專利名稱：多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的ofdma資源分配的制作方法
多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的OFDMA資源分配
背景技術(shù)：
在無線網(wǎng)絡(luò)中使用無線結(jié)點(diǎn)作為中繼點(diǎn)來擴(kuò)展無線網(wǎng)絡(luò)范圍和/或減少 無線網(wǎng)絡(luò)的成本正變得越來越有吸引力。舉例來說，在需要跨越大的區(qū)域 部署分布式基站的無線廣域網(wǎng)(WWAN)或無線城域網(wǎng)(WMAN)中，基站需要 通過某種回傳(backhaul)連接到核心網(wǎng)絡(luò)和/或在相互之間連接。在傳統(tǒng)的蜂 窩網(wǎng)絡(luò)中，回傳通常由有線連接組成。然而，無線回傳，或者與有線回傳 的某種組合，而不是有線回傳，正在日益地被認(rèn)為會使部署容易，以及減 少與這些網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的成本。
采用無線站點(diǎn)來在源點(diǎn)與目的地之間中繼信號的一類網(wǎng)絡(luò)通常稱為網(wǎng) 狀網(wǎng)(meshnetwork)。在網(wǎng)狀網(wǎng)中，無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)可以組成"網(wǎng)狀"的路徑， 通過該路徑通信可以傳播并到達(dá)其目的地。采用多個(gè)無線站點(diǎn)在源點(diǎn)與目 的地之間中繼通信在本文中一般稱作多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)。采用多跳無線網(wǎng)狀 網(wǎng)作為無線回傳已成為眾多焦點(diǎn)的主題，有許多正在進(jìn)行的研究來提高通 過無線網(wǎng)狀網(wǎng)傳輸?shù)男省?br>

本發(fā)明的各個(gè)方面、特性和益處將通過參考附圖，通過下面的說明而
變得明顯，其中相似的數(shù)字表示相似的元素，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，示出在示例性無線網(wǎng)狀網(wǎng)中宏蜂窩
的無線結(jié)點(diǎn)的安排的框圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，宏蜂窩內(nèi)資源分配的框圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，宏蜂窩內(nèi)資源分配的框圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，宏蜂窩內(nèi)資源分配的框圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，宏蜂窩內(nèi)資源分配的框圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，示出無線多跳范圍擴(kuò)展的框圖；和 圖7是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，示出示例性無線裝置的框圖。
具體實(shí)施例方式
雖然下面的詳細(xì)說明描述了本發(fā)明與WMAN有關(guān)的示例性實(shí)施例，本 發(fā)明的實(shí)施例并不限于此，而是可以被應(yīng)用到其他類型的可以獲得相似益 處的無線網(wǎng)絡(luò)中。特別地，本發(fā)明實(shí)施例可以適用的這類網(wǎng)絡(luò)包括無線個(gè) 域網(wǎng)(WPAN)、無線局域網(wǎng)(WLAN)、例如蜂窩網(wǎng)絡(luò)的WWAN，和/或上述 網(wǎng)絡(luò)的任意的組合。
下述本發(fā)明的實(shí)施例可以用于各種應(yīng)用，包括無線系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接 收機(jī)。特別地，包含在本發(fā)明范圍內(nèi)的無線系統(tǒng)包括，但不限于，網(wǎng)絡(luò)接 口卡(NIC)、網(wǎng)絡(luò)適配器、移動臺、基站、接入點(diǎn)(AP)、混合協(xié)調(diào)器(HC)、 網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)橋、集線器和路由器。進(jìn)一步，在本發(fā)明范圍內(nèi)的無線系統(tǒng)可以 包括蜂窩無線電話系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)、雙路無線系統(tǒng)和 雙路尋呼機(jī)，以及計(jì)算設(shè)備，包括例如個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)及其相關(guān)外圍設(shè)備、 個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、個(gè)人計(jì)算輔助裝置的無線系統(tǒng)，以及所有現(xiàn)存的以及 將來出現(xiàn)的、本質(zhì)上相關(guān)且本發(fā)明實(shí)施例的原理可以被適當(dāng)?shù)剡m用的系統(tǒng)。
