专利名称：通信系统中用于分配资源的系统的制作方法
本申请是申请日为2001年1月8日申请号为第01805984.8号发明名称为“通信系统中用于分配资源的系统”的中国专利申请的分案申请。
背景1.发明领域本发明与通信系统有关。具体地，这些实施例是针对通信系统的多个订户之间分配通信资源。
2.相关技术为了解决在多个订户之间分配通信系统中的单个节点上所提供的有限的通信资源这一问题，已经提出了许多解决方案。这些系统的一个目标是在成本最小化的同时，在节点上提供足够多的资源来满足所有订户的需求。因而，这些系统的目标一般被设计成在各种订户之间有效地进行资源分配。
不同的系统都实现了一种将资源同时分配给每个订户的频分多址(FDMA)方案。在这样的系统中的一个通信节点在任何时间点上一般只有有限的带宽用于发送信息给网络中的每个订户，或是从他们那里接收信息。这个方案一般涉及到将总带宽的截然不同的部分分配给单个订户。虽然这样的一种方案在订户不希望与通信节点之间的通信受到干扰的系统中可能是有效的，但是在不需要固定的、不受干扰的通信时，可以实现对总带宽的更好的利用。
在多个订户之间分配单个通信节点的通信资源的其他方案包括时分多址(TDMA)方案。这些TDMA方案在把单个通信节点的有限带宽资源分配给不需要固定的、不受单个通信节点干扰的通信的多个订户的情况下是特别有效的。TDMA方案一般以指定的时间间隔，将单个通信节点的全部带宽提供给每个订户使用。在采用了码分多址(CDMA)方案的无线通信系统中，也可通过在时间复用的基础上以指定的时间间隔把所有的编码信道指派给每个订户单元来实现这一点。通信节点使用和订户相对应的单独的载波频率或信道编码来实现和订户之间的专一通信。TDMA方案还可以通过使用物理接触的中继交换或分组交换在陆线系统中实现。
TDMA系统一般以一种轮流方式将相等时间间隔分配给每个订户。这可能会导致某些订户没有充分利用某些时间间隔。类似地，其他订户可能要求超过所分配的时间间隔的通信资源，而使得这些订户没有充分地享受服务。系统运营商然后可以选择投资成本来增加节点的带宽以保证没有订户会没有充分地享受服务，或是让没有充分享受服务的订户继续维持现状。
因而，就需要提供一种系统和方法，用来根据在订户间分配通信资源的网络规则，在通信网络的订户之间有效地且公平地分配通信资源。
概述本发明的一个实施例的一个目的是提供一种系统和方法，用来在多个订户之间分配通信系统的有限资源。
本发明的一个实施例的另一个目的是提供一种系统和方法，用来在多个具有不同数据接收能力的订户之间分配数据传送资源。
本发明的一个实施例的另一个目的是提供一种系统和方法，用来根据一个网络规则在多个服从公平准则的订户之间最优地分配数据传送资源。
本发明的一个实施例的另一个目的是提供一种系统和方法，用来在一个无线通信网络中的多个远端站之间分配一个基站的数据传送资源。
本发明的一个实施例的另一个目的是提供一种系统和方法，用来通过依据一个订户能够接收到传送的数据的速率将传送资源分配给每个单独的订户，来增强一个可变速率数据传送网中的多个订户的数据传送效率。
简而言之，本发明的一个实施例是针对于通信系统中的一种资源调度器，它包括一个公共节点和多个对应于该公共节点的客户节点。公共节点，以任何具体的服务间隔，能够提供有限的资源给一个或多个约定的客户节点，而将剩下的任何客户节点排除在外。该资源调度器包括用于维持对应于每个客户节点的权重或分数的逻辑单元，用于根据每个所选的客户节点对应的权重与其他剩下的客户节点对应的各自的权重的比较结果，来选择一个或多个剩下的客户节点在接下来的服务间隔中获取有限资源的逻辑单元，以及用于改变对应于客户节点的权重的逻辑单元，以根据一个公平准则来最优化分配有限资源。
资源调度器可以根据客户节点从公共节点接收数据的瞬时速率，维持每个客户节点对应的权重。资源调度器然后可以优先发送具有最高数据接收速率的客户节点。通过维持对应于每个客户节点的权重，并选择单独的客户节点来接入到公共节点，调度器可以依据一个公平准则来最优化地把资源分配给客户节点。
在某个实施例中，公共节点提供数据传送资源给客户节点，例如，调度器可以在单独的客户节点采用权重来照顾那些能够以更高速率接收数据的客户节点。这样的一种权重机制将会增强公共节点总的数据吞吐量。在另一个实施例中，权重以另一种方式被应用，使得调度器也服从于公平准则。
在本发明的一个方面，提供了一种在通信系统中分配有限的资源的方法，通信系统包括一个公共节点和多个与公共节点关联的客户节点，每个客户节点都有一个请求数据速率，其中在任何特定的服务间隔内，公共节点将有限资源分配给客户节点之中的一个，并将剩下的任何客户节点排除在外，该方法包括以下步骤维持一组权重数据，一个权重对应于客户节点中的一个节点；从所述权重数据组中确定一个最小权重M；确定一个所述客户节点的子集，使得它们的权重小于或等于M与偏差值K的和；为所述子集中的每个客户节点确定一个希望性度量值；从所述子集中选择一个具有最大希望性度量值的，最有希望的客户节点；在公共节点和所述最有希望客户节点间经由有限资源，并以所述最有希望客户节点相对应的数据速率交换数据；并根据所述最有希望客户节点和所述最有希望客户节点相对应的数据速率来改变所述权重数据组。
在本发明的另一个方面，提供了一种无线传送设备，它包括至少一付用于从多个客户节点中的每一个接收请求数据速率信号，并将信息信号引导至所述多个客户节点的天线；调制数据信号，使其经由所述至少一付天线传送至所述多个客户节点中的每一个的信道单元；以及信道调度器，用于维持一组对应于各个客户节点的权重数据，从所述权重数据组中确定一个最小权重M，确定一个所述客户节点的子集，使得它们的权重小于或等于M与偏差值K的和，为所述子集中的每个客户节点确定一个希望性度量值，从子集中选择一个具有最大希望性度量值的，最有希望的客户节点，将对应于最有希望客户节点的信息提供给所述信道单元，并更新权重数据组。
