专利名称：用于多载波系统的自适应调度的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信，具体地说，本发明涉及调度从基站传输到一个或多个移动终端数据。
背景技术：
分配诸如时间或频率之类的通信资源的无线通信网需要有调度器来选择要加以传输的数据。当有多个用户争抢这些资源时，调度器必须对输入的数据进行分析并确定具有最高传输优先级的数据。优先级在传统上是以使得整个系统吞吐量最大化或保持某一服务质量(QoS)级别为基础的，以确保及时地传输数据。在使吞吐量最大时，具有较好信道状态的用户要比有较差信道状态的用户更受优待。因此，有较差信道状态的用户总是被给以低的优先级。所以，有不良信道状态的那些用户易于有较低的QoS级别。相反，试图保持某一QoS级别通常会导致不必要的系统低吞吐量。
许多调度器都完全根据载波-干扰率(CIR)来确定包的优先级，所述CIR是从反馈自移动终端的信息中获得的。这类调度器在不考虑公平性或最小吞吐量要求的情况下使吞吐量达到最大并且一般都对最靠近基站的用户的输出进行调度。试图提供某种程度公平性的调度器使用了基本的调度标准，从而导致了差的系统吞吐量。就支持多媒体无线因特网服务而言，现有调度器也存在有多种问题。此外，大多数调度器未被设计成用于多载波操作，这就使得它们不适用于多载波-数据和声音(MC-DV)环境。
这些现有的调度技术不能提供自适应的调度标准，而这种调度标准是要满足无线通信环境的不断变化的要求，从而使吞吐量最优，同时又能确保用户之间有一定程度的公平性。因此，需要有一种自适应的调度技术，以便使吞吐量最优，同时又确保用户之间的公平性。还需要这样一种调度技术，它具有能使多载波的多样性达到最佳以便使整个系统吞吐量最大同时又能保持预定程度公平性的能力。
发明概要本发明能在多载波无线环境中进行调度。对每一帧来说，都逐时隙地对基站所支持的移动终端进行调度。基站中的调度器根据基站所使用的调度标准确定或估算累积吞吐量。根据每个时隙的累积吞吐量将移动终端分进两组中的一组。第一组是为具有低吞吐量的移动终端提供的，而其它移动终端则被放在与较高吞吐量相关联的第二组内。第一组中移动终端的数量最好少于系统中的载波的总数。因此，第一组中具有最低吞吐量的移动终端具有被调度以便在下一个时隙内靠最可用的载波来传输的数据。反复地调度第一组中其余的移动终端，以便靠其余最好的载波来进行传输，直至没有了移动终端。一旦完成了对第一组的调度，就对第二组进行调度。最佳的是，对第二组进行调度，以便使其余载波上的吞吐量最大。
使第二组中吞吐量最大化最好包括寻找最佳的可能载波与移动终端的组合，其中，信道状态会支持最高的编码和调制率，以使吞吐量最大。在另外的实施例中，本发明可包括最大的载波-干扰率调度或均衡的公平调度，以使第二组的吞吐量最大化。
附图简述包括在并构成本说明书一部分的
了本发明的若干方面并且连同本说明一道说明了本发明的原理。
图1是本发明一个实施例的无线通信环境的框图；图2A和2B提供了本发明一个实施例的流程图。
最佳实施例详述下述实施例提供了能使本领域普通技术人员实施本发明所必需的信息并说明了实施本发明的最佳模式。通过根据附图阅读以下说明，本领域普通技术人员将会理解本发明的概念并可以认识到本文未特别强调的这些概念的应用。应该认识到，这些概念和应用均在本说明和后附权利要求的范围内。
在总体上说，为从基站传输到基站所支持的任何数量的移动终端而对数据进行调度。一般地说，到达基站以传给移动终端的数据必须在被称为帧的限定时间内传到移动终端。一般情况下，必须在帧所限定的时间内传输数据，但是，只要在帧结束之前接收到数据，传输或接收数据的时间就是不重要的。