參見圖1，根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的無線通信網(wǎng)絡(luò)100可以是任何具有 通過空中(over-the-air， OTA)射頻鏈路發(fā)射和/或接收信息能力的設(shè)備的系 統(tǒng)。例如在一個(gè)實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)100可以包括多個(gè)無線結(jié)點(diǎn)101 110(以及 其他未指定的結(jié)點(diǎn))，用來向一個(gè)或多個(gè)固定或移動設(shè)備和/或自一個(gè)或多個(gè) 固定或移動設(shè)備(例如移動臺120)進(jìn)行通信和/或中繼消息。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，圖 1示出的示例性宏蜂窩拓?fù)渲薪Y(jié)點(diǎn)101 110的每一個(gè)將位于每個(gè)示出的多 邊形的中心。所示圖形中每個(gè)六邊形是要一般地表示組成網(wǎng)狀網(wǎng)100的結(jié) 點(diǎn)區(qū)域中每個(gè)結(jié)點(diǎn)的無線鏈路覆蓋的空間的或"蜂窩"的范圍。另外未提 及的蜂窩(白色的六邊形)也包括網(wǎng)絡(luò)100的結(jié)點(diǎn)，其可能與特定的實(shí)例無 關(guān)。
在某些實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)100中的無線結(jié)點(diǎn)可以是使用與電氣電子工程 師協(xié)會(IEEE)的包括如WLAN的802.1 l(a)、 (b)、 (g)和/或(n)標(biāo)準(zhǔn)、WPAN 的802.15標(biāo)準(zhǔn)，和/或WMAN的802.16的各種802無線標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)或多 個(gè)兼容的無線協(xié)議和/或技術(shù)進(jìn)行通信的設(shè)備，雖然本發(fā)明的實(shí)施例并不限 于此方面。
在本發(fā)明實(shí)施例的非限制性示例性實(shí)現(xiàn)中，網(wǎng)絡(luò)100的一個(gè)或多個(gè)結(jié)
點(diǎn)(例如結(jié)點(diǎn)ioi)可以是通過物理有線連接(例如電氣或光纖連接)與核心網(wǎng)
絡(luò)(例如互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)網(wǎng)絡(luò))連接的無線收發(fā)器。這種類型的站點(diǎn)在本文中
稱為"宏"基站(BS)。另夕卜，在某些實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)100中的一個(gè)或多個(gè)結(jié) 點(diǎn)(例如結(jié)點(diǎn)102 110)可以是不通過電氣、有線或光纜而連接到核心網(wǎng)絡(luò)的 無線收發(fā)器，而是提供了如前面所述的無線回傳。這些類型的站點(diǎn)可以是 固定的無線中繼結(jié)點(diǎn)，其有時(shí)被稱為"微"或"皮"(pico)基站(取決于它們 覆蓋區(qū)域的大小)，盡管本發(fā)明實(shí)施例并不限于此方面。在以下，這些類型 的無線的中繼結(jié)點(diǎn)一般都稱為微基站或微站點(diǎn)結(jié)點(diǎn)。
典型地，微基站中無線收發(fā)器的傳輸功率與天線高度要小于宏基站中 的。另外，多跳無線網(wǎng)絡(luò)100可以包括若干宏蜂窩，其每一個(gè)宏蜂窩一般 包括至少一個(gè)與站點(diǎn)101類似的宏基站，以及多個(gè)微基站，其分散在整個(gè) 宏蜂窩中且與宏基站結(jié)合而工作，來向宏蜂窩范圍內(nèi)可能存在的移動臺提 供全范圍的覆蓋。在無線網(wǎng)狀網(wǎng)100的某些實(shí)施例中，微基站可以相互之 間提供連接幫助，和域使用各種與電氣電子工程師協(xié)會(正EE)的802.16和/ 或802.11標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)或多個(gè)(盡管本發(fā)明實(shí)施例并不限于此方面)兼容的協(xié) 議通過無線鏈路向宏基站提供連接幫助。
根據(jù)本文的各種實(shí)施例，網(wǎng)絡(luò)100中的無線結(jié)點(diǎn)可以配置用來使用正 交頻分多址(OFDMA)協(xié)議來進(jìn)行通信。OFDMA還可以稱作多用戶正交頻 分復(fù)用(OFDM)。在OFDM中，單個(gè)發(fā)射機(jī)傳輸一載波，其包括許多不同 的正交的(獨(dú)立的)頻率(稱作子載波或調(diào)(tone))，其可以根據(jù)需要的調(diào)制方案 (例如正交幅度調(diào)制(QAM)或相移鍵控(PSK)被獨(dú)立地調(diào)制。通常通過將子載 波和/或子載波中的時(shí)隙分配給網(wǎng)絡(luò)中的單獨(dú)的用戶或結(jié)點(diǎn)，OFDMA適用 于多用戶。有各種類型的OFDM和/或OFDMA方案，例如可擴(kuò)縮的OFDMA 和/或flash OFDMA,其可以被本發(fā)明實(shí)施例適當(dāng)?shù)夭捎谩?br> 在無線網(wǎng)絡(luò)中在多個(gè)無線跳上對用戶進(jìn)行調(diào)度以及對分組進(jìn)行路由成 為重要問題。在無線網(wǎng)狀回傳中，其中無線結(jié)點(diǎn)其期望是靜止的(如圖1的 拓?fù)渌纠缘厥境?，吞吐量最大化與覆蓋擴(kuò)充在保持多用戶的公平性的 同時(shí)是關(guān)鍵的要求。在使用OFDMA通信協(xié)議的環(huán)境下，尚不清楚如何將 通過機(jī)會調(diào)度機(jī)制獲得的多用戶多樣性概念擴(kuò)展到這種多跳無線體系結(jié)構(gòu)
