闲状态的CC2和CC3，与处于忙碌状态的CCl和CC4聚合，从而确定CCl和CC4的包队列中对应的UE也能使用CC2和CC3。对于接入了 PCC(CC1和/或CC4)的各UE，根据 PCC和聚合的SCC(CC2和/或CO)划分时频资源块，以时频资源块为单位按照轮询方式分配时频资源给接入了 PCC的各个UE,使各UE均分其接入的PCC和聚合的SCC的传输性能。如图4所示，使用SLQ聚合策略，调用CC2、CC3与队列长度最大的CC4进行聚合。 对于接入了 CC4的各UE，根据CC4、CC2和CC3划分时频资源块(Resource Block, RB)，以 RB为单位按照轮询方式分配时频资源给接入了 CC4的各个UE，使各UE均分其接入的CC4 和聚合的CC2、CC3的传输性能。
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如图5所示，使用RRP聚合策略，首先调用CC2与队列长度最长的CC4进行聚合， 然后调用CC3与队列长度较短的CCl进行聚合。对于接入了 CC4的各UE，根据CC4和CC2 划分时频资源块(Resource Block，RB)，以RB为单位按照轮询方式分配时频资源给接入了 CC4的各个UE，使各UE均分其接入的CC4和聚合的CC2的传输性能；对于接入了 CCl的各 UE，根据CCl和CC3划分时频资源块(Resource Block, RB)，以RB为单位按照轮询方式分配时频资源给接入了 CCl的各个UE,使各UE均分其接入的CCl和聚合的CC3的传输性能。在上述用户接入调度、载波聚合调度和时频资源分配完成后，在当前帧传输数据， 当前帧的调度任务结束，以同样的方式进行下一帧调度。件能验证通过对某小区场景的载波聚合下行通信系统进行仿真，对本发明的具体效果进行了验证。仿真条件如表1所示。其中，用户的数据请求大小以及用户请求到达的时间间隔， 均为负指数分布，只需设定其均值参数。
权利要求
1.一种下行资源调度方法，其特征在于，包括将当前帧的待处理的用户数据传输请求对应的数据包分配到对应成员载波的包队列中，并判断所有的成员载波空闲与否；所有处于空闲状态的成员载波作为副载波，所有处于忙碌状态的成员载波作为主载波，调用所有副载波分配给相应的主载波进行聚合，接入每个主载波的用户设备确定各自的主载波及其聚合副载波；根据每个主载波及其聚合副载波划分时频资源，将时频资源分配给接入所述主载波的各用户设备来进行当前帧的数据传输。
2.如权利要求1所述的下行资源调度方法，其特征在于，依据以下策略将用户数据传输请求对应的数据包分配到对应成员载波的包队列将用户数据传输请求对应的数据包随机分配到多个成员载波中任意一个的包队列。
3.如权利要求1所述的下行资源调度方法，其特征在于，依据以下策略将用户数据传输请求对应的数据包分配到对应成员载波的包队列按轮询顺序将用户数据传输请求对应的数据包依次循环分配给各个成员载波的包队列。
4.如权利要求1所述的下行资源调度方法，其特征在于，依据以下策略将用户数据传输请求对应的数据包分配到对应成员载波的包队列统计每个成员载波的包队列的长度，并将新到达的用户数据传输请求加入最短长度的包队列。
5.如权利要求4所述的下行资源调度方法，其特征在于，根据每个成员载波上接入的用户设备的数量确定每个成员载波的包队列的长度。
6.如权利要求1所述的下行资源调度方法，其特征在于，根据以下策略调用所有副载波分配给相应的主载波进行聚合调用主载波处理各自的用户数据传输请求；调用所有副载波与队列长度最大的主载波进行聚合，协助所述队列长度最大的主载波处理其用户数据传输请求。
7.如权利要求1所述的下行资源调度方法，其特征在于，根据以下策略调用所有副载波分配给相应的主载波进行聚合依据主载波的队列长度由大到小的顺序依次分配副载波进行聚合，循环往复直至所有副载波分配完。
8.如权利要求1所述的下行资源调度方法，其特征在于，根据每个主载波及其聚合副载波划分时频资源，将时频资源分配给接入所述主载波的各用户设备来进行当前帧的数据传输的步骤，进一步包括对于接入当前主载波的各用户设备，根据其对应的主载波及其聚合副载波划分时频资源块，以所述时频资源块为单位按照轮询方式分配时频资源给所述主载波的各用户设备。
9.如权利要求1所述的下行资源调度方法，其特征在于，判断所有的成员载波空闲与否的步骤，进一步包括如果当前包队列为空，判定所述包队列的成员载波处于空闲状态；如果当前包队列不为空，判定所述包队列的成员载波处于忙碌状态。
10.如权利要求1所述的下行资源调度方法，其特征在于，还包括 统计在上一帧传输过程中所完成传输的用户数据传输请求，并将其从对应的成员载波的包队列中去除；统计在上一帧传输过程中新到达的用户数据传输请求，将其作为当前帧的待处理的用户数据传输请求。
全文摘要
本发明公开了一种下行资源调度方法，包括将当前帧待处理的用户数据传输请求对应的数据包分配到对应成员载波的包队列中，并判断所有的成员载波空闲与否；所有处于空闲状态的成员载波作为副载波，所有处于忙碌状态的成员载波作为主载波，调用所有副载波分配给相应的主载波进行聚合，接入每个主载波的用户设备确定各自的主载波及其聚合副载波；根据每个主载波及其聚合副载波划分时频资源，将时频资源分配给接入所述主载波的各用户设备来进行当前帧的数据传输。适用于多载波聚合无线通信系统的载波聚合调度。
文档编号H04W72/12GK102300330SQ20111022467
公开日2011年12月28日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者郑侃 申请人:郑侃