CN100546276C - 在无线通信系统中用于调度数据传输的方法和装置 - Google Patents

在无线通信系统中用于调度数据传输的方法和装置 Download PDF

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Abstract

用不同的调度延时来调度终端的技术。首先，确定每个终端的调度延时，并且估计总的可用发送功率和每个终端的链路效率。在第一方案中，基于所有终端的延时中最长的调度延时来调度终端用于传输。在第二方案中，基于每个终端的调度延时分配给每个终端一特定的优先级，并且所述终端是基于它们分配到的优先级被调度的。在第三方案中，基于所述终端的调度延时对它们分类。总的可用发送功率的一百分比被分配给每个类别，并且每个类别中的终端是基于分配给那个类别的发送功率被调度的。在第四方案中，调度终端用于数据传输，并且每个终端的调度在它的调度延时之后应用。

Description

在无线通信系统中用于调度数据传输的方法和装置
背景
技术领域
本发明一般涉及数据通信，尤其涉及用可变调度延时调度到终端的数据传输的技术。
背景技术
广泛采用无线通信系统来提供各种类型的通信，诸如语音、数据等等。这些系统可以是能够支持与多个用户通信的多址系统，并且可基于码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和一些其它的多址技术。CDMA系统可以提供优于其它类型系统的某些优点，包括提高了的系统容量。
许多CDMA系统能够在前向和反向链路上支持多种类型的服务(例如，语音、分组数据等等)。每种类型的服务一般由一组特定的要求来表征。例如，语音服务一般需要对所有用户有固定和通用的服务等级(GOS)以及相对严格和固定的延时。特别是，语音帧的总的单向延时会被规定为少于100毫秒。可以通过为每个用户提供固定和有保证的数据数率(例如经由在通信会话期间分配给用户的专用话务和编码信道)并且为独立于链路资源的语音帧保证特定的最大差错率来满足这些要求。为了在给定的数据速率上维持所要求的差错率，对于具有降级的链路的用户，需要更高的资源分配。
相反，分组数据服务会能够对不同用户容忍不同GOS，并且可进一步能够容忍可变量的延时。分组数据服务的GOS会被定义为数据消息传递中导致的总的延时。这个延时可以是用于最优化数据通信系统效率的一个参数。
在无线通信系统中，在任一给定基站可用的总发送功率一般是固定的。对于多路接入通信系统而言，可以分配总发送功率并将它用于进发地发送数据至多个终端。在任一给定的时刻，具有不同要求的多个终端可能要求数据传输。为了支持两种类型的服务(即语音和分组数据)，可以将CDMA系统设计和运作为首先将发送功率分配给要求特定GOS和较短延时的语音用户。接着可以将任何剩余的发送功率分配给一般可以容忍较长延时的分组数据用户。
于是无线通信系统的主要目标是为分组数据用户调度数据传输，以获取高系统性能。在为这些分组数据用户调度到终端的数据传输中，遇到了许多挑战。第一，语音用户所需的发送功率量会在帧与帧之间变化，这于是会相应地影响到分组数据用户可用的发送功率量。第二，对于给定的数据率，每个被调度的终端所需的发送功率取决于信道的条件，并且也可以随着时间变化。第三，要被调度的终端会具有不同的调度延时(可被定义成，例如终端被调度的时间和实际数据传输的时间之间的差异)。例如，一些终端会处于软切换中，并且由多个基站支持，这些终端的调度延时会比那些不处于软切换的终端长。
因此，本领域中需要用不同的调度延时对到终端的数据传输调度的技术。
发明内容
这里提供了用不同的调度延时来调度终端，这会由于不同的因素发生，诸如软切换、与不同的网络元件通信、不同的回程延时等等。在给定基站处可用的总发送功率Ptot首先会分配给未被调度的终端(例如语音和固定数据速率终端)。接着，会将剩余的发送功率Psched用于已调度的终端。可以基于各种调度方案来调度与不同的调度延时相关联的终端。
在第一方案中，首先确定要为数据传输调度的每个终端的调度延时。接着基于所有终端延时中最长的调度延时并依照特定的调度方案来为数据传输调度终端。为了执行该调度，可以估计或预测到终端的数据传输的总的可用发送功率(在实际数据传输时)，并且也可以估计每个终端的链路效率。接着基于终端估计的链路效率和估计的总的可用发送功率来调度终端。由于使用最长的调度延时，在调度终端中会使用较高的容限。特定的调度方案在调度终端时会考虑各种因素，诸如，例如终端的链路效率、要提供的服务质量(QOS)、服务类型、将被发送的数据量和类型、收入和收益的考虑等等。
在第二方案中，首先确定要为数据传输调度的每个终端的调度延时。接着基于每个终端的调度延时，分配给它特定的优先级。一般而言，相比具有较短调度延时的终端，具有较长调度延时的终端会被分配到较高的优先级。接着基于终端所分配到的优先级并依照特定的调度方案来为数据传输调度终端。
在第三调度方案中，首先确定要为数据传输调度的每个终端的调度延时。接着基于终端的调度延时，将他们分成许多类别。会分配给每个类别总系统容量的特定的百分比(例如总的可用发送功率的某个百分比)。接着基于分配给某个类别的系统容量并依照特定的调度方案来为数据传输调度每个类别中的终端。分配给每个类别的百分比可以由各种因素决定，并且还可基于运作条件和系统需求被动态地调节。
在第四方案中，首先确定要为数据传输调度的每个终端的调度延时。接着依照特定的调度方案为数据传输调度终端，以为每个终端提供个别的方案。接着每个终端的调度基于其调度延时被应用到将来的传输间隔。
下面进一步详细描述本发明的各个方面和实施例。本发明进一步提供了方法、程序代码、数字信号处理器、调度器、终端、基站、系统和其它实现本发明各个方面、实施例和特征的装置和元件，如下面进一步详细描述的。
附图说明
通过下面提出的结合附图的详细描述，本发明的特征、性质和优点将变得更加明显，附图中相同的元件具有相同的标识，其中：
图1是支持多个用户的无线多路接入通信系统的图示；
图2是说明用于调度和发送数据到特定终端的时间线的图示；
