CN1507756A - 无线通信系统中用于调度分组数据传输的方法和装置 - Google Patents

Abstract

无线通信系统中用于调度分组数据传输的方法(18)，其中每个用户的优先级函数(PF)(24)是基于速率请求指示符(RRI)所指明的信道条件。该方法还考虑到由预定的服务要求质量(QOS)所支配的公平性标准。在一实施例中，速率请求指示符是数据速率请求(DRR)。在另一实施例中，速率请求指示符是载波干扰比(C/I)信息。在示例性实施例中，基站计算多个移动用户的优先级函数(PF)。每个PF都是数据请求指示符和给定移动用户计划吞吐量的函数。在一实施例中，预计的吞吐量根据T′=(T′)^α计算。

Description

无线通信系统中用于调度分组数据传输的方法和装置

                          背景

领域

本发明涉及无线数据通信，尤其涉及无线通信系统中用于调度分组数据传输的一种新颖并改进了的方法和装置。

背景

在无线通信系统中，基站与多个移动用户通信。无线通信可能包括低延时数据通信，譬如话音或视频传输，或者高数据速率通信，譬如分组的数据传输。1997年11月3日提交的美国专利申请号08/963386中描述了高速率分组数据传输，该申请题为“METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RATE PACKET DATA TRANSMISSION”，并且通过引用被结合于此。

分组数据传输无须是实时传输，因此允许在系统内调度移动用户传输时的基站灵活性。一旦被调度，基站可能在给定时间段内把数据发射到仅仅单个移动用户。通常，系统内分组数据移动用户的调度有两个目的。第一目的是优化每条信道的使用。第二目的是把传输公平地分配给移动用户。这两个目的有时会竞争。例如，给定用户的信道质量条件和未决数据量可能导致对该用户的过度时间分配。因此，需要一种用于调度到移动用户的有效分组数据传输的公平方法。

                           概述

一方面，在适用于分组数据传输的无线通信系统中，方法包括：接收移动站的速率请求指示符DRR；确定移动站的公平性参数α；计算移动站计划的吞吐量值T’作为速率请求指示符的函数，计算移动站的优先级函数，其中优先级函数是DRR/(T′)^α的函数；以及按照优先级函数调度到移动站的传输。

按照一方面，无线通信系统中一种用于调度分组数据业务的方法包括：确定一用户库；计算至少一部分用户库的优先级函数；调度具有来自该部分用户库的未决数据业务的第一组用户；从该部分用户库接收速率请求指示符；以及更新第一组用户的优先级函数作为速率请求指示符，将该速率请求指示符除以计划吞吐量和公平性参数的函数。

另一方面，基站装置包括处理器、以及与处理器耦合的存储装置，所述存储装置用于存储多个计算机可读指令。存储装置包括：用于接收移动站的速率请求指示符DRR的第一组指令；用于确定移动站的公平性参数α的第二组指令；用于计算移动站的计划吞吐量值T’作为速率请求指示符的函数的第三组指令；用于计算移动站的优先级函数的第四组指令，其中优先级函数是DRR/(T′)^α的函数；以及用于按照优先级函数调度到移动站的传输的第五组指令。

                          附图简述

图1以框图形式说明了一无线通信系统。

图2以流程图形式说明了用于调度分组数据传输的方法。

图3以框图形式说明了一基站。

图4以框图形式说明了基站的一部分。

                          详细描述

这里专门使用的单词“示例性”是指“充当示例、实例或说明”。这里所述作为“示例性”的任何实施例都不必被解释为比其它实施例更优选或更有利。

在本发明的示例性实施例中，扩频无线通信系统的基站根据每用户优先级函数(PF)的瞬时值来调度到移动用户的分组数据传输。用户调度优先级与PF值有关，其中高PF值指示高调度优先级，而低PF值指示低优先级。一方面，确定PF的方法是基于由速率请求指示符(RRI)所指明的信道条件。该方法还考虑到由服务要求质量(QOS)所支配的公平性标准。这种方法在发射机端提供了相对于非零缓冲欠载运行的稳健保护。在一实施例中，速率请求指示符是载波干扰比(C/I)信息。其它实施例可能实现其它类型的速率请求指示符或预测符。在示例性实施例中，基站计算多个移动用户的优先级函数(PF)。每个PF都是给定移动用户的速率请求指示符和计划吞吐量的函数。PF值使基站能调度具有未决数据的活动移动站。调度产生对多个移动站所分配的传输时间的大致相等的共享。

