專利名稱：無線系統(tǒng)中公平的依賴于信道的調(diào)度系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)分組的傳輸，尤其涉及無線系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)分組的傳輸進(jìn)行公平、依賴于信道的調(diào)度。
背景技術(shù)：
在無線系統(tǒng)中，單個(gè)節(jié)點(diǎn)(例如基站)有要向多個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組。到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的分組傳輸可以按時(shí)間、空間、頻率和/或代碼來區(qū)分。通常在特定時(shí)間可以傳輸有限數(shù)量的分組，并且按空間、頻率和/或代碼進(jìn)行多路傳輸。在特定時(shí)間在哪個(gè)方向以什么頻率使用什么代碼傳輸哪些分組的決定是由節(jié)點(diǎn)中的調(diào)度器做出的。
在一個(gè)例子中，在特定時(shí)間有多個(gè)分組要從發(fā)送節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)揭还瞡(n＞2)個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)中的m個(gè)不同節(jié)點(diǎn)，而發(fā)送節(jié)點(diǎn)只能傳輸單個(gè)分組。對(duì)發(fā)送節(jié)點(diǎn)來說，并非它們所有的接收節(jié)點(diǎn)都同樣適合向其傳輸，因?yàn)閷?duì)于不同頻率、方向和碼，信道狀態(tài)會(huì)不同。另外，從發(fā)送節(jié)點(diǎn)到接收節(jié)點(diǎn)i(i＜n)的信道狀態(tài)可能隨時(shí)間變化。調(diào)度器的目標(biāo)是在合適的時(shí)間傳輸所有分組。
有多種基本的調(diào)度機(jī)制。這些調(diào)度機(jī)制的例子包括循環(huán)法以及一定范圍的信道獨(dú)立公平隊(duì)列調(diào)度器。也已經(jīng)提出了一些考慮信道狀態(tài)的調(diào)度機(jī)制。
例如Kenneth S.Lee，Magda ElZarki在“Comparison ofDifferent Scheduling Algorithms for Packetized Real-TimeTraffic Flows”中所描述的那些，該文收錄在Proceedings of 4thInternational Symposium on Wireless Personal MultimediaCommunications(WPMC’01)，2001年9月9日到12日，Aalborg，Denmark；以及Xin Liu，Edwin K.P.Chong，Ness B.Shroff在”O(jiān)pportunistic Transmission Scheduling With Resource SbaringConstraints in Wireless Networks”中所描述的那些，該文收錄在IEEE Journal on Selected Areas in Communications，Vol.19，No.10，October 2001。這些機(jī)制隨不利的信道狀態(tài)而延遲分組一段時(shí)間并轉(zhuǎn)而傳輸分組到其它節(jié)點(diǎn)。
基于循環(huán)法和公平隊(duì)列的調(diào)度機(jī)制的問題是它們不能利用變化的信道狀態(tài)。因而，這些機(jī)制可能在信道狀態(tài)很差的時(shí)間里試圖向節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致傳輸錯(cuò)誤、由于CDMA系統(tǒng)中的功率控制而導(dǎo)致功率增加(并由此導(dǎo)致沖突增加)、或者導(dǎo)致數(shù)據(jù)速率下降。已有的依賴于信道的調(diào)度機(jī)制會(huì)出現(xiàn)不公平的現(xiàn)象，因?yàn)殡x發(fā)送節(jié)點(diǎn)較近的接收節(jié)點(diǎn)會(huì)比離發(fā)送節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的接收節(jié)點(diǎn)得到更好的對(duì)待(更大的吞吐量)。這個(gè)問題已有的解決方案需要與數(shù)據(jù)分組的截止時(shí)間或通信負(fù)載上的假定有關(guān)的信息以基于過去的通信量保證公平。因而，需要在依賴于信道的調(diào)度法有增強(qiáng)機(jī)制來提供更公平的結(jié)果。
