CN100433604C - 一种用于hsdpa系统的实现动态快速调度的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法，包括：确定活动用户的个数；确定哪些连接用户为活动用户；为各活动用户分配可使用的一个或多个码字资源。上述活动用户的个数根据由调度策略决定的所有活动用户个数的基准值和所有连接用户的平均信道质量确定，并且根据各个连接用户的传输优先级确定哪些连接用户为活动用户。然后，先按注水原理为每个活动用户进行初步分配，并以不超过活动用户的推荐值为限制条件，以保证所有活动用户可传输的最低信息速率达到最大值。在根据本发明用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法中，根据瞬时信道条件和码分复用的资源共享方式，充分利用了有限的码字资源，在兼顾系统吞吐量和公平性的同时动态地为HSDPA各用户分配时域和码域资源。

Description

一种用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法

技术领域

本发明涉及第三代移动通信系统，更具体地说涉及一种用于WCDMA系统中的HSDPA技术的实现动态快速调度的方法。

背景技术

宽带CDMA(WCDMA)是第三代(3G)移动通信系统的王流体制之一。其R5版本中提出的HSDPA(High Speed DownlinkPacket Access)(高速下行分组接入)技术已成为近年来的研究热点。作为WC DMA的一种演进，这种高速分组传输技术的引入提高了系统的吞吐量，减小了往返行程时延并使WCDMA的数据分组传输能力得到了进一步加强，使其可以支持的下行峰值数据速率由原有的2Mbps提高到10Mbps。

HSDPA技术引入了一个新的传输信道：HS-DSCH(高速下行共享信道)，更小的传输时间间隔(TTI)：2ms，并采用了自适应调制与编码(AMC)，混合自动重发请求(Hybrid ARQ)，快速调度(Fast Scheduling)，快速小区选择，多输入多输出天线处理等新技术。其中，快速调度是设计的一个关键问题，快速调度策略的优劣在很大程度上决定了HSDPA系统的性能。

快速调度策略旨在给适合的用户提供高速率的数据传输，利用用户分集提高系统吞吐量，同时兼顾公平性问题。它在充分利用瞬时信道状况的条件下为各用户分配时域资源(时隙，即用户可接受服务的时间单元)和码域资源(根据不同的扩频码字来区分的物理信道HS-PDSCH)。HSDPA系统中，每个小区可供调度策略分配的码字个数由RNC管理(下文将这些码字的个数称为码字资源)，而码字资源在用户间的具体分配问题由位于Node B中的MAC-hs实体解决。

在现有的快速调度策略中，绝大多数只考虑了在某个TTI中只为一个用户服务的策略。另外也有少数策略利用了码分复用的资源共享方式。

对于只考虑在某个TTI中为一个用户服务的策略，当信道条件好的时候，这类策略可以有效地使用码字资源，但当信道条件差的时候，一部分的码字资源将被浪费，因为单个用户在这种情况下只会使用码字资源的一小部分。这在工程实践中是不可取的。

对于利用码分复用的策略，这必将是研究和工程实践的一个趋势。只有这样才能有效地使用有限的资源，充分发挥出CDMA技术的优势，即通过码分复用提高频谱利用率。然而可惜的是，现有的这类策略有的过于简化，未考虑公平性问题，并且以用户数目小于可用的码字资源为前提条件，这种假设和实际情况不符。因为，尽管Node B可使用的码字数目一定，但RNC在进行准入控制(CAC)时，完全有可能允许大于可用码字数目的用户同时在高层保持连接，而在物理层使用时分复用让所有用户能享受到系统的服务，对于无时延要求的业务，这种情况出现的概率尤其大。另外的一些策略试图在一个TTI内给所有的用户提供服务，在用户数目较多时，这种策略计算量太大，不符合快速调度要求算法简单的前提条件。

发明内容

本发明的目的就是提供一种用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法，其能够克服现有技术中存在的上述技术问题。

为此，根据本发明提供一种用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法，包括以下步骤：确定活动用户的个数；确定哪些连接用户为活动用户；为各活动用户分配可使用的一个或多个码字资源。