将每一帧都分成多个时隙，其中，对所有数据或一部分数据进行调度以便传输。基站的调度功能会对数据进行调度，以便用所限定的调度标准在一个或多个时隙内靠载波传输给移动终端中的一个。在多载波系统中，调度器对数据进行调度，以便在给定的时隙中靠载波传输给不同移动终端。因此，可在帧中的给定时隙内同时传输用于不同移动终端的数据。调度标准有助于进行调度，因此，对所有移动终端的数据进行调度，以便在相应的帧结束之前进行传输。
本发明提供了调度标准，它们可以根据限定的掉线概率逐帧地使对所有移动终端的传输吞吐量达到最佳。掉线概率是指在传输过程中丢失数据的比率。一般地说，调度标准限定了目标传输数据率并在整个帧上逐时隙地监视用于各移动终端的吞吐量。一旦针对任何给定的移动终端已经达到帧的目标传输率，则对该移动终端不再进行调度。所述调度标准还可确定与有较高吞吐量的移动终端相比有较低吞吐量的移动终端的优先级，以便确保所有移动终端的公平性。以下连同对基站基本结构的分析提供其它的调度细节。
参照图1，无线网络使用了诸如基站10之类的接入点，以便于在选定的覆盖区域或单元内与诸如移动终端12之类的接入终端进行通信。相应的成组基站10由通信网络14来支持，通信网络14可以包括移动交换中心、公共交换电话网络(PSTN)、包交换网络或它们的组合。通信网络14用于将包传至和传自基站10。可按直接包交换的方式或在电路交换平台上传送包。将包传给基站10的方式不是本发明的关键。
在从基站10的正向链路通信以选择移动终端12期间，基站10必须确定将包内接收的数据从通信网络14传至移动终端12的方式和次序。在多载波系统中，基站10还要确定在其上传递包的载波或信道。因此，基站10将包括带有控制面板18的控制系统16，控制面板18的用来控制流过数据面板20的数据流。为了与移动终端12进行通信，数据面板20将在控制面板18的控制下对通过网络接口22接收自通信网络14的包进行处理。将包处理成传给射频(RF)转发器电路24以便进行传输的单元。为清楚起见，术语“包”是指被打包了的数据，该数据由基站10接收自通信网络14。术语“单元”是指从基站10传输至移动终端12的被打包了的数据。一个单元可以包括一个或多个包的全部或任何一部分。尽管单元可以直接对应于包，但单元最好有给定的大小，其中，包的大小可以因包的不同而不同。单元可以包括声音、视频或传统的数据。
从基站10到移动终端12的正向链路可包括一个或多个信道，这些信道被分进限定了的时隙。RF转发器电路24被配置成能调制控制面板18所指示的给定单元并在单个的时隙中通过一个或多个天线26传输调制后的单元。RF转发器电路24最好被配置成能根据信道状态、移动终端12的能力或所需的传输标准来实现不同的调制和编码技术。正如所说的那样，RF转发器电路24可在多个不同的载波上传输单元。本领域普通技术人员将会认识到，有多种可能的调制技术并且可在给定的时隙中传输多个单元。
控制面板18包括一调度器28，它被配置成能根据以下详述的参数来确定和控制单元向移动终端12的传送次序。在操作过程中，用于任何数量的移动终端12的包被接收并存储在与数据面板20相联的缓存30内。缓存30被分成多个队列，每个队列都与一个给定的移动终端12相关联。如果包不直接对应于单元，则输入包被处理成预定的单元。按接收的次序将单元存储在相应的队列内。最佳的是，上述队列使用先进先出(FIFO)结构。
本发明根据整个的系统效率提供不同的调度标准，以便保持移动终端12间的公平性并维持所需的QoS级别。本发明对多载波系统来说特别有效，在多载波系统中，进行调度还必须考虑用于传输所调度的数据的载波。
参照图2A和2B的流程图，依照一个实施例来说明调度器28的操作。根据正在进行的工作，将要传输的单元放进用于相应移动终端12的队列内(步骤100)。此外，调度器28持续地监视由移动终端12所报告的用于各载波和各移动终端12的信道状态(步骤102)。一般地说，信道状态表示用于多载波中每个载波的从基站10到移动终端12的传输信道的质量。