调度分配通过减少与所分配数据速率相关的反效应而改进了信道灵敏度。实际数据速率分配提供了量化的传输速率。这导致对系统内数据速率的粗调。实际数据速率可能被截短，或者被操纵，以确认所分配的和可用的数据速率。通过使用速率请求指示符来确定传输数据速率，数据速率按照系统的实际要求和操纵环境而被调节。

在图1所述的示例性实施例中，无线通信系统10包括基站12，它通过空中接口或无线电链路与移动站14和移动站16通信。基站12处理每个移动站16的单独传输。如图所述，移动站14采用低延时数据通信类型服务，譬如话音通信，而移动站16采用高速率分组数据通信。基站12和移动站14间的通信以实时执行，因此所有活动通信都是同时且并发执行的。相反，与移动站16的分组数据通信可能被调度，其中在给定时间同时发射到多个移动站16的通信。其它实施例可能允许到不止一个移动站16的并发传输，从而优化信道利用率。

图2说明了在系统10内调度移动站16的方法18。过程通过在步骤20中确定系统10内的活动移动用户库开始。用户库内移动站16(即用户)的总数被指定为“N”。如果N等于0，则过程在步骤22中结束，否则，过程继续到步骤24以计算库内“M”个用户的子集中每一个的PF，其中M个活动用户具有未决的数据。PF计算按照下列公式执行：

$\mathrm{PF}\left(j\right)=\frac{\mathrm{DRR}\left(j\right)}{T^{\′}\left(j\right)},$ 对于j＝1，...，M    (1)

其中j是与具有未决数据的M个活动用户相对应的用户下标。在示例性实施例中，数据请求指示符用DRR(j)实现，数据速率请求(DRR)是从用户j接收的，其中j＝1，...，M。使信道敏感的速率请求指示符出现在分子中与系统10内用户的调度成正比。然后，如果用户被调度且用户的缓冲包含按预期速率发射的足够数据，速率请求指示符就除以与每个用户j相关的计划吞吐量T′(j)。每个用户j的实际吞吐量可以表示为T(j)，然而在公式(1)的计算中未直接使用实际吞吐量。

在步骤26中，从具有未决数据的M个活动用户的子集中确定“K”个用户的进一步子集，该子集将被调度用于传输。在示例性实施例中，按照系统结构和预定的调度政策来确定K个用户的子集。通常K＝1或者K被约束为单个用户。然而，K可能是小于或等于M的任意数。根据所计算的PF值，基站在步骤28中调度“K”个用户。注意到K个被调度的用户组成N个活动用户的子集，即(K≤M≤N)。然后，基站12在步骤30中按照步骤28的调度发射分组数据传输。传输涉及对发射功率、功率控制、数据速率、调制、及其它传输参数的确定。注意到基站12可能并发地将低延时传输发射到移动站14。

在步骤32中，基站12为K个被调度用户的每一个更新每个计划吞吐量T’，作为从每个被调度用户接收的相应速率请求指示符的函数。下列公式描述了按照示例性实施例被调度用户的T’更新计算：

T′(j，n+1)＝(1-β)·T′(j，n)+β·DRR(j)    (2)

为下标n的数字采样使用滤波器参数为β的低通滤波器。在一实施例中，时间常数可能与每个移动站16的目标QOS和/或速率有关。在示例性实施例中，速率请求指示符用DRR(λ)实现，其中λ＝1，...，N。使信道敏感的速率请求指示符出现在分子中与系统10内用户的调度成正比。然后，速率请求指示符除以与每个用户j相关的计划吞吐量T′(j)。每个用户j的实际吞吐量可以表示为T(j)，虽然在公式(1)的计算中未直接使用实际吞吐量。相反，调度方法根据从用户接收到的速率请求指示符对该用户的吞吐量作出预测或计划。速率请求指示符可能是通过数据速率控制(DRC)信道发射的DRR，其中用户确定传输信道的质量并且确定要请求的相应数据速率。传输信道的质量可能是由用户接收的传输的C/I测量，其中相应的DRR与C/I比率相关，譬如通过查找表。在一实施例中，用户把C/I比率发送到基站12，且基站12根据C/I确定一数据速率。或者，用户可能根据测量的C/I并根据用户接收到的发射数据内的误差而确定要请求的数据速率。用户可能用多种方法来确定基站要请求的数据速率。类似地，用户可能实现多种速率请求指示符，用于向基站请求一数据速率。而且，在一实施例中，不同的移动站16实现不同的速率请求指示符。