根据本发明，上述活动用户的个数根据由调度策略决定的活动用户个数的基准值和所有连接用户的平均信道质量确定，并且根据各个连接用户的传输优先级确定哪些连接用户为活动用户。然后，先按注水原理为每个活动用户进行初步分配，并以不超过活动用户的推荐值为限制条件，以保证所有活动用户可传输的最低信息速率达到最大值。之后，如果码字资源仍有剩余，将剩余码字资源分配给信道质量最好的活动用户，以提高整个系统的吞吐量，并以不超过活动用户的能力为限制条件。

在根据本发明用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法中，调度策略根据瞬时信道条件和码分复用的资源共享方式，充分利用了有限的码字资源，在兼顾系统吞吐量和公平性的同时动态地为HSDPA各用户分配时域和码域资源。它首先动态地决定了在给定TTI中哪些连接用户被选为活动用户的问题，即如何给已连接用户分配时域资源的问题，这也是我们称此策略为动态策略的原因；其次，它解决了如何给活动用户分配码域资源的问题。

本发明中，发明人考虑到接入系统的连接用户数目是时变的这个特性，所以在设计快速调度策略时首先根据各连接用户上报的信道质量信息确定活动用户的个数即下一个TTI允许参与码分复用的用户的个数Us。这是个新思想，其他策略没有考虑过。所要依据的信道质量信息是3GPP标准中已经提供的UE反馈给Node B的信道质量指示标志(CQI)。

考虑到网络业务的不对称性，本发明还引入了一个可供运营商自行配置的参数ρ，考虑到各个小区的负载情况不同，即使只考虑单小区的情况时，它在不同时间段的负载情况也不相同。利用这个参数，每个小区的配置可相对独立，运营商可根据实际情况(忙闲小区或忙闲时段)进行灵活的调整。

此外，本发明为每个连接用户设置了优先级。由于兼顾了连接用户的信道质量和平均已成功传输的信息速率，优先级的设置既跟踪了各连接用户的瞬时信道变化又引入了一定的公平性。优先级最大的Us个连接用户为选定的活动用户。

最后，本发明依据注水原理给这Us个活动用户分配码字资源。从用户角度看，所有用户能够成功传输的最低信息速率达到了最大，即充分体现了公平性。从网络的角度看，码分复用的处理提高了系统的吞吐量。

该发明利用3GPP协议中给出的规则，使用已有的信道质量指示标志CQI作为调度策略的主要依据，符合规范要求，可实施性好。

下面结合附图详细介绍本发明的实施例。

附图说明

图1示出了一种WCDMA系统的示意图；

图2示出了根据本发明的用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法的输入和输出信息；

图3示出了根据本发明的用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法的流程图；

图4示出的是应用本发明的实现动态快速调度的方法的MAC-hs实体内调度器的一部分，说明了实施本发明的模块与相关模块的关系。

具体实施方式

图1示出了一种WCDMA系统的示意图。如图1所示，WCDMA系统由核心网(CN)、无线接入网和用户装置(UE)组成。UTRAN包括多个通过lu接口连接到CN的RNS。不同的RNS通过lur接口相连。一个RNS包括一个RNC和一个或多个Node B。Node B通过lub接口连接到RNC上。一个Node B管理一个或多个小区。

在根据本发明的用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法中，用户被分为两类：连接用户和活动用户。连接用户是所有已接入系统并在高层保持信令连接的用户，而活动用户是调度策略的一个输出结果，即调度策略决定的下一个TTI要被服务的、参与码分复用的那些用户。

调度策略的实施需要Node B和RNC及UE交换必要的信息。

图2给出了这些信息的具体内容，同时也给出了本调度策略的输入和输出信息。

如图2所示，凡具备HSDPA功能的小区，在小区配置阶段，RNC要对Node B进行配置，通过NBAP信令告知其为HSDPA分配的码字资源；每个连接用户在连接建立阶段也会通过NBAP信令告知Node B它的能力即该用户最多能使用的码字资源，之后这个参数被存储在Node B的内存里以备后用。在上行控制信道HS-DPCCH(高速专用物理控制信道)上，每个连接用户周期性地将CQI值报告给Node B。确定活动用户之后，根据活动用户的能力和其上报的CQI值，本调度策略进行查表(这个CQI表是存储在Node B的内存中的信息)，以得知每个活动用户推荐的一组参数，例如：传输块大小和需要使用的码字资源等。根据这些参数，本调度策略进行相应的计算，然后输出计算结果：活动用户的用户识别标志(UE-ID)和已分配给该活动用户的码字资源。