图3是说明第一调度方案的图示，其中基于最长的调度延时来调度终端用于数据传输；
图4是说明第二调度方案的图示，其中基于终端的调度延时来调度终端用于数据传输；
图5是说明第三调度方案的图示，其中总的可用发送功率被分配给终端的各个类别，并且在每个类别中的终端是基于分配给那个类别的发送功率来调度的；
图6是依照第四调度方案，为终端调度数据传输的过程的实施例的流程图；
图7是图1所示的网络元件的特定实施例的框图；以及
图8是调度器的实施例的框图。
具体实施方式
图1是支持多个用户的无线多路接入通信系统100的图表。系统100会被设计成实现一个或多个CDMA标准，诸如IS-95、cdma2000、IS-856、W-CDMA以及其它标准，它们在本领域是公知的并且通过引用结合于此。系统100包含多个基站104，提供对它们各自地理区的覆盖。基站也会被称为基站收发机系统(BTS)、接入点、UTRAN或某些其它的术语。基站和/或它所覆盖的区域也通常被称为小区。基站104耦合到系统控制器102，所述系统控制器102为耦合到其上的基站提供协调和控制。系统控制器102可以是基站控制器(BSC)、移动交换中心(MSC)或某些其它的网络实体。
如图1所示，各种终端106分散在整个系统中。在实施例中，每个终端106在任一给定的时刻在前向链路和/或反向链路上可以与一个或多个基站104通信，这基于该终端是否是活动的和它是否处在具有来自多个基站的足够的链路信号质量的区域中。前向链路(或下行链路)是指从基站到终端的传输，而反向链路(或上行链路)是指从终端到基站的传输。
在图1中，基站104a在前向链路上将用户特定的数据发送至终端106a、106b和106c，基站104b将用户特定的数据发送至终端106a、106b、106d和106e，并且基站104c将用户特定的数据发送至终端106b和106f。这些用户特定的传输中的每个可以是用于语音、分组数据或两者。系统中的其它终端会从基站接收到导频和命令/专用信令，但没有用户特定的数据传输。简化起见，图1中没有示出这些终端。终端106a和106b在多个基站的重叠覆盖区域内，并且这些终端中的每一个在软切换时会同时从多个基站接收到用户特定的数据传输。简化起见，图1中未示出反向链路通信。
如上所述，可以将系统100设计成提供各种类型的服务，诸如语音、分组数据等等。一般只调度确定类型的服务而不调度其它类型的服务。例如，一般不调度语音用户，这是由于他们的延时约束和受限的数据速率。相反地，分组数据用户一般没有短的延时约束并且可以在接收他们的数据时容忍较多的变化，因此他们是调度的合适的候选人。
在实施例中，不调度语音用户和固定速率(例如电路交换)数据用户。可以基于来自终端的自动反馈来为这些用户确定发送功率的使用。分组数据用户可以使用各种下述的方案，由调度器来调度它们的数据速率和持续时间。
给定基站的总的可用发送功率Ptot会被用于发送数据到未经调度和经调度的用户。可以确定在每个调度间隔所需的支持未经调度用户的总发送功率量Punsched并将它们分配给这些用户。接着会基于下述的技术将剩余的发送功率Psched(Psched＝Ptot-Punsched)分配给经调度的用户。
图2是说明用于调度和发送数据到特定终端的时间线的图示。在时间T1，接收到(例如由调度器)有数据要发送给终端的指示。在时间T2，估计用于该终端的链路。
响应于接收对于终端的即将到来的数据的指示作出对这个链路的估计。或者，可以以定期的间隔为终端作出链路估计。还确定调度终端用于数据传输所需的其它信息。例如，可以估计和预测期望在数据传输(在时间T5)时可用的发送功率量。
在时间T3，为这个终端的数据传输连同为其它终端的数据传输一起被调度。如果调度终端以接收数据传输，那么在时间T4发送一通告到终端，以允许该终端为数据传输做准备。可依照所实施的特定标准来发送通告。例如，可经由从基站发送到终端的消息来提供该通告(例如cdma200中的辅助信道分配消息(SCAM)。在时间T5，开始到终端的数据传输。
可以在每个“调度”间隔执行调度，并且一般在一个或多个以后的“传输”间隔中为数据传输调度终端。在一个实施例中，调度间隔和传输间隔都在“帧”单元中给出，对于一些CDMA系统帧可以是20毫秒。然而，也可以使用其它的调度和传输间隔，这是在本发明的范围之内的。简化起见，以下的描述假设调度和数据传输在每个帧处执行。在任一给定的帧，(1)执行调度并且在一个或多个以后的帧中调度终端用于数据传输，以及(2)基于在先前的帧中确定的调度，在当前的帧中发送数据到为数据传输调度的终端。
如图2所示，每个终端会与以下时间相关联：(1)数据指示时间到调度时间之间的特定时间T13，(2)链路估计时间到数据传输时间之间的特定时间T25，(3)调度时间到通知时间之间的特定时间T34，以及(4)调度时间到数据传输时间之间的特定时间T35。通知时间和传输开始之间的时间T45可以从时间T35和T34推出。
要为数据传输调度的终端可与不同的“调度”延时相关联。在一个实施例中，调度延时被定义为终端被调度用于数据传输的时间和到终端的实际数据传输时间之间的差额(即图2中的时间T35)。在另一个实施例中，调度延时被定义为数据可用于终端的时间和到终端的实际数据传输时间之间的差额(即图2中的时间T15)。也可以用其它的方式定义调度延时，这是在本发明的范围之内的。
由于各种因素会产生终端之间不同的调度延时。第一，一些终端会与多个基站处于软切换，而其它终端会与单个基站通信。对于软切换中的终端，会需要额外的时间来收集并报告调度终端所需的有关信息和调度由多个基站到终端的数据传输。这个额外的时间于是对软切换中的终端会导致较长的调度延时。第二，移动到不由原先的BSC和/或MSC控制的相邻覆盖区域或网络的终端也会与较长的调度延时相关联。对于这些终端，通过新的BSC和/或MSC路由相关信息时会遇到额外的延时。第三，由具有不同回程延时的基站所支持的终端也会与不同的调度延时相关联。其它因素也会造成终端之间不同的调度延时。这些不同的运作情况在下面进一步详细描述。