發(fā)明概述本發(fā)明用一種系統(tǒng)和方法為依賴于信道的調(diào)度克服了前述問題及其它問題，而指示發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少兩個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的信道狀態(tài)的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)起來。另外，對(duì)要發(fā)送至至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組排隊(duì)。確定發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的當(dāng)前信道狀態(tài)，它和由存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)所指示的先前信道狀態(tài)一起對(duì)到至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的傳輸進(jìn)行調(diào)度。
附圖概述結(jié)合附圖參考下面的詳細(xì)描述可以獲得對(duì)本發(fā)明的方法和設(shè)備更完整的理解，附圖中

圖1是依照本發(fā)明能夠?qū)Χ鄠€(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行公平的、依賴于信道的調(diào)度的發(fā)送節(jié)點(diǎn)的框圖；圖2A和2B是說明調(diào)度分組進(jìn)行傳輸?shù)姆绞降牧鞒虉D；圖3A和3B是說明CDMA基站和移動(dòng)站之間進(jìn)行公平的、依賴于信道的調(diào)度的方式的流程圖；詳細(xì)描述現(xiàn)在參考附圖，尤其是圖1，依照本發(fā)明說明了與多個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)15通信的發(fā)送節(jié)點(diǎn)10的功能框圖。對(duì)每個(gè)可能的目標(biāo)i(I＜i＜sz)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)10為一個(gè)或多個(gè)信道狀態(tài)量度25維護(hù)一個(gè)存儲(chǔ)單元20，這些信息狀態(tài)量度代表發(fā)送節(jié)點(diǎn)10和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的每個(gè)信道最近的信道狀態(tài)的。信道狀態(tài)量度25與信道狀態(tài)量度存儲(chǔ)單元20中的每個(gè)特定的信道節(jié)點(diǎn)15相關(guān)。發(fā)送節(jié)點(diǎn)10還包括隊(duì)列存儲(chǔ)單元30。信道狀態(tài)可以由所需的傳輸功率、位錯(cuò)誤率、檢測(cè)到的沖突等等來決定。隊(duì)列存儲(chǔ)單元30為每個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)15包括多個(gè)隊(duì)列35。隊(duì)列35存儲(chǔ)要傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點(diǎn)15的數(shù)據(jù)分組40。隊(duì)列35包括邏輯隊(duì)列，并且可以任意數(shù)量的方式實(shí)現(xiàn)在存儲(chǔ)單元30中，例如，每個(gè)隊(duì)列35之間的共享存儲(chǔ)器、RAM、等等。
調(diào)度器45包括調(diào)度器邏輯50，調(diào)度器45選擇隊(duì)列中的分組40，以通過互連發(fā)送節(jié)點(diǎn)10和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)15的信道傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點(diǎn)15。發(fā)送節(jié)點(diǎn)10和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)15之間的連接是通過RF接口58激活的。
RF接口58通過GSM、CDMA、PCS、AMPS、D-AMPS等協(xié)議提供無線連接。信道的選擇是基于在相關(guān)隊(duì)列35中為其存儲(chǔ)了分組的每個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)15的當(dāng)前信道狀態(tài)相比其最近的信道狀態(tài)(由信道狀態(tài)量度35表示)。最近的信道狀態(tài)是多近應(yīng)該取決于要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組40的延遲需求。這是可以由系統(tǒng)操作員調(diào)節(jié)的系統(tǒng)參數(shù)和。在傳輸時(shí)，調(diào)度器邏輯50對(duì)包含了目標(biāo)節(jié)點(diǎn)15的隊(duì)列中的分組的每個(gè)隊(duì)列55確定發(fā)送節(jié)點(diǎn)10和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)15之間的當(dāng)前信道狀態(tài)。調(diào)度器45調(diào)度分組傳輸?shù)脚c由信道控制量度25指示的最近的信道狀態(tài)相比具有最優(yōu)當(dāng)前信道狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)。
