专利名称：为多载波无线通信系统调度数据传输的方法
背景技术：
蜂窝通信网络通常包括由无线或者有线连接耦接、并且通过不同类型通信信道接入的各种通信节点。每个通信节点包括相应的协议栈，其处理分别在通信信道上发送和接收的数据。取决于通信系统的类型，各个通信节点的操作和配置可以不同，而且经常被称为不同的名称。这样的通信系统包括，例如，码分多址2000(CDMA2000)系统和通用移动电信系统(UMTS)。
第三代无线通信协议标准(例如，3GPP-UMTS，3GPP2-CDMA2000等)可以在上行链路(UL)(例如，从移动台(MS)或者用户设备(UE)到基站(BS)或者Node B(节点B)的通信流)中采用专用的业务信道。专用信道可以包括数据部分(例如，依据UMTS版本99/4/5/6协议的专用物理数据信道(DPDCH)、依据CDMA2000协议的基本信道或者辅助信道等)，以及控制部分(例如，依据UMTS版本99/4/5/6协议的专用物理控制信道(DPCCH)，依据CDMA2000协议的导频/功率控制子信道等)。
在无线通信系统中的射频(RF)载波是其中相应地发送与接收无线信号的无线波段的固定范围(fixed span)。在当前的第三代(3G)无线系统中，为了简单和快速进入市场的要求，仅仅要求每个用户在任何给定时间支持单个载波(SC)。当前第三代合作伙伴项目2(3GPP2)和第三代合作伙伴项目(3GPP)考虑了SC系统，并且为频分双工(FDD)和高芯片率时分双工(TDD)定义了1.25MHz和5MHz的频谱，并且为低芯片率TDD定义了1.5MHz的频谱，作为用于无线通讯的一个载波带宽的单位。
然而，随着来自宽带技术、诸如微波接入全球互通(WorldInteroperability for Microwave Access，WiMax，具有20-135MHz的频谱)和超宽带(UWB，具有500MHz的频谱)的竞争压力日益增加，在3GPP和3GPP2中正进行努力以支持多载波(MC)系统。MC系统不同于SC系统之处在于，MC系统可以在多个载波当中而不是在单个载波中分配每个用户的业务流。使用多个载波向用户分配数据以及让每个用户支持一个以上的载波，将提供比今天的3G系统的数据吞吐率高10到20倍的数据吞吐率。
因为大多数的QoS控制机制与分组交换领域紧密相关，所以图1说明了依据UMTS分组数据协议进行操作的传统的无线通信系统100。参见图1，无线通信系统100可以包括多个节点B 110，每个节点B 110服务于相应覆盖区域中的用户设备UE 105的通信需求。节点B 110连接到无线网络控制器(RNC)120。RNC连接到GPRS服务支持节点(SGSN)130。RNC 120处理某些呼叫和数据处理功能，诸如，自发地管理切换(handover)而不涉及SGSN 130。SGSN 130处理将呼叫和/或数据路由到在无线接入网络(RAN)170中的其它单元(例如，RNC 120)，或者路由到包括例如网关GPRS支持节点(GGSN)140、策略判定功能(PDF)150和应用功能(AF)160在内的核心网络。
图2说明了依据CDMA2000 1xEV-DO协议进行操作的传统的无线通信系统。参见图2，无线通信系统200可以包括多个基站收发信机(BTS)220，每个BTS服务于相应覆盖区域中的用户设备或者移动台(MS)205的通信需求。BTS 220连接到BSC 215。BSC 215连接到分组控制功能(PCF)225。PCF 225连接到分组数据服务节点(PDSN)210，而PDSN 210连接到本地验证、授权和记帐服务器(AAA)230。传统无线通信系统200中的BTS 220和BSC 215分别起到与它们在传统无线通信系统100中的对应部分、即节点B 110和RNC 120相似的作用。同样地，无线通信系统200中的PCF 225起到类似于无线通信系统100中的SGSN 130的作用；无线通信系统200中的PDSN 210起到类似于无线通信系统100中的GGSN 140的作用。