中。通過多跳無線網(wǎng)絡(luò)對通信進(jìn)行有效的路由，以及為多個(gè)用戶在多跳上 對時(shí)間和頻率進(jìn)行正交資源分配(即調(diào)度)是多跳無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵考
慮O
在圖1的宏蜂窩例子中，對在宏基站101與目的結(jié)點(diǎn)(例如移動臺120) 之間的傳輸進(jìn)行路由不僅可以考慮到達(dá)目的地所需的最少的跳數(shù)(由微站點(diǎn) 結(jié)點(diǎn)102、 103和104之間的黑箭頭示出)，還可以考慮在與源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié) 點(diǎn)之間的結(jié)點(diǎn)的格子或格式結(jié)構(gòu)中的各個(gè)相鄰的微站點(diǎn)結(jié)點(diǎn)105 110與這 些微結(jié)點(diǎn)之間可能路徑的空中鏈路質(zhì)量。對例如在圖1中所示的多跳無線 網(wǎng)狀網(wǎng)中的通信進(jìn)行路由的新穎技術(shù)已經(jīng)先前在由本發(fā)明人于2005年12 月13日提交的美國申請序號11/318,206，題為"Routing in Wireless Mesh Networks"(無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的路由)中提出。本發(fā)明的某些實(shí)施例可以結(jié)合先 前提出的路由技術(shù)來適用，盡管本發(fā)明實(shí)施例并不限于此方面。
關(guān)于為宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)100調(diào)度/分配空中鏈路資源，在各個(gè)本發(fā)明實(shí)施例 中提出了使用一種本文稱為正交頻分多跳多址(0FD1V^A)的方案。OFDM2A 使用OFDMA原理來將其應(yīng)用到多跳無線的情形中。OFDlV^A涉及為多用 戶在多個(gè)無線的跳上對時(shí)間/頻率進(jìn)行正交資源分配。在一個(gè)實(shí)施例中，資 源分配可以由宏蜂窩的宏基站101來控制/分配。這類OFDM2A在本文中稱 為"集中式OFDN^A"。在其他實(shí)施例中，資源分配可以至少部分地由單獨(dú) 的中繼結(jié)點(diǎn)(例如微結(jié)點(diǎn)102 110)來控制/分配，本文稱其為"分布式 OFDM2A"或"混合式OFDlV^A"，后面將更詳細(xì)解釋。
考慮圖1的宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)100中的下行鏈路情形(盡管本發(fā)明實(shí)施例可以 用于在上行鏈路和下行鏈路中)，其中由宏基站101發(fā)起的分組需要被路由 至移動臺120。在這個(gè)實(shí)施例中，假定對于任何多跳通信在給定的時(shí)間/頻 率資源中只有單個(gè)結(jié)點(diǎn)(宏基站、微基站或移動臺)向另一結(jié)點(diǎn)(宏基站、微 基站或移動臺)傳輸。
對路由路徑的搜索可以限制在初始的在基站101和目的地120之間的 結(jié)點(diǎn)(例如結(jié)點(diǎn)102 110)的格式結(jié)構(gòu)中。假定最優(yōu)的路由位于中繼結(jié)點(diǎn) 102 110的格式結(jié)構(gòu)內(nèi)的多跳路徑上，且鑒于路徑損失效應(yīng)可以忽視其他 可能的路徑。
集中式OFDM2A 在使用集中式資源管理的實(shí)施例中，宏基站101可以為多跳通信鏈路 向所有用戶分配OFDMA資源，微基站(例如結(jié)點(diǎn)102 110)對于用戶資源 分配決策不具有任何影響。在此情形下，微基站的作用類似于中繼器，通 過進(jìn)行多跳中繼來增強(qiáng)端到端的鏈路性能。
對于結(jié)點(diǎn)間的無線信道變化緩慢的固定的應(yīng)用，使用OFDlV^A的一個(gè) 固有的益處是利用嵌入在各種不同頻率選擇性信道中的多用戶多樣性。當(dāng) 所有用戶共享同一帶寬，且宏基站101擁有關(guān)于每個(gè)用戶在所有子載波上 以及在所有衰落多跳信道鏈路上的路由質(zhì)量的全部信息，則對于不同用戶 子載波分配與路由選擇的問題必須共同解決。然而，這可能會給宏基站101 造成顯著的計(jì)算復(fù)雜度，以及同樣需要用于在移動臺、微基站102 110以 及宏基站101之間交換信息的快速及可靠的反饋與前饋信道。由于網(wǎng)絡(luò)100 中的大量用戶，因此大量的信息必須在用戶和宏基站101之間來回發(fā)送， 從而消耗大量網(wǎng)絡(luò)開銷。
這啟發(fā)了在某些實(shí)施例中低復(fù)雜度次優(yōu)算法的設(shè)計(jì)，其中子載波分配 與路由選擇是分開的。在各種實(shí)施例中，每個(gè)用戶可以像現(xiàn)有OFDMA方 案(例如802.16 FUSC或PUSC模式，或AMC子信道化)那樣分配子載波。 分別地，例如前面引用的申請中所述的，可以利用分布式路由算法在宏基 站101和用戶(例如移動臺120)之間找出最優(yōu)的一系列跳(即多跳路徑)。宏 站101可以在可用的情況下利用代價(jià)度量，例如從執(zhí)行路由算法中所獲得 的或者其他的代價(jià)度量，來基于已知的代價(jià)度量為各種結(jié)點(diǎn)分配將來的 OFDMA資源。在這種方式下，不但減少了優(yōu)化過程的復(fù)雜度，還減少了開 銷的數(shù)額。