处于软切换的终端相比那些不处于软切换的终端会与较长的“报告”延时和较长的调度延时相关联。将相关信息从所有支持终端的基站转发到需要用于调度的信息的一个实体或多个实体的需要会产生较长的报告延时。此外，如果终端与处于软切换的一个基站的通信被中断，那么如果来自该基站的信息需要经过系统控制器路由，会导致较长的报告延时。
对软切换中终端较长的调度延时可以由需要协调从多个基站到终端的数据传输而引起。不同的基站会具有不同的“负载”，这是指与在基站的覆盖区域下到终端的数据传输有关的各种因素。一个这样的因素可以涉及满足终端的前向链路要求所需的发送功率量(即基站的发送缓冲器中它们的比特)。另一个因素会涉及满足终端要求所需的信道化(例如，Walsh)码空间量。
每个基站的负载一般随着时间变化。对于调度不处于软切换的终端，只需要考虑一个基站的负载，这于是简化了为该终端的调度。相反地，为了调度处于软切换的终端，需要考虑所有受影响的基站的负载，这使得为该终端的调度复杂化。对于软切换，支持处于软切换的终端的多个基站之间需要协调，这样从这些多个基站到终端的数据传输大约在相同的时间发生。这于是将允许软切换终端在解码之前“软组合”从多个基站接收到的码元，这提高了性能。
对于软切换较长的调度延时也会由较长的通知延时产生。对处于软切换的终端的调度必需被发送到所有受影响的基站，并且需要从这些基站的每一个发送一通知到该终端。
参见图1，可以说明与调度一处于软切换的终端相关的额外复杂性和延时。作为例子，基站104a可以被设计成为终端106a和106b调度数据传输，其中终端106b与基站104a和104b处于软切换，终端106b与104a、104b和104c处于软切换。为了调度终端106a，基站104a需要来自基站104b的(1)有关终端106a关于基站104b的链路效率的信息，(2)在基站104b处的负载等等。相似地，为了调度终端106b，基站104a会需要从基站104b和104c每一个的(1)有关终端106b关于这些基站中每一个的链路效率的信息，(2)在基站104b和104c处的负载等等。相反地，基站104a在调度终端106c用于数据传输时，能够不用来自这些其它基站的额外信息。
对于无线通信系统，基于终端在系统中的位置，它们也会经历不同的调度延时。位于一个基站覆盖区域之内的终端会由该基站调度用于数据传输，这会与最短可能的调度延时相关联。位于两个或多个基站覆盖区域之间的终端(即处于软切换)会由对那组基站提供协调和控制的BSC调度(或具有它的通过所述BSC指示的相关信息)。于是，较长的调度延时会由必须路由该相关信息和通过该BSC调度而产生。位于两个或多个BSC覆盖区域之间的终端会由对那组BSC提供协调和控制的MSC调度(或具有它的通过所述MSC指示的相关信息)。于是，附加的调度延时会由必须路由该相关信息和通过该BSC和MSC调度而产生。并且位于两个或多个MSC覆盖区域之间的终端会由对那组MSC提供协调和控制的网络实体进行调度(或具有它的通过所述网络实体指示的相关信息)，这会额外地增加延时。因此，给定终端的调度延时会随着路由信息和/或为终端调度的网络元件数目的增加而增加。
可以使用各种类型的方案来执行用于数据传输的终端调度。，诸如分布式式调度方案、集中式调度方案和混合调度方案。也可以使用其它类型的调度方案，这是在本发明的范围之内的。
对于分布式调度方案，每个基站包含一单独的调度器，所述调度器在它覆盖区域内调度终端用于数据传输。对于这个方案，支持处于软切换的每个终端的多个基站之间需要协调，这样从这些多个基站到终端的数据传输大约在同时发生，这样可以在解码之前对从这些基站接收到的码元进行软组合。
对于集中式调度方案，主调度器调度多个基站覆盖区域内的终端用于数据传输。这个主调度器会位于系统控制器102(例如BSC或MSC)、基站104之一或某个其它的网络元件中。对于这个方案，调度终端所需的所有相关信息被提供给主调度器，主调度器然后调度终端并为每个基站提供调度。
对于混合调度方案，主调度器为一组基站调度终端，单独的调度器也会被用于每个基站。例如，主调度器会被设计成调度所有处于软切换的终端，并且每个基站处的单独调度器会被设计成调度不处于软切换的终端。
对于所有的调度方案，调度器会需要各种类型的信息以便有效地执行调度。每个基站所需的信息可以包含，例如，每个基站处的负载、可用于到经调度的终端的数据传输的总的发送功率Psched、要调度的每个终端的链路效率、要发送到每个终端的数据量等等。一些信息可以由基站或某个其它的网络实体提供，而一些信息可以由要被调度的终端提供。该信息一般随时间变化，并且调度可以以考虑到所述变化的方式执行。
每个要被调度的终端会向所有与之通信的基站提供反馈信息。该反馈信息接着会被用于调度到终端的数据传输。该反馈信息可以指示，例如在终端处接收到的信号的信号质量、终端可支持的最高数据速率、对先前发送的分组的肯定确认(ACK)和/或否定确认(NACK)、其它信息或它们的任意组合。接收到的信号的质量可以用，例如专用于终端的话务信道的每个比特能量对总噪声和干扰的之比(Eb/Io)或导频信道的每个导频码片能量对总接收功率密度之比(Ecp/Io)或两者来定量表示。最高可支持数据速率可以通过估计由基站发送的导频的Eb/Io或一些其它的技术来确定。
对于分布式调度方案，每个基站为终端(包括那些处于软切换的)接收来自终端的反馈信息以及来自其它基站的其它相关信息。每个基站然后根据接受到的信息为在它的覆盖区域内的终端调度数据传输。对于集中式调度方案，每个基站会转发反馈信息和其它相关信息到主调度器，主调度器接着使用该信息来调度到终端的数据传输。
可以基于各种因素作出对终端的数据传输的调度。下面描述了一些这样的因素。也可以考虑其它的因素，这是在本发明的范围内的。
链路效率  链路效率指示了发送数据到给定终端所需的发送功率量，并可以瓦每比特每秒(Watts/bps)的单位给出。每个终端为它接收到的信号需要特定的Eb/Io以达到特定的性能目标水平。该目标Eb/Io通常被称为设定点，并且性能的目标水平可以用特定的帧差错率(FER)或分组差错率(PER)来定量。每个终端也会与一特定的传播路径损失相关联，并且会要求每比特每秒的特定量的发送功率(表示为Pb)来达到目标Eb/Io。