如果在步骤34中K＜M，在处理继续到步骤36以更新N个活动用户的库内未被调度的用户(即，未包括在M个被调度用户内的用户)的每个T’。未被调度用户的计划吞吐量计算由下式给出：

T′(i，n+1)＝(1-β)·T′(i，n)    (3)其中i＝1，...，(M-K)。这里为了计算更新与未被调度用户相关的每个PF所用的计划吞吐量，假定速率请求指示符为零。

更新后的计划吞吐量值用于更新PF值。然后，处理返回步骤26，其中用更新后的PF值继续任何仍有未决数据的用户。

示例性实施例更新每个用户的PF值，就好像每个移动站16总是有足够的未决数据量，并且由每个移动站16所请求的速率是可以实现的。因此，只要缓冲至少有一个数据比特要发送，由按公式(1)-(3)计算的PF产生的调度序列就对传输缓冲的任何未预测状态不敏感。

图3进一步详述了基站12，包括经接收、处理和发射的信号。如图所述，基站12从多个移动站16接收速率请求指示符，譬如DRR或C/I。控制信息是从至少移动站16接收到的，并且还可能从像基站控制器(BSC)(未示出)这样的中央控制器接收到。基站从因特网这样的网络接收话务，也称为“主干话务”。基站12响应于这些信号把数据发射到移动站16。

图4进一步详述了基站12的调度器部分。基站12包括一库计算单元40，用于确定给定时间活动的移动站16的号码和标识。活动移动站16与基站12通信，但可能没有任何未决数据业务。库计算单元40从移动站16和BSC(未示出)接收控制信息，并且还从网络(未示出)接收话务。然后，库计算单元40把用户标识信息“用户(User)ID(λ)”(其中λ＝1，...，N)提供给PF计算单元42。为系统10内所有N个活动用户提供用户标识信息。

PF计算单元42从移动站16接收数据速率请求指示符，譬如DRR(λ)。PF计算单元42按照公式(1)用该速率请求指示符确定每个用户的PF。具有未决数据的所有用户的PF(j)(j＝1，...，K)被提供给调度单元46。调度单元46在与PF(j)相关的各用户间确定一调度。调度单元46把调度信息提供给发射电路48。DATA IN(数据输入)也被提供给发射电路48，后者按照调度信息发射数据以产生DATA OUT(数据输出)。调度信息也被提供给计算单元50，后者更新活动的N个用户的计划吞吐量。被调度的用户按照公式(2)被更新，而未被调度的用户按照公式(3)被更新。为了更新计划吞吐量值，计算单元50接收移动站16的速率请求指示符。然后，具有未决数据的M个用户子集更新后的计划吞吐量值被提供回PF计算单元42以更新PF值。计算单元50包括一平滑滤波器，譬如有限冲击响应(IIR)滤波器。平滑滤波器的抽头系数是可以配置的。

在一示例中，移动站16的速率为3km/hr且经历5.4Hz的多普勒频率fdoppler。按照公式(2)和(3)根据约为2秒的时间常数TW，计划吞吐量受到IIR平滑滤波。IIR滤波器抽头系数β与时间常数TW有关，关系如下：

导致在给定帧持续时间20毫秒下的时间常数为1/100，即50帧/秒。通常，β的计算涉及首先确定反应公平性约束的传输的服务质量，其中每个移动站16分配到预定容差内的时间部分。然后，该计算优化α以达到最佳的真实系统吞吐量。

在一实施例中，把优先级函数的分母修改为函数f(T′)，其中函数是T’的单调函数，譬如(T′)^α。在该实施例中，α是公平性参数。引入吞吐量的指数函数改变了公平性相对总吞吐量的折衷。在应用于成比例公平算法时， $\mathrm{PF}\left(i\right)=\frac{\mathrm{DRR}\left(i\right)}{T^{\′}\left(i\right)},$ 或者 $\mathrm{PF}\left(i\right)=\frac{\mathrm{DRR}\left(i\right)}{{\left(T^{\′}\left(i\right)\right)}^{\mathrm{\α}}}.$ 如同其它调度算法一样，公平性和吞吐量之间存在折衷。α的增加相应地增加了调度的公平性，然而减少了总吞吐量。

