CN101006662B - 通过分配时间/频率平面时隙分配通信网共享资源的设备 - Google Patents
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Abstract
一种设备专用于在通信网络的终端(UE)和通信管理设备(GW)之间的返回链路上分配共享资源。该设备包括处理装置(MT)，该处理装置首先适于确定时间/频率平面的集合，该确定是根据针对用户终端(UE)集合所请求的至少一个符号速率容量和所选帧集合的指示的，其中每个帧都由相同类型的所选时隙集合来定义，以便将其传送给所述集合的每个用户终端(UE)，并且其次适于每当用户终端(UE)请求至少一个容量时，考虑所请求的容量和称为确定时刻的最佳时隙的相应时隙，从已确定时间/频率平面中确定至少一个合适的符号速率，从而优化网络的共享资源的分配。
Description
技术领域
本发明涉及具有共享资源分配的通信网络的领域，更确切地说涉及在这种网络的用户终端和通信管理站之间的返回链路上的共享资源的分配。
背景技术
具有共享资源分配的网络，也称为双向宽带或双向窄带网络，例如多频时分多址(MF-TDMA)网络，使用本领域技术人员所称的时间/频率平面(plan)来分配返回链路上的共享资源。
时间/频率平面是对一个或多个类型的载波“传送”时隙的排列，该载波“传送”时隙旨在被分配给不同的用户终端，用于传送数据或信号。这里，“载波类型”表示具有不同频率和/或不同符号速率和/或不同编码速率和/或使用不同调制的载波。
为了在操作期间获得返回链路的最佳配置，时间/频率平面通常基于预测业务矩阵模型和期望用户分布模型而被预先建立。多个配置可以被(预先)定义，以响应用户需求的变化。
从一个配置到另一个配置的改变需要一定的时间，并且通常对应于已知用户配置文件(profile)的预定时隙。因此，相对于初始模型或初始配置文件的任何差异都可能导致降级的资源使用，这是因为没有提供配置。由于成本原因，这种恶化在卫星网络的情况下尤其有害。而且，配置的任何改变，以及因此的时间/频率平面的改变，必须借助于通过空间接口所传送的专用信令消息通知给每个用户终端，这又带来额外的延迟并需要额外资源的使用。
在缓慢的、基本上持续的演进面前，定义更适合情况的新的配置集合是可能的。另一方面，在更加动态的负载变化(例如消耗大量容量的事件)和/或影响返回链路上的可用容量的不可预知和/或突然的事件(例如下雨)面前，预定的时间/频率平面证明可能不适合或者甚至放大了干扰现象。在这种情况下，瓶颈出现了，从而降低了网络的可用容量及其效率。出现了每个用户终端的服务质量中的相关性恶化，特别是在低成本终端的情况下，这些终端由于其发送功率有限而对信号衰减更为敏感。
而且，不同类型载波之间的分布强制分解为与类型一样多的集合，这由于集合而限制了统计多路复用的可能性。
此外，要被预先定义的时间/频率平面的数量可能很高而无须覆盖所有的情况，并且难以配置和管理。
为了促进具有不同载波类型的返回链路的配置，在MF-TDMA型网络中，已经提出了称作DVB-RCS的标准。在文献“Digital Video Broadcast(DVB)；Interaction channel for satellite distribution systems”，ETSI EN301 790 V1.3.1(2003-03)中特别描述了所述标准。
根据这个标准，返回链路被分成超帧，超帧本身被分成帧，帧本身被分成时隙。超帧是组成帧的时间和频率的所选部分，帧同时存在的数量不能超过32，并且每个帧都包括时隙，该时隙同时存在的数量不能超过2048。为了定义给定的时间/频率平面，相对于超帧的中心频率和时间原点，从最低频率和第一时刻至最高频率和最后时刻来分类(编号)帧和时隙。结果，超帧的每个帧都定义了可用的时间/频率平面部分。借助于由网络的通信管理站传送的专用消息，向每个用户终端通知它在超帧的帧内必须使用的时隙，其称作突发时隙表。