虽然这里所揭示的实施例是针对于通过数据业务网中的一条前向信道将数据传输资源分配给订户的方法和系统，但是其根本原理在把资源宏观地分配给通信系统中的各单元这一方面可以有更加宽广的应用。所揭示的实施例因此也意在示范，而不是限定权利要求的范围。例如，这里所描述的原理可以被应用在客户节点通过竞争获取经由有限的反向传输信道传送数据给一个公共节点的能力的通信网络中。
附图简述
图1显示了根据本发明的一个实施例构成的一个通信网络。
图2a显示了根据本发明的一个实施例进行配置的基站控制器和基站设备的框图。
图2b显示了根据本发明的一个实施例进行配置的远端站设备的框图。
图3显示了图2中所示的信道调度器的实施例中的调度算法执行过程的流程图。
图4显示了图3所示的调度算法的实施例的执行定时图。
图5显示了为图3确定的实施例中的选定的队列更新权重的过程实施例的流程图。
图6a至6c显示了在图3确定的一个服务间隔内，选择一个队列来接收数据传输的过程的第一个实施例的流程图。
图7a至7d显示了在图3确定的一个服务间隔内，选择一个队列来接收数据传输的过程的第二个实施例的流程图。
图8a和8b显示了在图3确定的一个服务间隔内，选择一个队列来接收数据传输的过程的第三个实施例的流程图。
图9显示了为图3中确定的一个实施例中的选定队列更新权重的可选过程的高层流程图。
图10显示了图9中所示的过程的一个实施例的细节流程图。
图11a-11b使本发明的示范性前向链路结构的框图。
详细描述本发明的实施例是针对用于在通信网络中的，由单个通信节点服务的多个订户之间分配资源的系统和设备。在单独的、分散的传输间隔，或者叫“服务间隔”上，一些个体订户获得通信节点的有限资源，并将所有其它订户排除在外。这些个体订户是根据与它们相对应的权重或分数才被选出来获得有限资源的。最好应根据某个个体订户能够消耗有限资源的瞬时速率来改变和它相对应的权重。
参见附图，图1描绘了可变速率通信系统的一个例子。在1997年11月3号提交的，美国专利申请号第08/963386号，题为用于高速率分组数据传输的方法和设备的专利文件中描述了一个这样的系统，上述专利已授让给高通(Qualcomm)公司，并通过引用引入这里。可变速率通信系统包括多个小区2a-2g。每个小区2都是由一个相应的基站4提供服务的。不同的远端站6分布于整个通信系统中。在示范性实施例中，每个远端站6在任何数据传输间隔内在前向链路上与至多一个基站4进行通信。例如，基站4a单独地传输数据给远端站6a，基站4b单独地传输数据给远端站6b，基站4c单独地在时隙n内通过前向链路传输数据给远端站6c。如图1所示，每个基站4最好在任意给定的时刻只传输数据给一个远端站6。在其他实施例中，基站4在某个特定的数据传输间隔内可以与多于一个的远端站6进行通信，但并不包括与基站4相关联的所有其它远端站6。另外，数据速率是可变的，并且依赖于接收远端站6所测得的载波干扰信号比(C/I)，以及要求每比特能量噪音比(Eb/N0)。为了简单起见，图1中没有画出从远端站6到基站4的反向链路。根据实施例，远端站6是由无线数据服务订户操作的具有无线收发信器的移动单元。
图2a-2b中显示了一个示范性可变速率通信系统的基本子系统的框图。基站控制器10接口至分组网络接口、公共交换电话网(PSTN)30以及通信系统中的所有基站4(为了简单起见，图2中只显示了一个基站4)。基站控制器10协调通信系统中的远段站6和其他连接到分组网络接口24和PSTN 30的用户间的通信。PSTN 30通过标准电话网(图2中未显示)和用户进行接口。
基站控制器10包含很多个选择器单元14，尽管为了方便起见图2中只显示了一个。每个选择器单元14被指派用于控制一个或多个基站4与一个远端站6之间的通信。如果选择器单元14没有被指派给远端站6，呼叫控制处理器16被告知寻呼远端站6的需要。呼叫控制处理器16然后命令基站4寻呼远端站6。
数据源20包含大量将被传输至远端站6的数据。数据源20把数据提供给分组网络接口24。分组网络接口24接收这些数据并将数据路由至选择器单元14。选择器单元14将数据传输到和远端站6进行通信的每个基站4。在示范性实施例中，每个基站4维持一个用来存储将要被传输到远端站6的数据的数据队列40。
数据从数据队列40以数据分组的形式被传输到信道单元42。在示范性实施例中，在前向链路上，“数据分组”指的是最多为1024比特的数据量，以及将在一个“时隙”(例如≈1.667毫秒)内被传输到目的地远端站6的数据量。对于每个数据分组，信道单元42插入必需的控制字段。在示范性实施例中，信道单元42对数据分组和控制字段进行CRC编码，并插入一组编码尾比特。数据分组、控制字段、CRC奇偶校验比特以及编码尾比特组成了一个格式化的分组。在示范性实施例中，信道单元42然后对格式化的分组进行编码，并交错(或重排序)编码分组中的符号。在示范性实施例中，交错好的分组被Walsh编码覆盖，并用短PNI和PNQ码进行扩展。扩展数据被提供给RF单元44，它对信号进行正交调制、滤波以及放大。前向链路信号在前向链路50上经由天线46在空中被传送出去。
在远端站6，前向链路信号被天线60接收，并被路由至前端设备62中的接收器。接收器对信号进行滤波、放大、正交解调以及量化。数字化的信号被提供给解调制器(DEMOD)64，并在那里用短PNI和PNQ码去扩展，以及用Walsh码去覆盖。解调后的数据被提供给解码器66，它进行基站4中的信号处理操作的逆处理，具体的就是去交错、解码、以及CRC检验功能。解码后的数据被提供给数据信宿68。
如上面所指出的，硬件支持在前向信道上的可变速率传输数据、消息、语音、视频、以及其他通信。从数据队列40发送的数据传输率不断改变以适应远端站6的信号强度和噪音环境的改变。每个远短站6最好在每个时隙发送一个数据速率控制(DRC)信号给相关的基站4。DRC信号将信息给基站4，该信息包含有远端站6的标识和远端站6将以多大的速率接收从它相对应的数据队列来的数据。因而，远端站6中的电路检测到信号强度，并估计远端站6上的噪音环境，以确定DRC信号中的将被传送的速率信息。