現(xiàn)在參考圖2A和圖2B，圖中是說明由調(diào)度器邏輯45控制的調(diào)度器45的操作。在圖2A中，在步驟60對(duì)信道狀態(tài)量度進(jìn)行新的測(cè)量。
另外，在步驟62取出當(dāng)前存儲(chǔ)的信道狀態(tài)量度35。對(duì)信道狀態(tài)的新的測(cè)量和取出的當(dāng)前信道狀態(tài)量度在步驟64一起用來計(jì)算新的信道狀態(tài)量度。在步驟66存儲(chǔ)新計(jì)算出的信道狀態(tài)量度。這個(gè)過程對(duì)每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)都重復(fù)n次。
現(xiàn)在參考圖2B，在步驟68進(jìn)行當(dāng)前信道狀態(tài)測(cè)量。同時(shí)，在步驟70取出在步驟66存儲(chǔ)的目前所存儲(chǔ)的信道狀態(tài)量度。在步驟72對(duì)當(dāng)前信道狀態(tài)量度和取出的信道狀態(tài)量度進(jìn)行比較。步驟68-72，對(duì)為其在隊(duì)列中存儲(chǔ)了分組的m個(gè)節(jié)點(diǎn)重復(fù)m次。在步驟74，根據(jù)比較選擇有最有利的信道狀態(tài)的接收節(jié)點(diǎn)。在步驟74，選擇接收節(jié)點(diǎn)是基于與最近的信道狀態(tài)相比具有最優(yōu)信道狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)。調(diào)度分組以傳輸?shù)皆诓襟E76所選擇的接收節(jié)點(diǎn)。
現(xiàn)在參考圖3A和圖3B，所繪出的流程圖描述在時(shí)分CDMA信道(例如HSDPA(高速下行鏈路分組訪問)，3GPP TR 25.855 V5.0.0高速下行鏈路分組訪問；總體UTRANde.rcription(第5版)，當(dāng)前為UMTL(通用移動(dòng)通信系統(tǒng))3GPP TR 23.101 V4.00通用UMTS體系結(jié)構(gòu)(第4版)，2001年4月)的下行鏈路中圖1和圖2中的系統(tǒng)的操作。在這個(gè)例子中發(fā)送節(jié)點(diǎn)10是CDMA基站。接收節(jié)點(diǎn)是CDMA移動(dòng)站。從CDMA基站到特定移動(dòng)站的信道狀態(tài)是從到該手機(jī)終端的當(dāng)前所需傳輸功率獲得的。在步驟78(圖3A)，對(duì)所需的傳輸功率進(jìn)行新的測(cè)算。同時(shí)，在步驟80取出為所需傳輸功率的第一個(gè)和第二個(gè)瞬間所存儲(chǔ)的最近的值。第一個(gè)瞬間代表平均傳輸功能，是用指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)算法計(jì)算的。用類似的算法來計(jì)算代表傳輸功率變化的第二個(gè)瞬間。新測(cè)算出的所需傳輸功率和取出的第一和第二個(gè)瞬間用來在步驟82用指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)算法計(jì)算新的第一和第二個(gè)瞬間。在步驟84存儲(chǔ)新計(jì)算出的第一和第二個(gè)瞬間。
對(duì)系統(tǒng)中的每個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)重復(fù)步驟78到84n次。
現(xiàn)在也參考圖3B，在步驟86進(jìn)行所需發(fā)送功率的當(dāng)前測(cè)量，而在步驟88取出從步驟84開始當(dāng)前存儲(chǔ)的第一和第二個(gè)瞬間。在步驟90通過對(duì)節(jié)點(diǎn)的測(cè)算出的傳輸功率進(jìn)行轉(zhuǎn)換和規(guī)格化確定到節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換后并規(guī)格化后的傳輸功率，轉(zhuǎn)換和規(guī)格化使用了所存儲(chǔ)的第一和第二個(gè)瞬間轉(zhuǎn)換(移位)，由于不同的距離，需要用第一個(gè)瞬間(平均傳輸功率)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，來避免絕對(duì)信號(hào)接收強(qiáng)度不同的節(jié)點(diǎn)間的不公平現(xiàn)象。因?yàn)?例如)不同的接收速度，需要用第二個(gè)瞬間(傳輸功率的變化)進(jìn)行規(guī)格化以避免信號(hào)接收強(qiáng)度變化不同的節(jié)點(diǎn)間的不公平現(xiàn)象?？梢岳脤?duì)規(guī)格化的整個(gè)范圍的不同的、簡(jiǎn)單的近似實(shí)現(xiàn)。
一種是基于指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)，如前所述。
另一方法維護(hù)過去時(shí)間窗口中的最小和最大傳輸功率并根據(jù)Pnorm＝(Pcurrelzt-P117irl)/(Pma-Ps77isz)規(guī)格化當(dāng)前傳輸功率以獲得一個(gè)0和1之間的值。對(duì)系統(tǒng)中的每個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)重復(fù)步驟86-90n次。
