CN101207554A - 一种移动通信网络的无线资源的分组调度系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动通信网络的无线资源的分组调度系统和方法，处于网络侧，包括分组调度器，所述分组调度器包括信道信息获取单元，用于获取终端通信数据传输的信道状态信息；调度单元，用于根据信道状态信息，调度得到具有最大公平因子的终端；分配单元，用于根据具有最大公平因子的终端进行码资源的分配。其具有较高的服务质量保证，而系统吞吐率仍然较高。

Description

一种移动通信网络的无线资源的分组调度系统和方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，特别是涉及一种移动通信网络的无线资源的分组调度系统和方法。

背景技术

根据第三代移动通信合作伙伴(以下简称3GPP)技术标准3GPP TS 25.321V7.2.0的4.2.4.3节，基站(Node B)的媒体接入控制-高速子层(Media AccessControl-High Speed，MAC-hs)需要对来自媒体接入控制-专用子层(MAC entity handling dedicated channels，MAC-d)的数据进行流量控制、调度和优先级处理等。

根据3GPP的提案RP-060204(“RAN2 Chairman LTE summary”)，长期演进(Long Term Evolution，LTE)网络将向扁平化方向发展。即，无线网络控制器(Radio Network Controller，RNC)的功能和服务GPRS(General PacketRadio Service，通用分组无线业务)支持节点(Serving GPRS Supporting Node，SGSN)的一部分功能将逐步转移到基站形成增强型基站(eNode B)。SGSN的一部分功能将逐步转移到GPRS支持节点网关(Gateway GPRS SupportingNode，GGSN)形成接入网关(access GateWay，aGW)。

根据3GPP的提案RP-060398(“HSPA Evolution：Areas for improvement inUTRAN architecture”)，高速分组接入演进(High Speed Packet Access evolution，HSPA+)的网络构架亦像LTE网络一样逐步向扁平化方向发展。这时候，由于无线网络控制器的功能已迁移到演进基站上，则其码资源和功率资源的分配就更为灵活。

根据3GPP的RP-060138、RP-060195和R1-061462提案，高速分组接入演进(HSPA+)网络主要承载PS业务并且，使用共享信道，即HS-DSCH/E-DCH(High Speed-Downlink Shared CHannel/Enhanced Dedicated CHannel，高速下行共享信道/增强专用信道)。目前的CS12.2k话音业务、CS64k可视电话业务将逐步由HS-DSCH/E-DCH来承载。这就对分组调度器的设计提出了更高的要求。

馆藏于丹麦奥尔堡大学(Alborg University)图书馆、由Lars Torsten Berger撰写的博士论文《多天线增强型HSDPA性能》(“Performance of Multi-AntennaEnhanced HSDPA”)在其正文的第41页提出了一种MIMO-HSDPA(MultipleInput Multiple Output-High Speed Downlink Packet Access，多入多出-高速下行分组接入)调度算法。如式(1)所示。

$\mathrm{FF}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\mathrm{TP}}_{u1,m1}}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{TP}}_{u1}}},& \mathrm{if\; Tx\; Diversity\; were\; applied}.\\ \frac{{\mathrm{TP}}_{u1,m1}}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{TP}}_{u1}}}+\frac{{\mathrm{TP}}_{u2,m2}}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{TP}}_{u2}}},& \mathrm{if\; Space\; Multiplexing\; were\; applied}.\end{array}\right.$ (式1)

      u1∈[1，...N_queued]

其中，u2∈[1，...N_queued]。

      m1∈[1，2]

      m2∈[1，2]^m2≠m1

该算法包括了发射分集和空间复用这两种情况。

但在第三代移动通信技术3GPP的无线接入网第一工作组(RAN1)的第45次会议上，3GPP工作组初步决定在WCDMA FDD模式中，其MIMO使用双流发分集(Double-stream Transmit Antenna Array，D-TxAA)方案。由于双流发分集既有发射分集又有空间复用并且能动态变化，因此公式(1)不太适合于D-TxAA情况。