每个远端站6发送的DRC信号沿着反向链路信道52传播，并在基站4由天线46和RF单元44接收到。在示范性实施例中，DRC信息在信道单元42中被解调，并提供给一个位于基站控制器10中的信道调度器12a，或是位于基站4中的信道调度器12b。在第一个示范性实施例中，信道调度器12b是位于基站4中的。在一个替换实施例中，信道调度器12a是位于基站控制器10中的，并连接至基站控制器10中的所有选择器单元14。
在首先提到的示范性实施例中，信道调度器12b从数据队列40接收信息，信息指示了每个远端站的排队的数据量，也被称为队列大小。信道调度器12b然后根据DRC信息和基站4所服务的每个远端站的队列大小来进行调度。如果在替换实施例中使用的调度算法要求知道队列大小，信道调度器12a可以从选择器单元14接收队列大小信息。
本发明的实施例可以被应用到其他能够支持可变速率传输的硬件结构中。本发明能够方便地被扩展到覆盖在反向链路上的可变速率传输。例如，取代根据从远端站6来的DRC信号确定基站4接收数据的速率，基站4测量从远端站6接收的信号强度，并估计噪声环境，以确定从远端站6接收数据的速率。基站4然后将数据将在反向链路中发送出去的速率从远端站6传送给每个相关的远端站6。基站4然后可以根据反向链路上不同的数据速率，以和前述的前向链路中类似的方法调度反向链路上的发送。
另外，上述实施例中的基站4用码分多址(CDMA)方案发送给远端站6中的选定的一个或多个，而不包括与该基站4相关的其余的远端站。在任意特定的时间，基站4用分派给该接收基站4的编码来远端站6中的选定的一个或多个进行发送。然而，本发明还可以被应用于其它采用不同的时分多址(TDMA)方法来提供数据给选定的基站4的系统，而不包括其他基站4，来最优化地分配发送资源。
信道调度器12调度前向链路上的可变速率传输。信道调度器12接收队列大小和从远端站6来的消息，队列大小指出了发送给远端站6的数据量。信道调度器12较佳地应在服从公平性约束的情况下调度数据传输，已到达系统获得最大数据吞吐量的目标。
如图1所示，远端站6分布于整个通信系统中，并且可以和零个或一个基站4在前项链路上进行通信。在示范性实施例中，信道调度器12协调整个通信系统的前向链路数据传输。在1997年2月11日提交的，美国专利申请号第08/798951号，题为“用于前向链路速率调度的方法和设备”的专利文件中描述了用于高速数据传输的调度方法和设备，上述专利已授予本发明的受让人，并通过引用引入这里。
根据一个实施例，信道调度器12是用一个电脑系统实现的，该电脑系统包括处理器、随机存取存储器(RAM)以及用于存储处理器运行的指令的程序存储器(图上未显示)。处理器、RAM和程序存储器可以专门负责信道调度器12的功能。在其他实施例中，处理器、RAM和程序存储器可以是在基站控制器10中的共享计算机资源的一部分，用于完成附加功能。
图3显示了用于控制信道调度器12来调度从基站4到远端站6的传输的调度算法的实施例。如上所述，和每个远端站6对应的有一个数据队列40。信道调度器12将每个数据队列40和“权重”对应起来，权重在步骤110中被检验用以选择与基站4相关的特定的远端站6在下一个服务间隔内来接收数据。信道调度器12选择单个远端站6在分散的服务间隔内接收数据传输。在步骤102，信道调度器为每个与基站4相关的队列初始化权重。
信道调度器12在传输间隔或服务间隔内，循环于步骤104和步骤112之间。在步骤104，信道调度器12判断是否有任何额外的队列要被添加，因为在上一个服务间隔内检测到了额外的远端站6和基站4建立了关联。信道调度器12在步骤104还初始化与新队列相关的权重。如前述，基站4在固定的间隔内，如时隙，从与其相关的每个远端站6接收DRC信号。
该DRC信号还提供在步骤106信道调度器使用的信息，以确定对应于每个队列的每个远端站的消耗信息(即接收所发送的数据)的瞬时速率。根据实施例，从任何远端站6发出的DRC信号指明了远端站6可以以表1中所示的11种有效数据速率中的任何一种速率接收数据。在1997年11月7日提交的，美国专利申请号第08/965705号，题为“在可变速率通信系统中用于分派最佳的分组长度的方法”的专利文件中描述了用于高速数据传输的调度方法和设备，上述专利已授予本发明的受让人，并通过引用引入这里。
表1
在步骤108，信道调度器12根据远端站6有关的接收数据的瞬时速率(在最近接收到的DRC信号中指出的)，来确定数据将被发送到某个特定远端站6所需的服务间隔长度。根据一个实施例，在步骤106中，接收数据的瞬时速率Ri决定了和特定的数据队列106相关的服务间隔长度Li。表1总结出了远端站6接收数据的11种可能速率值。
在步骤110中，信道调度器12选择特定的数据队列来传送。相关的传送数据量然后从数据队列40被取回，并被提供给信道单元42发送给和该数据队列40对应的远端站6。正如下面将描述的，在步骤110，信道调度器12利用包括有与每个队列相关的权重的信息选择队列，以提供将在后面的服务间隔内被发送的数据。在步骤112，与已发送的队列相关的权重被更新。
图4显示了调度器12和服务间隔中的数据传输的定时图。图4显示了在时间间隔S-1、S0和S1内的三个传输期间的分散的服务间隔。因为在服务间隔202期间执行的是图4的调度算法的步骤102至112，所以在间隔S0期间执行的调度算法最好应决定在间隔S1将传送哪一个队列。另外，正如下面将描述的，步骤104至112的执行依赖于从远端站6接收到的DRC信号中的信息。该信息最好是从最近接收到的DRC信号中被提取。因而，步骤104至110最好在服务间隔的最后一个时隙中被执行和完成。这保证了分配下一个服务间隔的决定是在最近的DRC信号的基础上做出的(即，时隙中的那些DRC信号恰好先于步骤104至110的执行)。