信道状态可连续地变化并且可用任何数量的技术来确定。例如，表示载波信号功率与干扰功率之比的载波-干扰率(CIR)可以从移动终端10反馈给基站10。导频信号强度、错误率等也可用于获得信道状态。如上所述，调度器28最好连续地跟踪用于各载波和移动终端12的信道状态(步骤102)。调度器28还监视各移动终端12的吞吐量(步骤104)。吞吐率是实际或估算数据吞吐率、信道状态或它们组合的函数。
本发明要逐帧地保持用于各移动终端12的平均传输数据率。从本质上说，进行调度能确保都能获得各帧上用于各移动终端12的预定传输数据率。此外，可按需确定有较低吞吐量的移动终端12的优先级，以便满足平均传输率。在所述的实施例中，在每个帧上都逐时隙地进行下述处理。
首先，针对各个载波和各个移动终端12，形成表示信道质量的信道矩阵(步骤106)。可用可获得的或估算的载波-干扰率、导频信号强度、错误率等来形成信道矩阵，载波-干扰率、导频信号强度、错误率等由移动终端12来监视并报告给基站10。假定信道矩阵是以CIR为基础的，则各个移动终端12均用N个共用的导频信号来监视N个独立的载波的信道状态并确定N个独立的CIR。然后，将CIR发送给基站10。基站10将形成一个CIR矩阵Γ(n)(步骤106)，该矩阵可表示为等式1 其中，M是移动终端12的数量。根据与相应信道状态有关的自适应的调制和编码(AMC)，CIR矩阵可映射至传输率矩阵R，该矩阵表示下一个时隙n的用于各移动终端12和各载波的可能吞吐量(步骤108)。传输率矩阵R可表示为等式2 通过使用最终的传输率矩阵R(n)以及诸如最大CIR或均衡公平(PF)之类的调度标准，调度器28可估算出下一时隙n中的累积的用户吞吐量(步骤110)，如下式
等式3Λ‾^(n)=[Λ^0(n),Λ^1(n),..Λ^M-1(n)]]]>其中等式4Λ^m(n)=Λm(n-1)+ΣK=0N-1αk,m,(n)·RK,m(n)]]>并且，对用于第m个用户的活动的第k个载波来说，αk，m(n)＝1，对用于第m个用户的不活动的第k个载波来说，αk，m(n)＝0。在另一种结构中，对用于第m个用户的活动的第k个载波来说，αk，m(n)＝p，对用于第m个用户的不活动的第k个载波来说，αk，m(n)＝1-p。
根据在几个时隙之后估算出的累积用户吞吐量，可根据本发明来应用自适应的调度标准。调度标准使用了多载波频率分集和多用户分集，如最大CIR或均衡的公平性。如上所述，本例是以三个载波为基础的，但本领域的普通技术人员将会认识到具有三个以上载波的本发明系统的可应用性和灵活性。
因此，根据在当前帧间隔期间n个时隙之后的累积用户吞吐量，每个移动终端12均被放进两组中的一组内(步骤112)。与最低吞吐最有关的两个移动终端12被放进了第一组，而其余的移动终端则放进了第二组。然后，调度器28从三个载波中选择出最好的载波，以便调度用于具有最低吞吐量的第一组中的移动终端12的数据(步骤114)。调度器28再从其余的两个载波中选择出最好的载波，以便调度用于第一组中的其余移动终端12的数据(步骤116)。如果有三个以上的载波是可用的，则第一组最好具有多个移动终端12，其中，按有利于具有最低吞吐量的移动终端12的方式确定进行调度的优先级。一旦对第一组进行了调度，调度器28就试图通过为其余载波选择具有最高吞吐量的最好移动终端12以便进行调度而使其余载波上的吞吐量达到最大(步骤118)。
然后，调度器28会比较在帧期间用于各移动终端12的吞吐量与各移动终端吞吐量阈值(步骤120)。在本发明的一个实施例中，通过使用与预定目标传输率RTH(F)相关的阈值来评价实时传输的QoS。预定目标传输率RTH(F)用于帮助计算可接受的掉线概率Pout。掉线概率Pout按下式来计算等式5P‾out=1MΣk=0M-1Pr[Rk(F)(L-1)<RTH(F)]]]>其中，M是移动终端12的数量，RTH(F)(n)表示在n个传输时隙之后用于第k个移动终端12的平均传输数据率。用于第k个移动终端12的平均数据传输率可表示为等式6Rk(F)(n)=Λk(n)TF,n=0,1,...,L-1]]>其中，Λk(n)是在当前帧期间n个传输时隙之后的用于第k个移动终端12的累积吞吐量。利用等式5，给定的目标传输数据率RTH(F)对应于该比率的某一掉线概率。因此，本发明可以很容易地根椐预定的目标传输数据率RTH(F)逐帧地控制实时业务吞吐量，从而导致是一个显著灵活和可控的实时业务系统。