专利号为CN200410068586的专利《无线网络中子信道分配的方法》提出了一种MIMO-OFDM系统中子信道的分配方法。由于MIMO-OFDM与MIMO-CDMA有较大的差异性，该方法不适合于HSPA+网络。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种移动通信网络的无线资源的分组调度系统和方法，其具有较高的服务质量保证，而系统吞吐率仍然较高。

为实现本发明目的而提供的一种移动通信网络的无线资源的分组调度系统，处于网络侧，包括分组调度器，所述分组调度器包括信道信息获取单元，调度单元，其中：

所述信道信息获取单元，用于获取终端通信数据传输的信道状态信息；

所述调度单元，用于根据信道状态信息，调度得到具有最大公平因子的终端。

所述的分组调度系统还包括分配单元，用于根据具有最大公平因子的终端进行码资源的分配。

所述信道状态信息包括上行专用物理控制信道导频域的信干比，下行专用物理控制信道导频域的信道发射功率或部分专用信道的发射功率，发射功率控制命令，和来自终端的权值反馈信息，终端下行的信道状况，终端的瞬时吞吐率，以及终端所申请的分组业务的特性信息。

所述分组调度器，处于演进基站的媒体接入控制-高速子层中。

所述分组调度为HSPA+/SAE网络的MIMO-HSDPA分组调度。

所述根据具有最大公平因子的终端进行码资源的分配，具体为：

根据具有最大公平因子的终端，往码树的C_Ch，16，1方向，子流1从C_Ch，16，15开始分配K个码道；

如果有第二个子流，那么往C_Ch，16，15方向，子流2从C_Ch，16，1开始分配；

如果有更多的子流(3个或3个以上)，子流2·M+1的码分配与子流1相同，子流2·M+2的码分配与子流2相似；

其中，K为实际使用的码道数；M为正整数。

为实现本发明目的还提供一种移动通信网络的无线资源的分组调度方法，包括下列步骤：

步骤A，网络侧获取终端通信数据传输的信道状态信息；

步骤B，根据信道状态信息，调度具有最大公平因子的终端。

所述步骤B之后还进一步包括下列步骤：

步骤C，对得到调度的终端进行码资源的分配。

所述步骤C根据具有最大公平因子的终端进行码资源的分配，具体包括下列步骤：

步骤C1，根据具有最大公平因子的终端，往码树的C_Ch，16，1方向，子流1从C_Ch，16，15开始分配K个码道；

步骤C2，如果有第二个子流，那么往C_Ch，16，15方向，子流2从C_Ch，16，1开始分配；

步骤C3，如果有更多的子流(3个或3个以上)，子流2·M+1的码分配与子流1相同，子流2·M+2的码分配与子流2相似；

其中，K为实际使用的码道数；M为正整数。

所述步骤C2之后还进一步包括下列步骤：

如果码道数不足，则分配给第二个子流的码道与第一个子流有部分或全部重叠。

所述信道状态信息包括上行专用物理控制信道导频域的信干比，信道发射功率，发射功率控制命令，和来自终端的权值反馈信息或预编码控制指示，终端下行的信道状况，终端的瞬时吞吐率，以及终端所申请的分组业务的特性信息。

本发明的移动通信系统的无线资源的分组调度系统和方法，使在HSPA+/SAE中能较好地支持背景类(Background类，B类)、交互类(Interactive类，I类)、流类(Streaming类，S类)和会话类(Conversational类，C类)业务，通过该系统和方法，实时业务(C类、S类和部分I类)在MIMO-HSDPA的HSPA+/SAE上具有较高的服务质量(Quality of Service，QoS)保证概率而系统吞吐率仍然较高。