因此，在某些實(shí)施例中，用于確定最優(yōu)多跳路徑的路由選擇算法可以 以分布式方式執(zhí)行，而宏基站101可以將對單個(gè)結(jié)點(diǎn)的OFDMA資源的調(diào) 度/分配集中化。舉例來說，使用前面所引用申請的分布式路由算法，宏基 站101可以掌握關(guān)于通往移動臺120的最優(yōu)多跳路徑的吞吐量特征的情況。 宏基站101還可以使用這些代價(jià)度量，基于所最優(yōu)確定的多跳路由的整體 質(zhì)量，通過向用戶分配子載波，來為多個(gè)用戶分配OFDMA時(shí)間/頻率資源。
參見圖2，在一個(gè)實(shí)施例中，為特定用戶分配OFDMA資源可以包括為 給定的多跳路由(由具有相同灰度深淺的多個(gè)箭頭所指定)的所有跳分配同
一子載波(頻率)，同時(shí)為給定路由的每個(gè)單獨(dú)的跳通過正交時(shí)分來細(xì)分該子 載波。在該例子中，路由過程可以定義時(shí)域的分配(例如為路徑中的每一跳 分配不同的時(shí)隙)，而調(diào)度過程在頻域中進(jìn)行，其目標(biāo)是基于整個(gè)多跳路由 的信道鏈路質(zhì)量將頻率分配給用戶。
分布式OFDM2A
對于完全集中式的分配，當(dāng)微無線接入網(wǎng)絡(luò)(RAN)中的信道條件(該信 道條件是微基站與在其覆蓋范圍內(nèi)的移動臺之間的鏈路)快速變化時(shí)，會出 現(xiàn)一個(gè)問題。在這種情形下，由宏基站集中分配的子載波可能產(chǎn)生微基站 與相應(yīng)的用戶站之間在微RAN上的不良信道條件。為了解決這個(gè)問題，參 考圖3中的一個(gè)實(shí)施例，宏基站可以為微基站之間的多個(gè)跳進(jìn)行資源分配， 路徑上的最后一個(gè)微基站可以為它們附近的各個(gè)移動臺以完全獨(dú)立的方式 且不受宏基站影響地進(jìn)行資源分配。在該實(shí)施例中，基于圖3中示出的特 定的靜態(tài)頻率再使用模式，相同的子載波可以由一組微基站來使用，其中 微蜂窩的不同灰度深淺表示由相對應(yīng)的微基站對不同頻率的使用。在各種 實(shí)施例中，圖3中示出的微蜂窩可以劃分也可以不劃分，微蜂窩內(nèi)的微基 站可以采用全向的或有向的天線。
在替代性實(shí)施例中，取決于所要求的服務(wù)質(zhì)量(QoS)條件(例如用戶負(fù) 載、吞吐量需求或信道條件)，微基站可以動態(tài)地向它們附近的用戶分配不 同組的子載波，在此情形下宏蜂窩的微蜂窩之間沒有靜態(tài)頻率再使用模式 被加強(qiáng)。在這種方法中，相鄰的微蜂窩之間的緊密協(xié)調(diào)可能是所期望的， 使得他們可以對頻譜進(jìn)行競爭或合作性地商議，來優(yōu)化它們各自的微RAN 鏈路。
如圖2中所示，微RAN和無線回傳鏈路(即微到微和減微到宏基站之 間的鏈路)可以在相同的頻帶上被分配子載波。在利用了相同的頻率資源的 該情形下，分布式分配機(jī)制可以是所期望的，其中宏基站和微基站相互通 信，以盡可能有效地共享共同的頻譜。
然而，在替代性實(shí)施例中，參考圖4，微RAN和無線回傳鏈路可以使 用不同的頻帶/子載波。在此情形下，宏基站可以僅為基站之間的無線回傳 鏈路執(zhí)行集中式分配，每個(gè)微基站可以對其微蜂窩內(nèi)的用戶作出本地的通 信分配決策。在某些實(shí)施例中，微基站作出的本地分配可以基于其自身與
微蜂窩內(nèi)的移動臺之間的信道質(zhì)量。由于為微蜂窩內(nèi)部用戶的分配的分布
式特性，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，分布式形式的OFDN^A提供了無明顯延遲地 動態(tài)地改變用戶子載波分配的靈活性。這有助于可適當(dāng)采用的鏈路自適應(yīng) 和混合自動請求重發(fā)(H-ARQ)技術(shù)的方便使用。 混合或?qū)哟蔚腛FDM2A
在某些本發(fā)明實(shí)施例中，參考圖5，宏基站和微基站可以以這樣的方式 一起工作，即宏基站對OFDMA時(shí)間/頻率資源的分配進(jìn)行某些部分的決策， 而微基站可以對向其RAN附近的用戶進(jìn)行具體資源分配作出最終的決策。 舉例來說，在一個(gè)實(shí)施例中，宏基站可以將一簇子載波分配給給定的微基 站，供其在其相應(yīng)的RAN中使用，微基站選擇使用哪些子載波來進(jìn)行與其 鄰近的移動臺最優(yōu)的通信。
需強(qiáng)調(diào)的是，各種實(shí)施例一般的OFDN^A框架包含集中式和分布式資 源分配方案和/或前述實(shí)施例的任何組合。其中，資源分配可以由宏基站依 賴于鏈路質(zhì)量和每個(gè)微蜂窩中的用戶的吞吐量QoS需求來動態(tài)地協(xié)調(diào)。頻 率資源的分配可以基于例如由路由算法或其他后面將進(jìn)一步解釋的機(jī)制所 確定的代價(jià)度量來進(jìn)行。
在微RAN以不同于無線回傳的頻率來操作的實(shí)施例中，宏基站可以基 于在無線回傳鏈路上累積的代價(jià)度量向各微基站進(jìn)行資源分配。這些代價(jià) 度量可以涉及宏到微基站鏈路(即單跳)的鏈路特征，或者它們可以涉及微到 微基站的鏈路(即多跳)，其通常為相比于最后一跳微RAN鏈路較慢變化的 鏈路。微RAN因此可以被允許在本地對另一載波頻率進(jìn)行單獨(dú)的基于 OFDMA的資源分配，來處理與移動臺相關(guān)聯(lián)的通常變化較快的鏈路質(zhì)量。
在某些與一個(gè)或多個(gè)IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)兼容的實(shí)施例中，上行鏈路上的 某些信道可以被指定為信道質(zhì)量指示信道(CQICH)。在該方案中，客戶可以 反饋信號干擾噪聲比(SINR)平均測量值，其可被利用，用于分配OFDMA 幀的特定頻率/時(shí)間資源。還可以使用其它相關(guān)的度量(例如下面進(jìn)一步敘述 的路由度量，其與通過多跳路徑可獲得的最大吞吐量的倒數(shù)有關(guān))分配 OFDMA資源。在微RAN的實(shí)例中，微基站可以為特定客戶在幀的控制部 分指定CQICH分配，其指示客戶使用快速反饋信道將SINR平均測量值反 饋給微基站。還可以使用相同或類似的步驟將路由度量反饋給宏基站，用