具体地说，如果吞吐率RTH(F)(n)大于或等于目标传输数据率RTH(F)(步骤124)，则调度器28将使用步骤122中的比较来终止对当前帧中第k个移动终端12的传输。通过这种方式，当仅需要每帧有一定的数据率时，就会在可将优先级应用于已达到阈值的移动终端12时因在预定帧期间发送额外的数据而浪费资源。可通过估算用于对第k个移动终端12的传输的自适应调制和编码、实现自动重传请求(ARQ)、混合ARQ协议等来确定实际的吞吐量，从而确定实际吞吐量。本领域的普通技术人员将会认识到用于确定k个移动终端12中每个移动终端的吞吐量的多种技术。然后，调度器28检查是否已达到了帧的结尾(步骤126)。如果帧尚未结束，则处理过程重复返回步骤106，如果帧已达到结尾，则对新的帧重复整个过程(步骤128)。
利用本发明，与最低吞吐量有关的移动终端12可接入为它们提供最好信道状态的载波，同时保留一个或多个载波以使得能够使整个吞吐量最大的其余移动终端12的吞吐量达到最大。因此，具有最佳信道状态的移动终端12能在短时间内传输大量数据，因为，它们最有可能具备较高的编码和调制率并传输足够量的数据以便迅速地满足给定帧内的吞吐量阈值。确定最低吞吐量移动终端12的优先级能确保与最差信道状态有关的移动终端12的最低QoS级别。终止对在给定帧内达到了吞吐量阈值的移动终端12的调度能够避免因在一个帧内传输多于所需的数据而浪费资源。
本领域的普通技术人员将会认识到除最大CIR和均衡公平调度以外的能使吞吐量最大化的各种调度标准。此外，不同的移动终端12可以具有不同的阈值吞吐率，从而对不同的移动终端12具有不同的QoS级别。放在第一和第二组中的移动终端12的数量可随载波的应用及数量的不同而有所不同。例如，对十载波系统而言，第一组可以有安排给它的从2至9的任何数量的移动终端12。
可用与以上详述的不同的其它等式和关系来实现本发明的上述方面。本领域的普通技术人员将会认识到对本发明上述最佳实施例的改进和修正形式。所有这些改进和修正形式均在本文所述的概念和以下的权利要求范围内。
权利要求
1.一种用于在多载波无线通信环境中调度传输给移动终端的数据的方法，该方法包括a)确定每个移动终端的给定帧的给定时隙中的累积吞吐量；b)将具有较低累积吞吐量的移动终端放进第一组；c)将具有较高累积吞吐量的移动终端放进第二组；d)对第一组来说，在时隙中于最好的可用载波上反复地调度传输给具有最低累积吞吐量的移动终端的数据，直至调度了用于第一组中各移动终端的数据，其中，一旦在载波上于时隙中对数据进行了调度，则该载波就变成了不可用的；e)对第二组来说，在上述时隙中于能使吞吐量最大的最好的可用载波上调度传输给至少一个移动终端的数据；f)比较用于各移动终端的帧的吞吐量与阈值吞吐量；以及g)防止调度用于上述帧的吞吐量超过阈值吞吐量的移动终端。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，逐时隙地将a至g的步骤反复地提供给各个帧。
3.如权利要求1的方法，其特征在于，在进入各帧x个时隙之后反复地提供a至g的步骤。
4.如权利要求1的方法，其特征在于，对第二组进行调度以使吞吐量最大使用了均衡的公平调度标准。
5.如权利要求1的方法，其特征在于，对第二组进行调度以使吞吐量最大使用了最大载波-干扰率调度标准。
6.如权利要求1的方法，其特征在于，所述各移动终端的累积吞吐量是各移动终端的实际吞吐量的估算值。