图3示出了根据本发明的用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法的流程图。

如图3所示，根据小区中所有连接用户上报的CQI值，根据本发明的用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法按以下步骤实施：

步骤S1：确定活动用户的个数Us。

用户个数在基准值的基础上，受小区内所有连接用户平均信道质量的约束而动态变动。

步骤S2：具体确定哪几个连接用户为活动用户。

计算每个连接用户的传输优先级，即CQI值和平均已成功传输信息速率的比值；优先级最高的Us个连接用户即为活动用户。

步骤S3：为活动用户分配可使用的码字资源。

先按注水原理为每个活动用户进行初步分配，以保证所有活动用户可传输的最低信息速率达到最大值，并以不超过活动用户的推荐值为限制条件。如果码字资源仍有剩余，之后的步骤以不超过活动用户的能力为限制条件。剩余码字资源分配给CQI值最大的活动用户，以提高整个小区的吞吐量；如果有多个活动用户的CQI值都为最大，仍按注水原理在这多个活动用户中分配剩余码字资源。

上述步骤在每个TTI进行一次计算，在下一个TTI执行。

假定当前小区中连接用户的集合A中共有用户U个，调度策略决定的活动用户的集合B中共有用户Us个，其基准值为Us_base；用户i上报的CQI值为CQI_value_i。

根据UE的能力code_max_i和CQI_value_i通过查表可以得到如下参数(UE的推荐值)：

传输块的大小CQI_TBS_i；UE需使用的码字资源CQI_code_i。

设调度策略总共可使用的码字资源为Nc个，它由系统配置；用户i在第t个TTI成功传输的信息比特为C_i，t，用户i已连接的TTI个数为T_i，在这段时间内平均成功传输的信息速率为R_i；用户i的传输优先级为pr_i；调度策略给用户i分配的码字资源为code_i，可传输的信息比特为r_i。

1)下面详细介绍图3所示的步骤S1的具体实施步骤。

首先，确定当前小区中，在下一个TTI执行的活动用户的集合B中的活动用户个数Us的基准值Us_base。

其中，Us_up为该小区在一个TTI中总共可以服务的用户个数，它由系统配置，其理论取值范围为[1，Nc]，建议取尽量小的值(不超过5)，因为此值越大整个小区的总吞吐量就越小。ρ是为运营商预留的可调整的参数，其取值小于1大于0。因为不同小区或相同小区的不同时段的U值大小动态变化，运营商可灵活调整。当U值的统计平均值接近Nc时，ρ值一般可取0.2-0.3；如果U的取值偏大ρ值可适当减小。符号

表示向下取整。

然后，计算当前小区中所有连接用户的集合A中U个连接用户的平均信道质量。在本实施例中，该平均信道质量由UE反馈给NodeB的信道质量指示标志CQI的平均值表示，即

由 $\frac{\underset{i\∈A}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{CQI}\_\mathrm{valu}{e}_i}{U}$ 表示。

接下来，将上述平均值与当前小区中所有连接用户的CQI值的最大值与最小值的差值的一半 $\frac{\mathrm{CQI}\_\mathrm{valu}{e}_{\max }-\mathrm{CQI}\_\mathrm{valu}{e}_{\min }}{2}$ 进行比较。

如果 $\frac{\underset{i\∈A}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{CQI}\_\mathrm{valu}{e}_i}{U}>\frac{\mathrm{CQI}\_{\mathrm{value}}_{\max }-\mathrm{CQI}\_{\mathrm{value}}_{\min }}{2},$

则活动用户的个数在其基准值的基础上增加1，即Us＝Us_base+1，这样在各连接用户的信道质量普遍较好的情况下，可以为更多的连接用户服务。否则，如果满足条件Us_base＞1，活动用户的个数在其基准值的基础上减少1，即Us＝Us_base-1，这样可以在各连接用户的信道条件普遍较差的情况下，减小调度开销；否则结束步骤S1。