步骤104和110最好在一个时隙中完成，同时提供给信道调度器12足够的时间来调度下一个服务间隔中的传输。这样应用于信道调度器12中的处理器和RAM最好能够在图4所示的时间限制内完成步骤104至112。也就是说，处理器和RAM最好在时隙结束之前能有充裕的时间来执行步骤104至110，从一个时隙的开始并完成步骤104至110，以使得信道调度器12能调度下一个服务间隔内的传输。
本领域的技术人员将注意到信道调度器12可以在不离开本发明的前提下用各种方法实现。例如，信道调度器可以用包括处理器、随机存取存储器(RAM)和用于存储处理器运行的指令的程序存储器(图上未显示)的计算机系统来实现。在另一个实施例中，信道调度器12的功能可以被加入到还用于在基站4或基站控制器10中完成附加功能的共享计算机资源中。另外，用于完成信道调度功能的处理器在不离开本发明的情况下，可以是通用微处理器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑器件、专用集成电路(ASIC)、或其他能够完成这里所描述的算法的器件。
图5显示了在步骤112(图3)更新权重的过程的一个实施例。步骤302计算出一个速率阈值“C”，它是与具有数据的队列相关的所有瞬时速率的平均值。与不包括数据的队列相关的瞬时速率应不包括计算范围内。步骤304比较在步骤110中选出的选定队列相关的瞬时速率。如果与某个选定队列相关的瞬时速率超过了阈值C，步骤306将对应于该选定队列的权重加上一个比较小的值，这个较小值最好是表示在下一个服务间隔期间将从选定队列发送出去的数据量的单位的一个数，如比特、字节或兆字节。如果与选定队列相关的瞬时速率没有超过步骤302中计算出的阈值，步骤308将该选定队列的权重加上一个比较大的值，这个较大值最好是在下一个服务间隔期间将从选定队列传输出去的数据量的“G”倍，如比特、字节或兆字节。
G的选择最好是根据公平性准则，它把服务间隔优先分配给能够以更高的速率接收数据的远端站6。系统设计者根据能以更高速率接收数据的远端站6超过较慢的接收远端站6的程度来选择G的大小。G值越大，基站4的前向链路可以更有效的被利用。然而，这种有效性是以剥夺较慢的接收远端站6的订户的前向链路的发送资源为代价得到的。系统设计者因此最好以一种平衡下述两个竞争目标的方式来选择G值，1)增强前向链路总的有效性，2)防止对较慢接收远端站6的过分剥夺。
步骤304、306和308展示了具有较快瞬时数据速率(即超过阈值C)的选定队列的权重将被只加上一个较小的量，而具有较慢数据速率(即没有超过阈值C)的队列的权重将被加上一个十分大的量。如下面结合图3的步骤110进行的算法所要讨论的，和那些以较慢的数据速率接收数据的远端站相比，这种实现方式更倾向于优先为以相对较快的速率接收数据的远端站服务。
这种倾向增强了基站4在前向链路上传输数据的吞吐效率。然而，因为具有较高的接收数据速率(即超过阈值C)的远端站所对应的经常被选择的队列的权重持续地递增，这些权重最终会接近具有较慢的接收数据速率(即没有超过阈值C)的远端站所对应的不经常被选择的队列的权重。当较快接收远端站的权重开始超过较慢接收远端站的权重时，步骤110的选择过程然后将开始照顾那些较慢的接收远端站了。这样就在步骤110的选择过程中加上了一个公平性限制，从而防止较快接收远端站主宰基站的前向链路发送资源，而把较慢接收远端基站排除在外。
本发明的一个目标是保证没有数据要发送的队列不被给予和那些有数据的队列不同的不公平的发送优先权。在步骤102和104，所有新的队列都被初始化一个值为零的权重。在不被选择的情况下，这样的队列的权重继续保持为零，只要该队列没有被选择。因此，图5中的步骤310将所有队列的不小于零的权重减去一个任何有数据队列中的最小的权重值(在步骤309确定)。这一点在下面的表2显示的一个例子中被详细的展示了。
表2
这个例子中有三个远端站，每个都与一个将要从基站上发送数据的队列相关联。该例子假设远端站1有最高的传输速率，远端站2有第二高的数据速率，远端站3的数据速率最低。为了简单起见，假设这些数据速率在服务间隔1至7上都不会改变。还假设远端站1和远端2的数据速率都超过步骤304的阈值C，而对应于远端站3的数据速率没有超过该阈值。进一步假设如果选定队列对应的是远端站1或远端站2，步骤306将把选定队列的权重加一，如果选定队列对应的是远端站3，步骤308将把选定队列的权重加八。
在服务间隔1，信道调度器12选择远端站1在下一个服务间隔接收数据，因为，虽然它和远端站2、3一样都具有最小的权重，但是远端站1有更高的接收数据速率。数据然后在服务间隔2期间被发送到远端站1，且在服务间隔1的最后远端站1对应的权重被加1。信道调度器然后选择远端站2在服务间隔3接收数据(因为远端站2有最轻的权重，且有比远端站3有更快的接收数据速率)。如表2所示，远端站2的权重在服务间隔2的最后被加1。
在服务间隔3的一开始，远端站3具有最轻的权重。信道调度器12选择远端站3在服务间隔4接收数据。间隔3最后的状态反映出了远端站3的权重从零增加到了八，以反映出对远端站3的选择。远端站1、2和3的权重然后按照步骤310(图5)被减1。在服务间隔4，信道调度器12选择远端站1在服务间隔4中接收数据，因为远端站1对应的队列有最轻的权重和最高的接收数据速率。
信道调度器12在服务间隔5选择远端站2在服务间隔6期间接收数据。对应于远端站2的权重在步骤306首先被增加，正如权重所反映的，所有远端站的权重然后在服务间隔5的最后被减1，如表2所示。具有最轻权重的远端站1然后在服务间隔6中被再次选中，可以在服务间隔7中接收数据。
如图1中的实施例所示，远端站6是移动的，并且能够在不同的基站4间改变关联关系。例如，远端站6f一开始是从基站4f接收数据传输。远端站6f然后从基站4f的小区中移出到基站4g的小区中。远端站6f然后能够开始传送它的DRC信号来提示基站4g，而不是基站4f。由于没有从远端站6f接收到DRC信号，基站4f的逻辑单元推断出远端站6f已经脱离，并且不再接收数据传输。对应于远端站6f的数据队列然后通过陆线或RF通信链路被传送至基站4g。