节点B 110和BSC 215通常包括调度器，其实现了为UE 105和MS 205进行调度(例如，确定传输率等)的调度算法。诸如循环法(Round Robin，RR)、最高速率用户优先(HRUF)、最短剩余处理时间最快(SRPT)、按比例公平(Proportional Fairness，PF)等之类的各种RF载波调度算法是本领域中众所周知的，而且用于调度UE 105和MS 205以便进行传输。然而，传统的调度方法都不能有效地在MC系统中实现。
发明内容
本发明的一个或多个示例实施例旨在提供一种在多载波通信系统中调度数据传输的方法。
本发明的示例实施例提供了一种在多载波无线通信系统中调度多个移动台中的至少一个以便进行数据传输的方法。该方法包括基于从多个移动台接收的RF测量和多个移动台的服务质量(QoS)，在多载波无线通信系统的多个载波的至少一个载波上第一次调度至少一个移动台。
根据本发明的示例实施例，第一次调度步骤包括创建包括每个移动台的排名列表在内的排名矩阵，并且使用该排名矩阵来区分多个移动台的优先次序以便进行调度。排名列表包括用于多个载波中的每一个载波的排名值。
根据本发明的示例实施例，创建步骤包括基于RF测量，对于多个载波中的每一个载波，将第一值分配给多个移动台中的每一个，以生成第一列表，并且基于该第一列表生成排名矩阵。第一值表示多个移动台中的每一个对于多个移动载波中的每一个的优先选择(preference)。
根据本发明的示例实施例，创建步骤还包括基于多个移动台中每一个的QoS、将第二值分配给多个移动台中的每一个，以生成第二列表。第二值表示每个移动台相对于多个移动台中的其它移动台的优先级。此外，生成步骤基于第一列表和第二列表生成排名矩阵。
根据本发明的示例实施例，生成步骤根据等式(1)组合第一列表和第二列表ri，j＝ws·sij+wp·pji＝1，2，...，n；j＝1，2，...，m(1)其中，ri，j表示排名值，i表示移动台的数目，j表示载波的数目，sij表示第一列表中的第一值，pj表示第二列表中的第二值，以及ws和wp是加权因子。
根据本发明的示例实施例，第一次调度步骤还包括基于与最高优先级相对应的排名值来选择要调度的移动台和载波；在调度间隔期间确定选定的载波是否可以支持选定的移动台；并且基于确定步骤第二次调度选定的移动台。
依据本发明示例实施例，确定步骤计算用于从选定移动台发送数据的负载，并且基于所计算的负载确定是否应该在选定载波上调度选定移动台。
依据本发明的示例实施例，第二次调度步骤包括将选定移动台标记为处理过了，以便使得在调度间隔期间仅仅选择选定移动台一次。
依据本发明的示例实施例，第二次调度步骤包括判定多个移动台中的全部移动台是否都被标记为处理过了，并且基于该判定步骤结束调度循环。
依据本发明的示例实施例，第二次调度步骤继续进行，直到多个移动台中的全部移动台都被标记为处理过了为止。
根据本发明的示例实施例，创建步骤包括基于多个移动台中每一个的QoS、将第二值分配给多个移动台中的每一个以生成第二列表，并且基于该第二列表生成排名矩阵。第二值表示每个移动台相对于多个移动台中的其它移动台的优先级。
根据此处在下面给出的详细说明和附图，本发明的示例实施例将获得更充分的理解，在附图中用类似的参考数字表示类似的单元，而且附图仅仅以举例说明的方式给出并且因此不对本发明有所限制，而且在附图中
图1说明了依据UMTS协议进行操作的现有技术中的无线通信系统；图2说明了依据CDMA2000 1xEV-DO协议进行操作的现有技术中的无线通信系统；图3是依据本发明的、为多载波系统调度数据传输的方法的示例实施例的流程图；图4为说明了依据本发明的示例实施例、在依据CDMA20001xEV-DO协议进行操作的无线通信系统中生成用户间(inter-user)QoS排名列表P的信令图示；以及图5说明了依据本发明的示例实施例、在依据UTMS协议进行操作的无线通信系统中生成用户间QoS排名列表P的信令图示。
具体实施例方式
本发明涉及为多载波无线通信系统调度数据传输的方法。仅仅为了说明的目的，本发明的方法实施例将被描述为在图1和2中说明的传统系统中实现；然而，应当理解，本发明不局限于对这些系统的实现。
