专利名称：依赖于服务质量类别映射共享物理信道的制作方法
技术领域：
本发明涉及当支持具有不同服务质量(QoS)要求的服务时，使用动态资源分配方案(动态信道分配，DCA)与链路适配(LA)方案的无线通信系统。
具体上，本发明涉及用于向在具有动态信道分配(DCA)和链路适配(LA)技术的无线通信系统中的物理层复用用户数据的方法，以及一种用于将物理信道的传输参数有效地适配到不同用户的不同服务和应用的服务质量(QoS)要求的方法。
说明将在下面着重于下行链路传输。
背景技术：
在使用动态信道分配(DCA)方案的无线通信系统中，空中接口资源被动态地分配到不同的移动台。参见例如R.van Nee，R.Prasad，“OFDM forWireless Multimedia Communications”，Artech House，ISBN 0-89006-530-6，2000和H.Rohling and R.Grunheid，“Performance of an OFDM-TDMA mobilecommunication system，”in Proc.IEEE Vehicular Technology Conf.(VTC’96)，Atlanta，GA，pp.1589-1593，1996(R.van Nee，R.Prasad，“用于无线多媒体通信的OFDM”，Artech House，ISBN 0-89006-530-6，2000以及H.Rohling和R.Grunheid，“OFDM-TDMA移动通信系统”，IEEE(电气和电子工程师协会)汽车技术会议(VTC’96)会刊，Atlanta，GA，第1589-1593页，1996)。通常通过物理信道(PHY信道)来定义空中接口资源。物理信道对应于例如在码分多址(CDMA)系统中的一个或多个包代码、在正交频分多址(OFDMA)系统中的一个或多个包副载波(副载波块)、或在正交频率码分多址(OFCDMA)系统或多载波码分多址(MC-CDMA)系统中的那些的组合。在DCA的情况下，将物理信道称为共享物理信道。
图1和图2分别示出了用于具有单个和多个共享物理信道的系统的DCA方案。物理帧(PHY帧)反映时间单元，所谓的调度器(PHY调度器)在所述时间单元中执行DCA。
图1图解了通过一个共享物理信道102来发送用于四个移动台的数据的结构。通过箭头101来表示时间轴。方框103-108表示物理帧，其中，作为说明性示例，帧106承载第一移动台的数据，帧103承载第二移动台的数据，帧104和108承载第三移动台的数据，帧105和107承载第四移动台的数据。在这个示例中，示出了频分或码分双工系统，其中，一个资源(即频带或码)连续可用于所述的共享物理信道。在TDD--其中上行链路物理信道和下行链路物理信道共享一个频率或码--的情况下，在帧之间或在对应于在相反方向的信道的传输的持续时间的一个信道的帧内将会有间隙。对于这种情况，下面的所有说明也将同样适用。
图2图解了N个共享物理信道202-205发送指定到四个移动台的数据的情况。箭头201表示时间轴。列230到235表示所有信道的物理帧的时间单元。方框206-229表示由物理信道和物理帧定义的数据单元。例如，通过物理信道1来发送在方框206-211中的数据，在帧230期间发送在方框206、212、218和224中的数据。在给定的示例中，数据单元208、212、220、221、223、225和227承载第一移动台的数据，206、207、215、217、226和228承载第二移动台的数据，209、210、224和229承载第三移动台的数据，并且211、213、214、216、218、219和222承载第四移动台的数据。
为了利用DCA的益处，通常将其与链路适配(LA)技术--诸如自适应调制和编码(AMC)和混合自动重复请求(HARQ)--组合。
在使用自适应调制和编码(AMC)的无线通信系统中，在计划的用户的物理帧内的数据率，通过改变调制和编码方案(MCS)，将被动态地适配到各链路的即时信道质量。这要求信道质量估计在发送器对于到各自接收器的链路可用。在下文中可以获得AMC的详细说明如上所述的van Nee和Prasad的撰文、如上所述的Rohling和Grunheid的撰文以及3GPP技术规范25.308；高速下行链路分组接入(HSDPA)；整体说明；Stage 2，v.5.3.0，December 2002，A.Burr，“Modulaion and Coding for Wireless Communication”，PearsonEducaion，Prentice Hall，ISBN 0-201-39857-5，2001，L.Hanzo，W.Webb，T.Keller，“Single-and Multi-carrier Quadrature Amplitude Modulaion”，Wiley，ISBN 0-471-49239-6，2000，A.Czylwik，“Adaptive OFDM for wideband radiochannels，”in Proc.IEEE Global Telecommunications Conf.(GLOBECOM’96)，London，U.K.，pp.713-718，Nov.1996和C.Y.Wong，R.S.Cheng，K.B.Letaief，and R.D.Murch“Multiuser OFDM with Adaptive Subcarrier，Bit，and PowerAllocation，”IEEE J.Select.Areas Commun.，vol.17，no.10.Oct.1999。
对于给定的信道质量，对应于不同数据率的不同选择的MCS水平导致不同的物理帧错误率。系统通常工作在1％和30％之间的物理帧错误率(在第一次发送后)。所谓的MCS“积极性(aggressiveness)”是指定这个MCS特性的常用术语。如果目标物理帧的错误率(在第一次发送后)高，即对于给定信道估计选择高MCS水平，那么MCS选择被当作是“积极的”。当例如发送器假定频道估计不精确或当可容忍高分组丢失率时，这个“积极的”MCS选择行为会是有益的。