7.如权利要求6的方法，其特征在于，所述累积吞吐量是通过下述方法估算出来的a)形成用于各个移动终端和各个载波的信道矩阵；b)根据可用的编码和调制方案将上述信道矩阵映射进用于各个移动终端和各个载波的传输率矩阵；以及c)至少部分地根据在第一组和第二组调度期间所使用的调度标准来估算累积吞吐量。
8.如权利要求1的方法，其特征在于a)有三个载波；b)所述第一组包括具有最低累积吞吐量的第一移动终端以及具有次最低累积吞吐量的第二移动终端；c)对所述第一组来说，上述方法包括i)在时隙期间于用于将数据传输给第一移动终端的最好的可用载波上调度传输给前述第一移动终端的数据；以及ii)在时隙期间于从其余载波中选出的用于传输给第二移动终端的最好的可用载波上调度传输给前述第二移动终端的数据；以及d)对所述第二组来说，上述方法包括i)从所述第二组中选出能使前述三个载波中其余的一个载波上的吞吐量达到最大的移动终端；以及ii)在时隙中于能使吞吐量最大化的可用载波上调度传输给选定移动终端的数据。
9.一种用于在无线通信环境中调度传输给移动终端的数据的系统，该系统包括控制面板和调度器，所述调度器用于a)确定每个移动终端的给定帧的给定时隙中的累积吞吐量；b)将具有较低累积吞吐量的移动终端放进第一组；c)将具有较高累积吞吐量的移动终端放进第二组；d)对第一组来说，在时隙中于最好的可用载波上反复地调度传输给具有最低累积吞吐量的移动终端的数据，直至调度了用于第一组中各移动终端的数据，其中，一旦在载波上于时隙中对数据进行了调度，则该载波就变成了不可用的；e)对第二组来说，在上述时隙中于能使吞吐量最大的最好的可用载波上调度传输给至少一个移动终端的数据；f)比较用于各移动终端的帧的吞吐量与阈值吞吐量；以及g)防止调度用于上述帧的吞吐量超过阈值吞吐量的移动终端。
10.如权利要求9的系统，其特征在于，所述控制面板和调度器还用于逐时隙地将a至g的步骤反复地提供给各个帧。
11.如权利要求9的系统，其特征在于，所述控制面板和调度器还用于在进入各帧x个时隙之后反复地提供a至g的步骤。
12.如权利要求9的系统，其特征在于，对第二组进行调度以使吞吐量最大使用了均衡的公平调度标准。
13.如权利要求9的系统，其特征在于，对第二组进行调度以使吞吐量最大使用了最大载波-干扰率调度标准。
14.如权利要求9的系统，其特征在于，所述各移动终端的累积吞吐量是各移动终端的实际吞吐量的估算值。
15.如权利要求14的系统，其特征在于，所述控制面板和调度器用于通过下述方法估算前述累积吞吐量a)形成用于各个移动终端和各个载波的信道矩阵；b)根据可用的编码和调制方案将上述信道矩阵映射进用于各个移动终端和各个载波的传输率矩阵；以及c)至少部分地根据在第一组和第二组调度期间所使用的调度标准来估算累积吞吐量。
16.如权利要求9的系统，其特征在于a)有三个载波；b)所述第一组包括具有最低累积吞吐量的第一移动终端以及具有次最低累积吞吐量的第二移动终端；c)对所述第一组来说，所述控制面板和调度器用于i)在时隙期间于用于将数据传输给第一移动终端的最好的可用载波上调度传输给前述第一移动终端的数据；以及ii)在时隙期间于从其余载波中选出的用于传输给第二移动终端的最好的可用载波上调度传输给前述第二移动终端的数据；以及d)对所述第二组来说，所述控制面板和调度器用于i)从所述第二组中选出能使前述三个载波中其余的一个载波上的吞吐量达到最大的移动终端；以及ii)在时隙中于能使吞吐量最大化的可用载波上调度传输给选定移动终端的数据。
17.一种用于在多载波无线通信环境中调度传输给移动终端的数据的系统，该系统包括a)用于确定每个移动终端的给定帧的给定时隙中的累积吞吐量的装置；b)用于将具有较低累积吞吐量的移动终端放进第一组的装置；c)用于将具有较高累积吞吐量的移动终端放进第二组的装置；d)对第一组来说，用于在一个时隙中于最好的可用载波上反复地调度传输给具有最低累积吞吐量的移动终端的数据直至调度了用于第一组中各移动终端的数据的装置，其中，一旦在载波上于时隙中对数据进行了调度，则该载波就变成了不可用的；e)对第二组来说，用于在上述时隙中于能使吞吐量最大的最好的可用载波上调度传输给至少一个移动终端的数据的装置；f)用于比较用于各移动终端的帧的吞吐量与阈值吞吐量的装置；以及g)用于防止调度用于上述帧的吞吐量超过阈值吞吐量的移动终端的装置。