由于帧的分类(或编号)，时间/频率平面可以被看作类似于二维(2D)谜题(puzzle)，其每一块都在标准中通过帧来定义。因此，在给定的时刻并对于给定的时间/频率平面，用户终端可获得仅一个帧组合(仅一个谜题)。因此，这个可获帧的组合以及超帧内的那些帧的各个排列被预先定义，并且仅可以借助于专用命令而被更改，这不对应于实时和/或自适应处理。
这个谜题(或平面)的方案引起返回链路的全局容量的划分，这大大限制了统计多路复用的效果。而且，谜题的每一块必须被预先配置，以便全部谜题与预测业务矩阵模型相容。DVB-RCS标准无疑使得预定谜题能够通过改变其块(或帧)和/或它们在超帧中的排列而被更改，以获得新的时间/频率平面，但是超帧和帧的内容的每次修改(或更新)都必须借助于专用信令消息而被通知给每个用户终端，这花费时间并且消耗带宽。此外，最适合新情况的新谜题的配置问题仍然没有解决。
发明内容
没有已知解决方案完全令人满意，因此，本发明的目的是改进所述情况。
为此，提出了一种包括处理装置的共享资源分配设备，该处理装置适于：
-确定时间/频率平面集合，该确定是根据针对用户终端集合所请求的至少一个符号速率容量和所选帧集合的指示(designation)的，其中每个帧都是通过相同类型的所选时隙集合来定义的，以便将其传送给每个用户终端，并且
-每当用户终端请求至少一个容量时，考虑所请求的容量和称为确定时刻的最佳时隙的相应时隙，从已确定的时间/频率平面中确定至少一个合适的符号速率，从而优化(并且优选地最大化)网络的共享资源的分配。
根据本发明的设备可以具有其他特征，并且特别地分离或组合地具有下列特征：
-其处理装置可以适于在接收到来自用户终端的请求时基本上实时地立即确定每个最佳时隙，或周期性地在接收了来自用户终端请求之后确定每个最佳时隙，
-每个来自已确定平面集合的时间/频率平面可能包括所选的单个帧，忽略可能的偏移，所述集合的帧基本上覆盖了相同的频带和相同的时段；在这种情况下，所述处理装置适于在接收了来自用户终端的请求时，为每个请求的用户终端、根据已确定的平面集合确定并然后分配最佳时隙，并且然后传送这些最佳时隙给通信管理设备的解调装置来配置它们，所述最佳时隙共同构成最佳时间/频率平面，
-其处理装置可以适于另外根据基本上在请求处理时刻的请求的用户终端的传输信道状态和/或根据基本上在请求处理时刻的网络负载状态，来确定最佳时隙，
-如果网络是MF-TDMA类型的，则所述处理装置可以适于使已确定的集合的平面在时间和/或频率上相对于彼此而偏移，以便它们能够被容易地区分；在这种情况下，所述偏移优选地符合DVB-RCS返回链路配置标准，
-其处理装置也可以适于根据已确定的时间/频率平面集合来确定要利用容量分配算法而被分配给用户终端的最佳时隙，例如加权公平排队算法，
-其处理装置也可以适于借助于可用的资源填充算法，例如载波负载算法，利用通过容量分配算法而确定的最佳时隙，来构建最佳时间/频率平面，
-可选地，所述处理装置可以适于分配标识符给已确定的集合的每个时间/频率平面。
本发明还提出了一种用于通信网络的通信管理设备的返回链路子系统的资源分配控制器，其配备有上述类型的资源分配设备。
本发明还提出了用于通信网络的通信管理设备的返回链路子系统，其配备有上述类型的资源分配控制器，或上述类型的资源分配设备。
本发明还提出了一种用于具有共享资源分配的通信网络的通信管理设备，其配备有上述类型的返回链路子系统，或上述类型的资源分配设备。
本发明特别(尽管不只)适合于MF-TDMA类型的网络，并且更具体地适合于那些卫星类型(这时所述通信管理设备是卫星站(或网关))。