由于由MCS水平的选择(例如由不正确信道质量估计或对给定信道质量的选择的MCS水平固有的)引起的物理帧错误率，混合自动重复请求(HARQ)方案被用于控制数据或分组丢失率(即在重发后的剩余物理帧错误率)，其被提供到下一层或服务/应用。如果以不可校正的错误接收到数据块，则数据接收器向所述发送器发回NACK(否定确认)信号，发送器继而重发所述数据块或发送用于它的附加冗余数据。如果数据块不包含错误或仅仅包含可校正的错误，则数据接收器以ACK(确认)消息来响应。在下文中说明了细节如上所述的Rohling和Grunheid的撰文以及S.Kallel，“Analysis of a type II hybridARQ scheme with code combining，”IEEE Transactions on Communications，Vol.38，No.8，August 1990，S.Lin，D.J.Costello Jr.，“Error Control CodingFundamentals and Applications”，Prentice-Hall，1983和S.Lin，D.J.Costello，M.J.Miller，“Automatic-repeat-request error-control schemes，”IEEE Commun.Mag.，vol.22，no.12，pp.5-17，December 1984。如下所述，这种剩余物理错误率也依赖于AMC操作以及HARQ操作。
如上所述，AMC通过其所谓的“积极性”影响剩余的物理错误率。对于给定的HARQ设置，“积极的”MCS选择将导致提高的剩余物理错误率，但是可能改善吞吐量性能。“保守”MCS选择将导致降低的剩余物理错误率。
HARQ操作通过最大HARQ重发数量和所使用的HARQ方案，影响剩余的物理错误率。公知的HARQ方案的示例是跟踪(chase)组合和递增冗余。HARQ方案指定了用于以不可校正的误差而接收的数据分组的重发的方法。使用跟踪组合，例如，所关心的分组被不改变地重发，并且将所接收的数据与先前的发送的数据组合以改善信噪比。使用递增冗余，每个重发包含附加的冗余数据，用于允许改进的纠错。对于给定数量的最大重发，递增冗余方案与例如跟踪组合相比较将降低剩余物理错误率和延迟，其代价是更高的复杂性。而且，对于给定的MCS“积极性”，最大HARQ重发的数量的增加降低了剩余物理帧错误率，但是也提高了延迟。
在使用DCA、AMC和HARQ的系统中，所谓的物理调度器确定要向哪个移动台分配哪些资源。常用的手段是使用集中的调度，其中，所述调度器位于基站中，并且根据到移动台的链路的信道质量信息，并按照在那些链路上发生的业务(例如要发送到特定移动台的数据量)，执行其判定。
物理调度器的通常目的是在用户之间实现公平并且/或者最大化系统吞吐量。
在现代无线通信系统中，MAC/PHY调度器基于分组而工作，即，从较高层来的数据通常在调度器逐分组地处理。那些分组可以随后被分段或/和连接，以便将它们适配到具有所选择的MCS水平的物理帧中。
下面的调度器是在无线通信领域公知的循环Robin(Round Robin，RR)调度器这种调度器与信道条件无关地向所有用户分配相等的空中接口资源，因此实现了在用户之间公平共享资源。
最大速率(MR)或最大C/I(MC)调度器这种调度器选择具有最高可能的即时数据率(载波与干扰C/I比)的用户。它实现最大的系统吞吐量，但是忽略用户之间的公平。
比例公平(PF)调度器(参见例如J.M.Holzman，“Asymptonic analysis ofproportional fair algorithm，”Proc.IEEE PIMRC 2001，San Diego，CA，pp.F-33-F-37，Oct.2001)这种调度器将被发送到每个用户的平均数据率保持在定义的时间窗口内，并且查看由不同用户经历的即时对平均信道条件的比率(或即时可能数据率对平均数据率的比率)，并且选择具有最大比率的用户。这种调度器相对RR调度提高了系统吞吐量，同时保持在用户之间的长期公平性。
在几种现代通信系统中，按照服务质量类别来分类服务/应用。属于同一服务质量类别的服务具有类似的服务质量要求，诸如延迟、丢失率、最小吞吐量等。注意，服务质量类别定义的粒度可以在不同系统之间不同。在表1中示出了UMTs的服务质量类别定义的示例(参见3GPP TSG RAN TR 23.107“Quality of Service(QoS)concept and architecture(服务质量(QoS)概念和架构)”，V5.12.0，http://www.3gpp.org)，而在表2中示出了ATM的服务质量类别定义的示例。
表1.UMTS业务/服务质量类别
表2.ATM服务/服务质量类别
在现代无线通信系统中，移动台可以一次运行属于不同服务质量类的几个服务。通常，那些服务(QoS类)具有不同的QoS要求，如例如表3中所示。
表3.典型应用/服务和各自的QoS要求
在图3中，示出了简化的发送器架构的一个示例，着重于服务QoS/优先级调度和MAC/物理层单元。在这个示例中，两个移动台共享空中接口资源(例如如图4中所示的8个共享物理信道)，并且每个移动台同时运行属于不同QoS类的三个服务，即运行在第一移动台上的303-305和运行在第二移动台上的306-308。表4示出了用户服务与在图3中图解的示例的QoS类的关联性。服务303、304和307在这个示例中属于QoS类2，服务305属于OoS类1，并且服务306和308属于QoS类3。
表4.在图3中所示的用户服务的QoS类关联性
在QoS/优先级调度器单元309中将处理来自服务分组队列的分组，以便考虑从不同服务产生的相应分组的QoS和优先级。所述QoS/优先级调度器单元309到分组复用单元310的接口，依赖于所使用的QoS/优先级调度器算法。这个接口可能是拥有来自所有用户和所有服务的分组的单个队列；它可能是每用户单个队列，包含来自每个用户的所有服务的分组；它可能是每个被定义的QoS类的一个队列，等等。