根据本发明的实施例，基站4上的信道调度器12给刚刚脱离，并重登录到基站4的远端站6的队列指派一个权重。基站最好指定一个不会给重登录的远端站带来从基站4接收数据传输的不公平优先权的权重，而不是只简单地分配一个零权重给重登录的远端站6。在一个实施例中，信道调度器12根据0和目前信道调度器12所服务的所有队列的最重的权重之间的均匀分布情况，来随机分配一个权重给重登录的远端站6的队列。在另一个实施例中，基站4通过陆线传输从对应于重登录的远端站6的最后一个基站处接收该远端站6的权重。
在一个替换实施例中，信道调度器12给重登录的远端站6“部分信用”，因为它以前曾和该基站4建立过关联。信道调度器12确定以前的服务间隔跨度“n”的时隙数，并保持一份基站4在以前的服务间隔中从远端站i接收DRC的时隙个数“mi”的历史记录。对应于远端站i的队列的权重然后在步骤310中按照以下方式减少Wi＝Wi-mi/n×Wmin其中Wi＝队列i的权重Wmin＝所有将被传输至远端站的有数据的队列的最轻权重mi＝在前一个服务间隔期间基站从远端站i接收DRC的时隙的个数n＝前一个服务间隔跨度的时隙个数图6a至6c显示了根据一个实施例在步骤110(图3)进行的逻辑的流程图。步骤402首先将选定队列的标识标记为第一个有数据用于发送至相应远端站6的数据队列。在步骤402至422，信道调度器12判断应该选择这个初始队列还是另一个有数据的数据队列来进行和它相应远端站6的传输。然后在步骤406中获得一个“下一队列”，且步骤408判断该下一队列是否有数据。如果下一队列没有数据，回过头执行步骤406选择下一个数据队列。否则，如果下一队列有数据，“当前队列”的标识就被指派为下一队列。如果当前队列的权重超过了选定队列的权重，步骤412回头执行步骤406来获得接下来的下一队列。否则，步骤414判断当前队列的权重是否小于选定队列的权重。如果当前队列的权重小于选定队列的权重，步骤414转而执行步骤420来将当前队列的标识指定给选定队列。
否则，步骤412和414的逻辑单元指示，如果操作进行到步骤416，当前队列的权重就等于选定队列的权重。当符合下列情形时，步骤424将当前队列指定为选定队列1)对应于当前队列的接收数据瞬时速率超过了对应于选定队列的接收数据瞬时速率(步骤416)；2)如果指定给当前队列的服务间隔将耗尽存储在当前队列中的数据，并在分配给当前队列的服务间隔内还留下了一部分数据剩余空间，而且这一部分数据剩余空间将不会超过分配给选定队列的服务间隔内的任何一个这样的部分数据剩余空间(步骤418至422)。
否则，操作将回到步骤406以选择下一队列。
图7a至7d显示了在步骤110(图3)进行的用于选择一个队列来和相对应的远端站6进行传输的逻辑单元的第二个实施例的流程图。在这个实施例中，假设每个基站都周期地发送一个具有固定持续时间的控制信号给所有对应的远端站6(如八到十六个时隙)。根据一个实施例，基站每隔400毫秒发送一次这样的控制信号。在这样的控制发送期间，将不会把任何从数据队列40(图2)来的数据发送给相应的远端站6。图7a和7b所显示的实施例的目的是只选择那些在下一次控制信号的发送开始之前，能够用一个在步骤108确定长度的服务间隔内完成发送的数据队列。
步骤499至507过滤所有的队列，以确定哪些队列在下一次控制信号发送开始前可以候选竞争。步骤499通过，例如，将开始下一次控制信号发送的计划时间减去计划好的下一次服务间隔的开始时间，来确定到下一次控制信号发送之前的时间“T”。步骤501依据步骤106所确定的队列相应的远端站6的瞬时传输速率，判断由步骤108决定的每个队列所对应的服务间隔的长度是否能够在时间T内被传送。按照一个实施例，步骤501将服务间隔长度与T比较。步骤502随后判断下一队列是否包含有任何的数据。如果下一队列满足步骤501和502的条件，下一队列的标识被指定给选定队列。
步骤504至508检查剩下的数据队列，以确定具有在下一次控制信号开始发送之前可以被完整传送的相应的服务间隔(在步骤108确定)的数据队列。在符合步骤507和508制定的准则的情况下，当前队列被指定为下一队列。步骤512至526然后按照类似于前面结合图6a至6c步骤412至426所讨论的方式，根据队列权重来完成选择过程。然而，在图7a至7d的实施例中，只有那些具有指定分组长度，可以在下一次控制信号开始发送之前能够完成的数据队列可以作为候选，来根据相应的队列权重进行选择。
图8a和8b显示了在步骤110(图3)执行的用于选择一个队列进行传输的逻辑单元的第三个实施例的流程图。在该实施例中，被选择的远端单元6的订户要保证有一个最低的平均数据传输速率。信道调度器12为每一个这样的优选远端单元维持一个计时器，用来提示信道调度器12安排一个传送给它的优选队列，而不考虑剩余队列的权重。具体计时器的时间间隔是根据向客户所保证的平均数据速率，在步骤108分配给该数据队列的服务间隔(见表1的中间一栏)，以及在步骤106所确定的接收数据的任意瞬时速率来确定的。考虑到这些值，这样对应于优选队列计时器的时间间隔就是动态的。根据一个实施例，一旦计时器被重新设置，计时器间隔按照以下方法确定
其中Tj＝优选队列j的计时器间隔数据大小(Lj)＝在分配给优选队列j的服务间隔内将要被传送的数据量rj＝向优选订户保证的对应于高级队列j的平均数据传输速率计时器在两种情况下都会被复位。初始化一次计时器复位的第一种情况是计时器间隔过期。初始化一次计时器复位的第二种情况是以前面参考图6a至6c所讨论的方式，根据一个优选数据队列的权重选择了该优选数据队列的情况。