给定终端的链路效率会被确定为每比特每秒期望的总发送功率Pb，这是可靠的数据传输所需的。对于与单个基站通信的终端，Pb是为了可靠的数据传输从这个单个基站要求的发送功率量。对于处于与多个基站软切换的终端，Pb是支持处于软切换的终端的各别基站所需的每比特每秒发送功率之和，并可以表示为：
P b = Σ i = 1 N B P b i , 公式(1)
其中Pb i是基站i所需的每比特每秒发送功率，且NB是终端与所述基站处于软切换的基站的数目。
给定终端的链路效率可以由各种方式确定。在一个实施例中，链路效率是基于在前向链路上发送给终端的功率控制比特来确定的。在许多CDMA系统中，每个终端的发送功率是由反向功率控制机制来控制的，这样当最小化对其它终端的干扰量时，在基站处达到所述设定点。前向链路功率控制比特被用于实施反向功率控制机制，并且以在终端处提供可靠检测所估计的功率电平发送。基于功率控制比特的链路效率的确定在美国专利申请序列号09/239,451中进一步详细描述，该专利题为“Method and Apparatus for ControllingTransmission Power in a CDMA Communication System”，于1999年1月28日提交，这给专利被转让给本发明的受让人，并且通过引用包含与此。链路效率也可以基于发送到终端的话务数据来确定。
服务质量(QOS)服务质量与给定终端所享用的服务水平相关。QOS可以由各种参数确定，诸如(1)终端所经历的用于数据传输的总延时，(2)为终端所达到的平均或原始吞吐量，(3)数据传输的实际帧差错率等等。
其它因素在为数据传输调度终端时也会考虑其它因素。一个这样的因素会是关于提供给终端的服务的类型。不同类型的服务可以与不同的收入或收益相关，并且与较高收益/收入相关联的终端会在将终端与较低收益/收入相关联之前被首先考虑。另一因素可以关于要发送到终端的数据类型。在调度中，延时敏感数据会被给予较高的优先级，而延时不敏感数据会被给予较低的优先级。由于先前传输的解码差错造成的重发数据也会被给予较高的优先级，因为其它过程可能正在终端处等待重发数据。也可考虑其它的因素，这是在本发明的范围内的。
在为数据传输调度终端时可以考虑上述因素的任何组合。例如，每个因素会以相应的权重来加权，并且所有因素的加权值会被组合以为每个终端提供一计分。该计分会被用于区分终端的优先次序，并且会基于终端的优先级来执行调度。
在一个特定的实施中，在帧n处用于终端i的计分Φi(n)指示了在NP个先前的帧上所达到的线性平均吞吐量，并且可以表示为：
Φ i ( n ) = ( 1 N P ) Σ t = n - N p + 1 n ( r i ( l ) r max ) , 公式(2)
其中ri(n)是终端i在帧n处“所实现的”数据速率(以比特/帧为单位)。一般而言，ri(n)由特定的最大可实现数据速率rmax和特定最小数据速率(例如零)所界定。
在另一个特定实施中，终端i在帧n处的计分Φi(n)指示了为在特定时间间隔上所达到的指数平均吞吐量，并且可以被表示为：
Φi(n)＝(1-α)·Φi(n-1)+α·ri(n)/rmax，公式(3)
其中α是指数平均的时间常数，对应于较短的平均时间间隔具有较大值的α。
在另一个特定实施中，终端i在帧n处的计分Φi(n)指示了归一化的数据速率，并且可以被表示为：
Φ i ( n ) = r i ( n ) [ T p i ( n ) ] K , 公式(4)
其中Tpi(n)是终端i在帧n处的平均或最近吞吐量，并且K是权重因子。
对于使用公式(2)和(3)计算的计分，较高的优先级会给予具有较低计分的终端，这对应于较低的平均吞吐量。对于使用公式(4)计算的计分，较高的优先级会给予具有较高计分的终端，这对应于较低的平均或最近吞吐量。
如果对所有要被调度用于数据传输的终端，调度延时是一样的，那么会基于上述各种因素的任一组合来调度终端。在每个帧处，调度终端所需的相关信息由调度器接收。接着可以确定终端的计分和/或优先级，并且可以基于终端的计分和/或优先级来调度它们。接着发送一通知到每个经调度的终端，如图2所示。此后，到这些经调度的终端的数据传输在指定的时间发生。
为数据传输对终端的调度在以下进一步详细描述：美国专利申请序列号09/528,235，题为“Forward-link Scheduling in a Wireless CommunicationSystem”，于2000年3月17日提交；美国专利序列号6,335,922，题为“Methodand Apparatus for Forward Link Schedul ing”，于2002年1月1日发表，两者都被转让给本发明的受让人，并且通过引用包含与此。
如果对于所有要为数据传输调度的终端，调度延时是不同的，那么会基于各种调度方案来调度终端，其中一些调度方案在下面描述。
在用于具有不相等调度延时的终端的第一调度方案中，终端是基于要调度的所有终端的延时中的最长调度延时来调度的。在每个帧处，调度器接收到完整的信息用于准备好要为数据传输调度的终端。如上所述，不同的终端会与不同的报告延时相关联。在那种情况下，无论何时调度器为终端接收到相关信息，每个终端会被考虑进行调度。
图3是说明基于最长的调度延时来调度终端用于数据传输的图示。在这个例子中，四个终端A、B、C和D会被调度用于数据传输。这些终端可与图1中的终端106a、106b、106d和106e相对应。终端A和B处于软切换，并且与较长调度延时相关联，终端C和D不处于软切换，并且与较短的调度延时相关联。在这个例子中，在帧n中为终端A、B、C和D接收相关信息。在相同的帧n中，有可能调度终端C和D在帧n+1中用于数据传输，这是由于它们较短的调度延时，而需要调度终端A和B在帧n+2中用于数据传输，这是由于它们较长的调度延时。然而，对于第一调度方案，在帧n中调度所有四个终端A、B、C和D用于在帧n+2中的数据传输，对应于所有四个终端的最长的调度延时。