在步驟92選擇需要最低的轉(zhuǎn)換過并規(guī)格化后的傳輸功率的移動(dòng)站。在步驟94調(diào)度分組傳輸?shù)剿x擇的移動(dòng)站。這個(gè)過程與其它類型的調(diào)度相比降低了基站的總傳輸功率，并降低了服務(wù)小區(qū)中的干擾電平。同時(shí)，由于比較了所需的傳輸功率和平均傳輸功率，遠(yuǎn)離基站的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)15也和離基站較近的節(jié)點(diǎn)得到了同等對(duì)等。
本發(fā)明利用有利的信道狀態(tài)同是克服了依賴于信道的調(diào)度的缺點(diǎn)。因而，在維持長(zhǎng)期公平的同時(shí)可以提高無線系統(tǒng)的總?cè)萘俊?br> 先前的描述是針對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的，本發(fā)明的范圍不應(yīng)該受到這個(gè)描述的限制。本發(fā)明的范圍由下面的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1.一種用于依賴于信道的調(diào)度方法，包括下列步驟-存儲(chǔ)指示發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)可能的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間先前的信道狀態(tài)的數(shù)據(jù)；-把要傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)可能的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組排隊(duì)；-確定發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)可能的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的當(dāng)前信道狀態(tài)；-根據(jù)當(dāng)前信道狀態(tài)和先前的信道狀態(tài)，調(diào)度隊(duì)列中的分組從發(fā)送節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)可能的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。
2.權(quán)利要求1的方法中，調(diào)度步驟還包括下列步驟-比較當(dāng)前信道狀態(tài)和先前的信道狀態(tài)；-根據(jù)比較結(jié)果確定信道狀態(tài)最有利的信道；-調(diào)度隊(duì)列中的分組在信道狀態(tài)最有利的信道上傳輸。
3.權(quán)利要求1的方法中，存儲(chǔ)步驟還包括以下步驟-存儲(chǔ)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的信道上的傳輸功率的第一和第二個(gè)瞬間。
4.權(quán)利要求1的方法中，確定步驟還包括下列步驟根據(jù)所存儲(chǔ)的發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的第1和第2個(gè)瞬間傳輸功率對(duì)當(dāng)前傳輸功率進(jìn)行轉(zhuǎn)換和規(guī)格化。
5.權(quán)利要求1的方法中，調(diào)度步驟還包括下列步驟-關(guān)于發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間先前的信道狀態(tài)對(duì)當(dāng)前信道狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和規(guī)格化；-根據(jù)轉(zhuǎn)換和規(guī)格化確定傳輸功率最低的信道；-調(diào)度隊(duì)列中的分組傳輸?shù)絺鬏敼β首畹偷男诺馈?br> 6.權(quán)利要求1、3、4的任意一個(gè)的方法中，發(fā)送節(jié)點(diǎn)包括CDMA基站，接收節(jié)點(diǎn)包括CDMA移動(dòng)站。
7.一種依賴于信道的調(diào)度方法，包括下列步驟-存儲(chǔ)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的信道上的傳輸功率的計(jì)算出的第一和第二個(gè)瞬間；-將要傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組排隊(duì)；-關(guān)于發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間先前的信道狀態(tài)轉(zhuǎn)換并規(guī)格化當(dāng)前的信道狀態(tài)；-根據(jù)轉(zhuǎn)換和規(guī)格化的結(jié)果確定傳輸功率最低的信道；-調(diào)度隊(duì)列中的分組傳輸?shù)絺鬏敼β首畹偷男诺溃?br> 8.權(quán)利要求7的方法中，發(fā)送節(jié)點(diǎn)包括CDMA基站，接收節(jié)點(diǎn)包括CDMA移動(dòng)站。