于在無線回傳上進(jìn)行資源分配。 路由度量
考慮一N跳路徑，其中第w跳的傳輸時(shí)間是^秒，第w跳的傳輸速率
是&位/秒。如果傳輸?shù)南珺位信息并在r秒內(nèi)傳輸了多跳，則端
到端的吞吐量可以如下計(jì)算
<formula>formula see original document page 13</formula>
其中&作為接收到的瞬時(shí)信噪比5TW "的函數(shù)來計(jì)算，其依賴于第w 跳上的信道實(shí)現(xiàn)的情況。由于微基站的靜態(tài)性質(zhì)，在各跳上經(jīng)歷的信道將 是緩慢衰落的(除了涉及移動臺的最后一跳)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)將能夠追蹤其傳輸/
接收信道。路由算法的目標(biāo)是找到能使及最大化(或使r最小化)的路徑。等
同地，記每一鏈路的代價(jià)為c = 1// ，則使吞吐量最大化的路徑是使總代 價(jià)
最小化的路徑，對于長度為W跳的路徑，總代價(jià)由f+給出。我們強(qiáng)調(diào)，
雖然在該上下文中，路由度量已設(shè)計(jì)為來最大化端到端的吞吐量，其也可 以設(shè)計(jì)為考慮其他的服務(wù)質(zhì)量(QoS)測量，例如延遲或功率效率。不管在哪 種情形，多跳路徑的端到端代價(jià)度量可由宏基站在執(zhí)行這種或其他類型的 分布式路由算法時(shí)所知。
集中式OFDM2A調(diào)度算法
已經(jīng)描述了在多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中分配OFDMA資源的各種實(shí)施例。下 面將對集中式對這些資源進(jìn)行分配的一個(gè)示例性算法進(jìn)行詳細(xì)說明?？紤] 一種通信的情形，其目標(biāo)是對隨機(jī)分布在宏基站內(nèi)的《個(gè)用戶進(jìn)行調(diào)度來 進(jìn)行下行鏈路傳輸。這種集中式調(diào)度的益處是在機(jī)會調(diào)度、速率自適應(yīng)中 繼、公平性、干擾管理、低開銷/復(fù)雜度和對現(xiàn)有宏蜂窩體系結(jié)構(gòu)最小限度 的修改要求等方面的方便的資源管理。通過使用維特比(或者任何其他的分 布式的)路由算法(其在前面引用的共有未決的專利申請中公開)，對于每個(gè) 用戶在所有子載波上吞吐量最優(yōu)的路由可以以分布式方式構(gòu)建。
在維特比路由中，簡要地概括而言，通過使用存儲在網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)結(jié)點(diǎn)
13上的路由表在網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)之間傳輸分組。每個(gè)結(jié)點(diǎn)上的每個(gè)路由表列出所 有可用的目的地、度量值以及到每一個(gè)目的地的下一跳。每個(gè)結(jié)點(diǎn)估計(jì)出 分層的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上可能的"下一跳"結(jié)點(diǎn)的有效吞吐量，并請求它們的代 價(jià)度量以作出決策。隨著路由表到達(dá)宏基站，在宏基站將獲知關(guān)于所有用 戶在所有子載波上最佳路由的代價(jià)度量的信息。此時(shí)，宏基站可以使用這 些路由度量(加上它們原先被設(shè)計(jì)的選擇使端到端吞吐量最大化的多跳路徑 的用途)，通過基于用戶的路由質(zhì)量向用戶分配頻率，來進(jìn)行機(jī)會調(diào)度。對 于所有用戶，路由度量可以容易地被映射到端到端吞吐量測量值，其使得
公知的調(diào)度算法，例如最大-SINR(最大信號干擾噪聲比)和比例公平調(diào)度算 法，可容易地適用于在多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)環(huán)境中分配資源。作為回憶，在給 定的路徑上端到端路由代價(jià)度量和端到端吞吐量的關(guān)系為
在最大路由調(diào)度算法中(其為最大-SINR算法在多跳微蜂窩領(lǐng)域的應(yīng) 用)，具有最高端到端吞吐量度量(或者等同地，具有最低路由代價(jià)度量)的 用戶可以在給定的子載波上被調(diào)度。比例公平調(diào)度器根據(jù)下列規(guī)則選擇用
戶(即移動臺)
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、'
其中A:是用戶索引，/^w)是基于由維特比或其他分布式路由算法所確 定的最佳路由的用戶A:在時(shí)間"的瞬時(shí)端到端速率，7K")是為用戶A:服務(wù) 的長期平均速率，其根據(jù)下式進(jìn)行更新
<formula>formula see original document page 14</formula> (4)
其中rc是單獨(dú)用戶能夠等待接收數(shù)據(jù)的最大時(shí)間(時(shí)隙內(nèi)觀察窗口的
大小)，A"")是指示符隨機(jī)變量，如果用戶A:在時(shí)間w被調(diào)度則其被置為1， 否則被置為0。在這種方式下，可以以有效且公平的方式提供在多跳上多個(gè) 用戶間的正交資源分配(時(shí)間/頻率)。通過對多個(gè)用戶的機(jī)會調(diào)度，本發(fā)明 實(shí)施例可以同時(shí)獲得多用戶差異性的高吞吐量收益。
使用OFDM2A的多跳范圍擴(kuò)展