被分类的分组(在一个或多个队列中)被传送到分组复用单元310，其中，分组被连接或分段和编码为物理数据块，以便适合于由物理调度器和链路适配单元311分配的资源和数据率。每个物理数据块具有本身的奇偶数据，并且在不可校正的错误的情况下，整个块必须被重发。根据所述架构，也可能有如例如在3GPP HSDPA(3GPP TSG RAN TR 25.308“高速下行链路分组接入(HSDPA)整体说明第2阶段”，V5.2.0，http:/www.3gpp.org)中的、向一个或多个配置的HARQ处理分配数据块的实体。
在分组复用310和物理调度器和链路适配单元311之间需要交互，以便将复用的分组的大小适配到用于计划的用户的共享物理信道上的分配的资源。而且，QoS/优先级调度器309和物理调度器312可以交互，以便对准它们的目的，或它们甚至可以被实现在单个实体中。因为用于一个共享物理信道内的HARQ协议处理和链路适配的最小时间单位是一个帧，并且每个帧仅仅被分配到一个用户，因此要在“每用户”基础上理解以箭头314-316指示的交互。
作为这种架构的结果，分组复用单元310可以对于每个物理帧复用来自运行在同一移动台上的不同服务的分组。然后所述分组复用单元310将每个移动台产生单个或多个物理数据块，所述物理数据块然后将被映射到分配给特定用户的共享物理信道。
图4图解了在图3中所示的架构中来自服务303-308的分组向在一个帧400内的不同共享物理信道401-408的映射。在这个示例中，由MCS选择选择的数据率被例示为所示出的每个共享物理信道复用分组的数量。物理信道401、402、404、406和408承载第一移动台的服务303-305的数据，信道403、405和407承载第二移动台的服务306-308的数据。
在下面的情况下，可以出现来自不同QoS类的分组被映射到同一物理数据块或共享物理信道上(以下对于在图3和表4中所示的QoS类关联性进行描述)-包含来自不同QoS类的分组的单个物理数据块被映射到一个共享物理信道，如在图4中的共享物理信道407。
-包含来自不同QoS类的分组的单个物理数据块被映射到多个共享物理信道，如在图4中的物理信道404+408。
-多个物理数据块--至少一个物理数据块包含来自不同QoS类的分组--被映射到单个共享物理信道，如在图4中的共享物理信道405。
-多个物理数据块--至少一个物理数据块包含来自不同QoS类的分组--被映射在多个共享的物理信道上，例如在图4中的共享物理信道401+402。
在将多个物理数据块映射在多个共享物理信道(例如共享物理信道401+402)上的情况下，图4建议物理数据块的单个分组被清楚地分配到单个共享物理信道。在大多数现代系统中不是这样的情况，因为通常使用信道交织，其产生在其上映射物理数据块的所有共享物理信道上的分组的分布。当数据分组被映射到一个数据块中并且编码所述数据块时发生所述交织。当将所述数据块再一次分段和映射到不同的信道时，每个数据分组通常被分布在所有的块分段上，因此被分布在多个信道上。
现代通信系统的一个重要要求是用户或移动台可以一次运行属于不同QoS类的多个服务。在现有技术的系统中，不能在物理调度器和链路适配单元在QoS类的基础上控制或影响QoS，因为可以将来自不同QoS类的分组映射到同一共享物理信道。
发明内容
本发明的目的是向属于不同服务质量类和不同用户的多个服务的每个提供优化的服务质量，同时，最有效地使用现有的传输容量。
所述目的是通过按照各独立权利要求的方法、基站和无线通信系统而被实现的。在从属权利要求中描述了有益的实施例。
按照本发明的第一个实施例，一种用于在无线通信系统中优化服务质量的方法，所述无线通信系统在至少一个共享物理信道上以多个帧的时间间隔来发送数据分组，其中，按照与服务相关联的服务质量要求，将所述服务分类为多个服务质量类，并且所述数据分组被分配到各服务类别，其中，给服务类别的至少一部分，仅仅分配专属于与一个用户或用户组相关联的服务、和专属于所述服务质量类之一的分组，所述方法包括以下步骤c)根据关于所述分组、所述服务类别和/或所述至少一个共享物理信道的信息，计算调度量度；并且d)根据所述调度量度来确定接着服务所述服务类别的哪个，并且根据调度量度来确定关于服务类别向共享物理信道的映射。
所述方法还可以包括步骤c)计算服务类别的至少一部分的优先级值，作为所述调度量度的基础。
所述方法还可以包括步骤d)计算服务类别和共享物理信道的组合的至少一部分的可能数据率值，其中，步骤c)基于步骤d)的结果。
所述方法还可以包括步骤e)将虚拟链路适配参数确定为步骤d)的基础。
所述方法还可以包括如下步骤按照分组被分配到的服务类别，将分组复用为队列。
按照本发明的另一个实施例，一种计算机可读存储介质在其上已经存储了指令，当所述指令在无线通信系统的基站的处理器中被执行时，使得所述处理器执行第一实施例的方法。
按照另一个实施例，一种用于无线通信系统的基站，包括网络接口，用于将其连接到所述无线通信系统的核心网络；无线发送部件；以及处理器，用于控制所述发送部件，并且用于在所述发送部件的至少一个共享物理信道上，以多个帧的时间间隔来发送数据分组，其中，按照与服务相关联的服务质量要求，将所述服务分类为多个服务质量类，并且所述数据分组被分配到各服务类别，其中，给服务类别的至少一部分，仅仅分配专属于与一个用户或用户组相关联的服务、和专属于所述服务质量类之一的分组，其中，所述处理器被配置来根据关于所述分组、所述服务类别和/或所述至少一个共享物理信道的信息，计算调度量度；并且根据所述调度量度来确定接着服务所述服务类别的哪个。
按照本发明的另一个实施例，一种无线通信系统包括至少一个按照前述实施例的基站。
附图被并入说明书并形成说明书的一部分以用于说明本发明的原理。附图不应当被理解为将本发明仅仅限于如何可以做出和使用本发明的图解和说明的示例。通过如附图中图解的、本发明的下面的更具体的说明，本发明的进一步的特征和优点将变得清楚，附图中图1示出了按照现有技术的、具有在单个共享物理信道上复用4个移动台的DCA的示例。
图2图解了按照现有技术的、具有在多个(N个)并行共享物理信道上复用4个移动台的DCA的示例。
图3描述了用于将服务数据映射到共享物理信道的简化的一般发送器架构。
图4示出了由图3中所示的系统实现的、将数据块向在一个帧内的8个共享物理信道的示例映射。
图5图解了在8个共享物理信道内的一个帧，每个信道仅仅包括来自属于在这个帧内的相同QoS类的服务的分组。每个物理信道包含一个物理数据块。