一般而言，调度器能够为所有要被调度的终端确定最大的调度延时Dmax。在帧n处，调度器于是能够使用所述调度方案中的任一方案为在帧n+Dmax处的数据传输调度这些终端，所述调度方案是可以被用于使用相等的调度延时来调度终端。
为一组终端数据传输的调度是取决于各种因素，诸如(1)可用于数据传输的总的发送功率Psched，和(2)每个终端的链路效率Pb。当数据传输要开始时，在帧n处，可向调度器提供在帧n+Dmax处期望可用的总发送功率
Figure C0382059800171
的估计。可以基于在调度时刻可用的信息来估计期望在以后的帧处可用的总的可用发送功率。也提供给调度器链路效率
Figure C0382059800172
的估计，这是为每个要调度的终端在帧n-Di处作出。每个终端的链路效率由此在当前帧n之前Di个帧处作出估计，其中根据报告延时，Di可以是零或某个其它的正值。随着作出估计之时和它们被使用之时之间增加的延时，对总的可用发送功率
Figure C0382059800173
和链路效率的估计很可能是不准确的。
经调度的终端可用的总发送功率和每个终端的链路效率可以为特定的将来时刻(例如数据传输要开始时的帧)在特定的时刻(例如调度数据传输时)被估计(或预测)。然而，作出估计时和实际使用该估计时之间链路条件会变化。当链路变化时，这些估计在它们实际被使用时会是不准确的。如果用于经调度终端的总的可用发送功率远低于估计的和/或所估计的链路效率过于乐观，那么会产生过多的帧差错，这于是会降低性能。或者，如果总的可用发送功率远高于估计的和/或估计的链路效率过于悲观，那么会造成宝贵的系统资源的未充分使用。
对于第一调度方案，由于该调度是基于最长调度延时，在调度终端用于数据传输时会使用较高的容限(例如较大的回退)以计及估计不准确的较高的似然性。
在用于具有不相等调度延时的终端的第二调度方案中，基于终端的调度延时和/或一些其它的因素(例如软切换)向终端分配优先级。在每个帧中，调度器在某个特定的以后的帧中准备好为要被调度用于数据传输的终端接收完整的信息。这些终端可以与不同的调度延时相关联。对于第二方案，具有较长调度延时的终端分配到较高的优先级，具有较短调度延时的终端分配到较低的优先有。接着，通过考虑终端的优先级来调度它们用于数据传输。可以基于上述对具有相同调度延时的终端的调度的考虑，用相同的调度延时来调度终端。
对于第二调度方案并使用图3中所示的例子，在帧n处为以后的帧n+2中的数据传输调度所有四个终端A、B、C和D。对于调度，终端A和B被分配到较高的优先级，因为它们处于软切换并且与较长的调度延时相关联，终端C和D被分配到较低的优先级，因为它们不处于软切换。因此，终端A和B会被分配到帧n+2中可用的较大部分的资源(例如发送功率和信道化编码空间)。接着，在帧n+2上会通知这些终端关于任何为它们调度的数据传输。因为终端C和D的优先级是较低的，当调度器考虑到这些终端用于在帧n+2中数据传输时，所有资源中的部分可能已经被分配给终端A和B。然而，终端C和D仍会被分配到任何剩余的可用资源。
图4是说明基于终端的调度延时来调度终端用于数据传输的图表。如图4所示的例子，调度器在帧n中为终端A、B、C和D接收到相关信息。类似于图3的例子，终端A和B与较长的调度延时相关联，而终端C和D与较短的调度延时相关联。终端A和B被调度用于帧n+2处的数据传输，而终端C和D被调度用于帧n+1处的数据传输。由于终端A和B较长的调度延时，当为帧n+2调度数据传输时，它们会被给予较高的优先级。而由于终端C和D较短的调度延时，当为帧n+1调度数据传输时，它们会被给予较低的优先级。实际上，期望在帧n+1处可用的总发送功率
Figure C0382059800181
的一部分可能已经在调度器在先前的帧n-1处执行调度时分配给具有较长调度延时的终端。
一般而言，第二调度方案在调度具有较短调度延时的终端之前调度具有较长调度延时的终端。然而，由于一些其它的考虑(例如较高的收益)，具有较短调度延时的终端会比具有较长调度延时的终端被分配到较高的优先级。第二调度方案试图在最早可能的时间调度尽可能多的终端用于数据传输，除了某些例外，这会提高系统性能。
在用于具有不相等调度延时的终端的第三调度方案中，特定百分比的可用系统容量被分配给具有相同调度延时的每类终端。可以根据可用于经调度的终端的总发送功率Psched来定量描述系统容量。可以基于各种因素来确定要分配给每个种类终端的系统容量的特定的百分比。
在一个实施例中，基于类别中终端的链路效率(例如与其成比例)来确定要分配给每个种类的可用系统容量的百分比。基于各种因素，可进一步对链路效率加权，所述因素诸如，例如基站的传输容量(瓦特数)、要发送到每个类别中终端的数据总量、终端的吞吐量、与要发送到经调度的终端的每个数据比特相关联的收益等等。在另一个实施例中，基于诸如上面所列出的那些因素的任一组合将可用系统容量分配给这些类别。在分布式调度方案中，可由(和为)每个基站独立地执行系统容量分配，或者对于集中式调度方案，可由主调度器执行系统容量分配。
图5是说明总的可用发送功率被分配给两个不同类别的终端的图示。在这个例子中，类别X包含具有较长调度延时的终端(例如上述例子中的终端A和B)，且类别Y包含具有较短调度延时的终端(例如上述例子中的终端C和D)。在每个帧上，调度器接收在那个帧中要被调度的终端的相关信息。调度器然后基于终端的调度延时，将它们分到合适的类别中。调度器会进一步确定调度终端所需的其它参数，诸如将总的可用发送功率分配给所述类别的百分比。接着，调度器基于分配给类别X的发送功率PX来调度类别X中的终端，并类似地基于分配给类别Y的发送功率PY来调度类别Y中的终端。对每种类别的终端的调度可以用类似于上述用于具有相等调度延时的终端的方式执行。
如上所述，较长的报告和/或调度延时一般导致估计的总可用发送功率和链路效率方面降低的准确性。在一个实施例中，对不同类别的终端会使用不同量的容限(即不同的回退量)。特别是，较大的容限会被用于与较长调度延时相关联的类别X，而较小的容限会被用于与较短调度延时相关联的类别Y。在另一个实施例中，会比具有较短调度延时的终端更保守地调度具有较长调度延时的终端。例如，具有较长调度延时的终端会从较低的数据速率开始。
