为无线中继网络的中继节点确定通信调度的系统和方法
【专利摘要】提供一种确定用于在形成无线中继网络的多个中继节点之间路由数据的通信调度的系统和方法。该通信调度通过有序顺序的通信链路来互连多个中继节点，其中该通信链路是通过包括多个资源块的无线资源来建立的。该方法包括：生成用于有序顺序的通信链路的多个候选连接模式；以及对于每一个候选连接模式，生成多个候选资源分配以便根据该候选连接模式来提供有序顺序的通信链路。然后对于每一个候选连接模式，然后为与该候选连接模式相关联的候选资源分配的所选组合计算性能特性的水平。然后基于所述性能特性的期望水平，将其所计算的所述性能特性的水平满足所述期望水平的候选连接模式以及其相关联的候选资源分配的所选组合中的一个选为要使用的通信调度。响应于触发条件，重复性能水平评估过程和选择过程以便重新选择候选连接模式中的一个。
【专利说明】为无线中继网络的中继节点确定通信调度的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于为无线中继网络的中继节点确定通信调度(也被称为通信链路结构)的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在无线网络中，通常将会存在需要彼此进行通信的多个节点，并且在各种节点之间建立无线通信链路以支持这样的通信。考虑到无线电信网络，对于下行链路通信路径，发射节点(例如基站(BS))可能需要与多个接受方节点(诸如移动站(MS)/终端用户设备(UE)的项目)进行通信。类似地，对于上行链路通信路径，多个发射节点(例如MS/UE)可能需要与特定接受方节点(例如BS)进行通信。
[0003]用于建立这样的通信链路的普通方法包括提供发射节点和接受方节点之间的直接通信链路，这样的方法已常常被称为单跳实现。当各种发射节点和接受方节点相对紧密地间隔开时这样的方法可以工作得很好，但是一般而言这样的布置可实现的吞吐量会随着发射节点和接受方节点之间的间隔变得更大而迅速减少。
[0004]为了缓和这样的问题，众所周知在无线网络内提供一个或多个中继节点以允许经由多个中继节点之间的无线链路来传播数据。各种中继节点可以被布置成使得允许发射节点经由多个居间节点与接受方节点进行通信，该居间节点用来沿着由中继节点形成的中继结构进一步传播数据。形成居间节点的中继节点在一些实现中也可以用作一些通信的接受方节点(例如在下行链路通信路径内)或用作一些通信的发射节点(例如在上行链路通信路径内)。通过这种中继网络的使用，发射节点和接受方节点能够彼此通信，即使当它们分开一定距离时，否则这会排除这种通信，例如因为如果在各节点之间尝试直接通信的话的信号衰减的不可接受的水平。
[0005]根据中继网络的典型形式，可以由中继网络来提供一个或多个单独的中继，并且采用多跳最近邻近中继方法，其中每个中继节点将数据发射到该中继节点所属于的中继之内的最近中继节点。然而，虽然这样的方法使得数据能够发射通过比之前描述的单跳方法更大得多的距离，但各种通信链路所需的能力会显著变化。例如，考虑到例如发射节点用作去到多个接受方节点的各种通信业务的源的下行链路示例，该发射节点和中继中的最近中继节点之间的第一无线通信链路必须具有载送从发射节点输出并且去往该中继所覆盖的接受方节点的所有通信业务的能力，而不管所有通信业务要去往哪个特定接受方节点。在许多实现中，通过这样的通信链路来提供所需的能力来确保所有发射节点/接受方节点对之间的可靠通信是非常困难的。
[0006]因此，将期望提供一种改进的用于确定在形成中继网络的多个中继节点之间路由数据的通信调度/通信链路结构的机制。
【发明内容】
[0007]从第一方面来看，本发明提供一种确定用于在形成无线中继网络的多个中继节点之间路由数据的通信调度的方法，该通信调度被布置成通过有序顺序的通信链路来互连多个中继节点，该通信链路是通过包括多个资源块的无线资源来建立的，该方法包括:(a)生成用于所述有序顺序的通信链路的多个候选连接模式；(b)对于每一个候选连接模式，生成多个候选资源分配以便根据该候选连接模式来提供所述有序顺序的通信链路；(C)对于每一个候选连接模式，为与该候选连接模式相关联的候选资源分配的所选组合计算性能特性的等级；(d)基于所述性能特性的期望等级，将其所计算的所述性能特性的水平满足所述期望水平的所述候选连接模式以及其相关联的候选资源分配的所选组合中的一个选为所述通信调度；以及(e)响应于触发条件，重复所述步骤(C)和(d)以便重新选择要被用作通信调度的所述候选连接模式以及其相关联的候选资源分配的所选组合中的一个。
[0008]根据本发明，对于多个候选连接模式中的每一个、并且特别地对于用于每个候选连接模式的候选资源分配的所选组合来评估特定性能特性。该候选资源分配在这里还可以被称作候选资源块利用，因为每个候选资源分配提供用于使用至少一个资源块来提供所述有序顺序的通信链路中的一个或多个的候选选项(通常实际资源块不是指定的而是由稍后的资源块分配操作来确定的)。
[0009]在上面的评估阶段之后，并且在考虑到性能特性的期望水平的情况下，然后将候选连接模式以及其相关联的候选资源分配的所选组合中的一个选为用于通过有序顺序的通信链路来互连多个中继节点的通信调度。此外，响应于触发条件，可以重新执行性能特性评估和选择过程以便重新选择要被用作通信调度的候选连接模式以及其相关联的候选资源分配的所选组合中的一个。这使得互连中继节点的方式以及资源分配被利用来提供那些中继节点之间的通信链路的方法在考虑到各种触发条件的情况下会随着时间改变，以便在考虑到选取的性能特性的情况下寻求无线中继网络的优化性能。
[0010]候选资源分配的所选组合可以采取各种各样的形式。然而，在一个实施例中，候选资源分配的所选组合指定所选组合中的每个候选资源分配的相对使用以便提供所述有序顺序的通信链路。可以以各种各样的方式来指定该相对使用，例如作为用于提供有序顺序的通信链路的总可用无线资源的分数或百分比。