附图说明

图1是本发明的无线资源的分组调度系统结构示意图；

图2是本发明无线资源的分组调度方法流程图；

图3是本发明无线资源的分组调度方法码资源分配方式示意图；

图4是本发明的无线资源的分组调度及Round Robin调度的仿真结果示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的一种移动通信网络的无线资源的分组调度系统和方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明特别是以一种第三代(3G)无线移动通信技术宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)通信网络的无线资源的分组调度系统和方法而进行的描述，但本发明同样适用其他的移动通信网络，如时分双工同步码分多址(TD-SCDMA)通信网络，码分多址2000(CodeDivision Multiple Access 2000，CDMA2000)通信网络的情况。

WCDMA网络从HSPA/SGSN/GGSN结构演进到HSPA+/SAE结构要求是一个平滑的渐进过程，这就要求演进基站(eNode B)上的分组调度具有良好的适应性，当把无线网络控制器(RNC)的功能迁移到演进基站(eNode B)之后，演进基站(eNode B)可以自行决定码资源的分配。本发明的移动通信网络的无线资源的分组调度系统和方法正是为适应这一要求而提出。

另外，为良好地在HS-DSCH/E-DCH上支持背景类(B类)/交互类(I类)/流类(S类)/会话类(C类)这四类分组化的业务，调度器需要考虑不同业务的属性，特别是流类和会话类的实时性要求，而本发明的移动通信网络的无线资源的分组调度系统和方法可以很好地适应这一要求。

如图1所示，本发明的移动通信网络的无线资源的分组调度系统，处于网络侧，包括分组调度器10。所述分组调度器10包括信道信息获取单元11，调度单元12，分配单元13。其中：

信道信息获取单元11，用于获取终端(UE)14通信数据传输的信道状态信息；

所述的信道状态信息包括上行专用物理控制信道导频域的信干比，信道发射功率，发射功率控制命令，和来自终端14的权值反馈信息，终端14下行的信道状况，终端14有瞬时吞吐率，以及终端14所申请的分组业务的特性等信息。

调度单元12，用于根据信道状态信息，调度得到具有最大公平因子(FF)的终端14；

$\mathrm{FF}=\frac{\mathrm{\α}\·{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{UL}\_\mathrm{DPCCH}}+\mathrm{\β}\·P_{F\_\mathrm{DPCH}}^{\mathrm{DL}\_\mathrm{DPCCH}}+\mathrm{\γ}\·\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{TPC}}_{F\_\mathrm{DPCH}}^{\mathrm{DL}\_\mathrm{DPCCH}}}{1+{(\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{FBI}\_\mathrm{PCI})}^2}\·\frac{\mathrm{Ch}}{1+\mathrm{Th}}\·\mathrm{PacketFature}$ (式2)

其中，FF为某一时刻终端14的公平因子；α，β，γ，N，M为固定常数；SIR_{UL_DPCCH}为上行专用物理控制信道(UpLink-Dedicated Physical ControlChannel，UL-DPCCH)导频域的信干比；P_{F_DPCH} ^DL_DPCCH为部分专用物理信道(Fractional-Dedicated Physical Channel，F-DPCH)的发射功率或者下行专用物理控制信道(DownLink-Dedicated Physical Control Channel，DL-DPCCH)信道的发射功率；TPC_{F_DPCH} ^DL-DPCCH为部分专用物理信道(F-DPCH)的发射功率控制命令(取“+1”和“-1”)或者下行专用物理控制信道(DL-DPCCH)的发射功率控制命令(取“+1”和“-1”)；FBI_PCI为来自终端14的权值反馈信息或预编码控制指示(Precoding Control Indication)(取“0”和“1”)；Ch为终端14的信道状况；Th为终端14的瞬时吞吐率，其计算如(式3)所示；PacketFature为该终端14所申请的分组业务的特性。

其中，公式(2)分成三部分(两个乘号分开)。第一部分用来估算终端所处的环境；第二部分是常规的PF算法；第三部分是终端业务特定部分。整个公式的作用是选择具有较好通信环境、较高通信要求的终端来服务。

