专利名称：基于比例公平原则的基站多播业务调度系统及其方法
技术领域：
本发明涉及的是一种无线通信技术领域的装置及其方法，具体是一种基于比例公 平原则的基站多播业务调度系统及其方法。
背景技术：
随着移动用户对多媒体业务，比如视频剪辑、新闻资讯、天气预报等应用需求的 增长，无线通信系统正逐渐向提供高速分组数据业务的方向发展。多媒体广播多播业务 (MBMS)的出现，使得向大量用户提供多媒体业务成为现实。MBMS可以同时向大量用户传送 相同的业务，其最大优点在于取代了原有多路单播及点对点(PTP)的连接模式而采用多播 的传输模式。多播模式因其可将相同的数据内容发送给小区中的多个用户，避免了重复传 输大量相同数据而造成的空中接口拥塞，极大地提高整个网络的资源利用率。因此，多播传 输方式正日益成为多点无线通信中采用的传输方式。3GPP组织提出了支持多播方式的多媒 体业务MBMS (多媒体广播多播业务)，3GPP2组织也提出了对应的广播多播业务BCMCS。多播传输方式中，基站发射机将相同的数据发送给小区中属于同一多播组的多个 用户。在多播方式的每个传输时隙，基站发射机只能以同一个速率向小区中的一个多播组 发送数据。在多播业务传输过程中，小区中存在多个多播组并且每个多播组中包含不同数 目的用户。一般而言，属于同一多播组的不同用户随机分布在小区中不同位置，因此同一 多播组中的不同用户经历不同的信道条件，从而支持的最大传输速率不同。当多播系统 采用自适应调制和编码(Adaptive Modulate and Coding，AMC)，用户设备能支持不同的 传输数据速率。AMC技术主要通过用户设备反馈测量的信道质量指示(Channel Quality Indicator,CQI)信息选择合适的传输速率。基站接收用户设备反馈的CQI等信息，然后通 过UE反馈的CQI和各用户的数据传送需求，得到用户能够支持的最大传输速率《(0 ,Kit) 为多播组k用户i能够支持的传输速率。如果基站的数据传输速率高于用户设备当前时刻能够支持的最大传输速率《ω， 则用户设备将无法接收到任何传输数据。由于同一多播组中的所有用户受限于基站选择的 同一速率，因此基站对速率的选择与基站对多播组选择同等重要。如果基站选择较高的传 输速率，则多播组中许多用户将无法接收到传输数据；如果基站选择较低的传输速率，则不 能充分利用支持高传输速率的用户的信道条件。因此，对于多播传输方式而言，基站调度必 须在系统的吞吐量和用户的公平性两个方面取得折中，因此基站多播调度的核心在于选择 合适的多播组以及选择合适的传输速率。传统的多播调度方法将传输速率固定在系统的默 认速率值并且在所有多播组中进行轮询调度。系统的默认传输速率一般设置为最低的传输 速率，即处于小区最边缘的用户能够处理的传输速率。现行的CDMA2000 IxEV-DO系统就是 采用这种方式。这种策略在一定程度上保证了不同用户的公平性，但是这种策略无法充分 利用不同用户的信道条件，尤其是那些靠近基站的信道条件较好的用户。经过对现有技术的检索发现，专利名称为 "Apparatus and method for proportional fair schedulingfor multicast service in a communication system，，的美国申请专利(Pub. No. :US 2007/0115813 Al Pub. Date =May 24,2007)提出了以最大化多播比例公平准则为目标，根 据通信系统提供的信道状态信息，用户设备平均数据速率以及系统的自适应调制编码方法 来选择多播业务速率的多播调度方法。但是该技术采用的多播业务速率，同样也是多播组的最低的数据速率，该技术虽 然在一定程度上提高了多播组的吞吐量，但是该技术无法充分利用不同用户的信道条件， 尤其牺牲了那些靠近基站的信道条件较好的用户。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于比例公平原则的基站多播业 务调度系统及其方法，基于比例公平原则选择比多播组中用户要求的最低速率略高一些的 速率作为传输速率，对于多媒体应用来说，本发明在考虑比例公平原则基础上，在保证信道 条件差的用户接收到基本的服务水平的情况下，使信道条件较好的用户接收到质量更高的 数据服务。本发明是通过以下技术方案实现的本发明涉及一种基于比例公平原则的基站多播业务调度系统，包括用户信息模 块、多播组管理模块、多播组计算模块、多播组调度模块和吞吐量更新模块，其中用户信息 模块与多播组管理模块相连接并传输多播用户分组信息以及每个用户当前时刻数据速率 信息，多播组管理模块与多播组计算模块相连接并传输多播用户分组信息以及每个用户当 前时刻速率信息，多播组计算模块与多播组调度模块相连接并传输每个多播组的最优传输 速率信息以及每个多播组的效用函数信息，多播组调度模块与多播组管理模块相连接并传 输多播组选择和最优传输速率信息，吞吐量更新模块与多播组计算模块相连并传输更新后 各个多播组当前的吞吐量信息。