也可以动态地调整分配给每个类别的发送功率以计及运行条件中的变化。例如，可以基于每种类别的使用、链路效率中的变化等等来调整分配百分比。
在某些情况下，分配给给定类别的发送功率也可被由另一类别重新分配和使用。在一实施例中，对于与较长调度延时相关联的类别未使用的发送功率可以被用于与较短调度延时相关联的另一类别。例如，在帧n处，类别X中的终端可以为帧n+2中的数据传输而被调度。在帧n处，如果确定在帧n+1中分配给类别X的发送功率(由调度器在帧n-1处分配)没有被该类别中的到要被调度的终端的数据传输完全用完，那么类别X的用于帧n+1的任何剩余的未使用发送功率会被用于到类别Y中终端的数据传输。这是可能的，因为类别Y中的终端具有较短的调度延时，并且对于帧n+1中的数据传输可以及时地被通知到。
在用于具有不相等调度延时的终端的第四调度方案中，终端首先像它们具有相等的调度延时那样被调度用于数据传输。接着，对每个终端的调度在它的调度延时后被应用。
图6是依照第四调度方案，为终端调度数据传输的过程600的实施例的流程图。在每个帧处，调度器接收到要被调度用于数据传输的终端的完整的信息(步骤612)。这些终端可以与不同的调度延时相关联。对于第四方案，要被调度的每个终端首先可以基于各种因素分配到特定的优先级，所述因素诸如链路效率、吞吐量、收益率考虑等等或任一它们的组合(步骤614)。例如，较高的优先级会被分配给具有较高链路效率、较低最近吞吐量、较高收益等的终端。
接着，通过考虑终端的优先级调度终端用于数据传输(步骤616)。对于这个方案，终端在考虑或者未考虑它们调度延时的情况下被调度，并可以被调度用于在下一帧处、或在被调度的所有终端的延时中最短调度延时处、或在某个其它的指定时间处假设的数据传输。期望在这个假设的传输时间可用的总发送功率Psched在调度这些终端中使用。
调度的结果是为每个终端的数据传输的调度(例如要用于被调度的终端的数据速率和发送功率)。此后，每个终端的单独调度在其调度延时后应用(步骤618)。因此，对具有较短调度延时的终端的调度在对具有较长调度延时的终端的调度前应用。
因为由于不同的调度延时，对个别终端的调度会在不同的时间应用，对于任一给定的帧，那个帧的总可用发送功率Psched(n)会不足以支持已为那个帧调度的所有的数据传输。如果发生该情况，那么对该帧的调度会被相应地修改(步骤620)。例如，对于给定帧的总的可用发送功率会首先被分配给具有较长调度延时(或较高优先级)的终端，剩余的发送功率接着会被分配给具有较短调度延时(或较低优先级)的终端。从它们预定的帧被“撞开”的终端会在下一个帧中被考虑用作数据传输(例如通过提高它们的优先权)。在后续的(或将要到来的)帧中重新调度具有较短的调度延时的终端的灵活性是可能的，这是因为它们较短的通知时间。对于每个帧，数据被发送到被调度用于在那个帧中接收数据传输的每个终端(步骤622)。
为了降低终端从它们预定的帧被撞开的似然性，当调度具有较长调度延时的终端时可以使用较高的容限。例如，期望的具有较长调度延时的终端链路效率可以比用于较短的调度延时的终端增加一较大的容限。
这里所描述的技术可用于调度具有不同调度延时的终端，所述具有不同调度延时是由于各种因素造成的。此外，可以用各种方法来定义调度延时，如上所述。
图7是通信系统100中各种网络元件的特定实施例的框图。系统100包括系统控制器102，用于与多个基站104通信(简化起见，图7只示出了一个基站)。系统控制器102进一步与公共交换电话网(PSTN)112(例如用于语音服务)和分组数据服务节点(PDSN)114(例如用于分组数据服务)相连接。系统控制器102协调无线通信系统中的终端和基站104、PSTN 112和PDSN 114之间的通信。
在图7所示的实施例中，系统控制器102包括一呼叫控制处理器712、多个选择器元件714(简化起见，图7中只示出了一个选择器元件)和一调度器716。呼叫控制处理器712为每个终端控制呼叫的处理。一个选择器元件714被分配用于控制在每个终端和一个或多个基站之间的通信。调度器716耦合到系统控制器102中所有选择器元件714并且为分组数据用户调度数据传输。
在图7所示的例子设计中，基站104包含多个信道元件722a到722n。一个信道元件722被分配用于为每个终端处理通信并且耦合到相关联的选择器元件714，所述选择器元件714也被分配给该终端。每个选择器元件714从调度器716接收为所分配的终端的调度(例如数据速率、发送功率和发送时间)并将该调度转发到关联的信道元件722。信道元件722基于接收到的调度为所分配的终端接收、编码并调制数据。经调制的信号由发射机(TMTR)724上变频并调整、被路由通过收发转换器726并在前向链路上经由天线728发送。
在接收端106处，前向链路信号由天线750接收，并被路由至前端单元752。前端单元752过滤、放大、下变频和数字化接收到的信号以提供数据样本。数据样本接着由解调器(Demod)754解调，由解码器756解码，并提供给数据接收装置758。解调和解码以与在基站处执行的调制和编码互补的方式执行。
反向链路上的数据传输以相似的方式发生。数据在终端106中由数据源760提供、由编码器762编码并且由调制器(Mod)764调制以提供经调制的信号。接着，经调制的信号被前端单元752上变频和调整并经由天线750发送。
在基站104处，反向链路信号由天线728接收、被路由通过收发转换器726、并提供给接收机(RCVR)730。接收机(RCVR)730滤波、放大、下变频并数字化该反向链路信号，并向分配给该终端的信道元件722提供数据样本。所分配的信道元件722以与在终端执行的调制和编码互补的方式解调并解码该数据样本。经解码的数据可被提供给分配给该终端的选择器元件714，它会进一步将数据转发至另一个基站104、PSTN 112或PDSN 114。如上所述，该设计支持系统上为数据和语音服务的传输。也会预期其它的设计，这是在本发明的范围之内的。