其中，CQI_value_max是所有连接用户中最大的CQI值，CQI_value_min是所有连接用户中最小的CQI值。

2)下面详细介绍图3所示的步骤S2的具体实施步骤。

对集合A中的所有U个连接用户，按照下式计算平均已成功传输的信息速率R_i和连接用户i的传输优先级pr_i：

${\stackrel{\‾}{R}}_i=\frac{1+\underset{t=l}{\overset{T_i-l}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{i,t}}{(T_i-l)*T_l};$

${\mathrm{pr}}_i=\frac{\mathrm{CQI}\_{\mathrm{value}}_i}{{\stackrel{\‾}{R}}_i};$

其中，T_l表示时间间隔TTI的长度，在本实施例中，T_l＝2ms。

优先级的设置既考虑了连接用户的信道质量，也就是允许信道质量更好的连接用户具有更高的优先级，以提高系统的吞吐量；也考虑了连接用户的平均成功传输信息速率，也就是平均已成功传输信息速率越高的连接用户，优先级越低。这样的考虑是为了引入一定的公平性，以防止信道质量较差的连接用户(例如那些位于小区边界的连接用户)长时间内得不到服务。

优先级从大到小排列，pr_i最大的Us个连接用户为活动用户。

3)下面详细介绍图3所示的步骤S3的具体实施步骤。

从集合B中任意挑选一个活动用户i并为它分配一个码字，同时分配可传输的信息比特r_i＝CQI_TBS_i/CQI_code_i。

剩余码字资源中的每个码字分配给已分配的码字资源不超过UE的推荐值，并且已分配的可传输信息比特最少的那个活动用户。这就是注水原理的基本原则。这个过程共循环Nc-1次，如果所有码字资源被分配完，或者集合B中所有活动用户已分配的码字资源都达到了CQI报告的推荐值，即满足条件code_j＝CQI_code_j，对于所有j∈B，则结束循环，初步码字资源分配结束。

也就是，每次循环寻找活动用户n满足：r_n＜r_j对于所有的code_j＜CQI_code_j，j∈B；

r_n＝r_n+CQI_TBS_n/CQI_code_n；

code_n＝code_n+1.

如果所有活动用户已分配的码字资源都达到了CQI报告的推荐值，并且仍有剩余码字资源时，执行如下操作。

如果 $\underset{i\&Element;B}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{code}}_i<\mathrm{Nc}$

则寻找CQI值最大且已分配到的码字资源少于其能力的活动用户，即寻找活动用户n满足：CQI_value_n≥CQI_value_j对于所有的code_j＜code_max_j，j∈B；

C＝C+{n}

如果集合C中只有一个活动用户n

则 ${\mathrm{code}}_n={\mathrm{code}}_n+(\mathrm{Nc}-\underset{i\&Element;B}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{code}}_i);$

如果code_n＞code_max_n，

则code_n＝code_max_n，也就是说分配给该活动用户的码字不能超过该活动用户的能力。

否则按注水原理将剩余码字在集合C中分配，直到所有码字资源被分配完，或者所有活动用户已分配到的码字资源都达到了其能力为止。

本发明是位于MAC-hs实体内调度器(Scheduler)这个功能实体的一部分，它和调度器内其他模块的连接如图4所示。根据本发明的用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法的输入信息已由图2详细解释，而其输出结果之一：活动用户的UE-ID，是调度器内的优先级处理控制模块(Priority handling control)和HARQ控制模块(HARQ control)的输入信息，此信息帮助它们决定被服务的队列和HARQ实体；另一输出结果：分配给各活动用户的码字资源和对应的UE-ID，是传输格式及资源组合选择(TFRC selection)模块的输入信息，此信息帮助它决定适当的传输格式和码字信息。

上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述。应该注意的是，本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的精神的前提下，本领域技术人员能够进行多种修改和变更。

Claims (10)