步骤606至610判断下一队列是否是一个被授予了最低平均接收数据速率的优选队列，如果是的话，判断对应于该高级队列的计时器是否已经过期。如果计时器已经过期了，步骤612将下一队列的标识指定给选定队列，并且在步骤110操作完成。选定队列的权重然后如前所述在步骤112被更新。如果没有优选队列的计时器过期，步骤614在步骤616根据队列的权重，按照前面参考图6a至6c所讨论的方式，开始选择在下一个服务间隔进行发送的队列。如果步骤616所选择的队列是一个具有相应计时器的优选队列，步骤618将在步骤620在初始化复位所选的队列的计时器。
正如前面所概述的，对应于任何特定的优选数据队列的计时器在它根据相应的权重在步骤620被选中后都要被复位。当相关计时器在选择数据队列前过期时也要被复位这样计时器将提示信道调度器12跳过根据权重选择数据队列的逻辑，以保证对应于该优选数据队列的订户能以被保证的最小平均接收数据速率进行接收。
图9显示了在步骤110(图3)中用于更新权重的处理过程的一个替换实施例。这个替换实施例允许选择权重不是最轻的队列。发送速率的多变性使得有时选择权重不是最轻的队列反而更有利。例如，当它的请求速率暂时很低时，一个队列可能在一个时隙期间有较轻的权重。如果速率在下一个时隙中提高了，那么传输就可以以较高的速率进行。等待几个时隙可能会使得来自那个低权重队列的发送以较高的请求速率进行。
替换实施例从步骤702开始，首先确定M值和K值的和。M是所有队列的最轻权重，包括那些没有数据要发送的，或是具有无效DRC值的。K是用来定义一个权重值范围的偏差值，在这个范围内根据希望度来选择一个队列。
确定好M与K的和之后，在步骤704进行一次判决，关于是否用希望度来选择队列。希望度只用来在权重小于或等于(M+K)，且具有有效的DRC和有数据要发送的队列中进行选择。
首先，检验所有具有有效DRC和有数据发送的队列，以确定有多少权重还大于和(M+K)。如果所有具有有效DRC和数据的队列的权重都大于和(M+K)，那么在步骤706中就选择它们之中最轻的队列。如果有一个或多个具有有效DRC和数据要发送的队列的权重小于或等于(M+C)，那么在步骤708中根据希望度来选择那些队列中的一个。
一旦在步骤706或步骤708中选择了一个队列，那么就完成了队列的选择(如步骤710所示)，处理进程从图3中的步骤110前进至步骤112。
图10是描述了图9中所述的队列选择方法的示范性实施例的更详细的流程图。在图10中，在步骤702确定了和(M+K)后，每个具有有效DRC和发送数据的队列被检验，选出一个队列并回到步骤110。
在该示范性实施例中，第一步702仍是确定和(M+K)。如果没有队列有数据和有效DRC，那么将没有队列被选中，并且方法前进至步骤772(回到图3的流程)。如果列表中只有一个队列有数据和有效DRC，该队列被返回。否则，QSEL和Qcur在步骤754和756中被指定为两个或多个具有数据和有效DRC的队列。QSEL代表当前选择的队列，而Qcur代表当前和QSEL进行比较的队列。每个有数据和有效DRC的队列都和QSEL进行比较，如果符合了某个选择标准，该队列将取代当前的QSEL。在所有队列都被检验之后，剩下的QSEL被选为传输队列，并返回步骤772。
在步骤758，将选定队列QSEL的权重和(M+K)进行比较。如果QSEL的权重大于(M+K)，那么在步骤762所作的是否用QSEL替换Qcur的决定将只根据哪一个队列有比较轻的权重来做出。如果在步骤758，选定队列QSEL的权重小于或等于(M+K)，那么当前队列Qcur的权重将在步骤760和(M+K)进行比较。如果只有QSEL小于或等于(M+K)，那么Qcur将不被选择，且方法前进至步骤770。如果QSEL和Qcur的权重都小于或等于(M+K)，那么在步骤766中，这两个队列根据希望度来进行检验。如果Qcur根据希望度被认为比QSEL更有希望，那么Qcur在步骤764就变成新的选定队列QSEL。
在每个队列都被检验之后，步骤770检查剩下的要被检验的有发送数据和有效DRC的队列。如果有多个这样的队列要被检验，那么在步骤768中选择一个作为下一个Qcur，并且从步骤758开始被检验。如果没有剩下的队列要被检验，那么选定队列QSEL在步骤772被返回。
本发明的一些替换实施例用不同的方法来确定K值。在一些实施例中，K是简单的一个常数。在其他的实施例中，K是在每一轮队列选择的开始被计算出来的。某些替换实施例还用不同的方法来确定希望度。在不离开本发明范围的情况下可以使用任何方法来确定K或希望性度量值。
在使用“改进型服务等级(GOS)”算法的一个具体实施例中，K是一个不依赖于系统中远端站个数的常数。根据下面的等式，为每个用户和相应队列维持了一个过滤后的平均吞吐量平均吞吐量＝{(1-1/TC)*旧的平均吞吐量}+(1/TC*速率) (1)其中平均吞吐量是用于计算每个队列的希望度的该队列的平均吞吐量，TC是时间常数，旧的平均吞吐量是前一个平均吞吐量的值，速率是用来在每个时隙从队列进行传输的比特速率。平均吞吐量在每个传输时隙和每个队列上都会被更新。对于除选定队列之外的所有队列，速率都为零。在步骤708或766所检验出的任意队列的希望性度量值是根据下列等式确定的希望度＝当前请求速率-平均吞吐量(2)其中当前请求速率是队列的DRC速率，平均吞吐量由等式(1)计算。
本领域的技术人员将会注意到也可以使用其它的公式来确定希望性度量值和更新平均吞吐量。例如，更新平均吞吐量的公式可以考虑请求速率的更多值，而不是只考虑当前值，如前两个请求速率值。另外，TC可以根据系统中的活动用户的数量，或是根据前一个请求速率的变化而随时间改变。下面将会描述一些能够被用于计算希望度的替换公式。
改进型GOS算法的优点在于它可以在DRC速率随时间改变的环境中最优化队列的选择。因此，尽管在某个具体的时隙中，某个队列有最轻的权重，但是如果它的请求DRC速率出现了暂时的下降，该队列将不会被选择。改进型GOS算法允许对这样的队列的发送进行有限的延时，以期望在下一个时隙中速率将会得到提升。