[0011]存在多个执行计算步骤(C)的方式。然而，在一个实施例中，计算步骤包括用来确定候选资源分配的所选组合的线性编程函数的性能。这提供用于在考虑到选取的性能特性的情况下确定候选资源分配的最优组合的特别有效的机制。
[0012]在一个实施例中，候选资源分配的所选组合是在所述步骤(b)处生成的所述多个资源分配中的每个候选资源分配的加权组合，其中每个候选资源分配的相对使用具有在零和最大值之间的值。当为特定候选资源分配指定为零的相对使用时，这指示该候选资源分配不被用来提供有序顺序的通信链路中的任何一个。最大值原则上可以是一直到指示用于提供有序序列的通信链路的总可用无线资源的绝对最大值的任何值。
[0013]对于任何给定的多个候选资源分配，通常将存在可用于根据相关联的候选连接模式来提供有序顺序的通信链路的那些候选资源分配的多个组合。然而，在一个实施例中，候选资源分配的所选组合是来自产生所述性能特性的最高水平的所有可能组合之中的那个组合。
[0014]促使所述步骤(c )和(d)重复的触发条件可以采用各种形式。然而，在一个实施例中，触发条件包括要使用通信调度路由的数据载荷的改变或影响通信调度的通信链路的条件的改变中的至少一个。因此，当要使用通信调度路由的数据量发生改变和/或当影响通信链路的无线电通信的质量的条件的变化发生改变时，可以重新评估对于所有各种候选连接模式以及相关联的资源分配的性能特性，并且可以发生重新选择以便寻求在考虑那些改变的情况下优化中继网络的性能。
[0015]在一个实施例中，候选连接模式以及相关联的候选资源分配会在初始化时生成一次。然而，在一些实施例中，可以提供一个或多个重新配置条件，当检测到时该重新配置条件使得再次生成候选连接模式以及相关联的资源分配。重新配置条件可以采取各种各样的形式，但是在一个实施例中重新配置条件包括所述多个中继节点中的中继节点数目的改变。这样的改变可能由多个原因而引起，例如添加一个或多个节点、移除一个或多个节点、一个或多个节点发生故障、等等。
[0016]在一个实施例中，资源分配的所选组合标识要被用于每个资源分配的资源块的相对量，以及每个资源分配要提供哪些通信链路，但是没有特别标识要使用的实际资源块。反而，在一个实施例中，该方法还包括以下步骤:执行资源块分配操作以分配来自所述多个资源块的多个资源块，以便根据在所述步骤(d)选择的通信调度的候选资源分配的所选组合来提供有序顺序的通信链路。
[0017]在一个实施例中，针对所选组合中的每个资源分配来分配不同资源块。
[0018]资源块形成可以被用来提供通信链路的多个正交资源。可以以各种各样的方式来提供这些正交资源。例如，根据“时分多址”(TDMA)方法，可以在时域中将无线资源的特定频率信道划分开以使得每个资源块占用不同时隙。作为另一示例，在“频分多址”(FDMA)方法中，频带可以被划分开，以使得每个个体的频率形成一个资源块。在组合的TDMA/FDMA方法中，时隙/频隙的组合可以被用来限定每个资源块。
[0019]作为另一示例，在“码分多址”(CDMA)方法中，可以通过应用不同正交代码来将特定频率信道划分开，以便由此在该频率信道内建立多个资源块。
[0020]在一个实施例中，可以在不考虑被用来在无线资源内提供个体资源块的实际机制的情况下生成在所述步骤(b)处生成的候选资源分配，其中一旦已经在所述步骤(d)处选择通信调度，资源块分配操作就分配特定资源块以便提供有序顺序的通信链路。
[0021]在一个实施例中，无线中继网络形成较大无线数据网络的一部分，并且无线中继网络之外的数据在这里将被称为无线中继网络的外生性数据。相反地，在无线中继网络内内部传递的数据将被称为无线中继网络的内生性数据。因此，如果我们考虑到具有与无线中继网络之外的多个部件进行通信以及经由无线中继网络的通信链路中的一个将数据传播到另一中继节点之上的能力的特定中继节点，则中继节点和无线中继网络之外的部件之间的数据业务将被称为外生性数据，而通过该中继节点以及一个或多个其他中继节点之间的无线中继网络的通信链路传递的数据业务将被称为内生性数据。
[0022]在一个这样的实施例中，性能特性的期望水平标识在耦合到无线中继网络的无线数据网络的至少一部分之内可用的外生性数据的期望带宽。
[0023]在一个实施例中，多个中继节点可以在无线数据网络内形成下行链路通信路径。在一个的这样的实施例中，所述外生性数据的所述期望带宽包括由一个或多个选取的中继节点从无线中继网络发出的外生性数据的期望出口速率。
[0024]在另一实施例中，多个中继节点在无线数据网络内形成上行链路通信路径。在一个这样的实施例中，所述外生性数据的期望带宽包括从无线数据网络输入到无线中继网络的一个或多个选取的中继节点的外生性数据的期望入口速率。
[0025]此外，在一个替代实施例中，多个中继节点在无线数据网络中形成下行链路通信路径和上行链路通信路径二者。在一个这样的实施例中，所述外生性数据的期望带宽包括由一个或多个选取的中继节点从无线中继网络发出的外生性数据的期望出口速率以及从无线数据网络输入到无线中继网络的一个或多个选取的中继节点的外生性数据的期望入口速率中的至少一个。
[0026]存在可以在所述步骤(a)处生成多个候选连接模式的多个方式。在一个实施例中，形成无线中继网络的多个中继节点包括N个中继节点，并且在所述步骤(a)处，执行Prufer解码算法以便产生作为每一个候选连接模式的根据Prufer序列导出的生成树模式，由此候选连接模式的数目是NN_2。通过使用这样的Prufer序列方法，实现了候选连接模式数目的减少，这归因于数目由因子N-2来约束。
[0027]存在可以在所述步骤(b)处生成多个候选资源分配的多个方式。然而，在一个实施例中，在考虑至少一种通信限制条件的情况下来确定多个候选资源分配。该通信限制条件用来减少可能的候选资源分配的数目。