图3是说明了例如在节点B 110和BTS 220处实现的、为多载波系统调度数据传输的方法的流程图。图3中的调度算法可以以本技术领域中众所周知的许多方法启动，因此为了简洁起见，此处将不会对其进行详细地论述。例如，可以定期执行调度算法。在图3的步骤S100，相对于每个RF载波、为适合于调度的用户生成协同(synergic)排名矩阵R。适合的用户是，例如在当前调度时间启动RF资源请求的用户，其表示为U＝[u1，u2，...，un]，其中n表示适合用户的总数。确定用户正启动RF资源请求；确定由节点B 110或者BTS 220接收RF资源请求；以及确定适合用户的总数n，在本领域中都是众所周知的，而且为了简洁起见将不会在此进行论述。然而，应当注意到用户u1，u2，...，un和用户的总数可以在每个调度间隔内发生改变。
通过联合考虑用户间QoS排名列表P和载波间(inter-carrier)调度排名列表S，获得用户U的协同排名矩阵R。以下参考图3-5说明了用于创建示例排名矩阵R的用户间QoS排名列表P和载波间调度排名列表S的示例实施例。
用户间QoS排名列表P是取决于用户的高层QoS优先级的列表，并且表示为P＝[p1，p2，...，pn]。
依据本发明的示例实施例，用户间QoS排名列表仅仅取决于用户的高层QoS优先级，而与RF的变化无关。对于用户(i)而言，pi指示在QoS优先级方面的用户优先级。
在依据CDMA2000 1xEV-DO协议进行操作的无线通信系统中，“订户QoS简档表(profile)”可以用来生成pi。通常为每个用户(i)创建并且在AAA 230中预先配置订户QoS简档表。订户QoS简档表用于指示分配给每个用户的可允许的QoS属性。订户QoS简档表是早已所知的，并且在3G系统中使用，因此为了简洁起见将不会在此处进行详细说明。
图4为说明了依据本发明的示例实施例、在依据CDMA20001xEV-DO协议进行操作的无线通信系统中生成用户间QoS排名列表P的信令图示。
如图所示，用户(i)MS 205启动分组呼叫，以经由RAN 270在用户(i)MS 205和分组数据服务节点(PDSN)210之间建立点对点协议(PPP)会话。在图4中，为了易于说明，将BTS 220、BSC 215和PCF 225视为一个整体，并且在此处将其称为RAN 270。PDSN 210然后发送接入请求到AAA 230，以请求用户(i)MS 205的订户QoS简档表。响应于来自PDSN 210的接入请求，AAA 230验证来自PDSN210的请求，并且如果验证了该接入请求，则将订户QoS简档表发送到PDSN 210。PDSN 210然后将该订户QoS简档表传递到RAN 270。在从PDSN 210接收了订户QoS简档表之后，RAN 270获得称为“QoS排名”的参数。表格1说明了3GPP中用于参数“QoS排名”的定义的示例。
表格13GPP中的QoS排名定义
参见表格1，基于业务类别和业务处理优先级，可以分配六个不同的用户间QoS优先级值之一。依据本发明的示例实施例，QoS优先级值pi等于最大QoS排名值减去当前的QoS排名值。QoS优先级值pi越低，基于用户请求分配给用户的优先级也越低。例如，如果用户(1)的业务类别是“交互式”而且业务处理优先级是“2”，则如下所示计算QoS排名值pi6-4＝2。作为第二示例，如果用户(2)的业务类别是“后台”而且业务处理优先级是“不适用”，则如下所示计算QoS排名值pi6-6＝0。如上所述，QoS优先级值pi越低，基于用户请求分配给用户的优先级也越低。参考以上所述，如果优先级仅仅基于QoS优先级，则用户(1)将在用户(2)之前进行调度。
如上所指出的，表格1是用于3GPP系统的QoS排名定义。在3GPP2系统的“订户QoS简档表”中没有明确地定义QoS排名。然而，本领域的技术人员应当理解BS 220可以使用业务类别和本地业务处理优先级，生成用于计算QoS排名值pi的类似QoS排名表格。