如圖6中所示，多跳范圍擴(kuò)展也可以通過OFDMZA來獲得。在該情形 中，微蜂窩620和630被假定位于宏基站的宏蜂窩覆蓋區(qū)域610以外，但 微蜂窩620和/或630的微基站被假定與宏蜂窩610的宏基站具有良好的鏈 路(可能是視距內(nèi)(LOS)鏈路)。因此，宏基站可以通過使用微蜂窩620和630 的微基站作為中繼，向位于宏蜂窩610的覆蓋區(qū)域以外的移動臺622或632 發(fā)送數(shù)據(jù)。從而，宏蜂窩610的宏基站與移動臺622、 632之間的多跳鏈路 可以被建立起來，使得微RAN中的用戶可以通過利用了蜂窩620、 630的 微基站的二跳(或更多跳)通信技術(shù)獲得支持。在一個(gè)實(shí)施例中，對微蜂窩 620、 630的無線回傳上的資源分配，將通過由宏蜂窩610中的宏基站進(jìn)行 的集中式OFDM2A調(diào)度來支持，而微蜂窩620和630中的單獨(dú)的微RAN 將獨(dú)立地在單獨(dú)的頻帶上分配時(shí)間/頻率資源。
參考圖7，根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，在無線網(wǎng)狀網(wǎng)中使用的裝置700可以包括 處理電路750，其包括邏輯(例如電路、處理器、軟件或其組合)，用于按照 前面一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例所描述的來分配OFDMA資源。在某些實(shí)施例中， 裝置700—般可以包括射頻(RF)接口裝置710以及基帶和MAC處理器部分 750。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，RF接口裝置710可以是用于發(fā)送和接收調(diào)制 信號(例如使用OFDMA)的任何部件或者這些部件的組合，盡管本發(fā)明的實(shí) 施例并不限于這種方式。RF接口裝置710可以包括，例如，接收機(jī)712、 發(fā)射機(jī)714和頻率合成器716。如果需要，接口裝置710還可以包括偏差控 制模塊、晶體振蕩器和/或一個(gè)或多個(gè)天線718、 719。進(jìn)一步，如果需要， RF接口裝置710可以替代性地或另外地使用外部的壓控振蕩器(VCO)、聲 表面波濾波器、中頻(IF)濾波器和/或射頻(RF)濾波器。各種RF接口裝置的 設(shè)計(jì)及其操作為本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所知，因此這里略去對其結(jié)構(gòu)的描述。
在一些實(shí)施例中，接口裝置710可以用來提供與一個(gè)或多個(gè)IEEE WPAN、 WLAN或WWAN標(biāo)準(zhǔn)相兼容的OTA鏈路接入，盡管本發(fā)明實(shí)施 例并不限于此方面。
處理部分750可以與RF接口裝置710通信/協(xié)作來處理接收/傳輸信號， 且可以包括，僅舉例來說，用來將接收到的信號數(shù)字化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器752、
對信號進(jìn)行上變換用于載波傳輸?shù)臄?shù)模轉(zhuǎn)換器754，以及用于對相應(yīng)的接收 /傳輸信號進(jìn)行物理(PHY)鏈路層處理的基帶處理器756。處理部分750還可 以包括或者由用于MAC/數(shù)據(jù)鏈路層處理的處理電路759組成。
在本發(fā)明某些實(shí)施例中，OFDMA分配模塊758可以包括在處理部分 750中，且其功能是按前面所述地分配OFDMA資源。與OFDMA分配模 塊相關(guān)聯(lián)的功能將依賴于裝置700是用于宏基站還是微基站和/或使用了集 中式、分布式或混合式分配技術(shù)的哪一種。在某些實(shí)施例中，模塊758還 可以包括用于由網(wǎng)狀路由管理器來確定代價(jià)度量和/或識別下一跳結(jié)點(diǎn)的功 能模塊，如前面所引用的專利申請中所描述。
替代性地或另外地，PHY電路756或MAC處理器759對于這些功能 的某一些可以共享處理，或者獨(dú)立地執(zhí)行這些處理。如果需要，MAC和PHY 處理還可以集成到單個(gè)電路中。
舉例來說，裝置700可以是移動臺、無線基站或AP、混合協(xié)調(diào)器、電 子設(shè)備的無線路由器和域網(wǎng)絡(luò)適配器。因此，前面所述的裝置700的功能 和/或特定結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要被包括進(jìn)來或被略去。
裝置700的實(shí)施例可以使用單輸入單輸出體系結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。但是，如 圖7中所示，某些實(shí)施例可以使用具有多個(gè)用于傳輸和/或接收的天線的(例 如718、 719)多輸入多輸出(MIMO)、多輸入單輸出(MISO)或單輸入多輸出 (SIMO)體系結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，本發(fā)明實(shí)施例可以使用用于OTA鏈路接入的多 載波碼分復(fù)用(MC-CDMA)多載波直接序列碼分復(fù)用(MC-DS-CDMA)，或任 何其他與本發(fā)明實(shí)施例的特性相兼容的現(xiàn)存或?qū)沓霈F(xiàn)的調(diào)制或復(fù)用方 案。