[0028]在一个实施例中，一种通信限制条件包括每个中继节点不能同时发射数据和接收数据的限制。此外或者可替代地，一种通信限制条件包括每个中继节点不能使用同一资源分配同时向多于一个中继节点发射数据的限制。
[0029]在一个实施例中，多个候选资源分配包括以不违反所述至少一个通信限制条件的方式同时提供多个通信链路的至少一个候选资源分配。这样的方法可以导致资源块在无线中继网络内以及因此在包含该无线网络的无线数据网络内更高效的使用。
[0030]在一个实施例中，多个中继节点使用定向天线来发射数据。这种定向天线的使用可以用来总体上降低无线中继网络和无线数据网络内的干扰。在所述候选资源分配中的一个同时提供多种通信链路的情况下，定向天线可以被配置成降低无线中继网络的那些多种通信链路之间的干扰。
[0031]存在可以计算用于每个候选连接模式的候选资源分配的所选组合的性能特性的水平的多个方式。在一个实施例中，对于每个候选连接模式该计算过程包括以下步骤:(i)计算信道容量矩阵以便为每个候选资源分配标识要由该候选资源分配提供的每个无线通信链路的内生性数据容量；以及(ii)执行线性编程函数以便确定作为所述所选组合的候选资源分配的加权组合，其在考虑预期数据加载的情况下为每个候选资源分配标识所需的该候选资源分配的相对使用量，以便支持该候选资源分配的每个无线通信链路的内生性数据容量。
[0032]在一个实施例中，每个中继节点都具有其发射功率可配置的发射天线组件，并且在所述步骤(i)期间在考虑多个发射功率设置的情况下计算信道容量矩阵。这导致相对于发射功率固定的实施例而言候选资源分配的数目的增加。通过这种方法，当然后在所述步骤(d)处选择特定通信调度时，可以选取连接模式、相关联的候选资源分配的组合、以及功率设置的特定选择，以便优化无线中继网络的性能。
[0033]在一个实施例中，该方法还包括生成每个候选连接模式的载荷矩阵以便提供在所述步骤(ii)中使用的预期数据加载信息的步骤。[0034]可以在无线数据网络内的各种各样的位置处使用无线中继网络的中继节点。例如，使得他们被用于提供接入基站以及接入网络内的终端用户设备的项目之间的通信。然而，在一个实施例中，在用于将接入网络的接入基站与通信网络耦合的无线馈线网络内提供所述无线中继网络的中继节点，该无线馈线网络包括耦合到通信网络的多个馈线基站和耦合到相关联的接入基站的多个馈线终端中继，所述无线中继网络的中继节点包括所述馈线基站和多种所述馈线终端中继中的至少一个。在共同拥有的共同待审UK专利申请GB2，484，280A中提供包括这样的中继网络的适合的无线馈线网络的更多细节，通过参考将该专利的整体内容合并于此。此外，稍后将参考本申请的实施例描述和附图来更详细地描述这样的无线馈线网络。
[0035]从第二方面来看，本发明提供一种用于确定在形成无线中继网络的多个中继节点之间路由数据的通信调度的系统，该通信调度被布置成通过有序顺序的通信链路来互连多个中继节点，该通信链路是通过包括多个资源块的无线资源来建立的，该系统包括:连接模式生成电路，其被配置成生成用于所述有序顺序的通信链路的多个候选连接模式；资源分配生成电路，其被配置成对于每个候选连接模式生成用于根据该候选连接模式来提供所述有序顺序的通信链路的多个候选资源分配；性能水平计算电路，其被配置成对于每个候选连接模式来计算与该候选连接模式相关联的候选资源分配的所选组合的性能特性的水平；选择电路，其被配置成基于所述性能特性的期望水平来将其所计算的所述性能特性的水平满足所述期望水平的所述候选连接模式以及其相关联的候选资源分配的所选组合中的一个选为所述通信调度；以及所述性能水平计算电路和所述选择电路对触发条件作出响应，以重复它们的性能水平计算和选择操作以便重新选择要被用作通信调度的所述候选连接模式以及其相关联的候选资源分配的所选组合中的一个。
[0036]从第三方面来看，本发明提供一种存储计算机程序的存储介质，当在计算机上执行时，该计算机程序执行根据本发明的第一方面的确定用于在形成无线中继网络的多个中继节点之间路由数据的通信调度的方法。在一个实施例中，该存储介质可以采取非瞬时性存储介质的形式。
[0037]从第四方面来看，本发明提供一种用于将接入网络的接入基站与通信网络耦合的无线馈线网络，该无线馈线网络包括耦合到通信网络的多个馈线基站和耦合到相关联的接入基站的多个馈线终端中继，该无线馈线网络包括具有多个中继节点的无线中继网络，所述无线中继网络的中继节点包括所述馈线基站和多种所述馈线终端中继中的至少一个，该无线馈线网络还包括控制器，其用于根据本发明的第一方面的方法来确定在所述多个中继节点之间路由数据的通信调度。
[0038]从第五方面来看，本发明提供一种确定用于在形成无线中继网络的多个中继节点之间路由数据的通信链路结构的方法，该通信链路结构被布置成通过有序顺序的通信链路来互连多个中继节点，该通信链路是通过包括多个资源块的无线资源来建立的，该方法包括:Ca)生成用于所述有序顺序的通信链路的多个候选连接模式；(b)对于每一个候选连接模式，生成多个候选资源块利用以便根据该候选连接模式来提供所述有序顺序的通信链路；(C)计算每一个候选连接模式的每一个候选资源块利用的性能特性的水平；(d)基于所述性能特性的期望水平，将其所计算的所述性能特性的水平满足所述期望水平的所述候选连接模式中的一个以及其相关联的候选资源块利用中的一个选为所述通信链路结构；以及(e)响应于触发条件，重复所述步骤(c)和(d)以便重新选择要被用作通信链路结构的所述候选连接模式中的一个以及其相关联的候选资源块利用中的一个。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]将仅通过示例参考附图中图示的其实施例来进一步描述本发明，其中:
图1A示意性地图示可以在其中采用本发明的实施例的技术的无线中继网络；
图1B提供在一个实施例中使用的无线中继网络的另一示意性图示；
图2A到2C是示意性地图示包括具有根据一个实施例的无线中继网络的无线馈线网络的网络架构的图；
图3是图示在一个实施例中用来确定在形成无线中继网络的多个中继节点之间路由数据的通信调度的系统的框图；
图4是图示根据一个实施例由图3的连接模式发生器、资源分配发生器和性能水平计算块执行的步骤的流程图；
图5A到5F图示可以根据一个实施例来生成的连接模式的各种示例；
图6示意性地图示如何从Prufer序列来生成图5C的连接模式；
图7A到7F图示根据一个实施例与在图4的步骤480处计算的图5A到5F的连接模式中的每一个相对应的载荷矩阵；
图7G图示根据一个实施例当在各中继节点中的每一个之间存在不等载荷时对于图5C的连接模式的载荷矩阵的形式；
图8A和SB图示根据一个实施例的针对两个不同连接模式而生成的候选资源分配的示
例；
图9是图示根据一个实施例被执行用来实现图4的步骤490的步骤的一般顺序的流程
图；
图10是图示根据替代的实施例被执行用来实现图4的步骤490的步骤的一般顺序的流程图；
图1lA到IlC图示根据一个实施例可以用来实现图SB的通信调度的候选资源块分配；图12图示可以在一个实施例中生成候选连接模式以及相关联的候选资源分配的组合以便形成支持下行链路和上行链路通信二者的通信调度的示例；
图13A和13B图示可以在一个实施例中生成候选连接模式以及相关联的候选资源分配的组合以便形成分别支持下行链路和上行链路通信的单独的通信调度的示例；
图14A和14B图示可以在一个实施例中用来实现图13A和13B的通信调度的候选资源块分配，而图14C图示可以在一个实施例中用来实现图12的通信调度的候选资源块分配；图15图示当使用相对于已知现有技术的所述实施例的技术时可实现的典型网络性能增益；以及
图16是可以在其上执行一个或多个合适的计算机程序以便执行根据所述实施例的确定通信调度的方法的计算机系统的图。
【具体实施方式】
[0040]图1示意性地图示可以在其中采用本发明的实施例的技术的无线中继网络。图1A中示出的无线中继网络提供包括基础中继节点15和各种其他中继节点20、25、30、35的第一中继10。根据要参考剩余的图详细描述的本发明的实施例的技术，在中继10的各种中继节点之间建立通信调度，该通信调度通过有序顺序的通信链路来互连多个中继节点。这些通信链路由图1A中的参考数字40、42、44和46来示意性地图示。为了便于说明，中继10内的中继节点被示为以多跳最近邻近配置互连，但是根据本发明的实施例的技术可以以各种不同方式来互连该各种中继节点，但是在考虑到某些条件改变(诸如要使用中继的通信调度来路由的数据载荷的改变或者影响各中继节点之间的通信链路的条件的改变)的情况下它们互连的方式确实可能会随着时间变化。虽然无线中继网络可以提供单个中继，它可以替代地提供多个中继，如由包含基础中继节点15和多个另外的中继节点65、70、75的可选附加中继60示意性地图示。对于中继60，由参考数90、92、94来图示各种通信链路，并且再次为了便于说明而图示多跳最近邻近配置。
[0041]虽然某些中继节点可以被布置成仅操作为用于将数据向前传播到另一中继节点(如针对中继节点25和65的示例示意性图示的那样)的中继，但是其他中继节点可以被布置成与无线中继网络之外的其他部件进行通信。因此，中继节点20、30、35、70、75分别具有与其相关联的通信链路50、52、54、80、85，其图示那些节点与无线中继网络之外的部件进行通信。为了本申请的目的，在无线中继网络内进行通信的数据将被称为内生性数据，并且因此通过路径40、42、44、46、90、92、94传递的任何数据将是内生性数据。此外，在中继节点以及无线中继网络之外的部件之间的任何数据通信将被称为外生性数据，并且相应地通过通信路径50、52、54、80、85传递的任何数据将是是外生性数据。
[0042]在任何特定部署中，将存在被提供用来形成无线中继网络的某些数目的中继节点，并且它们通常将具有特定的物理部署以使得各种中继节点之间的相对距离是已知的。在考虑到无线中继网络所需的某一性能特性(例如要由任何特定中继节点实现的特定最小可接受外生性数据速率)的情况下，本发明的实施例的技术标识可以互连中继节点的多种候选方式(在这里被称为多种候选连接模式)。考虑到存在包括基础中继节点15的八个中继节点的图1A的示例，然后根据各种中继节点之间的物理分离，这些候选连接模式可以包括:所有中继节点都被互连以形成单个中继的一个或多个模式、中继节点被互连以形成多种中继(诸如图1A中示意性图示的)的各种模式或者确实在一些实例中的中继节点20、25、30、35、65、70、75中的每一个都直接连接到基础中继节点15的候选连接模式。
[0043]通过包括多个资源块的无线资源来建立在无线中继网络的中继节点之间建立的各种通信链路。该资源块形成可以用来提供这些无线通信链路的多个正交资源。根据本发明的实施例，对于每个候选连接模式，还生成多个候选资源分配，每一个候选资源分配代表一种根据相关联候选连接模式提供有序顺序的通信链路中的至少一个的可能方式。