参见图4，用户(i)MS 205发送服务QoS请求到BSC 215。如本领域中众所周知的那样，服务QoS请求可以包括业务类别和业务处理优先级。响应于服务QoS请求，BSC 215基于该服务QoS请求执行授权和允许控制过程。例如，在BSC 215从用户(i)MS 205接收了服务QoS请求之后，BSC 215基于包括在服务QoS请求中的业务类型和业务处理优先级、计算用于用户(i)MS 205的QoS排名值pi。然后创建包括用于每个适合用户的QoS排名值pi的QoS排名列表[p1，p2，...，pn]。
图5说明了依据本发明的示例实施例、在依据UTMS协议进行操作的无线通信系统中生成用户间QoS排名列表P的信令图示。
如图5所示，UE 105经由RAN 170将包含所请求的QoS的激活(辅助)PDP上下文(Context)消息发送到SGSN 130。SGSN 130生成包含从UE 105接收的、所请求的QoS在内的相应的创建PDP上下文消息，并且将其发送到GGSN 140。
GGSN 140生成公共开放策略服务请求(Common Open Policyservice Request，COPS REQ)消息，并且将该消息发送到PDF 150，以便获得相关的策略信息。PDF 150发送服务信息的授权请求到AF160。AF 160将服务信息发送到PDF 150。基于从AF 160接收到的信息，如果会话描述与在PDF 150中定义的运营商策略规则一致，则PDF150应该授权AF会话的所需要的QoS资源，并且在它的内部数据库中安装IP承载(bearer)级策略。然后，PDF 150将公共开放策略服务判定(COPS DEC)消息发送回到GGSN 140。GGSN 140发送公共开放策略服务报告(COPS RPT)消息到PDF 150。
GGSN 140然后将基于网际协议(IP)流的策略信息映射到基于PDP上下文的策略信息中，并且使用基于PDP上下文的策略信息接受从UE 105接收的激活PDP上下文消息。为了接受从UE 105接收的激活PDP上下文消息，GGSN 140发送适当的创建PDP上下文响应消息到SGSN 130。一旦由SGSN 130接收了适当的创建PDP上下文响应消息，就使用在SGSN 130和RAN 170的无线网络控制器(RNC)(未示出)之间执行的RAB分配过程完成无线接入承载(RadioAccess Bearer，RAB)建立。RAB用于经由RAN 170的节点B(未示出)从UE 105发送与接收信息。如本领域中众所周知的那样，在RAB分配过程期间发送的RAB分配请求消息包括包含在RAB参数中的QoS参数。当成功地建立了用于UE 105的RAB时，SGSN 130然后将激活(辅助)PDP上下文接受消息作为对激活(辅助)PDP上下文消息的响应发送到UE 105。
依据本发明的示例实施例，QoS参数可以由节点B(未示出)用来如上所述地计算QoS排名值pi(例如，pi等于(最大QoS排名值-当前QoS排名值))。然后创建包括用于每个适合用户的QoS排名值pi的QoS排名列表P＝[p1，p2，...，pn]。
除了如以上关于图4和5所说明的示例所讨论的那样生成用户间QoS排名列表P之外，BTS和/或节点B还必须生成载波间调度排名列表S，以生成协同排名矩阵R。
基于RF状态生成表示为Si＝[si1，si2，...，sim]的载波间调度排名列表，其中i是从1到n的整数，而且m是包括在MC无线通信系统中的载波的总数。载波间调度排名列表基于来自用户(i)的反馈区分RF载波的优先选择(preference)的优先次序。载波间调度排名列表Si反映了从RAN 170、270的角度来看用户对载波的优先选择。低的载波排名值sik(i是从1到n的整数；k是在1和m之间的整数)指示载波k不是用户(i)所希望的，而且值为零的载波排名值指示在相应的载波k中没有来自用户(i)MS 205、UE 105的报告信号。
在大多数的无线通信系统中，用户(i)定期地向RAN 170、270报告用户(i)所察觉到的RF信号。在CDMA2000 1xEV-DV和UMTSHSDPA中，反馈被称为信道质量指示符(CQI)值，而且在CDMA20001xEV-DO中，这样的反馈被称为数据速率控制(DRC)值。因而，CQI值和DRC值是本技术领域中众所周知的，并且为了简洁起见此处将不进行详细的论述。