裝置700的部件與特性可以使用分立電路、專用集成電路(ASIC)、邏 輯門和/或單芯片體系結(jié)構(gòu)的任何組合來實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步，裝置700的特性還 以使用微控制器、可編程邏輯陣列和/或微處理器或適當(dāng)?shù)那懊嫠龅娜魏?組合(共同地或單獨(dú)地稱作"邏輯")來實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)該理解裝置700僅代表許多可能的實(shí)現(xiàn)例中的一個(gè)就其功能性作出 描述的實(shí)例。因此，對附圖中描述的功能模塊的分割、省略或包括，并不 表示實(shí)現(xiàn)這些功能的硬件部件、電路、軟件和/或元素將必然會被分割、省 略或包括在本發(fā)明的實(shí)施例中。
除非與物理上的可能性相違背，發(fā)明人對本文描述的方法作如下預(yù)想: (i)可以以任何順序和/或任何組合來執(zhí)行；和(ii)相應(yīng)的實(shí)施例的部件可以以 任何方式進(jìn)行組合。
雖然描述了本新穎的發(fā)明的示例性實(shí)施例，許多并不背離本發(fā)明范圍 的變型和修改是可能的。因此，本發(fā)明實(shí)施例并不限于前面特定的公開， 而是應(yīng)當(dāng)僅僅限于所附權(quán)利要求以及它們法律上的等同的范圍。
權(quán)利要求
1、一種用于在無線網(wǎng)狀網(wǎng)中通信的方法，包括至少部分地基于一個(gè)或多個(gè)與多跳路徑中的結(jié)點(diǎn)之間的無線鏈路相關(guān)聯(lián)的代價(jià)度量，在多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中分配正交頻分多址(OFDMA)資源。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述代價(jià)度量與所述多跳路徑中 的無線鏈路的端到端吞吐質(zhì)量相關(guān)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中分配OFDMA資源由宏基站以集 中的方式執(zhí)行。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中為無線回傳鏈路分配OFDMA資 源由宏基站執(zhí)行，為相關(guān)聯(lián)的微無線接入網(wǎng)(RAN)分配OFDMA資源由最后 一跳微基站獨(dú)立地執(zhí)行。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中分配OFDMA資源包括為給定 的多跳路徑中的所有結(jié)點(diǎn)，針對每一移動臺分配相同的子載波；為所述給 定的多跳路徑中的每一跳，分配所述相同的子載波的不同時(shí)隙。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中分配OFDMA資源包括為給定 的多跳路徑中的基站結(jié)點(diǎn)之間的所有無線鏈路分配相同的子載波，為最后 一跳基站結(jié)點(diǎn)與移動臺之間的無線鏈路分配不同的子載波。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中分配OFDMA資源包括分配一 簇頻率，供所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)中的單獨(dú)的基站結(jié)點(diǎn)使用，用于在位于單獨(dú) 基站結(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)的移動臺之間進(jìn)行通信。
8、 一種無線設(shè)備，包括.處理電路，包括邏輯，用于為所述無線設(shè)備與多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的一 個(gè)或多個(gè)移動臺之間的通信分配正交頻分多址(OFDMA)資源，所述分配至 少部分地基于所述無線設(shè)備與一個(gè)或多個(gè)多跳結(jié)點(diǎn)之間或者所述無線設(shè)備 與所述一個(gè)或多個(gè)移動臺之間的一個(gè)或多個(gè)無線鏈路的吞吐量特征。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線設(shè)備，其中所述用于分配OFDMA資源 的邏輯配置為為與一移動臺的通信分配相同的子載波；針對所述無線設(shè) 備與所述移動臺之間的每一跳，若跳數(shù)大于一，則為每一跳分配不同的時(shí) 隙。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線設(shè)備，其中所述用于分配OFDMA資 源的邏輯配置為為與給定的移動臺的通信分配相同的子載波，其中所述 相同的子載波是為通向所述給定的移動臺的多跳路徑上的基站之間的鏈路 分配的。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線設(shè)備，其中所述相同的子載波與用于 最后一跳基站與所給定的移動臺之間的通信的子載波不同。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線設(shè)備，其中所述用于分配OFDMA資 源的邏輯進(jìn)一步配置為將與所述相同的子載波不同的一簇子載波分配給 所述多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的每個(gè)基站，供其用于每個(gè)基站的本地?zé)o線接入網(wǎng) (RAN)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線設(shè)備，其中所述無線設(shè)備包括宏基站 或者微基站二者之一。
14、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線設(shè)備，其中所述用于分配OFDMA資 源的邏輯包括用于基于最大信號干擾噪聲比(SINR)調(diào)度算法來調(diào)度多個(gè) 用戶的邏輯。
