专利名称：业务自适应无线通信系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种数字无线通信的方法和系统，特别是一种在无线通信过程中根据业务类型自适应地进行介质访问控制(Media AccessControl，MAC)的方法以及采用这种方法进行通信的无线通信系统。
背景技术：
在无线或移动通信网中，例如无线局域网或第三代(3G)移动通信网中，终端(或移动台)与基站(或接入点)之间通过射频(RadioFrequency，RF)进行通信。由于RF物理信道由所有的通信设备所共享，故需要协调各通信设备对RF物理信道的共享访问。MAC协议就是规定各个终端如何解决冲突，共享物理信道进行通信的一套规则。例如，以太网(Ethernet)中采用载波侦听多路访问外加冲突检测(CSMA/CD)协议，802.11无线局域网中则采用载波侦听多路访问外加冲突避免(CSMA/CA)协议，早期的模拟移动通信网中采用频分多路复用(FDMA)的方法，数字移动通信网GSM中则采用基于时分多路复用(TDMA)的方法，而另外一种数字移动通信网IS-95移动通信网中则采用码分多路复用(CDMA)的方法。
基于随机接入的MAC方法，如CSMA/CD和CSMA/CA等协议是难以保证终端用户的服务质量，因而不适用于多媒体数据通信。正因如此，几乎所有面向的多媒体通信的MAC协议都是采用基于预约(Reservation)或采用需求申请(Demand Assignment)的方法。典型的例子是PRMA协议(详见D.J.Goodman，R.A.Valenzuela，K.T.Gayliard and B.Ramamurithi，Packet Reservation Multiple Accessfor Local Wireless Communications，IEEE Transaction onCommunications，vol.37，no.8，pp.885-890，Aug.1989.)和DQRUMA协议(详见M.J.Karol，K.Y.Eng and Z.Liu，An efficientdemand-assignment multiple access protocol for wireless packet(ATM)networks，Wireless Networks，vol.1，no.3，pp.269-279，1995.)。这类协议的显著特点是，终端先向基站提出带宽需求或预约请求，由基站进行资源调度分配，一旦申请被接纳，系统则预约资源以保证用户的带宽需求。显然，如果终端提供的带宽需求或预约请求是精确的，BS就能通过优化的资源调度算法最大限度地满足DT的服务质量要求并尽量提高系统利用率。这类MAC协议的面临的一个重要问题是，带宽需求或预约请求是否精确地反映应用程序的真正需求？PRMA只考虑语音业务和数据业务，并假设语音业务具有周期型和具有开关(ON/OFF)特性。PRMA语音终端用通过语音活跃检测(SAD)技术预测语音业务的开启与关闭，当语音业务处于活跃状态时，PRMA协议则启动预约请求，而对数据业务则完全采用竞争方式发送。但是SAD技术不适合于预测其它的实时数据业务如实时视频数据。DQRUMA终端是根据MAC层的发送缓冲区中是否有等待数据(检查发送缓冲区是否为空)来判断是否有带宽预约需求的，如果缓冲区不为空，DQRUMA协议则启动预约请求。
在实际应用中，仅仅依赖MAC发送缓冲区的占用情况而决定是否启动预约请求的方法具有一定局限性。另一方面，即使当前情况下MAC层的发送缓冲区为空，应用程序仍然可能正确地预测到有大批数据即将需要发送。例如，视频编码器的编码缓冲区中可以暂存几帧刚刚编码好，正准备发送(或很快就需要发送)的视频数据。由此可见，网络高层实体(例如视频编码器或其它应用层实体)更能精确地预测具体应用程序的业务量或带宽需求。如果这种业务量预测信息能被即时，快速，甚至提前通知BS，则能减少BS处理预约请求的延时，减少实时数据的传输延时，并提高资源利用效率。
发明内容
本发明针对上述问题提供一种业务自适应无线通信系统和方法，根据业务自适应地调整带宽分配方案，从而保障网络的服务质量并提高网络资源的利用率。
本发明提供一种业务自适应无线通信系统，该系统包括一台或多台数据终端(DT)设备，为用户提供数据或多媒体通信服务；一台或多台基站(BS)设备，用于为DT提供网络接入和数据转发服务；以及在BS和DT之间提供网络连接的射频(RF)信道(参见附图1)。
本发明所述的DT可以是卫星发送和接收设备，也可以是个人数字助理(PDA)，也可以是手机，还可以是计算机。
本发明所述的BS可以是卫星，也可以是无线移动通信网中的基站，也可以是无线城域网(WMAN)中的基站，还可以是无线局域网(WLAN)中的接入点(AP)。