[0044]如将参考剩余的图更详细讨论的那样，然后可以对于每个候选连接模式的候选资源分配的所选组合(在所述实施例中其是加权组合)来执行性能水平分析过程，以便标识将在采用该特定候选连接模式以及相关联的候选资源分配的加权组合的情况下预期的选取的性能特性的性能水平。基于选取的性能特性的期望水平，然后可以选取那些候选连接模式以及其相关联的资源分配的加权组合中的一个，所计算的其性能水平至少满足期望水平。在一个特定实施例中，选取给出最好性能水平的候选连接模式以及候选资源分配的加权组合的特定组合。[0045]因为性能可能取决于诸如无线中继网络之内的数据加载之类的条件或影响无线电资源的环境条件的改变，所以在一个实施例中该技术被布置成对这些条件作出响应以便触发重新评估每个候选连接模式的候选资源分配的所选加权组合的性能水平，以及然后在考虑重新计算的性能水平的情况下相应地根据哪个候选连接模式以及相关联的候选资源分配的加权组合是最适当的来改变通信链路结构。因此，在考虑条件改变的情况下，中继节点互连的方式以及供给资源块以便提供通信链路的方式会随着时间改变，由此提供用于寻求优化无线中继网络的性能的特别灵活和适应性机制。
[0046]图1B图示根据一个实施例的无线中继网络的特定示例部署。在该示例中，基础节点100被安装在适当的位置，例如在基础站点处的杆105上，并且然后在便于提供多个中继节点110、120、130、140、150的各种位置处提供那些中继节点。中继节点通常将具有相对较小的尺寸，并且因此可以被安装在各种位置，例如安装在诸如街灯之类的街头设施上。为了在图1B中进行说明，它们被示意性地示为分别安装在杆115、125、135、145、155上。在各种中继节点100、110、120、130、140、150之间建立通信链路160以根据特定所选通信链路结构(即所选通信调度)来提供无线中继网络。在一个实施例中，提供定向天线以便建立那些链路，这种定向天线的使用允许建立具有降低的共信道干扰的高质量链路。
[0047]在该示例中，与接入网络的接入基站相关联地提供中继节点110、120、130、140、150中的每一个，该接入基站被提供作为单独的部件或与中继节点构成整体。基站用于经由接入网络170与终端用户设备的各种项目进行通信。为了说明的目的，假设全向天线被用于该目的，但是当然将会认识到可以使用任何其他适合的天线配置。终端用户设备的项目可以是移动的或固定的，并且许多已知无线通信协议中的任一个都可以被用来实现无线链路170。例如，在一个实施例中，可以使用WiMAX或LTE空中接口来构造这样的无线链路。
[0048]图2A是示意性地图示包括根据一个实施例的无线馈线网络的网络架构的框图。如图2A中所示，以常规方式来提供多个接入基站230、255、280、310以便经由无线空中接口290来与多个移动站/终端用户设备240、260、285、315的项目进行通信。尽管为了简单起见，每个基站230、255、280、310被示为与终端用户设备的单个项目进行通信，但是将会认识到实际上这样的基站形成使得终端用户设备的多个项目能够与个体基站进行通信的点到多点设备。如先前所提到的，终端用户设备的项目可以是移动的或固定的，并且多个已知无线通信协议中的任一个可以被用来实现无线链路90。
[0049]包括各种基站230、255、280、310和终端用户设备240、260、285、315的项目的接入
网络通常经由通信基础设施215与接入服务网络网关210连接以使得入站通信能够被转发到终端用户设备的项目并且出站通信能够经由接入服务网络网关210路由到一些其他网络。这要求每个基站要提供有到通信基础设施215的回程连接。基站230被示为提供有到通信基础设施215的传统有线回程连接232。然而，根据一些实施例，其他基站255、280、310可以经由包括耦合到通信基础设施215的多个馈线基站235和耦合到相关联的接入基站的多个馈线终端中继250、275、305的无线馈线网络而耦合到通信基础设施215。馈线基站235和馈线终端中继250、275、305经由馈线空中接口 295进行通信。每个馈线基站(FBS)形成在有线基础设施和远程站点245、270、300之间提供连接的无线点到多点网络集线器。图2A中的每个馈线终端中继提供馈线端点功能。相应地，它使馈线无线链路终止并且在第一实例中提供去往一个或多个协同定位的接入基站的接口。虽然馈线基站和馈线终端中继所位于的位置可能变化，但是在一个实例中馈线基站通常将被安装在塔或建筑物屋顶上，而馈线终端中继通常将被安装在屋檐线下、建筑物上、或者街道设施(诸如灯柱或电线杆)上。
[0050]根据图2A中图示的架构，建立了多个基础站点和多个远程站点。基础站点225接收有线回程连接232、234并且在该示例中基础站点225在图2A中被图示。基础站点不仅包括馈线基站235而且还包括接入网络的接入基站230。然而，在一些实施例中，基础站点可以仅包括馈线基站235并且不包括接入基站。
[0051]每个远程站点245、270、300都包括馈线终端中继250、275、305以及相关联的接入基站255、280、310。在一个实施例中，馈线终端中继以及相关联的接入基站通常是单独的设备，并且可以经由各种连接(例如以太网连接，诸如图2A中所示)彼此耦合。在一个替代的实施例中，馈线终端中继和接入基站可以被合并到用于形成远程站点的单个单元中。
[0052]无线馈线网络经由相关联馈线空中接口 295提供无线回程解决方案，其以确保高频谱效率的方式来划分用于实现馈线空中接口 295的无线资源的资源块。通过实现高频谱效率，确保更多带宽可用于有用业务通过接入网络的实际传递。在一个实施例中，馈线空中接口是自适应性的，其中在将个体馈线终端中继与相关联的馈线基站相连接的各种馈线链路之中的资源块的分配在使用期间(例如考虑到不同业务条件)会改变，由此确保存在操作条件改变的情况下维持高频谱效率。
[0053]在一个实施例中，一个或多个馈线网络控制器220被用来控制无线馈线网络，其目的是为了确保维持该高频谱效率。图2A中的虚线298图示馈线网络控制器220的该逻辑控制(通过无线馈线网络的各种元件)。实际上，控制消息经由由馈线空中接口 295提供的馈线链路和有线回程连接222、234路由到各种馈线基站235和馈线终端中继250、275、305。馈线网络控制器负责配置无线馈线网络、监视其在使用中的性能以及连续地优化其配置。