图6图解了服务数据对单个物理帧向8个共享物理信道的映射。
图7描述了具有分段的分组的示例映射结果。
图8图解了系统的示意，其中，将服务特定MCS与HARQ参数选择适配到分组的实际QoS状态。
图9a和9b示出了数据处理系统的结构，所述系统根据所发送数据的QoS要求来使能调度、物理信道映射和链路适配。
图10-12描述了对图9中所示的数据分组缓冲器结构的替代可能。
图13是示出在图9-12的结构中执行的步骤的流程图。
图14图解了可以利用上述的方法的基站的结构。
具体实施例方式
现在参见
本发明的示例实施例，附图中，相同的附图标号表示相同的元件和结构。
首先参见图9a和9b和图5，示出了一种方法来自在第一移动台上运行的服务303-305和在第二移动台上运行的服务306-308的数据分组509-516，以如下方式被映射到物理信道501-508允许将物理信道501-508的发送参数分别适配到服务303-308所属的QoS类的QoS要求。发送参数在本上下文中应当被理解为影响物理信道的发送质量的物理层参数和编码参数，包括发送功率、MCS选择、前向纠错方案、HARQ方案、重发的最大数量等。虽然甚至单个共享物理信道的发送参数可以被适配到QoS要求，但是在一般的情况下将有一个以上共享物理信道。在同一物理帧500内，每个物理数据块(每个物理信道一个)仅仅包含来自属于同一QoS类的服务的数据分组。例如，物理数据块511(信道501)仅仅包含属于服务303的分组509和服务304的数据分组510。两种服务都运行在第一移动台301上，并且属于QoS类2。
首先，在解/复用电路901中，在同一路径到达的不同服务的数据分组可以被解复用，并且在不同路径上到达的同一服务的数据分组可以被复用，以便从较高层向由服务分类的MAC层传送分组。在另一种替代方式中，可以将具有相同的QoS类的一些服务以复用状态传送到MAC层。在向层2之类的较高层和MAC层之间的边界由点线902表示。
对于每个数据分组，可以获得关于服务所属的QoS类--对其分组承载数据--的信息。而且，可以确定运行服务的用户、用户组(在广播或组播服务的情况下)或接收设备。这个信息可以被包括在分组中或者独立地在传输协议的控制平面中被信号表示。因此，可能将服务和承载属于特定服务的数据的数据分组分类为服务类别，其中，一个服务类别仅仅拥有属于一个用户和一个QoS类的分组。
在图9的示例中，QoS/优先级调度器903仅仅排他地将一个服务类别的分组复用到队列904-907的每个中。这允许简单访问DRC计算单元912和优先级计算单元911的分组相关信息以及简单的FIFO(先入先出)缓冲器功能，因为HARQ协议处理/分组复用单元908可以总是以首先进入所选择的服务类别的队列的分组为先。
在图10-12中所示的本发明的其他替代方式，使用对于所有用户一起每个QoS类一个分组缓冲器、对于所有QoS类每个用户一个缓冲器、或对于所有分组一个缓冲器。在图10中，缓冲器1001-1003每个包含仅仅专属于一个QoS类的服务的分组。但是，每个缓冲器可以包含用于由不同用户运行的服务的分组。例如，缓冲器1002包含由用户U1(301)运行的服务S1(303)的分组P1(S1，U1)和P56(S1，U1)、以及由用户U2(302)运行的服务S2(307)的分组P1(S2，U2)和P18(S2，U2)。在图11中，缓冲器1101和1102包含来自属于不同QoS类的服务的分组。但是，每个缓冲器专有地包含全部由同一用户运行的服务的分组。在图12中，仅仅存在用于要调度的所有分组的一个公共分组缓冲器1201，而与它们相关联的QoS类或用户无关。
在图10-12的情况下，单元908、911和912需要选择性(随机)地访问在缓冲器中的分组，因为那些单元需要每个用户每个QoS类的信息，即每个服务类别的信息。而且，在这种情况下不可能总是以分组进入缓冲器的顺序来调度分组。
作为调度量度的基础，DRC计算单元912计算关于服务类别和物理信道的组合的至少一些的可能数据率的信息。这些值的计算基于关于物理信道的状态的信息(例如信噪比、传输损失等)(箭头917)，并且基于QoS类队列的缓冲器状态(箭头914)，其中，在缓冲器中没有足够的数据以给定的物理数据率填充一个完整帧的情况下，所述缓冲器状态可以设置可以从物理信道获得的可能数据率的上限。关于所述物理信道的信道质量信息或所述状态信息，可以从数据的接收器，即用户U1和U2的移动台来接收，或者可以通过信道估计由发送器来测量。有益的是，对于物理信道和服务类别的每个组合，计算可获得的数据率。
因为可以获得的数据率依赖于传输的参数，诸如前向纠错编码率和方案、调制方案、调制方案、功率控制、HARQ方案、冗余版本选择等，所以必须假定这些值作为数据率的计算的输入。因此，DRC计算单元912也确定这些假设，这在此由于其推测特性而被称为“虚拟链路适配”。所有的DRC信息可以直接地被传送到MAC/物理调度器909(箭头919)，并且/或者被传送到优先级值计算单元911(箭头915)。
所述数据率信息用于在分组复用单元908内的物理数据块信息(箭头916)，因为它确定在给定的共享物理信道上在一个物理帧内可以发送给定服务类别的哪个数据量。相同的方式，可以向HARQ协议处理单元通知关于适当的HARQ方案的信息。
作为用于调度量度的基础，MAC/物理调度器和PCH映射单元909从优先级计算单元911，接收物理信道501-508和服务类别的每个组合的优先级信息。这样的优先级计算可以基于在缓冲器内并且属于所述服务类别的数据的提供到期时的时间减去实际时间(生存时间)的差，或基于在期望的传输数据率和在最近的实际传输率之间的比率。在所述优先级计算基于可以对于在一个服务类别内的不同数据分组不同的特性时，在一个类别内的所有缓冲分组的最差值可以被确定，并且用于计算优先级值。
所述优先级值也可以依赖于来自DRC计算单元912的输入。可以使用对于所有QoS类相同的算法来计算它们。或者，可以根据对于相应的QoS类最重要的参数，使用对于不同QoS类不同的算法来计算它们。这样的参数可以包括所需要的或实际的数据率、所需要的或实际的分组错误率、或者所需要的或实际的分组延迟。作为另一种替代方式，可以使用表示固定QoS优先级、服务类别优先级或用户相关值的固定值，作为优先级值或作为对于优先级值计算的附加输入。