附图说明
通过检查下面的详细描述和附图，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：
-图1概略地示出了包括根据本发明的共享资源分配设备的卫星通信网络的一个实例的一部分；
-图2概略地示出了根据本发明的超帧的第一实例；
-图3概略地示出了根据本发明的超帧的第二实例；以及
-图4A和4B概略地示出了根据本发明的两个最佳时间/频率平面PO的两个实例。
附图构成本发明说明书的一部分，并且在必要的情况下有助于本发明的定义。
具体实施方式
本发明的目的是实现对具有共享资源分配的通信网络返回链路的共享资源的优化且自适应的管理。
下文作为非限制性例子认为具有共享资源分配的网络是多频时分多址(MF-TDMA)卫星网络。然而，本发明不限于卫星类型的网络或MF-TDMA类型的网络。事实上，本发明涉及所有陆地的或卫星网络，其包括双向宽带或双向窄带信道，并且使用时间/频率平面来分配它们的返回链路(即在用户终端和通信管理设备之间)的共享资源。
而且，下文作为说明性例子认为通信网络是宽带类型的网络，例如3G网络，但是它同样可以是窄带网络，例如IS-95网络。
如图1所示，非常广泛地说，然而以足以理解本发明的细节，卫星通信网络可以被概述为包括耦合至卫星接入网的核心网CR。
卫星接入网首先包括至少一个通信管理设备，这里以通过无线网络控制器CRR连接至核心网CR的卫星站或网关GW的形式表示，并且包括至少一个电信卫星SAT，该卫星实现了在网关SG和配备有卫星收发信机的用户终端之间通过无线的数据交换。
这里“用户终端”是指能够经由它们的父网络与另一设备或与自己的父网络以信号形式交换数据的网络设备。例如，它可以是固定或便携式计算机、固定或移动电话、个人数字助理(PDA)或服务器。
下文作为说明性例子认为用户终端UE是卫星移动电话。
卫星链路构成空间类型的卫星接口。而且，无线网络控制器CRR例如同时提供服务和控制功能。
网关SG特别负责处理信号，并用于管理关于接入卫星网络的请求。卫星SAT另外与位于其每个覆盖区域ZC的一个或多个无线小区相关联。在所示的例子中，卫星SAT仅覆盖一个小区，这对应于单一波束。
网关SG特别包括返回链路子系统SSC，其包括特别负责控制调制解调器MOD的资源分配控制器CAR。返回链路子系统SSC还提供返回链路监控和控制功能(从用户终端UE至卫星站GW)，并生成一些或全部对于操作该返回链路所必需的信令。资源分配控制器CAR也提供返回链路共享资源接入控制功能。
为了对返回链路上的网络资源进行有效且自适应的管理，本发明提出了一种共享资源分配设备D。
如图1所示，设备D优选地被安装在资源分配控制器CAR中。然而，这不是必须的。事实上它可以是返回链路子系统SSC的一部分，并且耦合至资源分配控制器CAR，或者在返回链路子系统SSC的外部并与其耦合，更确切地说是耦合至它的资源分配控制器CAR。
设备D主要包括处理模块MT，该处理模块首先负责按照命令或周期性地确定时间/频率平面集合，该确定一方面根据已经例如由其网络接入提供商针对用户终端集合所请求的至少一个符号速率容量，另一方面根据帧Ti(i是大于2且通常小于或等于32的整数)的所选集合的指示，其中每个帧都通过相同类型的时隙ITi的所选集合来定义。
这里“相同类型的时隙”是指与给定载波类型相关联的帧Ti的时隙，因此其全部与相同的符号速率相关联。
根据本发明，由处理模块MT确定的平面集合中的每个时间/频率平面包括单个所选帧Ti。换句话说，如下文参考图3所阐明的，忽略任何偏移，相同集合的帧Ti基本上覆盖了相同的频带和相同的时段。
因此，每个时间/频率平面集合都可以被看作是沿轴AE的帧的堆栈(stack)，或被看作是与标准的二维(2D)时间/频率平面相反的三维(3D)时间/频率平面。