$\mathrm{Th}\left(i\right)=\left\{\begin{array}{cc}(1-\mathrm{\λ})\·\mathrm{Th}(i-1)+\mathrm{\λ}\·\underset{m=1}{\overset{Q}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{TBLength},& \mathrm{If\; Scheduled\; at\; last\; TTI},\\ (1-\mathrm{\λ})\·\mathrm{Th}(i-1),& \mathrm{else}.\end{array}\right.$ (式3)

其中，Th(i)为终端14在i时刻的瞬时吞吐率；Th(i-1)为终端14在i-1时刻的瞬时吞吐率；λ为固定常数；TBLength为Q个子流在i时刻调度时的实际传输块大小。

其中，公式(3)有两个分支：如果终端在第(i-1)时刻得到调度，那么其在第(i-1)时刻调度的传输块大小要计算到平均吞吐率中。否则，平均吞吐率自行减少。

整个公式的作用是平均吞吐率受到上一次是否得以调度的影响，也受到历史平均吞吐率的影响。

分配单元13，用于根据具有最大公平因子(FF)的终端14进行码资源的分配。

根据具有最大公平因子(FF)的终端14，码树往C_Ch，16，1方向，即分配方向，也就是先分配第1号码道，然后分配第2号码道，然后分配第3号码道，以此类推。，子流1从C_Ch，16，15开始分配码道；往C_Ch，16，15方向，如果有第二个子流，那么，子流2从C_Ch，16，1开始分配，如果码道数不足，则分配给第二个子流的码道与第一个子流有部分或全部重叠；如果有更多的子流(3个或3个以上)，那么，子流2·M+1(这里，M为正整数)的码分配与子流1相同，子流2·M+2(M为正整数)的码分配与子流2相似。

在基于第三代移动通信技术标准-3GPP Release 7版本(及后续版本)的网络构架中，如附图1所示为系统构架及分组调度器10所在的位置，其中，媒体接入控制增强子层(MAC-e/es)负责增强专用信道(E-DCH)的调度；媒体接入控制-高速子层(MAC-hs)负责高速共享信道(HS-DSCH)的调度。在HSPA+/系统构架演进(System Architecture Evolution，SAE)将来发展的目标中，分组调度在演进基站(eNode B)上执行。因而，本发明中的分组调度器10，处于演进基站中，适用于HSPA+/SAE网络的MIMO-HSDPA分组调度。

通过本发明实施例的移动通信网络的无线资源的分组调度系统，演进基站可以较高的概率来保证实时业务的服务质量(QoS)同时能使系统获得较高的吞吐率。

为让本发明更明显易懂，下面进一步详细说明本发明的移动通信网络的无线资源的分组调度方法。如图2所示，该方法包括：

步骤S100，网络侧获取终端14通信数据传输的信道状态信息。

所述的信道状态信息包括上行专用物理控制信道导频域的信干比，信道发射功率，发射功率控制命令，和来自终端14的权值反馈信息，终端14下行的信道状况，终端14有瞬时吞吐率，以及终端14所申请的分组业务的特性等信息。

其中，终端14下行的信道状况，也就是高速物理下行共享信道(High Speed-Physical Downlink Shared CHannel，HS-PDSCH)的信道状况，用子流的信道质量指示(CQI)所对应的传输块大小(TBSize)的均值来表示，如式(4)或(5)所示。

Ch＝mean(TBSize)         (式4)

Ch＝mean(CQI·TBSize)    (式5)

步骤S200，根据信道状态信息，调度得到具有最大公平因子(FF)的终端14。

$\mathrm{FF}=\frac{{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{UL}\_\mathrm{DPCCH}}-P_{F\_\mathrm{DPCH}}-\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{TPC}}_{F\_\mathrm{DPCH}}}{1+{(\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{FBI}\_\mathrm{PCI})}^2}\·\frac{\mathrm{Ch}}{1+\mathrm{Th}}\·\mathrm{PacketFature}$ (式6)