本发明所述的RF信道可以是无线电信道，微波信道，或者红外线信道。所述RF信道至少包含4种逻辑信道，一条或多条上行控制信道，一条或多条上行数据信道，一条或多条下行控制信道，一条或多条下行数据信道。
本发明所述的逻辑信道可以采用时分复用(TDMA)，频分复用(FDMA)，码分复用(CDMA)，或者正交频分多路复用(OFDMA)来划分。
本发明的另一个方面提供一种业务自适应的无线通信方法，该方法包括以下步骤收集，即BS收集上行和下行方向的业务量估算指标(以下简称E指标)；分配，即BS完成RF信道的资源分配；通知，即BS将RF信道的资源分配方案通知各个DT；使用，即DT及BS按规定的分配方案使用上行信道和下行信道(参见附图2)。
本发明所述的收集过程包括以下两个方面DT周期性或即时性地估算上行方向业务量的E指标，并将此E指标通过所述的上行控制信道发送给BS；BS周期性或即时性地估算下行方向业务量的E指标。
在本发明所述的分配过程中，BS根据所收集到来自各DT的上行方向E指标，下行方向E指标以及RF信道的当前状况对RF信道进行资源分配。
本发明所述的资源分配中分配的资源包括频率，时间片，码字，子载波，或者它们的组合。
在本发明所述的通知过程中，BS即时将RF信道的资源分配方案通过所述的下行控制信道发送给DT。
本发明所述的使用过程，包括以下2个方面DT按照所述分配方案通过上行数据信道发送上行方向的数据，并按照所述分配方案接收下行数据信道中传送的下行方向的数据；BS按照分配方案通过下行数据信道发送下行方向的数据，并按照分配方案接收上行数据信道中传送的上行方向的数据。
图1是本发明所述的业务自适应无线通信系统的结构示意图。
图2是本发明所述的业务自适应无线通信方法的流程图。
图3是本发明所述的业务自适应无线通信系统中的DT的操作流程图。
图4是本发明所述的业务自适应无线通信系统中的BS的操作流程图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明所述的业务自适应无线通信系统及其实现方法的实施例进行详细描述，可以更好地理解本发明的其他目的、特性和优点。
参见图1描述本发明所述的业务自适应无线通信系统。如图1所示，该系统由BS 101，DT 102a、102b、102c和102d以及连接BS和DT的RF信道103组成。BS 101负责为DT 102a、102b、102c和102d提供无线接入及数据转发服务，DT 102a、102b、102c和102d则分别为不同的用户提供数据或多媒体通信服务。
当DT 102a要发送数据时，它首先估算所需的业务量，如根据视频编码器的编码进度估计后续几帧视频的大小，并通过上行控制信道104a向BS 101发送业务量估算指标(E指标)。BS 101收到DT 102a发送来的E指标后根据RF信道103的资源分配情况为DT 102a分配资源，并通过下行控制信道105a将所分配的资源通知DT 102a。DT102a收到BS 101发送的通知消息(A消息)后根据所分配的资源通过上行数据信道(图中未显示)发送数据。
下面参考图2描述本发明所述的业务自适应无线通信方法。如图2所示，该方法包含4个步骤在步骤201(收集过程)中，BS 101收集业务信息，估算系统需要发送和接收的数据量。其中DT 102a、102b、102c和102d分别根据所运行的应用估算上行方向的E指标，如后续几帧视频数据的大小或语音数据的到达时间，并通过上行控制信道发送给BS 101。同时，BS 101对下行方向的数据进行预测，估算出下行E指标。在步骤202(分配过程)中，BS 101根据所收到的DT 102a、102b、102c和102d的上行E指标和所估算出的下行E指标以及RF信道103的状态分别为DT 102a、102b、102c和102d分配资源。所分配的资源可以是频率、时间片、码字、子载波或者它们的组合。在步骤203(通知过程)中，BS 101将所分配的资源通过下行控制信道分别通知DT 102a、102b、102c和102d。在步骤204(使用过程)中，DT和BS分别利用所分配的资源发送和接收数据。其中，DT 102a、102b、102c和102d分别根据所分配的资源通过上行数据信道发送数据，同时根据所分配的资源接收下行数据信道传送过来的数据；而BS 101则根据所分配的资源通过下行数据信道分别向DT102a、102b、102c和102d发送数据，同时根据所分配的资源接收DT102a、102b、102c和102d通过上行数据信道发送过来的数据。