本领域的技术人员可以理解，信息和信号可以用多种不同技术和工艺中的任一种来表示。例如，上述说明中可能涉及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、码元和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或其粒子、光场或其粒子、或它们的任意组合来表示。

本领域的技术人员能进一步理解，结合这里所公开的实施例所描述的各种说明性的逻辑块、模块和算法步骤可以作为电子硬件、计算机软件或两者的组合来实现。为了清楚说明硬件和软件间的互换性，各种说明性的组件、框图、模块、电路和步骤一般按照其功能性进行了阐述。这些功能性究竟作为硬件或软件来实现取决于整个系统所采用的特定的应用程序和设计约束。技术人员可能以对于每个特定应用不同的方式来实现所述功能，但这种实现决定不应被解释为造成背离本发明的范围。

结合这里所描述的实施例来描述的各种说明性的逻辑块、模块和算法步骤的实现或执行可以用：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件、或为执行这里所述功能而设计的任意组合。通用处理器可能是微处理器，然而或者，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可能用计算设备的组合来实现，如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP内核的一个或多个微处理器、或任意其它这种配置。

结合这里所公开实施例描述的方法或算法的步骤可能直接包含在硬件中、由处理器执行的软件模块中、或在两者当中。软件模块可能驻留在RAM存储器、快闪(flash)存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中已知的任何其它形式的存储媒体中。示例性存储媒体与处理器耦合，使得处理器可以从存储媒体读取信息，或把信息写入存储媒体。或者，存储媒体可以与处理器整合。处理器和存储媒体可能驻留在ASIC中。ASIC可能驻留在订户单元中。或者，处理器和存储媒体可能作为离散组件驻留在用户终端中。

上述优选实施例的描述使本领域的技术人员能制造或使用本发明。这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的，这里定义的一般原理可以被应用于其它实施例中而不使用创造能力。因此，本发明并不限于这里示出的实施例，而要符合与这里揭示的原理和新颖特征一致的最宽泛的范围。

Claims (13)

1.在适用于分组数据传输的无线通信系统内，一种方法包括：

接收移动站的速率请求指示符DRR；

确定移动站的公平性参数α；

计算移动站的计划吞吐量值T’作为速率请求指示符的函数；

计算移动站的优先级函数作为DRR/(T′)^α；以及

按照优先级函数调度到移动站的传输。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算优先级函数还包括用单调函数(T′)^α计算优先级函数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述速率请求指示符的每一个都是从多个移动站之一接收到的数据速率请求。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述速率请求指示符的每一个都是从多个移动站之一接收到的载波对干扰之比的请求。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：

响应于调度的传输把数据发射到多个移动站。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：

更新被调度的移动站的优先级函数作为速率请求指示符的函数。

7.如权利要求7所述的方法，其特征在于还包括：

假定速率请求指示符等于零，更新未被调度的移动站的优先级函数。

8.无线通信系统中用于调度分组数据业务的方法，包括：

确定用户库；

计算至少一部分用户库的优先级函数；

从该部分用户库调度具有未决数据业务的第一组用户；

从该部分用户库接收速率请求指示符；以及

更新第一组用户的优先级函数作为速率请求指示符，速率请求指示符除以计划吞吐量和公平性参数的函数。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于还包括：

用零值的速率请求更新该部分用户库内的第二组用户，第二组用户与第一组用户不同。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述部分用户库是具有未决数据的用户。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一组用户包括一个用户。

12.一种基站装置，包括：

处理器；以及

与处理器耦合的存储装置，所述存储装置用于存储多个计算机可读指令，包括：

第一组指令，用于接收移动站的速率请求指示符DRR；

第二组指令，用于确定移动站的公平性参数α；

第三组指令，用于计算移动站的计划吞吐量值T’作为速率请求指示符的函数；

第四组指令，用于计算移动站的优先级函数，其中优先级函数是DRR/(T′)^α的函数；以及

第五组指令，用于按照优先级函数调度到移动站的传输。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述指令还包括：

用于计算优先级函数的第六组指令还包括计算优先级函数作为DRR/(T′)^α的函数。

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