9.提供公平的依賴于信道的調(diào)度的發(fā)送節(jié)點(diǎn)，包括-適用于連接發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的信道的接口；-與至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的隊(duì)列，適合存儲(chǔ)要傳輸?shù)皆撝辽僖粋€(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組；-存儲(chǔ)器，適合存儲(chǔ)指示發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間先前的信道狀態(tài)；-調(diào)度器，適合根據(jù)所存儲(chǔ)的先前的信道狀態(tài)調(diào)度隊(duì)列中的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行傳輸。
10.權(quán)利要求9的發(fā)送節(jié)點(diǎn)中，調(diào)度器還適合-確定發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的當(dāng)前信道狀態(tài)；-根據(jù)當(dāng)前信道狀態(tài)和先前的信道狀態(tài)調(diào)度隊(duì)列中的分組從發(fā)送節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。
11.權(quán)利要求9的發(fā)送節(jié)點(diǎn)中，存儲(chǔ)器適合存儲(chǔ)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的信道上的傳輸功率的計(jì)算出的第1和第2個(gè)瞬間。
12.權(quán)利要求9的發(fā)送節(jié)點(diǎn)中，調(diào)度器還適合-比較當(dāng)前信道狀態(tài)和先前的信道狀態(tài)；-根據(jù)比較結(jié)果確定信道狀態(tài)最有利的信道；-調(diào)度隊(duì)列中的分組在信道狀態(tài)最有利的信道上傳輸。
13.權(quán)利要求9的發(fā)送節(jié)點(diǎn)中，調(diào)度器還適合-關(guān)于發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間先前的信道狀態(tài)轉(zhuǎn)換并規(guī)格化當(dāng)前的信道狀態(tài)；-根據(jù)轉(zhuǎn)換和規(guī)格化結(jié)果確定傳輸功率最低的信道；-調(diào)度隊(duì)列中的分組到傳輸功率最低的信道上。
14.權(quán)利要求9到13中任意一個(gè)中的發(fā)送節(jié)點(diǎn)中，發(fā)送節(jié)點(diǎn)包括CDMA節(jié)點(diǎn)。
15.權(quán)利要求14的發(fā)送節(jié)點(diǎn)中，信道包括共享的下行鏈路信道。
16.權(quán)利要求14的發(fā)送節(jié)點(diǎn)中，信道包括HSDPA信道。
17.提供公平的、依賴于信道的調(diào)度的發(fā)送節(jié)點(diǎn)，包括-適合連接發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的信道的裝置；-與至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)相關(guān)，適合存儲(chǔ)要傳輸?shù)皆撝辽僖粋€(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組的裝置；-適合存儲(chǔ)指示發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間先前的信道狀態(tài)的數(shù)據(jù)的裝置；-適合根據(jù)所存儲(chǔ)的先前的信道狀態(tài)調(diào)度隊(duì)列中的分組的傳輸?shù)难b置。
全文摘要
用于依賴于信道的調(diào)度的系統(tǒng)和方法中，存儲(chǔ)了指示發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間先前的信道狀態(tài)的數(shù)據(jù)。另外，要傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)目標(biāo)分組的數(shù)據(jù)分組被排隊(duì)以稍后進(jìn)行傳輸。確定發(fā)送節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的當(dāng)前信道狀態(tài)并根據(jù)當(dāng)前信道狀態(tài)和先前的信道狀態(tài)調(diào)度隊(duì)列中的分組從發(fā)送節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04L12/56GK1596525SQ02823568
公開日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2002年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月27日
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