根据从优先级计算单元911输入并且选用地从DRC计算单元912输入的信息，所述调度器计算每个服务类别和每个物理信道--优选的是对于每个帧--的调度量度。根据所述调度量度，它选择要服务的服务类别(即在图3的替代方式中，队列904-907之一)，并且将来自所选择的服务类别(队列)的数据映射到共享物理信道。按照共享信道概念，可以将来自任何服务类别(在图3中的队列904-907)的数据映射到任何共享物理信道。但是，按照本发明的原理，在一个物理帧内，来自单个服务类别的数据被专门映射到一个共享物理信道。这允许在物理处理单元910内按照QoS要求的链路适配，所述物理处理单元910执行从MAC/物理调度器和PCH映射单元909接收的数据块的编码和调制。所述调度信息被传送到(箭头918)HARQ协议处理器/分组复用器908，以用于将分组复用为物理数据块。
HARQ协议处理/分组复用单元908从指定的服务类别(在图9中的队列904-907)收集要组合为物理数据块的分组。它将所述分组组合为物理数据块，并且根据来自接收器(即用户U1和U2的移动台)的否认消息(未示出)，控制数据的重发。仍然基于每个服务类别来执行将分组组合为数据块。
HARQ协议处理/分组复用单元908将数据块传送到MAC/物理调度器和PCH映射单元909。这个单元位于MAC层和物理层之间的边界913上。
根据映射判定，MAC/物理调度器和PCH映射单元909向物理处理单元910传送被调度的数据块。单元910进一步接收传输参数信息以用于适当的处理。这可以不同的方式来实现，仍然产生相同的结果每个共享物理信道的实际数据率，匹配由作为调度判定的基础的虚拟链路适配计算的数据率。
在一种替代方式中，MAC/物理调度器909从单元912接收这个信息(箭头919)，并且将其与所述数据块一起传送到物理处理单元910上(箭头920)。在另一种替代方式中，单元909向单元912传送调度和映射信息(箭头921)，单元912选择适当的链路适配信息并且将其传送到单元910(箭头922)。也将可能处理从DRC计算单元912到物理处理单元910的所有虚拟链路适配信息，和从MAC/物理调度器和PCH映射器909到物理处理单元910的调度信息，物理处理单元910根据从MAC/物理调度器和PCH映射器909接收的调度信息，从自DRC计算单元912接收的信息拾取适当的链路适配信息。
根据所述实现，单元908-912可以在必要时交换进一步的信息。
图13是示出在如上所述的方法中执行的步骤的流程图。在步骤S1301，可以由QoS/优先级调度器903按照分组所属的服务类别，将分组复用为独立的队列。这个步骤是可选的，并且对应于在图9中所示的变量。参见此附图，队列905仅仅包含用户U1的分组。它们属于这个用户的服务S1(303)和S2(304)，它们都被分类为QoS类2。
返回参见图13，在步骤S1302中，对于服务类别和共享物理信道的至少一些组合确定虚拟链路适配参数。虚拟链路适配参数是传输参数，它们将用于在相应的共享物理信道上发送属于相应的服务类别的数据。这些参数可以包括下述的一个或多个前向纠错率和方案、调制方案、功率控制参数、HARQ方案和冗余版本。可以根据信道质量信息来确定这些参数。这个信道质量信息可以包括在接收器端的接收场强度、传输损失或信噪比。所述虚拟链路适配参数相对于所关心的服务类别所属的QoS类被优化。在一种替代方式中，这个信道质量信息由已经在相应的信道上发送的数据的接收者报告。
接着，在步骤S1303中，根据从虚拟链路适配确定的传输参数来计算可能的数据率值。所述可能的数据率值是可以或将在特定共享物理信道--具有作为确定传输参数的基础的信道质量--上获得的数据率的值。因此，对于每个服务类别，在接着的一个或多个物理数据帧内存在关于在每个共享信道上可以发送的哪个数据量的信息。对于服务类别和共享物理信道的每个组合也计算所述可能的数据率值。如果通过N个物理信道来发送来自M个服务类别的数据，则一组完整的可能数据率值将包括M·N个值。
所述可能数据率也可以依赖于对应的缓冲器的填充状态。具体上，属于所关心的服务类别并且驻留在缓冲器中的低数据量会不足以高数据率填充完整的数据帧。当每个共享信道仅仅发送来自一个帧内的一个服务类别的数据时，可以在下一个物理帧期间获得的实际数据率，不能大于等待发送的这个服务类别的数据量。
在步骤S1304，至少对于服务类别和共享物理信道的一些组合，从可能的数据率值计算优先级值。再一次，一个完整的组包括用于M个服务类别和N个信道的M·N个值。所述优先级值可以另外依赖于与对其计算所述优先级值的服务类别相关联的参数。这样的参数可以包括所需要或实际的数据率、所需要或实际的分组错误率、或者所需要或实际的分组延迟。按照所述服务类别所属的QoS类的QoS要求，可以指定需要的值。它也可以例如按照在用户和提供者之间的合同类型而依赖于特定用户。实际值要理解为从在近来的相应服务类别的传输数据确定的值。例如，如果特定的服务类别必须发送大量数据，并且还没有因此在先前帧的调度中被考虑，则实际分组延迟将会高，因此，优先级值将大于以前。在给定的示例中，这个服务类别的缓冲器也可以被良好地填充。也可以在优先级值的计算中考虑这个分组缓冲器状态。另一个缓冲器状态参数可以是例如在属于这个服务类别的缓冲器中的所述分组的生存时间。如果缓冲器包含必须在未来提供的这个服务类别的分组，则这个服务类别的优先级值应当对应地更高。
在计算优先级值中，可能有不同的算法，并且可以根据服务类别来选择所使用的算法。例如，所述计算可以依赖于所述服务类别所属的QoS类的要求。而且，它可以依赖于在运行服务的用户和网络提供商之间的合同类型。
在步骤S1305，根据优先级值来计算调度量度。按照这些调度量度，确定将在下一个物理帧期间服务的服务类别，并且确定服务类别向共享物理信道的映射(步骤S1306)。然后，在HARQ协议处理/分组复用单元908中，来自所选择的服务类别的数据分组被复用为数据块，并且所述块传送到相应的共享物理信道的物理处理单元910，它也被通知对于这个服务类别和这个共享物理信道的组合的、在虚拟链路适配中确定的传输参数。物理处理将使用这些参数来进行数据的实际传输。