[0054]根据这里描述的实施例，与各种馈线终端中继250、275、305相组合的馈线基站235被布置成形成无线中继网络，并且相应地馈线基站和馈线终端中继形成中继节点。此外，考虑到各种操作条件和操作载荷的改变，各种中继节点被互连的方式以及用于各种中继节点之间的通信链路的资源块利用会随着时间改变。在图2A的示例中，假设每个馈线终端中继经由直接通信路径直接连接到其相关联的馈线基站。对于各种馈线终端中继都离相关联的馈线基站相对较近的实现，这样的配置是适当的，因为在与其他候选连接模式进行比较时它可以提供最好的性能水平。
[0055]然而，如图2B和2C中所示，许多其他配置也是可能的。在图2B的示例中，馈线终端中继250、275、305中的每一个经由通信链路320、325、330以多跳最近邻近配置与相关联的馈线基站235互连。当各馈线终端中继分开较大距离时，并且特别地在某些馈线终端中继处于离它们的相关联馈线基站相对较大距离的情况下，这样的方法可以是适合的配置。
[0056]图2C图示无线中继网络事实上形成两个单独的中继的另一示例。在该示例中，弓丨入包含馈线终端中继360的中继站点365。第一中继由与馈线终端中继250、275相组合的馈线基站235来构成，而第二中继由与馈线终端中继360、305相组合的馈线基站235来建立。通信链路340、345被建立用于第一中继，同时通信链路350、355被建立用于第二中继。
[0057]图2A到2C仅图示三个示例配置，但是将会认识到存在可以以任何特定实现来使各种馈线终端中继互连的许多不同方式。此外，在图2A到2C的示例中，假设通信链路是以一个中继节点和相邻中继节点之间的相对线性方式建立的，但如根据稍后图5A到5F的描述将会显然的那样，这不是必需的并且在适当的情况下可以使用更复杂的连接模式。
[0058]图3图示根据一个实施例的用于确定在形成无线中继网络的多个中继节点之间路由数据的通信调度的系统的主要部件。在一个实施例中，该系统通过馈线网络控制器220内提供的部件来具体化，而在另一实施例中该系统可以由馈线基站内提供的部件来具体化。
[0059]如稍后将参考图4到6更详细讨论的那样，连接模式发生器400被提供用来生成多个候选连接模式。此外，资源分配发生器405被用来对于每一个候选连接模式生成用于根据该候选连接模式提供有序顺序的通信链路的多个候选资源分配。稍后将参考图4、8A和SB来更详细地描述该过程。连接模式发生器400和资源分配发生器405 二者都由重新配置条件检测器410来控制。在重置条件下(诸如系统初始化)重新配置条件检测器410将促使连接模式发生器400生成多个候选连接模式，且促使资源分配发生器405生成用于每一个候选连接模式的多个候选资源分配，并且这些候选连接模式以及相关联的候选资源分配将被存储在存储装置420内。
[0060]此外，在一个实施例中，重新配置条件检测器410监测某些中继节点信息，并且该中继节点信息中的改变可能促使重新配置条件检测器指示连接模式发生器400和资源分配发生器405重复它们的候选连接模式以及候选资源分配生成活动，以便产生用于存储在存储装置420中的候选连接模式以及相关联候选资源分配的修订集合。这可以是适当的，例如在添加其他中继节点的情况下，或者在移除一个或多个中继节点的情况下。
[0061]该系统还包括性能水平计算块415和通信调度选择器425，它们两个都由触发条件检测器430来控制。在接收到重置信号时(诸如在初始化时间)，触发条件检测器430将激活性能水平计算块415。一旦连接模式发生器400和候选资源分配发生器405已经生成候选连接模式以及相关联的候选资源分配，则性能水平计算块被布置成计算每一个候选连接模式的候选资源分配的加权组合的选取的性能特性的水平。稍后将参考图9的流程图来更详细地描述该过程。一旦性能水平计算块415已经计算了性能水平，则通信调度选择器425就会被布置成在考虑选取的性能特性的期望水平的情况下将候选连接模式以及其相关联的候选资源分配的加权组合中的一个选为通信调度。该期望水平可以是固定的，或者可以是按照要求可再编程的。
[0062]一旦图3的系统已经产生所选的通信调度，则资源块分配机制将被用来根据所选的通信调度将特定资源块分配给所需的各种通信链路。该资源块分配机制可以驻留在FNC220内，或者可以在每一个馈线基站235内提供资源块分配机制的功能的至少一部分。
[0063]在一个实施例中，触发条件检测器430监测无线中继网络内的各种其他条件(诸如数据加载和信道条件)，并且当这些条件改变多于某一阈值量时，触发条件检测器向性能水平计算块415和通信调度选择器425发出控制信号，以促使要重新执行性能水平评估过程，并且此后要根据修订的性能水平信息来选择新的通信调度。这使得无线中继网络的配置以及资源分配在考虑这种条件的情况下会随着时间改变。
[0064]图4是图示根据一个实施例由图3的连接模式发生器400、资源分配发生器405和性能水平计算块415执行的步骤的流程图。该过程在步骤450处开始，随后在步骤455处获得各种网络参数，特别地值N指定无线中继网络内中继节点的数目。此后，在步骤460处变量η被设置成等于零且此后在步骤465处确定是否η〈ΝΝ_2。在一个实施例中，执行Prufer解码算法以便产生每个候选连接模式，并且当使用这种方法时，如果无线中继网络包含N个节点则将生成总共ΝΝ_2个候选连接模式。
[0065]相应地，如果在步骤465处确定η不小于Νν_2，则这指示该过程完成，如由框470指示的那样。然而，假设η小于Νν_2，则该过程进行到步骤475，在那里生成第η个候选连接模式，这样的连接模式在这里也被称为连接图。图5Α到5F示出对于包括六个中继节点的无线中继网络而产生的示例连接模式。图5Α到5C图示对于下行链路通信路径的三个不同候选连接模式，其中中继节点O是源节点，例如馈线基站(诸如图2Α的馈线基站235)。图