在使用“改进型GOS高DRC”算法的实施例中，希望性度量值等于等式(1)计算出的平均吞吐量。这个算法导致总吞吐量有略微的下降，但是降低了计算复杂性。改进型GOS高DRC算法不需要为每个队列维持一个过滤的平均吞吐量。
在使用“混合”算法的另一个实施例中，希望性度量值是等于速率除以平均吞吐量。混合算法通过根据请求速率超过平均速率的百分比来选择队列，从而牺牲吞吐量来得到选择队列进行发送时的最大“公平”。例如，算法选择了一个请求速率为76.8K且平均吞吐量为30K的第一个用户来替代请求速率为1228.8K且平均吞吐量为900K的第二个用户。尽管通过利用第二个用户的峰值速率可以得到更大的总吞吐量，但是混合算法选择了第一个用户，因为第一个用户的当前速率是他或她的平均吞吐量的两倍多。
在一个次最佳实施例中，混合算法被进行了改进，K值根据用户数量而改变，这样就形成了一种“改进型混合”算法。在改进型混合算法中，K反比于用户数量，希望性度量值等于速率除以平均吞吐量。通过根据用户数量改变K来修改改进型GOS和改进型GOS高DRC算法，可以建立类似的替换次最佳实施例。
在一个替换次最佳实施例中，混合算法被进行了改进，K值根据用户数量而改变，这样就形成了一种“改进型混合”算法。改进型混合算法希望以吞吐量为代价而获取额外程度的“公平”。
图11a是根据本发明的一个示范性实施例所配置而成的一个前向链路结构的框图。数据被分成数据分组，并被提供给CRC编码器712。对于每个数据分组，CRC编码器712生成一些帧校验比特位(如CRC奇偶校验位)并插入编码尾比特。从CRC编码器712来的格式化分组包括数据、帧校验和编码尾比特、以及下面描述的其他附加位。在示范性实施例中，编码器714根据1996年11月6日提交的，美国专利申请号第08/743688号，题为“用于解码卷积编码码字的软判决输出解码器”的专利文件中所描述的编码格式对格式化分组进行编码，上述专利已授予本发明的受让人，并通过引用引入这里。本领域的技术人员将注意到也可以使用在本发明范围之内的其他熟知的编码格式。编码后的分组从编码器714被提供给交错器716，它将分组中的符号进行重新排序。交错后的分组被提供给帧截短单元718，它以下面描述的方法除去分组中的片断。搜索分组被提供给乘法器720，它用从加扰器722来的加扰序列对数据进行加扰。截短单元718和加扰器722在前述的美国专利申请号第08/963386号专利中有详细描述。从乘法器720的输出由加扰的分组构成。
加扰分组被提供给可变速率控制器730，它将分组分离成K个并行的同相和正交信道，其中K依赖于数据速率。在示范性实施中，加扰分组首先被分离成同相(I)和正交(Q)数据流。在示范性实施例中，I数据流包括偶序号符号而Q数据流包括奇序号符号。每个数据流被进一步分离成K个并行信道，以使得对于所有的数据率每个信道的符号率都是固定的。每个数据流的K个信道被提供给Walsh覆盖单元732，它用Walsh函数来覆盖每个信道，以提供正交信道。正交信道数据被提供给增益单元734，它对数据进行按比例缩放，以使得对于所有数据速率都维持一个不变的总能量码片比(total-energy-per-chip)(并因此得到恒定的输出功率)。放大的数据从增益单元734被提供给多路复用器(MUX)762，它用先导序列来复用数据。在前述的美国专利申请号第08/963386专利文件中对先导序列有详细的讨论。MUX760的输出被提供给复用器(MUX)760，它对话务数据、功率控制位和引导数据进行多路复用。MUX 762的输出包括I Walsh信道和Q Walsh信道。
在示范性实施例中，前向链路导频信道提供一个导频信号，这个导频信号被远端站6用于初始捕获、相位恢复、定时恢复以及比例组合。这些使用类似于在符合IS-95标准的CDMA通信系统中的使用。在示范性实施例中，导频信号还被远端站6用于进行C/I测量。
图11A中还显示了该示范性实施例的前向链路导频信道的框图。在该示范性实施例中，导频数据包括一个全0(或全1)序列，它被提供给乘法器756。乘法器756用Walsh码W0覆盖该导频数据。因为Walsh码W0是一个全0序列，乘法器756的输出就是导频数据。导频数据被MUX 762时间多路复用，并被提供给I Walsh信道，该信道在复数乘法器814(图11B)中被短PNI码扩展。
图11A中还显示了功率控制信道的示范框图。反向功率控制(RPC)位被提供给符号重复器750，它以预定的次数重复每个RPC位。重复的RPC位被提供给Walsh覆盖单元752，它根据RPC序号用Walsh覆盖这些比特位。覆盖后的比特位被提供给增益单元754，它在对这些比特位进行调制以维持不变的总传输功率之前，先放大这些比特位。在示范性实施例中，RPC Walsh信道的增益被归一化，以使得总PRC信道功率等于总的可用发送功率。Walsh信道的增益可以作为时间的函数而变化，使得在维持可靠的RPC传输至所有活动远端站6的同时可以有效地利用总的基站发送功率。在示范性实施例中，不活动的远端站6的Walsh信道增益被设为0。通过评估远端站6相应的DRC信道的前向链路测量数据，使得RPC Walsh信道的自动功率控制成为了可能。从增益单元754来的放大后的RPC比特位被提供给MUX 762。
图11B展示了用于调制数据的示范性调制器的框图。I Walsh信道和QWalsh信道被分别提供给加法器812a和812b，它们分别的累加K个Walsh信道，来提供信号Isum和Qsum。Isum和Qsum信号被提供给复数乘法器814。复数乘法器814还从短码生成器838接收短PNI和PNQ序列，并根据下面的等式将两个复数输入相乘(Imult+jQmult)＝(Isum+jQsum)*(PN_I+jPN_Q)＝(Isum*PN_I-Qsum*PN_Q)+j(Isum*PN_Q+Qsum*PN_I)(3)其中Imult和Qmult是从复数乘法器814的输出，j是复数表示符。Imult和Qmult信号被分别提供给滤波器816a和816b，它们对信号进行滤波。滤波后的信号从滤波器816a和816b被分别提供给乘法器818a和818b，它们将信号分别和同相正弦信号COS(wct)和正交正弦信号SIN(wct)相乘。I调制和Q调制信号被提供给加法器820，它将信号相加，并提供给前向调制波形S(t)。