对前向和反向链路的处理(例如编码和调制)由特定的CDMA标准或实施的系统(例如IS-95、cdma2000、IS-856或W-CDMA)来定义。这些标准在本领域是公知的，在这里不作描述。
图8是调度器716的实施例的框图。在这个实施例中，调度器716包含控制器812，耦合到存储器单元814和定时单元816。控制812进一步耦合到系统控制器102中的选择器元件714并从基站接收相关的信息(例如终端的链路效率Pb、未被调度的终端的数据速率、要被发送到每个经调度的终端的数据量等等)。控制器812可使用接收到的信息来估计经调度终端的总可用的发送功率Psched。接着，控制器812会基于经估计的总可用发送功率Psched并使用上述调度方案的任一或其组合来为终端调度数据传输。调度的结果是对被调度用于数据传输的每个终端的单独调度。对每个终端的调度包含，例如经调度的数据速率、被分配的发送功率、传输开始时间和持续时间等等。
存储器单元814可被用于存储控制器812所需和/或提供的各种类型的信息，诸如接收自基站的相关信息、调度等等。定时单元816向控制器812提供用于执行调度的定时信号。定时信号也使得控制器812可以在适当的时候发送调度到选择器元件714。存储器单元814可使用RAM、DRAM、闪存或其它类型的存储器或它们的组合来实现。定时器单元816可以由运行系统时钟的计时器、锁定到外部信号的机载振荡器、用于从外部源接收系统时间的存储元件或某个其它的设计。
上述的调度可以用各种设计完成。调度器的位置取决于是否希望是集中式、分布式或混合调度方案。例如，调度器可以位于每个基站内，并被用于调度基站覆盖区域内的终端。这个分布式调度会降低一些终端的处理延时。或者，主调度器可以被设计成为一组基站调度数据传输。这种集中式调度会导致对系统资源更高效率的使用。
在任何情况下，调度器被派以分配数据速率给每个经调制的终端的任务，以优化一组目标。这些目标可以包括(1)改进的对系统容量的利用，通过发送尽可能多的系统容量限制范围内可支持的经调度和未经调度的任务，(2)改进的通信质量和最小化的传输延时，以及(3)基于一组优先级将系统容量公平地分配给经调度的终端。这些目标通过平衡一因子列表来最优化。
在前向链路上对数据传输的调度也在上述美国专利申请序列号09/528,235和美国专利序列号6,335,922中进一步详细描述。
这里所描述的调度技术可以用各种装置实现。例如，这些技术可以在硬件、软件或其组合中实现。对于硬件实现，调度器或用于实现这里所描述的调度技术的任何一个或其组合的其它元件可以在一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑电路(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、其它设计用于执行这里所描述的功能的电子单元或它们的组合中实现。
对于软件实现，调度技术可以用执行这里所描述功能的模块(例如过程、函数等等)来实现。软件代码可被存储在存储器单元(例如图8的存储器单元814)中，并由处理器(例如控制器812)执行。存储器单元可以在处理器以内或处理器以外实现，在后一种情况下它可以经由本领域公知的各种装置通信上耦合到处理器上。
提供上述对公开的具体实施方式的描述为了使本领域的技术人员能制造或使用本发明。这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的，这里定义的总的原则可以被应用于其它实施例中而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明并不限于这里示出的实施例，而要符合与这里揭示的原理和新颖特征一致的最宽泛的范围。

Claims (34)

1.一种在无线通信系统中调度数据传输的方法，包含
确定要被调度用于数据传输的多个终端中每个的调度延时；
基于终端的调度延时将多个终端分成多个类别；
分配总的系统容量的特定百分比到每个类别；以及
基于分配给所述类别的系统容量并依照特定的调度方案，调度每个类别中的一个或多个终端用于数据传输。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述总的系统容量是由可用于数据传输的总的发送功率定量描述的。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述每个类别包含一个或多个具有大致相等的调度延时的终端。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述分配给每个类别的总的系统容量的百分比是基于终端的链路效率来确定的。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中分配给每个类别的总的系统容量的百分比是基于要发送到多个终端的数据量来确定的。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中数据在传输间隔发送到每个类别中的一个或多个终端，所述传输间隔是基于与所述类别相关联的调度延时确定的。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中在调度具有较长调度延时的终端时使用较高的容限。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含：
确定从第一类别剩余的发送功率，所述第一类别与较长调度延时相关联；以及