1.一种用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法，包括以下步骤：

根据每一个传输时间间隔TTI总共可以服务的用户个数和当前小区中所有连接用户的信道质量来确定活动用户的个数；

根据每个连接用户的传输优先级确定哪些连接用户为活动用户；

为各活动用户分配可使用的一个或多个码字资源，

其中所述活动用户是指调度策略决定的下一个传输时间间隔要被服务的、参与码分复用的那些用户。

2.如权利要求1所述的用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法，其中所述信道质量为UE反馈给Node B的信道质量指示标志(CQI)。

3.如权利要求2所述的用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法，其中所述活动用户的个数根据由调度策略决定的所有活动用户个数的基准值和所有连接用户的平均信道质量确定。

4.如权利要求3所述的用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法，其中所述活动用户个数的基准值由下式确定：

式中，ρ是为运营商预留的可调整的因子；Us_up为一个小区在一个TTI中总共可以服务的用户个数，其取值范围为[1，Nc]；Nc是RNC为HSDPA配置的码字资源；符号

表示向下取整。

5.如权利要求3所述的用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法，其中所述所有连接用户的平均信道质量指的是

其中，A是当前小区中所有连接用户的集合，U是集合A中的连接用户个数，CQI_value_i指的是连接用户i的上报的CQI值。

6.如权利要求1所述的用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法，其中所述确定活动用户的个数的步骤包括如下步骤：

计算当前小区中，在下一个TTI执行的活动用户的集合B中的活动用户个数的基准值

计算当前小区中连接用户的集合A中的所有连接用户的CQI的平均值

判断 $\frac{\underset{i\&Element;A}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{CQI}\_{\mathrm{value}}_i}{U}>\frac{\mathrm{CQI}-{\mathrm{value}}_{\max }-\mathrm{CQI}\_{\mathrm{value}}_{\min }}{2}$ 是否成立；

如果成立，则活动用户的集合B中的活动用户个数

Us＝Us_base+1

如果不成立，则判断是否满足条件Us_base＞1

如果满足该条件，则Us＝Us_base-1，否则结束活动用户个数的计算，

其中，ρ是为运营商预留的可调整的因子；Us_up为一个小区在一个TTI中总共可以服务的用户个数，其取值范围为[1，Nc]，Nc是RNC为HSDPA配置的调度策略总共可使用的码字资源，符号表示向下取整，A是当前小区中所有连接用户的集合，U是集合A中的连接用户个数，CQI_value_i指的是连接用户i的上报的CQI值，CQI_value_max是集合A中的所有连接用户中最大的CQI值，CQI_value_min是集合A中的所有连接用户中最小的CQI值。

7.如权利要求1所述的用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法，其中所述传输优先级指的是连接用户i的CQI值与其已经成功传输的信息速率的比值的大小。

8.如权利要求1所述的用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法，其中优先级最大的Us个连接用户选定为下一个TTI的活动用户。

9.如权利要求7所述的用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法，其中所述连接用户i的已经成功传输的信息速率为

${\stackrel{\&OverBar;}{R}}_i=\frac{1+\underset{t=1}{\overset{T_i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{C}_{i,t}}{(T_i-1)*T_l}$

其中，C_i，t为连接用户i在第t个TTI成功传输的信息比特，T_i为连接用户i已连接的TTI个数，T_i为TTI的宽度。

10.如权利要求1所述的用于HSDPA系统的实现动态快速调度的方法，其中为活动用户的集合中的每个活动用户分配可使用的码字资源的步骤包括如下步骤：

(a)任意挑选一个活动用户并为它分配一个码字，同时分配可传输的信息比特；

(b)剩余的码字资源分配给其已分配到的码字资源没有达到活动用户的推荐值，并且已分配的可传输的信息比特最少的一个活动用户；

(c)重复执行步骤(b)直到所有码字资源被分配完，或者所有活动用户已分配到的码字资源都达到了推荐值；

(d)如果所有活动用户已分配到的码字资源都达到了推荐值之后码字资源仍有剩余，将剩余的码字资源分配给一个CQI值最大的活动用户，直到将码字资源分配完毕或分配给该活动用户的码字资源达到其能力为止；

如果有多个活动用户的CQI值相等，则在这多个活动用户的集合中先执行步骤(a)，再重复执行步骤(b)，直到所有码字资源被分配完，或者所有活动用户已分配到的码字资源都达到了其能力为止。

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