图3A和3B中显示的示范话务信道的框图是支持在前向链路上进行数据编码和调制的多个结构之一。也可以采用本发明范围之内的其他的结构，如符合IS-95标准的CDMA系统中的前向链路话务信道的结构。
例如，本领域的技术人员将会注意到复数乘法器814和短码生成器838可以用伪噪声扩展器来替代，伪噪声扩展器只是简单地用PN短编码和信号进行相乘，而不是进行复数乘法。另外，编码器714可以用多种前向纠错技术中的任意一种，包括Turbo编码、卷积编码、或其他形式的的软判决或分组编码。另外，交错器716可以采用任何的交错技术，包括块交错，例如，比特反向交错、或伪随机交错。
虽然已经展示并描述了目前被认为是本发明的较佳实施例，但是本领域的技术人员可以理解在不脱离本发明的范围的情况下还可以做出各种其他的修改，并且还可以替换一些等价物。另外，在不脱离这里描述的中心发明理念的情况下，为了适应具体情况，可以对本发明的宗旨做出多种修改。因此，本发明不应该被限定在所揭示的具体实施例，而是本发明包括了处于附属的权利要求范围之内的所有实施例。
权利要求
1.一种在通信系统中分配资源的方法，包括以下步骤维持对应于多个远端站中每一个的一组权重；识别具有在第一值范围内的权重的远端站组；为所述远端站组中的每个远端站确定希望性度量值；以及如果所述远端站组中的任意远端站具有待发数据，则从所述远端站组中选择具有最大希望性度量值以及待发数据的最有希望的接收者；以及将数据发送到所述最有希望的接收者。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括根据所述权重组中的最小权重确定所述第一值范围。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定第一值范围的步骤还包括将所述第一值范围定义为落在相对于所述最小权重的偏差值K的范围内的权重。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述远端站组中没有远端站具有待发数据，则选择具有所述权重组中最小权重的第一接收者；以及将数据发送到所述第一接收者。
5.一种在通信系统中分配资源的无线设备，包括用于维持对应于多个远端站中每一个的一组权重的装置；用于识别具有在第一值范围内的权重的远端站组的装置；用于为所述远端站组中的每个远端站确定希望性度量值的装置；以及用于确定是否所述远端站组中有任何远端站具有待发数据；用于如果所述远端站组中的任何远端站具有待发数据则从所述远端站组中选择具有最大希望性度量值以及待发数据的最有希望的接收者的装置；以及用于将数据发送到所述最有希望的接收者的装置。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，还包括用于选择具有所述权重组中最小权重的第一接收者的装置；以及用于将数据发送到所述第一接收者的装置。
7.一种配置为在通信系统中将数据传输调度到远端站的处理设备，包括存储器单元；耦合于存储器单元的处理器，所述处理器配置为维持对应于多个远端站中每一个的一组权重；识别具有在第一值范围内的权重的远端站组；为所述远端站组中的每个远端站确定希望性度量值；以及如果所述远端站组中的任意远端站具有待发数据，则从所述远端站组中选择具有最大希望性度量值以及待发数据的最有希望的接收者；以及将数据发送到所述最有希望的接收者。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述处理器还配置为选择具有所述权重组中最小权重的第一接收者；以及将数据发送到所述第一接收者。
9.一种存储在计算机可读媒介上的计算机程序，包含用于在通信系统中调度数据传输的指令，包括维持对应于多个远端站中每一个的一组权重；识别具有在第一值范围内的权重的远端站组；为所述远端站组中的每个远端站确定希望性度量值；以及确定是否所述远端站组中有任何远端站具有待发数据如果所述远端站组中的任何远端站具有待发数据则从所述远端站组中选择具有最大希望性度量值以及待发数据的最有希望的接收者；以及将数据发送到所述最有希望的接收者。
10.根据权利要求9所述的计算机程序，其特征在于，还包括以下指令选择具有所述权重组中最小权重的第一接收者；以及将数据发送到所述第一接收者。
11.一种在通信系统中的基础设施单元，包括多个数据队列，其中每个数据队列与所述通信系统中的接收机相关；用于选择多个队列中的第一队列的调度器，配置为维持对应于多个远端站中每一个的一组权重；识别具有在第一值范围内的权重的远端站组；为所述远端站组中的每个远端站确定希望性度量值；以及如果所述远端站组中的任意远端站具有待发数据，则从所述远端站组中选择具有最大希望性度量值以及待发数据的最有希望的接收者；以及将数据发送到所述最有希望的接收者。
12.根据权利要求11所述的基础设施单元，其特征在于，所述调度器还配置为选择具有所述权重组中最小权重的第一接收者；以及将数据发送到所述第一接收者。
全文摘要
揭示了一种分配和使用有限的资源来发送无线信息信号至多个订户单元的方法和设备。单个订户单元发送数据速率请求给服务基站。将对应于每个订户单元数据速率请求和权重值被比较(758)，以选择一个订户单元在任何给定的时间接收通过有限资源发送的数据。为了在不忽视任何一个订户单元的情况下使吞吐量最大，该方法包括计算和比较希望性度量(766)，来从具有可比权重值的多个订户单元之中选出一个订户单元。
文档编号H04W28/22GK1819701SQ20061000374
公开日2006年8月16日 申请日期2001年1月8日 优先权日2000年1月7日
发明者R·K·潘卡 申请人:高通股份有限公司