在图5中描述了这样的调度和映射的示例结果。在信道505上的物理数据块512，仅仅包含属于服务306的分组512和属于服务308的分组513。两种服务306和308属于QoS类3，并且正在运行在第二移动台302上。在帧500内的信道505的所有数据分组被组合为物理数据块514。
虽然作为简化示例在图4、5和6中将所有的数据分组绘制为具有相同的大小，但是它们一般将具有可变大小，并且按照本发明的方法无限制地适用于具有可变大小的分组。
虽然通信系统可以在特殊情况下仅仅包括用于数据发送的一个共享物理信道，但是通常将会存在可用的多个共享物理信道。按照本发明的方法被有益地应用到所有的共享物理信道或所有信道的子集。然后按照现有技术映射剩余的共享物理信道和专用物理信道。
如上所述，所述说明指作为所公开的原理的所说明示例的下行链路传输。
在另一个替代方式中，物理处理910包括功率控制功能。将传输功率适配到QoS类的QoS要求，允许特别有效地使用总的传输容量。
对于在单元911中的优先级计算，关于各个分组的附加信息(例如时间标记、等待时间、生存时间)需要可用，所述信息通常被包含在分组首标中。即，如在按照本发明的系统中通信的数据分组，可以是因特网协议(IP)、传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)、RTP(实时协议)分组或任何其他的(专用)协议，按照所述协议分组包含相关信息。使用这个信息，单元911可以例如按照时间标记、等待时间、生存时间、及时提供剩余时间等，有益地确定每个分组的延迟状态(QoS状态)。在单元912内的虚拟链路适配，不仅按照所需要的QoS、而且动态地按照在要调度的物理数据块中包含的数据分组的实际QoS状态，可以调整MCS“积极性”和HARQ参数，即传输参数。例如，如果属于诸如视频会议之类的时间关键服务的分组，已经从它们的起点(相对方的终点)到调度器遇到相当大的延迟，则MCS选择将甚至更保守，并且/或者HARQ方案将尽可能强地被选择以避免任何重发。如果这样的分组已经很快地通过了网络的其他部分，则可以允许略微更积极的MCS选择。
因为一个物理数据块通常包含来自属于同一QoS类的不同服务的分组，所以最好将最关键的服务的要求应用到整个QoS类，即调整给定的物理数据块的给定信道中的给定帧的传输参数，以便可以满足具有最关键的实际QoS状态的服务的要求。
在图5中所示的示例中，每个信道仅仅包含每个帧一个数据块。例如，信道501包含数据块511，信道502包含数据块515，等等。在图6中图解了一些信道包含一个以上物理数据块的情况。例如，信道601包含数据块609和610，信道605包含数据块611和612。在这种情况下，根据系统参数和信令，两种解决方案是可能的/优选的-被映射到在一个物理帧内的一个物理信道的所有物理数据块，必须包含来自属于同一类别的服务的数据分组。这是当定义系统使得每个共享物理信道(对于可能多个物理数据块)定义一组传输参数的情形。作为说明性示例，数据块609和610都包含属于服务303的数据分组607和属于服务304的数据分组608，它们都运行在图3和9-12中的第一移动台上，并且都属于QoS类2。块611和612都包含属于运行在第一移动台上的服务305的数据分组613。
-被映射到在一个物理帧内的一个物理信道上的物理数据块，可以包含来自属于不同类别的服务的数据分组，其中，自然每个物理数据块必须仅仅包含属于相同类别的服务。这是当定义系统以便每个物理数据块定义一组传输参数、即可以每个共享物理信道定义多组传输参数时的情况。
在图5和6中所示的所有情况下，物理数据块必须不包含来自属于不同服务类别的不同服务的数据。
另一方面，必须在多个共享物理信道上分布一个单一数据块，在图6中，在共享物理信道602和606之间分布数据块614，并且在信道603和604之间分布数据块615。
虽然可能存在一定服务类别向在多个物理帧上的一个共享物理信道的固定映射，但是一般不总是这样。
帧的持续时间最好是固定的，但是它也可能从一个帧到下一个不同。当数据率被MCS频繁地改变时，两个帧虽然具有相同的持续时间但是可能包含不同的数据量。
返回参见图9-12，第一移动台(301)正在运行三个服务S1(303)、S2(304)和S3(305)。S1和S2属于同一QoS类--QoS类2--并且S3属于不同的QoS类-QoS类1。作为说明性示例，服务303可以是文件传送服务(例如FTP)，服务304是HTTP下载，而服务305可以是视频会议服务。因此，按照表3，S1(303)的QoS要求将是严格的低服务分组丢失率(例如10-8)和放松的分组延迟，通常在几秒量级。相反，S3(305)可以容忍较大的分组丢失率，诸如10-3，但是具有严格的延迟要求(例如40-90毫秒)。
在现有技术系统的情况下(图4)，来自两个服务的数据分组可以被映射到同一物理数据块/共享物理信道上。例如，信道401包含属于服务303的数据分组409和410、属于服务304的数据分组411和属于服务305的数据分组412和413。因为或者每个物理数据块或每个共享物理信道执行MCS选择，所以两个服务的分组的服务分组丢失率(剩余物理错误率)和分组延迟将相关，并且不能独立地被控制。当基于物理数据块而执行HARQ重发时(即总是重发整个物理数据块)时，会发生下面的问题-“积极的”MCS选择(至少对于初始传输)和小数量的最大HARQ重发可能不能匹配QoS类2(文件传送)的严格分组丢失率要求，因为剩余的物理错误率(服务分组丢失率)将太大。
-“积极的”MCS选择(至少对于初始传输)和大数量的最大HARQ重发可以匹配QoS类2的严格分组丢失率要求，但是可能不能匹配QoS类1的严格分组延迟要求。即，来自服务305的服务分组412和413到达接收器太晚，并且分组被应用丢弃。这导致空中接口资源的低效使用，因为已经被重发几次的这些分组当它们到达太晚时对于应用是无用的。
-“非积极的”MCS选择可以匹配QoS类2(文件传送)的严格分组丢失率要求，但是可能不能有效地使用空中接口资源。“积极的”MCS选择通常使用具有较高数据率的调制方案，产生较好的空中接口吞吐量效率，其代价是提高延迟。