依据本发明的示例实施例，如在以下的示例中将描述的那样，基于这个反馈生成载波间调度排名列表Si。例如，如果从用户(i)接收的、有关载波1到载波6的反馈是[-30.2dBm，-23.4dBm，-32.6dBm，-7.5dBm，-10.2dBm，没有报告]，则载波间调度排名列表Si＝[2，3，1，5，4，0]。这个载波间排名列表Si指示从RAN 170，270的角度来看用户(i)的调度优先级在载波1上是2，在载波2上是3，在载波3上是1，在载波4上是5，在载波5上是4，而且在载波6上是0。用于载波6的0指示用户(i)、例如MS 205或者UE 105不支持载波6。作为第二示例，如果来自用户(i)的反馈是[-31.2dBm，-45.1dBm，-12.4dBm，-53dBm，-3.5dBm，-76dBm]，则这个用户的载波间调度排名列表Si应该是Si＝[4，3，5，2，6，1]。
返回参见图3中的流程图的步骤S100，通过联合考虑用户间QoS排名列表P和载波间调度排名列表S，获得用户U的协同排名矩阵R。因此，在每个调度时间，为每个用户(i)生成用户间QoS排名列表P和载波间调度排名列表S。
依据本发明的示例实施例，基于用户间QoS排名列表P和载波间调度排名列表Si创建每个用户(i)的排名列表Ri。然后组合每个适合用户的排名列表以形成协同排名矩阵R。下面的表格2中示出了示例协同排名矩阵R，其包括协同排名值ri，j其中i是表示用户的从1到n的整数；而j是表示RF载波的从1到m的整数。
表格2协同排名矩阵R
存在有各种组合和/或合成用户间QoS排名列表P和载波间调度排名列表Si以产生协同排名矩阵R的方法。
依据本发明的示例实施例，依据等式(1)计算协同排名值ri，jri，j＝ws·sij+wp·pji＝1，2，...，n；j＝1，2，...，m(1)其中，0＜ws，wp＜1，它们是分别用于用户间QoS优先级和载波间调度优先级的加权因子。
此外，依据本发明的示例实施例，可以这样设置ws和wp，以便使得ws+wp＝1。因而，ws和wp可以用来平衡对于MC无线通信系统来说用户间QoS和载波间调度的重要性。例如，如果在MC无线通信系统中认为用户间QoS排名列表P比载波间排名列表Si更重要，则wp应该大于0.5。
协同排名值r1，2表示在射频载波f2中的用户(1)的调度优先级。依据本发明的示例实施例，低的协同排名值ri，j指示用户(i)、例如MS 205或者UE 105在RF载波fm上的低的调度优先级。此外，协同排名值ri，j等于0，指示不能将载波fj调度给用户i。
返回参见图3中的流程图，一旦生成了协同排名矩阵R，则调度算法继续到步骤S200。在步骤S200中，分析协同排名矩阵R，并且在一轮调度中、选择在全部未被调度的用户当中具有最高优先级的协同排名值ri，j。
在图3的步骤S300中，计算与选定的协同排名值ri，j相关联的用于发送数据(即，在RF载波fj上的来自选定用户(i)的数据)所需要的负载。计算数据传输所需要的负载在本技术领域中是众所周知的，因此为了简洁起见，此处将不进行论述。
在步骤S400，确定在步骤S300中计算的所需要的负载是否将使RF载波fj过载。如果在步骤S400中的确定指示将所需要的负载添加到与选定的协同排名值ri，j相关联的RF载波fj的当前负载上将不会使RF载波fj过载，则如图3中的步骤S500所示，在这一轮调度中调度与选定的排名值ri，j相关联的用户(i)。相反地，如果在步骤S400中的确定指示将所需要的负载添加到与选定的协同排名值ri，j相关联的RF载波fj的当前负载上将会使RF载波fj过载，则如步骤S600所示，在这一轮调度中跳过在RF载波fj中的用户(i)数据的调度。
参见图3中的流程图，调度算法然后继续到步骤S700。在步骤S700，将与选定的协同排名值ri，j相关联的用户(i)标记为在这一轮调度中已被调度了，并且调整RF载波fj中的载波负载。特别是，如果在步骤S400中的确定指示通过将所需要的负载添加到RF载波fj的当前载波中将不会使RF载波fj过载，则将RF载波fj的负载增加所需要的负载，然而，如果在步骤S400中的确定是通过将所需要的负载添加到RF载波fj的当前负载中将会使RF载波fj过载，则RF载波fj的负载保持不变。