所述的用户信息模块包括基站多播系统的一部分，用于接收用户设备发送的反 馈信息，并且得到用户能够支持的最大传输速率；基站多播系统采用自适应调制编码技术 (AMC)，用户设备能支持不同的传输数据速率。自适应调制编码技术主要通过用户设备反馈 测量的信道质量指示(CQI)信息选择合适的传输速率。基站接收用户设备反馈的信道质量 指示等信息，然后通过用户设备反馈的信道质量指示和各用户的数据传送需求，得到用户 能够支持的最大传输速率；所述的多播组管理模块包括存储器单元(比如RAM存储器)以进行多播业务多播 组的信息管理，即将各个多播组的分组信息及用户的速率信息输入到多播组计算模块；所述的多播组计算模块包括处理器单元(比如一个中央处理器CPU)以计算每个 多播组在当前时刻不同传输速率下的效应函数；所述的多播组调度模块包括调度器单元并根据多播组计算模块提供的各个多播 组的最优传输速率及效用函数最大的多播组，决定该时刻传输的多播组及该多播组的最优 传输速率。所述的吞吐量更新模块包括存储器单元(比如RAM存储器)以更新每一时刻每个 用户的吞吐量，并在更新后将每个用户的吞吐量信息反馈给多播组计算模块。本发明涉及上述系统的调度方法，包括以下步骤
第一步接收用户终端反馈数据速率信息，基站决定每个用户当前时刻能够支持 的最大可行传输速率；第二步计算每个多播组在当前时隙不同速率下的效用函数；所述的效用函数为
权利要求
一种基于比例公平原则的基站多播业务调度系统，其特征在于，包括用户信息模块、多播组管理模块、多播组计算模块、多播组调度模块和吞吐量更新模块，其中用户信息模块与多播组管理模块相连接并传输多播用户分组信息以及每个用户当前时刻数据速率信息，多播组管理模块与多播组计算模块相连接并传输多播用户分组信息以及每个用户当前时刻速率信息，多播组计算模块与多播组调度模块相连接并传输每个多播组的最优传输速率信息以及每个多播组的效用函数信息，多播组调度模块与多播组管理模块相连接并传输多播组选择和最优传输速率信息，吞吐量更新模块与多播组计算模块相连并传输更新后各个多播组当前的吞吐量信息。
2.根据权利要求1所述的基于比例公平原则的基站多播业务调度系统，其特征是，所 述的多播组管理模块包括存储器单元以进行多播业务多播组的信息管理，即将各个多播组 的分组信息及用户的速率信息输入到多播组计算模块。
3.根据权利要求1所述的基于比例公平原则的基站多播业务调度系统，其特征是，所 述的多播组计算模块包括处理器单元以计算每个多播组在当前时刻不同传输速率下的效 应函数。
4.根据权利要求1所述的基于比例公平原则的基站多播业务调度系统，其特征是，所 述的多播组调度模块包括调度器单元并根据多播组计算模块提供的各个多播组的最优传 输速率及效用函数最大的多播组，决定该时刻传输的多播组及该多播组的最优传输速率。
5.根据权利要求1所述的基于比例公平原则的基站多播业务调度系统，其特征是，所 述的吞吐量更新模块包括存储器单元以更新每一时刻每个用户的吞吐量，并在更新后将每 个用户的吞吐量信息反馈给多播组计算模块。
6.一种根据权利要求1所述系统的调度方法，其特征在于，包括以下步骤第一步接收用户终端反馈数据速率信息，基站决定每个用户当前时刻能够支持的最 大可行传输速率；第二步计算每个多播组在当前时隙不同速率下的效用函数；第三步选择使每个多播组效用函数最大的传输速率作为该多播组的最优传输速率；第四步选择所有多播组中效用函数最大的一组多播组在最优传输速率下进行传输；第五步更新多播组中每个用户在当前时刻的吞吐量。
7.根据权利要求6所述的调度方法，其特征是，所述的每个多播组在当前时隙不同速 率下的效用函数为其中传输速率为r，多播组组号为k，t为时刻，Γ/(0表示第k组第i个用户在t时刻 的平均吞吐量，Sk为第k组的用户数目，r为当前的传输速率，坎(O为多播组k用户i在t 时刻能够支持的最大传输速率。
8.根据权利要求6所述的调度方法，其特征是，所述选择使每个多播组效用函数最大 的传输速率作为该多播组的最优传输速率是指计算出各个多播组在最优传输速率的 情况下效用函数，具体由下列等式
9.根据权利要求6所述的调度方法，其特征是，所述的更新多播组中每个用户在当前 时刻的吞吐量，具体为第k组第i个用户在t+Ι时刻的平均吞吐量由下式进行更新
全文摘要
一种无线通信技术领域的基于比例公平原则的基站多播业务调度系统及其方法，包括用户信息模块、多播组管理模块、多播组计算模块、多播组调度模块和吞吐量更新模块。本发明基于比例公平原则选择比多播组中用户要求的最低速率略高一些的速率作为传输速率，在考虑比例公平原则基础上，在保证信道条件差的用户接收到基本的服务水平的情况下，使信道条件较好的用户接收到质量更高的数据服务。
文档编号H04W4/06GK101959142SQ20101024632
公开日2011年1月26日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者丁犇, 俞晖, 刘伟, 王新兵, 程鹏 申请人:上海交通大学