CN101473671B - 一种在拥塞情况下动态调整正交频分复用的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一个基站(500)包括发射元件(505)用于无线发送至少一个数据帧。所述至少一个数据帧具有预定的上行链路分配和预定的的下行链路分配。检测元件(510)检测拥塞情况。当检测到拥塞情况时，发射元件(505)向至少一个相邻基站发送一个请求，以请求扩展所述预定的上行链路分配或预定的下行链路分配。接收元件(515)从所述至少一个相邻基站接收信号。处理元件(520)响应于指示特定量的信号，为互相同意的时间、或者码元或帧的数目，以所述特定量对预定的上行链路分配或预定的下行链路分配之一进行扩展。

Description

一种在拥塞情况下动态调整正交频分复用的方法和设备

技术领域

本发明一般地涉及对无线通信系统中拥塞情况的处理。

背景技术

蜂窝系统利用大量的基站将例如蜂窝电话的用户终端连接到蜂窝系统。每个用户最初都与基站进行通信从而与系统交换信息。从用户终端到基站的通信称为上行链路(“UL”)通信，从基站到用户终端的通信称为下行链路(“DL”)通信。

当前在时分双工(“TDD”)模式中的电子电气工程师协会(“IEEE”)802.16e全球微波接入互操作性(“WiMAX”)和IEEE 802.16-2004(也称为IEEE 802.16d)正交频分复用(“OFDM”)固定宽带无线接入专用网络都被配置为有固定分配的DL和UL部分，但是并没有阻止它们进行动态调整。然而，这种在OFDM系统或正交频分多址接入(“OFDMA”)系统中，固定的DL和UL分配可能会导致一些小区站没有被充分利用，而另一些小区站拥塞。从而，系统的性能可能受到负面的影响，使得呼叫服务劣化，并且可能导致掉话。

使用固定DL和UL分配的原因是由于与邻近小区站之间同步DL和UL操作的限制。特别地，当DL和UL传输不同步时，会产生干扰，而且系统操作受到负面影响。因为DL传输通常强于UL传输，则很有可能，当相邻基站在进行DL传输时发生的部分或全部UL传输由于这种干扰而无法被期望的基站正确地接收。因此，在相同频带内的所有基站通常必须使它们的TDD传输周期同步。然而，通过分配固定的DL和UL比例，通常会出现这样的情况，可能导致一些小区站没有被充分利用，而另一些小区站拥塞。

附图说明

附图，其中在各个独立的视图中用相同的标号来指代同样或功能类似的部件，并且与下述说明相结合并构成说明书的一部分，用于完全依照本发明进一步说明各种实施例并解释各种原理及优点。

图1表示依照现有技术具有多个基站的无线网络；

图2表示依照现有技术每个基站使用的DL和UL通信链路的图表；

图3表示依照本发明的一个实施例的无线系统；

图4表示依照本发明的一个实施例用于不同基站的UL和DL传输；

图5表示依照本发明的一个实施例对第三基站的DL或UL分配的临时变化进行协商的方法；

图6表示依照本发明的一个实施例协商的基站的DL和UL传输；

图7表示依照本发明的一个实施例的基站。

本领域的技术人员将会理解图中的部件是为了简单清楚地示意，而没有必要按照规定比例绘制。例如，图中一些部件的尺寸可能相对于其它部件被扩大从而有助于增强对本发明不同的实施例的理解。而且，在商业上可行的实施例中有用或必须的通用公知部件通常没有被描述，从而更加便于对本发明的这些不同实施例的了解。

具体实施方式

一般而言，依照这些不同的实施例，提供一种方法和系统，用于改善时分双工(“TDD”)模式上的802.16e全球微波接入互操作性(“WiMAX”)和IEEE 802.16-2004正交频分复用(“OFDM”)固定宽带无线接入专用网络的性能。根据本发明的一个实施例，无线网络最初分配一帧中的上行链路(“UL”)数量和下行链路(“DL”)数量用于在用户终端和基站之间传输数据，从而，例如，在DL方向传输的基站不对在UL方向向相邻基站传输的用户终端产生干扰。例如，在一个基站确定分配的DL数量不足的情况下，该基站向相邻的基站广播或组播一个信号，为特定量的时间或特定数量的码元或帧请求扩展其DL分配。相邻基站例如通过确定这样的DL分配扩展是否会对从用户终端向那些相邻基站所进行的UL传输的接收产生不利的影响来确定可以向所述基站在DL上的传输为多少帧分配带有多少子信道的多少个额外码元。非直接邻接的其它基站将不会受到DL/UL边界的临时变化的影响或干扰，无需参与决定。进一步地，这些基站可以被排除在广播/组播之外。基于接收到的信号，DL的分配可以为特定量的时间或特定数量的码元、子信道和帧增加。尽管上面对DL分配的扩展进行了描述，但是应当清楚的是，UL分配的扩展也可以通过类似的方法来实现。