18.如权利要求17的系统，其特征在于，逐时隙地将各个装置所提供的功能反复地提供给各个帧。
19.如权利要求17的系统，其特征在于，在进入各帧x个时隙之后反复地提供各个装置所提供的功能。
20.如权利要求17的系统，其特征在于，对第二组进行调度以使吞吐量最大使用了均衡的公平调度标准。
21.如权利要求17的系统，其特征在于，对第二组进行调度以使吞吐量最大使用了最大载波-干扰率调度标准。
22.如权利要求17的系统，其特征在于，所述各移动终端的累积吞吐量是各移动终端的实际吞吐量的估算值。
23.如权利要求22的系统，其特征在于，所述累积吞吐量是通过下述方法估算出来的a)形成用于各个移动终端和各个载波的信道矩阵；b)根据可用的编码和调制方案将上述信道矩阵映射进用于各个移动终端和各个载波的传输率矩阵；以及c)至少部分地根据在第一组和第二组调度期间所使用的调度标准估算累积吞吐量。
24.一种用于在三载波无线通信环境中调度传输给移动终端的数据的方法，该方法包括a)确定每个移动终端的给定帧的给定时隙中的累积吞吐量；b)将具有最低累积吞吐量的移动终端和具有次低累积吞吐量的移动终端放进第一组；c)将所有其它的移动终端放进第二组；d)对第一组来说i.在时隙期间于用于将数据传输给第一移动终端的最好的可用载波上调度传输给该第一移动终端数据；以及ii.在时隙期间于从其余载波中选出的用于传输给第二移动终端的最好的可用载波上调度传输给前述第二移动终端的数据，其中，一旦在载波上于时隙中对数据进行了调度，则该载波就变成了不可用的；e)对第二组来说，在上述时隙中于能使吞吐量最大化的最好的可用载波上调度传输给至少一个移动终端的数据；f)比较用于各移动终端的帧的吞吐量与阈值吞吐量；以及g)防止调度用于上述帧的吞吐量超过阈值吞吐量的移动终端。
25.如权利要求24的方法，其特征在于，逐时隙地将a至g的步骤反复地提供给各个帧。
26.如权利要求24的方法，其特征在于，在进入各帧x个时隙之后反复地提供a至g的步骤。
27.如权利要求24的方法，其特征在于，对第二组进行调度以使吞吐量最大使用了均衡的公平调度标准。
28.如权利要求24的方法，其特征在于，对第二组进行调度以使吞吐量最大使用了最大载波-干扰率调度标准。
29.如权利要求24的方法，其特征在于，所述各移动终端的累积吞吐量是各移动终端的实际吞吐量的估算值。
30.如权利要求29的方法，其特征在于，所述累积吞吐量是通过下述方法估算出来的a)形成用于各个移动终端和各个载波的信道矩阵；b)根据可用的编码和调制方案将上述信道矩阵映射进用于各个移动终端和各个载波的传输率矩阵；以及c)至少部分地根据在第一组和第二组调度期间所使用的调度标准估算累积吞吐量。
全文摘要
基站中的调度器根据该基站所使用的调度标准来确定或估算累积吞吐量。根据各时隙的累积吞吐量，将移动终端分入两组中的一组。第一组提供给具有较低吞吐量的移动终端，其余的移动终端则被放进与较高吞吐量有关的第二组。第一组中具有最低吞吐量的移动终端具有为在下一个时隙内于最好的可用载波上的传输而加以调度的数据。为在最好的其余载波上进行传输反复调度第一组中的其余移动终端，直至没有了移动终端。一旦完成了对第一组的调度，就进行对第二组的调度。最佳的是，对第二组进行调度以使其余载波上的吞吐量最大化。
文档编号H04L12/56GK1516942SQ02812150
公开日2004年7月28日 申请日期2002年6月17日 优先权日2001年6月18日
发明者J·吴, W·童, J 吴 申请人:北方电讯网络有限公司