非限制性全面例子包括三个时间/频率平面，并且因此三个帧T1至T3(i＝1至3)在图2中被示出。在该例子中，首先，帧T1包括72个(12×6)个第一类型的时隙IT1，这是通过将时段分成12个相等持续时间的部分并将频带分成6个相等部分来获得的，其次，帧T2包括6(3×2)个第二类型的时隙IT2，这是通过将时段分成三个相等持续时间的部分并将频带分成两个相等部分来获得的，并且再次，帧T3包括18(6×3)个第三类型的时隙IT3，这是通过将时段分成六个相等持续时间的部分并将频带分成三个相等部分来获得的。记住，在这个类型的表示中，时隙区域越大就越对应于高符号速率。
如图3所示，集合的帧Ti(每个帧都构成时间/频率平面)可以在时间(T)和/或频率(F)上相对于彼此而偏移。更确切地说，在所示例子中，第二帧T2相对于第一帧T1(其构成绝对的时间和频率基准)、以第一时间值TS1和第一频率值FS1偏移，而第三帧T3相对于第一帧T1、以第二时间值TS2(这里大于TS1)和第二频率值FS2(这里大于FS1)而偏移。当然，可以设想其他偏移实例，并且特别地设想这样的例子：其中集合的一些帧在时间上偏移而另一些在频率上偏移。
这个偏移变型特别适合于上文描述的DVB-RCS返回链路配置标准。事实上，它使得帧Ti能够通过它们各自的时间和频率原点而被彼此区分，而无须为它们每个分配标识符或号码。
然后，每个偏移的幅度被选择以符合DVB-RCS标准，该标准允许最大100Hz的频率偏移和最大1/27MHz(即17ns)的时间偏移。
这实现了对由DVB-RCS标准定义的信令的使用，以向相关的每个用户终端传送与它们有关的帧(或时间/频率平面)集合的定义。这是有利的，因为它避免了定义必须适配用户终端UE的新的信令消息。
然而，可以设想一种变型，其中通过由处理模块MT分配的标识符或号码来相互区分每个集合的帧Ti。
无论在它们之间采用什么区分模式，一旦处理模块MT已经至少根据符号速率容量而定义了专用于用户终端UE集合的帧(或时间/频率平面)集合，该集合的定义就由网关GW在这里经由卫星SAT传送给所述用户终端UE。可以被考虑用于定义帧集合的其他参数特别包括集合(或超帧)的中心频率。
每次用户终端UE请求至少一个容量时，处理模块MT还负责从其已经预先确定的、与用户终端UE相对应的集合的时间/频率平面中确定最佳时隙。
词语“最佳”应当相对于确定时刻来理解，即处理模块MT处理请求的时刻。换句话说，在给定时刻、给定的网络状态以及在适用情况下的与有关用户终端UE相关联的服务质量，一个时隙对于一个用户终端可能是最佳的，并且由于所述网络在另一时刻处于另一状态中而不再是这种情形。
这个最佳时隙确定是至少根据由请求的用户终端所请求的容量来实现的。它优选地考虑与有关用户终端UE相关联的服务质量(QoS)。然而，它也可以根据至少一个补充参数来实现，例如请求的用户终端UE的传输信道状态(在由处理模块MT处理请求的时刻)，例如与用户终端UE所用时隙相关联的信道中所传送信号的测量电平，或者根据在处理模块MT处理请求的时刻的网络负载状态(例如代表拥塞或不拥塞)来实现。记住，网络负载状态影响了可被分配给用户终端的容量。
如果处理模块MT从不同的用户终端UE接收请求以获得各自的容量，则处理模块MT至少在当前集合的帧Ti之中确定最适合于要分配给请求的用户终端的每个时隙IT的那些帧。换句话说，给定网络状态，处理模块MT为每个请求的用户终端UE确定最适合它所请求的容量的符号速率。每个以这种方式确定的符号速率因而相对于确定时刻、对于相关用户终端是最佳的。
对应于给定符号速率的特定集合的每个帧Ti以每个最佳速率对应于针对给定用户终端UE的时隙IT。对应于最佳符号速率并来自预先确定的集合中的一个或其他帧Ti的每个时隙IT相对于确定时刻而称为最佳。