图1和图2表示根据现有技术的一组基站对UL和DL的使用。如图1所示，无线网络包括多个基站，BS1 105、BS2 110、BS3 115、BS4120、BS5 125、BS6 130和BS7 135。图2表示每个基站使用的DL和UL通信链路的图表。如图所示，基站BS1 105、BS2 110、BS3 115、BS5 125、BS6 130和BS7 135如所示地分别通过传输140、145、150、160、165和170同步发送DL和UL数据。但是基站BS4 120的传输155与其它的基站不同步。特别地，如图所示，当其它基站发送DL数据时，BS4 120发送UL数据，当其它基站发送UL数据时，BS4 120发送DL数据。因此，可能引起串话干扰，并且对系统运行产生不利影响。因为DL传输通常远强于UL传输，所以很有可能由于这种干扰，当相邻基站在进行DL传输时发生的部分或全部UL传输将不能被期望的基站正确地接收。因此，在相同频带的所有基站都必须使它们的TDD传输周期同步。然而，通过分配固定的DL和UL比例，通常会出现这样的情况，可能导致一些小区站没有被充分利用，而另一些小区站拥塞。

图3表示依据本发明的一个实施例的一个无线系统200。如图所示，该无线系统200包括多个基站：基站205、基站210、基站215和基站220。每个基站可以在一个相关的小区区域内服务于用户终端。如图所示，基站205服务用户终端225，基站210服务用户终端230，基站215服务用户终端235和用户终端240，基站220服务用户终端245和用户终端250。每个基站都与核心网络255通信。该核心网络255可能，例如，从基站205接收语音数据，并且将该语音数据发送给另外一个服务于另一个用户终端的基站，该用户终端是用户终端225所发起呼叫的目的端。

无线系统200可以基于IEEE 802.16e或IEEE 802.16-2004标准实现在TDD模式下运行的WiMAX接入网络。该无线系统200可以提供对一帧中的DL和UL部分的预定分配。然而，如上所述，在OFDM/OFDMA中使用固定的DL和UL分配会引起一些小区站没有被充分利用，而另外一些小区站出现拥塞。为了减轻这个问题，每个基站，例如基站205，可以通过与相邻基站协商的方法，确定预定的DL和UL分配是否可以临时改变，用以更加有效地在基站和用户终端之间传输数据。

图4表示根据本发明的一个实施例的不同基站的UL和DL的传输。如图所示，第一基站205的数据传输300中，DL的分配并没有完全利用。为了示意的目的，DL利用的部分在图4中用标有斜线的方块表示。如图所示，对于第一个数据传输300，在图示的第一帧305、第二帧310和第三帧315中，大约有一半的DL分配被使用。在所示的第二基站210的数据传输320中，DL的分配也没有被完全利用。如图所示，对于第二个传输320，在图示的第一帧325、第二帧330和第三帧335中，不足一半的DL分配被使用。另一方面，在所示的第三基站215的数据传输340中，DL分配则全部被利用了。如图所示，对于第三个传输340，在图示的第一帧345、第二帧350和第三帧355中，DL分配全部被使用。在所示的第四基站220的数据传输360中，如同第一基站205和第二基站210一样，DL的分配并没有完全被利用。如图所示，对于第四个传输360，在图示的第一帧365、第二帧370和第三帧375中，大约DL分配的2/3被利用。

因而，由于第三基站215使用了其全部的DL带宽的分配，所以其正处于拥塞的情况。系统的性能会受到负面影响，因为，如图3所示，第三基站215不能够在DL方向上以所需的速度发送数据以有效地服务用户终端235和用户终端240。因此，第三基站215与其相邻基站执行协商程序以努力相对于其UL分配扩展其DL分配。

图5表示根据本发明的一个实施例为第三基站215的DL或者UL分配的临时改变进行协商的方法。首先，在操作400，第三基站215检测出拥塞的情况，例如相对于图4所描述的那样。接着，在操作405，第三基站215确定从相邻基站，例如，第一基站205、第二基站210和第四基站220请求的一定数量帧所需的额外码元以及每个码元的子信道的数量。所述一定数量帧所需的额外码元以及每个码元的子信道的数量由第三基站215确定，以足够减轻拥塞问题。例如，第三基站215可能为共3个帧请求2个额外码元，为每个码元请求3个子信道，以减轻拥塞情况。

