[发明专利]基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线网络的负载平衡方法，特别是涉及一种基于中继的多 跳无线网络的负载平衡方法。

背景技术

近年来宽带无线通信技术和网络高速发展，由于频谱规划原因，新兴的无 线通信系统的载波频率都比较高。较高的频段虽然能够解决频率分配问题，但 是频段越高，电磁波的绕射能力越差，穿透能力也越差，这种状况对无线信号 覆盖范围提出了挑战。现在的无线接入网络架构主要是由基站(BS，Base Station) 与移动用户(MSS，Mobile Subscriber Station)组成的单跳(Single-hop)网络，每个 MSS均通过一条与基站相连的无线链路来访问网络。这种单跳网络很难满足高 频无线通信系统的要求，因为高频信号由于透射和绕射能力差，很容易受到地 形引起的阴影衰落(shadow fading)效应的影响，另外，频段越高，相同发射功率 条件下电磁波的衰减也越快，致使系统基站覆盖面积缩小。因此，无线通讯网 络提出了多跳无线网络的概念，多跳无线网络利用中继站(RS，Relay Station) 在BS和MSS间转发信号，从而形成了BS-RS-MSS的路径。其中，RS可 以是一级，也可以是多级，一个多跳无线网络的节点能够利用较小的发射功率 即可到达相邻节点，因此与单跳网络相比，使用相同的功率等级时中继网络的 小区覆盖面积大大增加。而且RS位置规划灵活，能够有效避免地形对网络布 局影响。

但是，基于中继的多跳无线网络中的数据需要在BS和MSS之间经过一次 或多次中继，从信号传输时间开销或频率占用角度，都会造成对系统资源的浪 费，由此就会减少系统容量。为此，一些新的技术尝试利用地理因素或其它有 效办法，进行资源的复用，这里所指的资源可以是时分多址通信系统中的时间， 也可以是频分多址通信系统中的频率带宽，还可以是码分多址通信系统中的伪 随机码，或者是这些资源的组合，从信息论的角度看不同类型资源的分配方法 是相通的。以时分多址通信系统为例，一种有效的资源复用方法如图1所示， 该图是一个中继网络下行链路子帧的结构示意，其中基站与各中继站间的数据 传输链路称为中继链路，记做BS→RS1、BS→RS2、BS→RS3和BS→RS4； 基站、中继站与用户间的数据传输链路称为接入链路，将基站和与其直接通信 的所有用户之间的BS→MSS链路，看作一个整体，以BS为单位来调度，同理， 对于任一中继站和与其直接通信的所有用户之间的RS→MSS链路，也看作一 个整体，以RS为单位来调度，因此，图中BS为MSS服务的时间在时间帧上 标记为BS，而每个RS为其MSS服务的时间在时间帧上标记为该RS，例如RS1、 RS2、RS3、RS4等。本资源复用调度方法不限定下行链路子帧中中继链路和接 入链路的先后次序，上行链路子帧可同理获得。图1所示的A为没有采用资源 复用的帧结构，而图1所示的B为采用资源复用调后的时间帧结构，其核心思 想是将不会产生干扰的RS划分进入同一分组，分组内所有的RS同时调度，图 中显示为属于同一分组内的RS在时间帧上为其覆盖范围内MSS服务的时间起 点相同；相互间会产生干扰的RS分属不同分组，不同分组需要分时调度，在 时间帧上显示为各分组调度时间错开。

图1中每个RS在时间帧上占用的长度各不相同，这是由于其所覆盖范围 内的服务负载量不同所造成的。例如在某个时间段内，某个RS的覆盖范围内 MSS所要求的资源需求量大，也即该RS的负载量大，则此RS为其覆盖范围 内MSS服务的时间在时间帧上所占用的长度也就较长，反之则占用长度较短。

从图1中可以看出，该资源复用方法中，如果相同分组内各RS负载相差 越大，即各RS服务时间在时间帧上所占用的长度的差别越大，则资源利用率 越低；反之，如果相同分组内各RS负载平衡，则该方法资源利用率高，因此 也越能够提高系统容量。这样，为了能够更加有效地提高系统容量，有必要采 取某种措施，平衡各RS的负载。