例如，借助于容量分配算法，例如许多网络中使用的加权公平排队算法，处理模块MT能够确定在给定时刻为最佳的时隙。记住，这个类型的算法根据相关属性来分配容量，例如服务质量(QoS)和/或每个用户的合同。
确定最佳时隙实现了网络共享资源分配的优化以及优选地最大化。
给定上述一个或多个参数，当处理模块MT已经为请求的用户终端UE确定了最佳时隙，网关GW在这里经由卫星SAT将指示最佳时隙的专用消息传送给每个请求的用户终端UE，该用户终端UE必须使用该最佳时隙以便相应的共享资源可以被分配给它们。如果使用DVB-RCS标准，则专用消息是终端突发时隙表(TBTP，terminal burst time plan)。
当接收到该专用消息时，用户终端UE能够在其先前接收的有效时间/频率平面集合的最后一个定义中确定它必须使用的时隙的定义。
同样，处理模块MT以可转换格式传送它已确定的最佳时隙给调制解调器MOD。事实上，它们共同构成用于配置调制解调器MOD的解调器部分的最佳时间/频率平面。
例如，借助于可用的资源填充算法，例如Alcatel开发的载波负载算法，处理模块MT可以动态地确定构成最佳时间/频率平面的最佳时隙集合。
这个最佳时隙的动态确定所产生的最佳时间/频率平面PO是2D类型的，而不是3D类型的。
两个最佳时间/频率平面的例子在图4A和4B中被概略地示出。例如，它们对应于来自图2或3的帧Ti(或时间/频率平面)的集合的、在两个不同时刻所进行的两个确定。
更确切地，在图4A所示的例子中，最佳时间/频率平面PO首先包括来自第三帧T3的六个时隙IT3，其次包括来自第一帧T1的24个时隙IT1，并且再次包括来自第二帧T2的两个时隙IT2。
在图4B所示的例子中，最佳时间/频率平面PO首先包括来自第三帧T3的13个时隙IT3，其次包括来自第一帧T1的20个时隙IT1。与第一例子相反，在构成新的最佳时间/频率平面中，这里没有保留(或选择)来自第二帧T2的时隙IT2。因此，在该例子中，没有请求的用户终端能够从最大符号速率中获益。
应当指出，在一些情况中，由用户终端UE(借助于其容量请求)请求的符号速率，可能要小于在给定时刻构成最佳时间/频率平面的不同类型时隙的符号速率中的至少一个。
应当指出，最佳时隙可以基本上实时地被确定，即在接收来自用户终端UE的请求之后，或者以少量时延被确定，即在接收所述请求之后不久。在后一情况下，每个确定时刻可以被预先定义，以例如符合所选择的周期。
根据本发明的共享资源分配设备D，并且特别是它的处理模块MT，可以以电路、软件(或电子数据处理)模块或电路与软件组合的形式来制造。
由于本发明，不再需要预先配置大量的时间/频率平面。事实上，不限于本发明所提供的可能性数量。而且，每次应用新的时间/频率平面时，不再需要在空间接口上传送信令消息。此外，本发明能够大大减少由于现有技术预定义帧所导致的瓶颈数量。同样，本发明维持了统计多路复用，并且可以用在DXB-RCS标准的情况中。最后，给定相关时刻的网络状态，本发明总是将其类型在当时最适合其需求的时隙分配给每个用户终端，这优化了网络共享资源的使用。
本发明不限于上文仅作为例子而描述的共享资源分配设备、资源分配控制器、返回链路子系统和通信管理设备实施例，而是包括本领域技术人员可以设想的、在后面的权利要求范围内的所有变型。
Claims (19)