用从第一类别剩余的发送功率调度与较短调度延时相关联的第二类别中的一个或多个终端。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述特定调度方案基于所述终端的链路效率而调度每个类别中的一个或多个终端用于数据传输。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述特定调度方案基于所述终端的优先级而调度每个类别中的一个或多个终端用于数据传输。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述特定调度方案基于一组参数而调度每个类别中的一个或多个终端用于数据传输。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述的多个终端包含处于软切换的终端和不处于软切换的终端。
13.无线通信系统中的一调度器，包含：
一存储器单元，用于存储用于调度数据传输的数据；以及
一控制器，耦合到处理器单元并用于：
确定要被调度用于数据传输的多个终端中每个的调度延时；
基于终端的调度延时将多个终端分成多个类别；
分配总的系统容量的特定百分比给每个类别；以及
基于分配给类别的系统容量并依照特定的调度方案，调度每个类别中的一个或多个终端用于数据传输。
14.如权利要求13所述的调度器，其特征在于，其中每个类别包含一个或多个具有大致相等的调度延时的终端。
15.一基站，包含权利要求13所述的调度器。
16.一种在无线通信系统中用于调度数据传输的装置，包含：
用于确定要被调度用于数据传输的多个终端中每个的调度延时的装置；
用于基于终端的调度延时将多个终端分成多个类别的装置；
用于分配总的系统容量的特定百分比给每个类别的装置；以及
用于基于分配给类别的系统容量并依照特定的调度方案，调度每个类别中的一个或多个终端用于数据传输的装置。
17.一种在无线通信系统中调度数据传输的方法，包含：
确定要调度用于数据传输的多个终端中每个的调度延时；
依照特定的调度方案调度多个终端用于数据传输，以便为每个终端提供调度；以及
在传输间隔对所述每个终端应用调度，所述传输间隔基于该终端的调度延时来确定。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，其中在调度具有较长调度延时的终端时使用较高的容限。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，其中较高的优先级被分配给具有较长调度延时的终端，并且其中所述调度是部分基于所述终端的优先级来执行的。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包含：
估计每个终端的链路效率，并且其中基于所估计的终端的链路效率进一步调度所述多个终端。
21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包含：
确定在当前传输间隔中可用于数据传输的总的发送功率；
评估在当前传输间隔中被调度用于数据传输的一个或多个终端的一个或多个调度；以及
基于所述总的可用发送功率修改至少一个调度。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，在当前传输间隔中，如果所述总的可用发送功率不足以支持被调度用于数据传输的所有终端，就从数据传输中移除具有较短调度延时的终端。
23.无线通信系统中的一调度器，包含：
一存储器单元，用于存储用于调度数据传输的数据；以及
一控制器，耦合到处理器单元并用于：
确定要调度用于数据传输的多个终端中每个的调度延时；
依照特定调度方案调度多个终端用于数据传输，以便为每个终端提供调度；以及
在传输间隔处应用所述对每个终端的调度，所述传输间隔基于该终端的调度延时被确定。
24.如权利要求23所述的调度器，其特征在于，其中在调度具有较长调度延时的终端时使用较高的容限。
25.一种在无线通信系统中调度数据传输的方法，包含：
确定要被调度用于数据传输的多个终端中每个的调度延时；
分配给每个终端一特定的优先级，所述特定优先级是基于其调度延时所确定的；以及
基于所分配的优先级并依照特定的调度方案，调度多个终端用于数据传输。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，其中具有较长调度延时的终端比具有较短调度延时的终端分配到较高的优先级。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于，其中在调度具有较长调度延时的终端时使用较高的容限。
28.无线通信系统中的一调度器，包含：
一存储器单元，用于存储用于调度数据传输的数据；以及
一控制器，耦合到处理器单元并用于：
确定要被调度用于数据传输的多个终端中每个的调度延时；
分配给每个终端一特定的优先级，所述特定优先级是基于其调度延时所确定的；以及
基于所分配的优先级并依照特定的调度方案，调度多个终端用于数据传输。
29.如权利要求28所述的调度器，其特征在于，其中具有较长调度延时的终端比具有较短调度延时的终端分配到较高的优先级。
30.一种在无线通信系统中调度数据传输的方法，包含：
确定要被调度用于数据传输的多个终端的每个的调度延时；以及
基于多个终端的调度延时中最长调度延时并依照特定调度方案来调度多个终端用于数据传输。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，还包含：
估计用于到多个终端的数据传输可用的总发送功率；以及
估计每个终端的链路效率，以及
其中基于所估计的总的可用发送功率和所估计的所述终端的链路效率，进一步调度所述多个终端。
32.如权利要求30所述的方法，其特征在于，其中由于所述最长调度延时的使用，在调度多个终端用于数据传输时使用较高的容限。
33.无线通信系统中一调度器，包含：
一存储器单元，用于存储用于调度数据传输的数据；以及
一控制器，耦合到处理器单元并用于：
确定要被调度用于数据传输的多个终端的每个的调度延时；以及
基于多个终端的调度延时中最长调度延时并依照特定调度方案来调度多个终端用于数据传输。
34.如权利要求33所述的调度器，其特征在于，其中由于所述最长调度延时的使用，在调度多个终端用于数据传输时使用较高的容限。
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