到5F图示对于上行链路通信路径的对应连接模式，其中节点O是汇聚节点(sink node)，在图2A的示例中这再次例如是馈线基站235。如根据图5A到5C与图到5F的比较将是显然的那样，连接模式是相同的，除了数据流的方向之外。然而，用来计算各种连接模式的性能水平的多个参数(诸如稍后将描述的信道矩阵和载荷矩阵)将根据中继节点被用来提供下行链路通信路径还是上行链路通信路径而变化。
[0066]如前面提到的那样，在一个实施例中使用Prufer解码算法来生成各种连接图，该Prufer 解码算法在例如“Spanning Trees and Optimisation Problems，，，section 1，by WujBang Ye and Chaoj Kun-Mao, Chapman and Hall-CRC，2004 中被描述。然而，为了完整，图 6通过示例图示如何从Prufer序列来创建图5C的连接模式。
[0067]下面的表1总结Prufer解码算法:
输入:长度为N-2的Prufer序列P ~ Cp1, P2,…,Pn-z)
输出:非定向图
导出边缘/顶点数目+ 2 计算指数
指定顶点集合:卜{O,If ,,.,’N — 1}
初始化边缘集合卜{}
初始化局部变量V = %
对于i=l至Ν-2，进行以下:
V.—集合的不在P中出现的最小元素 形成第i个边缘并且将其添加到边缘列表:eM 从集合’移除t?:1? i— V ^ {v}
从序列 P 移除兀素 P1: P (PiiilPli2, Pm 添加最后的边缘V 表1.Prufer解码算法。
[0068]考虑Prufer序列P = (2,3AA)。图6图示根据P来构造非定向生成树的步骤。在第一迭代期间，I = IfP = UrBAMV = [04,2,3,4,530 V中的不在P中出现的最小顶点是O。因此，根据P和*的第一元素P和t (即{2，0})构造第一边缘。分别从P和f移除2和O。在第二迭代期间
【权利要求】
1.一种确定用于在形成无线中继网络的多个中继节点之间路由数据的通信调度的方法，该通信调度被布置成通过有序顺序的通信链路来互连多个中继节点，该通信链路是通过包括多个资源块的无线资源来建立的，该方法包括: Ca)生成用于所述有序顺序的通信链路的多个候选连接模式； (b)对于每一个候选连接模式，生成用于根据该候选连接模式来提供所述有序顺序的通信链路的多个候选资源分配； (c)对于每一个候选连接模式，为与该候选连接模式相关联的候选资源分配的所选组合计算性能特性的水平； (d)基于所述性能特性的期望水平，将其所计算的所述性能特性的水平满足所述期望水平的所述候选连接模式以及其相关联的候选资源分配的所选组合中的一个选为所述通信调度；以及 (e)响应于触发条件，重复所述步骤(C)和(d)以便重新选择要被用作通信调度的所述候选连接模式以及其相关联的候选资源分配的所选组合中的一个。
2.根据权利要求1所述的方法，其中， 所述候选资源分配的所选组合指定所选组合中的每个候选资源分配的相对使用以便提供所述有序顺序的通信链路。
3.根据权利要求 1或2所述的方法，其中， 所述计算步骤包括用来确定候选资源分配的所选组合的线性编程函数的性能。
4.根据权利要求2或当从属于权利要求2时的权利要求3所述的方法，其中， 所述候选资源分配的所选组合是在所述步骤(b)处生成的所述多个资源分配中的每个候选资源分配的加权组合，其中每个候选资源分配的相对使用具有在零和最大值之间的值。
5.根据任何前述权利要求所述的方法，其中， 所述候选资源分配的所选组合是来自产生所述性能特性的最高水平的所有可能组合之中的该组合。
6.根据任何前述权利要求所述的方法，其中， 所述触发条件包括要使用通信调度来路由的数据载荷的改变或影响通信调度的通信链路的条件的改变中的至少一个。
7.根据任何前述权利要求所述的方法，还包括:响应于重新配置条件，重复所述步骤Ca)和(b)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中， 所述重新配置条件包括所述多个中继节点中的中继节点数目的改变。
9.根据任何前述权利要求所述的方法，还包括以下步骤:执行资源块分配操作以分配来自所述多个资源块的多个资源块，以便根据在所述步骤(d)选择的通信调度的候选资源分配的所选组合来提供有序顺序的通信链路。
10.根据权利要求9所述的方法，其中， 针对所选组合中的每一个候选资源分配来分配来自所述多个资源块的不同资源块。
11.根据任何前述权利要求所述的方法，其中， 在无线数据网络内提供所述无线中继网络，无线中继网络之外的数据形成无线中继网络的外生性数据，并且所述性能特性的所述期望水平标识在耦合到无线中继网络的无线数据网络的至少一部分之内可用的所述外生性数据的期望带宽。
12.根据任何前述权利要求所述的方法，其中， 在无线数据网络之内提供所述无线中继网络，并且所述多个中继节点在所述无线数据网络内形成下行链路通信路径。
13.根据当从属于权利要求11时的权利要求12所述的方法，其中， 所述外生性数据的所述期望带宽包括由一个或多个选取的中继节点从无线中继网络发出的外生性数据的期望出口速率。
14.根据权利要求1到11中的任一个所述的方法，其中， 在无线数据网络内提供所述无线中继网络，并且所述多个中继节点在所述无线数据网络内形成上行链路通信路径。
15.根据当从属于权利要求11时的权利要求14所述的方法，其中所述外生性数据的所述期望带宽包括从无线数据网络输入到无线中继网络的一个或多个选取的中继节点的外生性数据的期望入口速率。
16.根据任何前述权利要求所述的方法，其中， 在无线数据网络内提供所述无线中继网络，并且所述多个中继节点在所述无线数据网络内形成下行链路通信路径和上行链路通信路径二者。