在按照图5的系统的情况下，信道502(物理数据块511)仅仅承载服务303的数据分组516和服务304的数据分组517，它们都属于QoS类2。信道506(物理数据块519)仅仅承载属于服务305的分组518。因此，可以按照服务的QoS类的要求，执行在一个帧内的物理信道/数据块的MCS和HARQ参数选择，因为每个信道承载在一个物理帧内的同一QoS类的服务的数据。参数的有益设置如下-具有严格分组丢失要求的延迟关键QoS类很“保守”的MCS选择、低/中间数量的最大重发，如果可能，强HARQ方案-具有放松的分组丢失要求的延迟关键QoS类“保守”的MCS选择，低数量的最大重发，弱HARQ方案足够-具有严格分组丢失要求的延迟非关键QoS类“积极的”MCS选择，高数量的最大重发，如果可能，强HARQ方案
-具有放松的分组丢失要求的延迟非关键QoS类很“积极”的MCS选择，低数量的最大重发，弱HARQ方案足够如上所述，整体MAC和物理层QoS控制依赖于MCS选择、HARQ参数/方案和MAC/物理调度器的组合操作。对于上述的示例，承载属于服务303(文件传送)和服务304(HTTP下载)--都属于QoS类2--的数据分组的信道502，应当具有“积极的”MCS设置、和具有大量最大重发的强HARQ方案。承载属于QoS类1的服务305(视频会议)的数据分组的信道506，应当具有“保守的”MCS设置，并且具有小数量的最大重发的不太强的HARQ方案将足够。
在一些系统中，仅仅单个HARQ方案可用，或者由于配置原因，仅仅配置单个HARQ方案，即，仅仅在最大重发数量上控制HARQ设置。
共享物理信道的定义可以在逐帧基础上改变，可以在半静态基础上被配置，或者可以是固定的。例如，在OFDMA、OFCDMA或MC-CMDA系统中，一个共享物理信道可以包含一个或多个副载波块，它们又通常包含几个副载波。构成一个副载波块的所述副载波可以在可用带宽上相邻或分布。如果配置了多个共享物理信道，则所述共享物理信道可以包含可变数量的副载波块。
现在参见图7，它示出了一种有益的可能如何避免由分组大小和物理帧大小的不匹配引起的传输容量的损失。在图7中，一个共享物理信道701被示出为一个说明性示例。702、703和704是三个帧。分组705和706属于第一QoS类，分组709和710属于第二QoS类。属于两个QoS类的服务可以运行在同一移动台上，或者属于第一QoS类的服务运行在与属于第二QoS类的服务不同的移动台上。分组705例如被映射到在信道701中的帧702上。因为它包含比在帧702期间(按照MCS选择)可以发送的数据更少的数据，所以剩余一些传输容量。为了允许在帧702期间的共享物理信道701的传输参数对于第一QoS类的QoS要求的个别适配，不应该向同一帧内映射属于不同QoS类的服务的分组。但是，下一个分组706对于在帧702中的剩余空间太大。在此示出的解决方案是将分组706分段为2个(或可能更多)更小的分段，在此是707和708，以便分段707填充帧702的剩余空间。
在另一个有益的实施例中，并且如结合分组首标信息上述，QoS类特定MCS和HARQ参数选择，不仅可以被适配到被发送的数据的相应QoS类的要求，而且另外或仅仅被动态适配到属于被复用到共享物理信道上的QoS类的分组或服务的实际QoS状态，诸如实际延迟状态或被监视的当前丢失率。在图8中描述了对应的系统。数据发送器801配备了在图3或9-12中示出的发送系统，特别包括链路适配单元313、910和执行HARQ协议处理的分组复用单元310、908。数据发送器801还包括具有天线804的射频发送器。在RF链路805的共享物理信道上向数据接收器802的接收单元806发送数据。接收单元806也包括QoS监视单元807，用于监视QoS参数的值，诸如实际分组延迟或实际分组丢失率。这个信息通过发送系统808、第二RF链路809和接收单元810被发回链路适配单元313、910和HARQ协议处理单元310、908，它们可以因此反应。例如，当剩余分组丢失率太高时，可以提高重发的最大数量，可以减少MCS“积极性”，或者可以提高发送功率。当实际分组延迟大于对其指定数据的服务所允许时，链路适配单元可以例如选择较不积极的MCS，或者降低HARQ算法的重发的最大数量。
如上所述，一个信道通常包含来自属于同一QoS类的不同服务的分组。因此，在大多数关键状态中的服务的要求最好定义传输参数。在关于分组的实际QoS状态的一个以上方面的信息--诸如实际延迟状态加实际丢失率--可用的情况下，有益的是，定义用于接入的规则，这个方面更关键。例如，根据QoS类，关键延迟状态可以覆盖时间关键服务的关键丢失率，并且关键丢失率可以覆盖诸如文件下载之类的服务的关键延迟状态。另一种可能将是有可能再一次根据相应的QoS类而定义每个方面的极限。然后，最关键的服务将是与任何极限最接近的服务。第三种可能将是定义组合的QoS量度，它是各个服务的不同实际QoS状态(延迟、丢失率等)的加权组合。那么最关键的服务将是最大化/最小化组合的QoS状态量度的服务。一种替代手段将是分别查找每个QoS方面的最关键的服务，并且根据每个方面的相应最关键值来调整多个传输参数。
在另一个有益的实施例中，也可以不在接收器监视QoS状态而执行传输参数的动态适配。在此，仅仅发送器801通过处理从数据接收器802接收的接收HARQ ACK/NACK信号，监视例如延迟和分组丢失率统计。
图14图解了基站1400的结构，其中，可以使用如上所述的方法。它包括处理器1401，其被配置用于处理数据，执行协议功能，并且控制基站的部件。它可以包括一个或多个可编程的微处理器或微控制器以及用于存储数据和指令的存储器。使得处理器执行按照本发明的方法的指令，可以被存储在非易失性半导体存储器1406中，诸如只读存储器、可编程只读存储器、快闪存储器等。另外，它可以被存储在其他的计算机可读媒体1407上，诸如磁盘、磁带和光盘，以使用适当的读取器1408下载到处理器1401的非易失性存储器1406中。处理器1401也可以包括硬件逻辑，它可以是固定的或现场可编程的。也可以在这样的硬件逻辑中执行所述方法或者其部分。
基站1400也包括发送器1402和接收器1403，用于建立到移动台的无线连接；以及，网络接口1404，用于将其直接地或经由其他设备(未示出)连接到无线网络的核心网络1405。