图3中说明的调度算法然后继续到步骤S800。在步骤S800，如果在当前一轮的调度期间有至少一个用户(i)被标记为已被调度了，则调度算法继续返回到步骤S200，并且重复步骤S200到S800，否则该调度算法结束。
如上所述，本发明的示例实施例通过创建和使用基于用户间QoS排名列表P和载波间调度排名列表S的协同排名矩阵R，提供了一种调度MC RF资源的有效和/或简单的方法。
因此描述了本发明的示例实施例，显然同样的方法可以以许多方式发生改变。这样的变化不被认为是背离了本发明，而且试图将所有这样的修改包括在本发明的范围之内。例如，不打算使本发明的示例实施例限制合成用户间排名列表P和载波间调度排名列表S的方法；此外，意图使这个发明覆盖生成用户间QoS排名列表P、生成载波间调度排名列表S、使用用户间QoS排名列表P和载波间调度排名列表S来创建协同排名列表R、以及使用该协同排名列表R来在MC通信系统中有效地调度RF资源的所有形式。
权利要求
1.一种在多载波无线通信系统中调度多个移动台中的至少一个以便进行数据传输的方法，该方法包含基于从多个移动台接收的RF测量和多个移动台的服务质量-QoS，在该多载波无线通信系统的多个载波的至少一个载波上第一次调度至少一个移动台。
2.如权利要求1所述的方法，其中第一次调度步骤包含创建排名矩阵，该排名矩阵包括用于每个移动台的排名列表，该排名列表包括用于多个载波中的每一个载波的排名值；以及使用该排名矩阵来区分多个移动台的优先次序以便进行调度。
3.如权利要求2所述的方法，其中创建步骤包含基于RF测量，对于多个载波中的每一个载波、将第一值分配给多个移动台中的每一个以生成第一列表，该第一值表示多个移动台中的每一个对于多个移动载波中的每一个的优先选择；以及基于该第一列表生成排名矩阵。
4.如权利要求3所述的方法，其中创建步骤还包含基于多个移动台中每一个的QoS，将第二值分配给多个移动台中的每一个以生成第二列表，该第二值表示每个移动台相对于多个移动台中的其它移动台的优先级，而且其中生成步骤基于第一列表和第二列表生成排名矩阵。
5.如权利要求4所述的方法，其中生成步骤依据等式(1)组合第一列表和第二列表ri，j＝ws·sij+wp·pji＝1，2，...，n；j＝1，2，...，m(1)其中，ri，j表示排名值，i表示移动台的数目，j表示载波的数目，sij表示第一列表中的第一值，pj表示第二列表中的第二值，以及ws和wp是加权因子。
6.如权利要求2所述的方法，其中第一次调度步骤还包含基于与最高优先级相对应的排名值来选择要调度的移动台和载波；以及在调度间隔期间确定选定的载波是否可以支持选定的移动台；以及基于确定步骤第二次调度选定的移动台。
7.如权利要求6所述的方法，其中，确定步骤计算用于从选定的移动台发送数据的负载，并且基于所计算的负载确定是否应该将选定的移动台调度到选定的载波上。
8.如权利要求6所述的方法，其中第二次调度步骤还包含将选定的移动台标记为处理过了，以便在调度间隔期间仅仅选择选定的移动台一次。
9.如权利要求8所述的方法，其中第二次调度步骤还包含判定多个移动台中的全部移动台是否都被标记为处理过了；以及基于该判定步骤结束调度循环。
10.如权利要求2所述的方法，其中创建步骤包含基于多个移动台中每一个的QoS，将第二值分配给多个移动台中的每一个以生成第二列表，该第二值表示每个移动台相对于多个移动台中的其它移动台的优先级，以及基于第二列表生成排名矩阵。
全文摘要
一种在多载波无线通信系统中调度多个移动台中的至少一个以便进行数据传输的方法，包括基于从多个移动台接收的RF测量和多个移动台的服务质量(QoS)，在该多载波无线通信系统的多个载波的至少一个载波上调度至少一个移动台。
文档编号H04W72/12GK101039505SQ20061005921
公开日2007年9月19日 申请日期2006年3月15日 优先权日2006年3月15日
发明者张文涛, 刘俊强 申请人:朗迅科技公司