15、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線設(shè)備，其中所述用于分配正交頻分多 址(OFDMA)資源的邏輯包括用于基于比例公平調(diào)度算法來調(diào)度多個(gè)用戶 的邏輯。
16、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括與所述處 理電路通信的射頻(RF)接口裝置，所述RF接口裝置包括至少二個(gè)天線且用 于多輸入多輸出(MIMO)通信。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線設(shè)備，其中所述在基站之間的鏈路包 括無線局域網(wǎng)(WLAN)鏈路或者無線城域網(wǎng)(WMAN)鏈路二者之一。
18、 一種無線系統(tǒng)，包括處理電路，包括邏輯，用于在多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中分配正交頻分多址 (OFDMA)資源，其中所述資源的分配至少部分地基于所述多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng) 中一個(gè)或多個(gè)無線鏈路的信道質(zhì)量；射頻(RF)接口裝置，其以通信方式耦合到所述處理電路；和 至少二個(gè)天線，其耦合到所述RF接口裝置，用于多輸入或多輸出通信 至少二者之一。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括宏基站，并且其 中所述用于分配OFDMA資源的邏輯用于為所述多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的基站 之間的鏈路，針對每一移動臺分配相同的子載波。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括微基站，并且其 中所述用于分配OFDMA資源的邏輯用于為微無線接入網(wǎng)(RAN)分配子載 波，所述子載波與為所述多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的基站之間的鏈路分配的子載 波不同。
21、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述用于分配OFDMA資源的 邏輯還用于為所述多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的所述基站之間的每一跳，針對每 一移動臺分配所述相同的子載波的不同的時(shí)隙。
22、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的所述 一個(gè)或多個(gè)無線鏈路的信道質(zhì)量由分布式路由算法確定。
23、 一種制品，包括其上存儲有機(jī)器可讀指令的有形介質(zhì)，所述機(jī)器 可讀指令當(dāng)被處理平臺執(zhí)行后引起根據(jù)最大信號干擾噪聲比(SINR)調(diào)度算法，在多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中分配 正交頻分多址(OFDMA)資源；以及根據(jù)比例公平調(diào)度算法，在所述多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中分配OFDMA資源。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的制品，其中所述最大SINR調(diào)度算法使用 從在所述多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中使用的分布式路由算法得出的代價(jià)度量。
25、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的制品，其中所述比例公平調(diào)度算法使用從 在所述多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中使用的分布式路由算法得出的代價(jià)度量。
26、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的制品，其中分配OFDMA資源包括為每一 個(gè)移動臺分配不同的子載波，所述每一個(gè)不同的子載波用于所述多跳無線 網(wǎng)狀網(wǎng)中的基站之間的每一跳。
27、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的制品，其中分配OFDMA資源還包括針對 每一個(gè)子載波分配多個(gè)不同的時(shí)隙，其中每一個(gè)不同的時(shí)隙由多跳路徑中 的不同基站使用。
全文摘要
用于在多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)中進(jìn)行通信的方法、裝置和系統(tǒng)可以至少部分地基于與多跳路徑相關(guān)聯(lián)的吞吐量特征，來分配正交頻分多址(OFDMA)資源。OFDMA分配可以由宏基站來集中式地進(jìn)行，在回傳鏈路間分配資源；網(wǎng)絡(luò)中的微基站可以獨(dú)立地將通信資源分配給微基站自身的無線接入網(wǎng)(RAN)內(nèi)的移動臺。詳細(xì)說明中描述了其他實(shí)施例及其變型。
文檔編號H04L12/28GK101379772SQ200780004660
公開日2009年3月4日 申請日期2007年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月7日
發(fā)明者O·奧伊曼 申請人:英特爾公司