按照本发明的方法有益地提供如下可能将物理信道的传输参数分别适配到在所述信道上发送的数据所属的QoS类的所需要的服务质量。结合物理映射和QoS映射有益地允许将调度和映射适配到信道质量，以便可以在最适合于其QoS要求的物理信道上发送数据。而且，按照本发明的方法允许根据分组缓冲器的状态来执行调度。这允许更好地满足QoS要求。按照本发明的方法的另一个优点是可以经济地使用物理信道的传输容量。本发明的另一个优点是通过将特定用户的数据映射到对于这个特定用户具有良好传输质量的信道，可以改善传输数据率和错误率。
权利要求
1.一种用于在无线通信系统中优化服务质量的方法，所述无线通信系统在至少一个共享物理信道上以多个帧的时间间隔来发送数据分组，其中，按照与服务相关联的服务质量要求，将所述服务分类为多个服务质量类，并且所述数据分组被分配到各服务类别，其中，给服务类别的至少一部分，仅仅分配专属于与一个用户或用户组相关联的服务、和专属于所述服务质量类之一的分组，所述方法包括以下步骤a)根据关于所述分组、所述服务类别和/或所述至少一个共享物理信道的信息，计算调度量度(S1305)；并且b)根据所述调度量度来确定接着服务所述服务类别的哪个，并且根据调度量度来确定关于服务类别向共享物理信道的映射(S1306)。
2.按照权利要求1的方法，还包括步骤c)计算服务类别的至少一部分的优先级值，作为所述调度量度的基础(S1304)。
3.按照权利要求2的方法，其中，根据下述列表中的至少一项来计算优先级值，所述列表包括所需要的数据率、实际数据率、所需要的分组错误率、实际分组错误率、所需要的延迟、实际延迟状态、被分配到服务质量类的固定值、或被分配到用户的固定值，其中，所述至少一项与被计算优先级值的服务类别相关联。
4.按照权利要求2或3的方法，其中，根据被计算优先级值的服务类别，使用至少两种不同的算法用于计算优先级值。
5.按照权利要求2到4之一的方法，其中，将M个服务类别的分组映射到N个共享物理信道，其中，步骤c)(S1304)包括计算M·N个优先级值，对服务类别和共享物理信道的每个组合一个。
6.按照权利要求2到5之一的方法，还包括步骤d)计算服务类别和共享物理信道的组合的至少一部分的可能数据率值(S1303)，其中，步骤c)(S1304)基于步骤d)的结果。
7.按照权利要求6的方法，其中，M个服务类别的分组被映射到N个共享物理信道，并且步骤d)(S1303)包括计算M·N个可能数据率值，对服务类别和共享物理信道的每个组合一个。
8.按照权利要求7的方法，还包括步骤e)将虚拟链路适配参数(S1302)确定为步骤d)(S1303)的基础。
9.按照权利要求8的方法，其中，所述虚拟链路适配参数包括下述列表的至少一个，所述列表包括前向纠错率、前向纠错方案、调制方案、功率控制参数、用于混合自动重复请求的方案和冗余版本。
10.按照权利要求8或9的方法，其中，根据物理信道的信道质量信息，在步骤e)(S1302)中确定所述虚拟链路适配参数。
11.按照权利要求10的方法，其中，所述信道质量信息包括接收场强度、传输丢失值或信噪比值。
12.按照权利要求10或11的方法，其中，从在所述物理信道上发送的数据的接收者，接收所述信道质量信息的至少一部分。
13.按照权利要求8-12之一的方法，其中，在步骤e)(S1302)中，根据在所述服务类别内的分组所属的服务质量类，确定虚拟链路适配参数，对于所述服务类别计算所述可能接收率值。
14.按照权利要求8-13之一的方法，其中，根据被计算所述可能数据率的服务类别的分组缓冲器的状态，计算所述可能数据率。
15.按照前述权利要求之一的方法，还包括如下步骤按照分组被分配到的服务类别，将分组复用为队列。
16.一种计算机可读存储介质，其上存储了指令，当所述指令在无线通信系统的基站(1400)的处理器(1401)中被执行时，使得所述处理器执行权利要求1-15之一的方法。
17.一种用于无线通信系统的基站(1400)，包括网络接口(1404)，用于将其连接到所述无线通信系统的核心网络(1405)；无线发送部件(1402)；以及处理器(1401)，用于控制所述发送部件，并且用于在所述发送部件的至少一个共享物理信道上，以多个帧的时间间隔来发送数据分组，其中，按照与服务相关联的服务质量要求，将所述服务分类为多个服务质量类，并且所述数据分组被分配到各服务类别，其中，给服务类别的至少一部分，仅仅分配专属于与一个用户或用户组相关联的服务、和专属于所述服务质量类之一的分组，其中，所述处理器被配置来根据关于所述分组、所述服务类别和/或所述至少一个共享物理信道的信息，计算调度量度；并且根据所述调度量度来确定接着服务所述服务类别的哪个。
18.按照权利要求17的基站(1400)，其中，所述处理器(1401)被进一步配置来计算服务类别的至少一部分的优先级值，作为所述调度量度的基础。
19.按照权利要求18的基站(1400)，其中，所述处理器(1401)被进一步配置来计算服务类别和共享物理信道的所述组合的至少一部分的可能数据率值，并且使用所述可能数据率值，作为所述优先级值的所述计算的基础。
20.按照权利要求19的基站(1400)，其中，所述处理器(1401)被进一步配置来确定虚拟链路适配参数，作为所述可能数据率值的所述计算的基础。
21.按照权利要求17-20之一的基站(1400)，其中，所述处理器(1401)被进一步配置来按照分组被分配到的服务类别，将分组复用为队列。一种无线通信系统，包括按照权利要求17-21之一的至少一个基站(1400)。
全文摘要
提供一种方法、基站和无线通信系统，它们允许提供优化的服务质量给在共享物理信道上发送的、属于不同的QoS类和不同用户的多个服务的每个。数据分组被分配到各服务类别。给每个服务类别，仅仅分配专属于与一个用户或用户组相关联的服务、和专属于所述服务质量类之一的分组。根据关于分组、服务类别和/或共享物理信道的信息，计算调度量度，并且根据所述调度量度，确定接着要服务所述服务类别的哪个。
文档编号H04L12/56GK1981489SQ200480043282
公开日2007年6月13日 申请日期2004年12月3日 优先权日2004年6月8日
发明者克里斯琴·温格特, 艾可·塞德尔 申请人:松下电器产业株式会社