接着，在操作410，上述请求被广播给相邻基站，例如第一基站205、第二基站210和第四基站220。如果有另外的基站邻近，则该请求同样也可广播给它们。每个相邻基站评估其自身的拥塞情况，以确定是否向第三基站215为任何帧提供任何码元和子信道。例如，如果第一基站205计算出其有2个帧不需要使用所分配的UL的全部，则上述所不需要的UL分配部分就可以提供给该第三基站，从而该第三基站就可以在第一基站在UL方向上正常传输的同时发送额外的DL数据。在操作415，该第三基站215从其每个相邻基站，例如，第一基站205、第二基站210和第四基站220接收响应，该响应包含可用的一定数量的帧的额外码元和子信道的数量。接下来，该第三基站215确定响应中的最小额外数量，然后相应地在操作420扩展其DL分配。第三基站215接下来通知相邻基站帧边界将会增加的帧、码元和子信道的数量，从而每个相邻基站将会暂停其UL(或DL)操作，该UL(或DL)操作是用于那些已经暂停的子信道中的特定数量的码元或特定数量的帧的。例如，可以为4个帧的DL分配增加带有2个子信道的3个码元。在特定数目的帧之后，每个基站恢复其初始边界分配。

尽管如图5所示的方法相对于DL分配的扩展而被描述，但是应当清楚的是，也可以根据系统情况请求并执行UL分配的扩展。

如果相邻基站中的任何一个不能为任何帧放弃任何的码元或子信道，那么即便所有的其它相邻基站都有可用的分配可以提供，第三基站也不能增加其DL分配，因为将导致与不能放弃其分配的其它基站的干扰。

图6所示为根据本发明的一个实施例的经协商的各基站的DL和UL传输。如图所示，第一基站205的第一传输450包括一个DL部分，其后为UL部分。第二基站210的第二传输455也包括一个DL，其后为UL部分，第三基站215的第三传输460，以及第四基站220的第四传输465也是同样情况。DL和UL部分之间的边界最初设置在每个传输的大约2/3处。然而，在完成了上述的协商方法之后，该边界被临时改变以允许更多的时间用于DL传输，如第三传输460所示。在一些实施例中，第一传输450、第二传输455以及第四传输465在初始边界和临时边界之间的这个时间间隔内不发送UL或DL部分。然而，在其它实施例中，可以分别发送第一传输450、第二传输455和第四传输465的DL部分。所述边界可以移位例如带有2个子信道的2个码元，如参考数字470所示。

图7表示依据本发明的一个实施例的基站500。该基站包括发射元件505以无线发送数据帧。如上所述，该数据帧具有预定的上行链路分配和预定的下行链路分配。检测元件510检测拥塞情况。拥塞情况可以被一个或多个指示器所检测。这类指示器的普通示例可以包括观察各种等级流量类别的队列大小和/或延迟。相对于图5如上所述，响应于检测到的拥塞情况，发射元件505向相邻基站发送对预定的上行链路分配和预定的下行链路分配中的一个进行扩展的请求。接收元件515从相邻基站接收一个信号。响应于指示特定量的信号，处理元件520将预定的上行链路分配或预定的下行链路分配以该特定量进行扩展。利用存储器525存储特定量。处理元件520与发射元件505、检测元件510、接收元件515以及存储器525进行通信。

依照这些教导，提供了一种方法和系统，用于提高基于IEEE802.16e标准或IEEE 802.16-2004标准，在时分双工(“TDD”)模式下运行的全球微波接入互操作性(“WiMAX”)网络的性能。无线网络最初为在用户终端和基站之间发送数据的帧分配UL量和DL量，以至于，例如，在DL方向传输的基站不会与在UL方向对相邻基站进行传输的用户终端干扰。如果基站确定所分配的DL量不足，那么，例如，基站向相邻基站广播一个信号，为特定量的时间或特定数目的码元或帧请求扩展其DL分配。相邻基站例如通过确定这样的DL分配扩展是否会对从用户终端向那些相邻基站所进行的UL传输的接收产生不利的影响来确定可以向所述基站在DL上的传输为多少帧分配带有多少子信道的多少个额外码元。基于接收到的信号，可以为特定量的时间或特定数目的码元、子信道和帧增加DL分配。

本领域技术人员应该知晓，在没有背离本发明精神和范围的情况下，可以相对于上述实施例进行多种修改、变更以及组合，而这种修改、变更以及组合都视为包括在发明概念的范围之内。

Claims (19)