1.一种用于在通信网络的终端(UE)和通信管理设备(GW)之间的返回链路上分配共享资源的设备(D)，其特征在于，该设备包括处理装置(MT)，该处理装置包括：i)用于确定时间/频率平面的集合的模块，该确定是根据针对用户终端(UE)集合所请求的至少一个符号速率容量和所选择的帧集合的指示的，其中每个帧都是由相同类型的所选择的时隙集合来定义的，以便将其传送给所述集合的每个用户终端(UE)，所述相同类型的所选择的时隙是关联于给定载波类型的帧的时隙；和ii)用于每当用户终端(UE)请求至少一个容量时通过考虑所请求的容量和称为确定时刻的最佳时隙的相应时隙来从已确定的时间/频率平面中确定至少一个合适的符号速率从而优化所述网络的共享资源的分配的模块，其中所述确定时刻是请求被所述处理装置处理的时刻。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述处理装置(MT)适于在接收了来自至少一个用户终端(UE)的请求时，基本上实时地确定每个最佳时隙。
3.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述处理装置(MT)适于周期性地并在接收了来自至少一个用户终端(UE)的请求之后，确定每个最佳时隙。
4.根据权利要求1至3中任一个的设备，其特征在于，来自已确定平面集合的每个时间/频率平面包括所选择的单个帧，忽略可能的偏移，所述集合的帧基本上覆盖了相同的频带和相同的时段，其特征还在于，所述处理装置(MT)适于在接收了来自用户终端(UE)的请求时，为每个所述请求的用户终端(UE)确定并然后分配最佳时隙，并且然后传送这些最佳时隙给所述通信管理设备(GW)的解调装置(MOD)来配置它们，所述最佳时隙共同构成最佳的时间/频率平面。
5.根据权利要求1至3中任一个的设备，其特征在于，所述处理装置(MT)适于另外根据基本上在处理所述请求的时刻的请求的用户终端 (UE)的传输信道状态和/或基本上在处理所述请求的时刻的所述网络的负载状态，来确定每个最佳时隙。
6.根据权利要求1至3中任一个的设备，其特征在于，所述网络是多频时分多址类型的，所述处理装置(MT)适于使已确定集合的平面在时间和/或频率上相对于彼此而偏移。
7.根据权利要求6的设备，其特征在于，所述偏移符合DVB-RCS返回链路配置标准。
8.根据权利要求1至3中任一个的设备，其特征在于，所述处理装置(MT)适于分配标识符给已确定集合的每个时间/频率平面。
9.根据权利要求1至3中任一个的设备，其特征在于，所述处理装置(MT)适于利用容量分配算法来从已确定的时间/频率平面集合中确定所述最佳时隙。
10.根据权利要求9的设备，其特征在于，所述容量分配算法是加权公平排队算法。
11.根据权利要求1至3中任一个的设备，其特征在于，所述处理装置(MT)适于通过可用的资源填充算法、利用借助于所述容量分配算法而确定的最佳时隙，来构建所述最佳时间/频率平面。
12.根据权利要求11的设备，其特征在于，所述可用的资源填充算法是载波负载算法。
13.一种用于通信网络的通信管理设备(GW)的返回链路子系统(SSC)的资源分配控制器(CAR)，其特征在于，它包括根据前述任一权利要求的资源分配设备(D)。
14.一种用于通信网络的通信管理设备(GW)的返回链路子系统(SSC)，其特征在于，它包括根据权利要求13的资源分配控制器(CAR)。
15.一种用于通信网络的通信管理设备(GW)的返回链路子系统(SSC)，其特征在于，它包括根据权利要求1至12中任一个的资源分配设备(D)。
16.一种通信网络的资源管理设备(GW)，其特征在于，它包括根 据权利要求14的返回链路子系统(SSC)。
17.根据权利要求16的资源管理设备，其特征在于，它构成卫星通信网络的卫星站。
18.一种通信网络的资源管理设备(GW)，其特征在于，它包括根据权利要求1至12中任一个的资源分配设备(D)。
19.根据权利要求18的资源管理设备，其特征在于，它构成卫星通信网络的卫星站。
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