17.根据当从属于权利要求11时的权利要求16所述的方法，其中所述外生性数据的所述期望带宽包括由一个或多个选取的中继节点从无线中继网络发出的外生性数据的期望出口速率以及从无线数据网络输入到无线中继网络的一个或多个选取的中继节点的外生性数据的期望入口速率中的至少一个。
18.根据任何前述权利要求所述的方法，其中: 形成无线中继网络的所述多个中继节点包括N个中继节点；以及在所述步骤(a)处，执行Prufer解码算法以便产生作为每一个候选连接模式的由Prufer序列导出的生成树模式，由此候选连接模式的数目是#_2。
19.根据任何前述权利要求所述的方法，其中， 在所述步骤(b)处，在考虑至少一个通信限制条件的情况下确定所述多个候选资源分配。
20.根据权利要求19所述的方法，其中， 所述至少一个通信限制条件包括每个中继节点都不能同时发射数据和接收数据的限制。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中， 所述至少一个通信限制条件包括每个中继节点不能使用同一资源分配同时向多于一个中继节点发射数据的限制。
22.根据权利要求19到21中的任一权利要求所述的方法，其中， 在所述步骤(b)处，所述多个候选资源分配包括以不违反所述至少一个通信限制条件的方式同时提供多个通信链路的至少一个候选资源分配。
23.根据任何前述权利要求所述的方法，其中多个中继节点使用定向天线来发射数据。
24.根据当从属于权利要求22的权利要求23所述的方法，其中，当所述候选资源分配中的一个同时提供所述多种通信链路时，所述定向天线被配置成降低干扰。
25.根据任何前述权利要求所述的方法，其中， 对于每一个候选连接模式，所述步骤(C)包括以下步骤: (i )计算信道容量矩阵以便为每个候选资源分配标识要由该候选资源分配提供的每个无线通信链路的内生性数据容量；以及 (ii)执行线性编程函数以便确定作为所述所选组合的候选资源分配的加权组合，其在考虑预期数据加载的情况下为每个候选资源分配标识所需的该候选资源分配的相对使用量，以便支持该候选资源分配的每个无线通信链路的内生性数据容量。
26.根据权利要求25所述的方法，其中: 每个中继节点都具有其发射功率可配置的发射天线组件；以及 在所述步骤(i)期间在考虑多个发射功率设置的情况下计算信道容量矩阵。
27.根据权利要求25或26所述的方法，还包括生成每个候选连接模式的载荷矩阵以便提供在所述步骤(ii)中使用的预期数据加载信息的步骤。
28.根据任何前述权利要求所述的方法，其中， 在用于将接入网络的接入基站与通信网络耦合的无线馈线网络内提供所述无线中继网络的中继节点，该无线馈线网络包括耦合到通信网络的多个馈线基站和耦合到相关联的接入基站的多个馈线终端中继，所述无线中继网络的中继节点包括所述馈线基站和多种所述馈线终端中继中的至少一个。
29.一种用于确定在形成无线中继网络的多个中继节点之间路由数据的通信调度的系统，该通信调度被布置成通过有序顺序的通信链路来互连多个中继节点，该通信链路是通过包括多个资源块的无线资源来建立的，该系统包括: 连接模式生成电路，其被配置成生成用于所述有序顺序的通信链路的多个候选连接模式； 资源分配生成电路，其被配置成对于每个候选连接模式生成用于根据该候选连接模式来提供所述有序顺序的通信链路的多个候选资源分配； 性能水平计算电路，其被配置成对于每个候选连接模式来计算与该候选连接模式相关联的候选资源分配的所选组合的性能特性的水平； 选择电路，其被配置成基于所述性能特性的期望水平来将其所计算的所述性能特性的水平满足所述期望水平的所述候选连接模式以及其相关联的候选资源分配的所选组合中的一个选为所述通信调度；以及 所述性能水平计算电路和所述选择电路对触发条件作出响应，以重复它们的性能水平计算和选择操作以便重新选择要被用作通信调度的所述候选连接模式以及其相关联的候选资源分配的所选组合中的一个。
30.一种存储计算机程序的存储介质，当在计算机上执行该计算机程序时执行根据权利要求I到28中的任一权利要求所述的用于确定在形成无线中继网络的多个中继节点之间路由数据的通信调度的方法。
31.一种用于将接入网络的接入基站与通信网络耦合的无线馈线网络，该无线馈线网络包括耦合到通信网络的多个馈线基站和耦合到相关联的接入基站的多个馈线终端中继，该无线馈线网络包括具有多个中继节点的无线中继网络，所述无线中继网络的中继节点包括所述馈线基站和多种所述馈线终端中继中的至少一个，该无线馈线网络还包括控制器，其用于根据权利要求1到28中的任一权利要求所述的方法来确定在所述多个中继节点之间路由数据的通信调度。
32.一种确定用于在形成无线中继网络的多个中继节点之间路由数据的通信链路结构的方法，该通信链路结构被布置成通过有序顺序的通信链路来互连多个中继节点，该通信链路是通过包括多个资源块的无线资源来建立的，该方法包括: Ca)生成用于所述有序顺序的通信链路的多个候选连接模式； (b)对于每一个候选连接模式，生成多个候选资源块利用以便根据该候选连接模式来提供所述有序顺序的通信链路； (c)计算每一个候选连接模式的每一个候选资源块利用的性能特性的水平； (d)基于所述性能特性的期望水平，将其所计算的所述性能特性的水平满足所述期望水平的所述候选连接模式中的一个以及其相关联的候选资源块利用中的一个选为所述通信链路结构；以及 (e)响应于触发条件，重复所述步骤(c)和(d)以便重新选择要被用作通信链路结构的所述候选连接模式中的一个以及其相关联的候选资源块利用中的一个。
【文档编号】H04W40/22GK104012148SQ201280061579
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年10月29日 优先权日:2011年12月23日
【发明者】M.利塞杰科, A.洛戈塞蒂斯 申请人:艾尔斯潘网络公司