1.一种在拥塞情况下扩展发射的方法，该方法包括基站：

无线发送至少一个数据帧，所述至少一个数据帧具有预定的上行链路分配和预定的下行链路分配；

在上行链路方向和下行链路方向中的至少一个方向上检测拥塞情况；

向至少一个相邻基站发送请求，请求对所述预定的上行链路分配和所述预定的下行链路分配之一进行扩展；

从所述至少一个相邻基站接收至少一个信号；以及

响应于指示特定量的所述至少一个信号，以所述特定量对所述预定的上行链路分配和所述预定的下行链路分配之一进行扩展。

2.根据权利要求1所述的方法，其中响应于以所述特定量对所述预定的上行链路分配进行扩展，以所述特定量减少所述预定的下行链路分配，或进一步，其中响应于以所述特定量对所述预定的下行链路分配进行扩展，以所述特定量减少所述预定的上行链路分配。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个数据帧由码元和子信道组成，并且所述特定量包括(i)所述至少一个数据帧的第一量、(ii)所述码元的第二量、以及(iii)所述子信道的第三量中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述以所述特定量对所述预定的上行链路分配和所述预定的下行链路分配之一进行扩展的步骤包括：根据所述至少一个信号中的最小量对所述预定的上行链路分配和所述预定的下行链路分配之一进行扩展。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

移位所述至少一个相邻基站的上行链路或下行链路操作之间的边界，以允许所述基站扩展所述预定的上行链路分配和所述预定的下行链路分配中的一个；以及

在所述特定量之后恢复到所述至少一个相邻基站的初始边界分配。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述基站已经以所述特定量扩展了所述预定的上行链路分配和所述预定的下行链路分配中的一个的时间期间，所述至少一个相邻基站暂停其上行链路或下行链路操作。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述特定量为零。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个相邻基站包括所有的相邻基站。

9.一种用于在拥塞情况下扩展基站发射的系统，该系统包括：

基站，被配置为无线发送至少一个数据帧，所述至少一个数据帧具有预定的上行链路分配和预定的下行链路分配，其中所述基站进一步包括：

拥塞情况检测器；

扩展请求发送器，用于对所述拥塞情况检测器作出响应；

存储器，其中存储从至少一个相邻基站接收到的特定量，所述预定的上行链路分配和预定的下行链路分配之一将由所述基站以所述特定量进行扩展；以及

至少一个相邻基站，被配置为从所述基站接收扩展请求，并且发送指示所述特定量的信号，所述预定的上行链路分配和预定的下行链路分配之一将以所述特定量进行扩展。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述至少一个数据帧由码元和子信道组成，并且述特定量包括(i)所述至少一个数据帧的第一量、(ii)所述码元的第二量、以及(iii)所述子信道的第三量中的至少一个。

11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述基站被进一步配置为根据在所述信号中接收的最小量对所述预定的上行链路分配和所述预定的下行链路分配之一进行扩展。

12.根据权利要求9所述的系统，其中所述至少一个相邻基站被进一步配置为在所述基站已经以所述特定量扩展了所述预定的上行链路分配和所述预定的下行链路分配中的一个的时间期间，暂停其上行链路或下行链路操作。

13.根据权利要求9所述的系统，其中所述至少一个相邻基站被进一步配置为：

移位所述至少一个相邻基站的上行链路或下行链路操作之间的边界，以允许所述基站扩展所述预定的上行链路分配和所述预定的下行链路分配中的一个；以及

在所述特定量之后恢复到所述至少一个相邻基站的初始边界分配。

14.一种基站，包括：

发射元件，被配置为无线发送至少一个数据帧，所述至少一个数据帧具有预定的上行链路分配和预定的下行链路分配；

检测元件，被配置为检测拥塞情况，其中响应于检测到拥塞情况，所述发射元件向至少一个相邻基站发送请求，以请求对所述预定的上行链路分配和所述预定的下行链路分配之一进行扩展；

接收元件，被配置为从所述至少一个相邻基站接收信号；以及

处理元件，被配置为响应于指示特定量的所述信号，以所述特定量对所述预定的上行链路分配和所述预定的下行链路分配之一进行扩展。

15.根据权利要求14所述的基站，其中响应于所述处理元件以所述特定量对所述预定的上行链路分配进行扩展，以所述特定量减少所述预定的下行链路分配，或进一步，其中响应于所述处理元件以所述特定量对所述预定的下行链路分配进行扩展，以所述特定量减少所述预定的上行链路分配。

16.根据权利要求14所述的基站，其中由所述发射元件无线发送的所述至少一个数据帧由码元和子信道组成，并且所述特定量包括所述至少一个数据帧的第一量、所述码元的第二量、以及所述子信道的第三量。

17.根据权利要求14所述的基站，其中所述处理元件被进一步配置为根据在所述信号中接收的最小量对所述预定的上行链路分配和所述预定的下行链路分配之一进行扩展。

18.根据权利要求14所述的基站，其中所述发射元件进一步被配置为向所述至少一个相邻基站通知所述特定量，使得在所述基站已经以所述特定量扩展了所述预定的上行链路分配和所述预定的下行链路分配中的一个的时间期间，所述至少一个相邻基站暂停其上行链路或下行链路操作。

19.根据权利要求14所述的基站，其中所述至少一个相邻基站包括所有的相邻基站。

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