下面参考图3描述DT 102a在通信过程中的操作。如图3所示，在步骤301中，DT 102a根据所执行的应用，估算出要发送的E指标，如后续几帧视频数据的大小或语音数据的到达时间，并通过上行控制信道发送给BS 101；在步骤302中，由于分配是由BS 101负责，DT102a无需执行任何动作；在步骤303中，DT 102a通过下行控制信道接收BS 101发送的A消息，并从中获取分配给DT 102a的资源的描述，如上下行数据信道中特定的时间片；在步骤304中，DT 102a通过上行数据信道中分配的时间片向BS 101发送上行数据，并通过下行数据信道中分配的时间片接收BS 101发送的下行数据。
接下来参见图4描述BS 101在通信过程中的操作。如图4所示，在步骤401中，BS 101通过上行控制信道接收DT 102a、102b、102c和102d发送的上行E指标，同时BS 101估算出下行E指标；在步骤402中，BS 101根据所收到的DT 102a、102b、102c和102d发送的上行E指标和BS 101估算出的下行E指标以及RF信道103的状态分配资源，如上下行数据信道中特定的时间片；在步骤403中，BS101以A消息的形式将所分配的时间片通知DT 102a、102b、102c和102d；在步骤404中，BS 101通过上行数据信道中所分配的时间片接收相应DT发送的数据，并通过下行数据信道中分配的时间片向相应的DT发送数据。
以上所描述的仅仅是本发明的部分应用实例，不应该被视为对本发明的局限。本领域的普通技术人员可以根据权利要求，在不脱离本发明实质和范围的情况下，设计出其他类似的实施方案。
权利要求
1.一种业务自适应无线通信系统，其特征在于，所述系统包括一台或多台数据终端(DT)设备，为用户提供数据或多媒体通信服务；一台或多台基站(BS)设备，用于为DT提供网络接入和数据转发服务；以及在BS和DT之间提供网络连接的射频(RF)信道。
2.如权利要求1所述的业务自适应无线通信系统，其特征在于，所述的DT可以是卫星发送和接收设备，也可以是个人数字助理(PDA)，也可以是手机，还可以是计算机。
3.如权利要求1所述的业务自适应无线通信系统，其特征在于，所述的BS可以是卫星，也可以是无线移动通信网中的基站，也可以是无线城域网(WMAN)中的基站，还可以是无线局域网(WLAN)中的接入点(AP)。
4.如权利要求1所述的业务自适应无线通信系统，其特征在于，所述的RF信道可以是无线电信道，微波信道，或者红外线信道；所述RF信道至少包含以下4种逻辑信道，一条或多条上行控制信道，一条或多条上行数据信道，一条或多条下行控制信道，一条或多条下行数据信道。
5.如权利要求4所述的业务自适应无线通信系统，其特征在于，所述RF信道包含的逻辑信道可以采用时分复用(TDMA)，频分复用(FDMA)，码分复用(CDMA)，或者正交频分多路复用(OFDMA)来划分。
6.一种业务自适应的无线通信方法，其特征在于，该方法包括以下步骤1)收集，即BS收集上行和下行方向的业务量估算指标(以下简称E指标)；2)分配，即BS完成RF信道的资源分配；3)通知，即BS将RF信道的资源分配方案通知各个DT；4)使用，即DT及BS按分配方案使用上行信道和下行信道。
7.如权利要求6所述的业务自适应无线通信方法，其特征在于，所述的收集过程包括以下两个方面DT周期性或即时性地估算上行方向业务量的E指标，并将此E指标通过所述的上行控制信道发送给BS；BS周期性或即时性地估算下行方向业务量的E指标。
8.如权利要求6所述的业务自适应无线通信方法，其特征在于，在所述的分配过程中，BS根据所收集到来自各DT的上行方向E指标，下行方向E指标以及RF信道的当前状况对RF信道进行资源分配。
9.如权利要求8所述的业务自适应无线通信方法，其特征在于，所述的资源分配中分配的资源包括频率，时间片，码字，子载波或者它们的组合。
10.如权利要求6所述的业务自适应无线通信方法，其特征在于，在所述的通知过程中，BS即时将RF信道的资源分配方案通过所述的下行控制信道发送给DT。
11.如权利要求6所述的业务自适应无线通信方法，其特征在于，所述的使用过程，包括以下2个方面DT按照所述分配方案通过上行数据信道发送上行方向的数据，并按照所述分配方案接收下行数据信道中包含的下行方向的数据；BS按照分配方案通过下行数据信道发送下行方向的数据，并按照分配方案接收上行数据信道中包含的上行方向的数据。
全文摘要
本发明提供了一种适用于射频(RF)无线通信网中的业务自适应无线通信系统及其方法，能根据数据终端(DT)的业务情况动态地调整各终端占用的RF资源，以保障网络的服务质量并提高网络资源的利用率。在该方法中，基站BS首先收集各数据终端DT的上行业务量估算指标，同时估算下行方向的业务量。根据这些业务量估算指标，BS动态地分配RF资源，再通知DT，DT则通过所分配的资源发送和接收数据。
文档编号H04B7/26GK1667979SQ20041000639
公开日2005年9月14日 申请日期2004年3月8日 优先权日2004年3月8日
发明者赵继安, 孙勇, 王思业 申请人:信息技术实验室