其中，FF为某一时刻终端14的公平因子；SIR_{UL_DPCCH}为上行专用物理控制信道(UL-DPCCH)导频域的信干比；P_{F_DPCH}为部分专用物理信道(F-DPCH)的发射功率；TPC_{F_DPCH}为部分专用物理信道(F-DPCH)的发射功率控制命令(取“+1”和“-1”)；FBI_PCI为来自终端14的权值反馈信息或预编码控制指示(Precoding Control Indication)(取“0”和“1”)；Ch为终端14的信道状况；Th为终端14的瞬时吞吐率，其计算如(式7)所示。

其中，式(6)是式(2)的一个特例，即，取了特定的参数。

$\mathrm{Th}\left(i\right)=\left\{\begin{array}{cc}0.99\·\mathrm{Th}(i-1)+0.01\·\underset{m=1}{\overset{Q}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{TBLength},& \mathrm{If\; Scheduled\; at\; last\; TTI},\\ 0.99\·\mathrm{Th}(i-1),& \mathrm{else}.\end{array}\right.$ (式7)

其中，Th(i)为终端14在i时刻的瞬时吞吐率；Th(i-1)为终端14在i-1时刻的瞬时吞吐率；TBLength为Q个子流在i时刻调度时的实际传输块大小。如果上一传输时间间隔(TTI)该终端14只有一个子流受调度，则Q为1，如果有二个子流受调度，则Q为2，依此类推。

式(7)是式(3)的一个特例。即，取了推荐的参数。

PacketFeature为该终端14所申请的分组业务的特性，如式(8)所示，根据调度优先级SPI和分配/阻塞优先组ARP而得到。

PacketFeature＝β·SPI+γ·ARP    (式8)

其中SPI为调度优先级指示(整数；在0-15之间)，β为固定常数(如，取为0.05)。ARP为分配/阻塞优先级(整数；在0-15之间)，γ为固定常数(如，取为0.06)。

步骤S300，根据具有最大公平因子(FF)的终端14进行码资源的分配。

如图3所示，根据具有最大公平因子(FF)的终端14，网络侧往C_Ch，16，1方向，子流1从C_Ch，16，15开始分配K个码道；

其中，K为实际使用的码道数；

如果有第二个子流，那么往C_Ch，16，15方向，子流2从C_Ch，16，1开始分配。

如果码道数不足，则分配给第二个子流的码道与第一个子流有部分或全部重叠。

如果有更多的子流(3个或3个以上)，子流2·M+1的码分配与子流1相同，子流2·M+2的码分配与子流2相似。

其中，M为正整数。

如图4所示，是本发明的无线资源的分组调度及Round Robin调度的仿真结果示意图，从图中可以看出，其与轮巡(Round Robin)调度方法相比，本发明的移动通信网络的无线资源的分组调度系统和方法，演进基站可以在双流发分集(D-TxAA)方式下以较高的概率来保证实时业务的服务质量(QoS)，同时能使系统获得较高的吞吐率。其具有较高的扇区吞吐率，而且，提供的服务是公平的。

以上详细说明了本发明的实施例，但这只是为了便于理解而举的一个形象化的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，可以做出各种可能的等同改变或替换，而所有这些改变或替换都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种移动通信网络的无线资源的分组调度系统，处于网络侧，包括分组调度器，其特征在于，所述分组调度器包括信道信息获取单元，调度单元，其中：

所述信道信息获取单元，用于获取终端通信数据传输的信道状态信息；

所述调度单元，用于根据信道状态信息，调度得到具有最大公平因子的终端。

2.根据权利要求1所述的移动通信网络的无线资源的分组调度系统，其特征在于，还包括分配单元，用于根据具有最大公平因子的终端进行码资源的分配。

3.根据权利要求1或2所述的移动通信网络的无线资源的分组调度系统，其特征在于，所述信道状态信息包括上行专用物理控制信道导频域的信干比，下行专用物理控制信道导频域的信道发射功率或部分专用信道的发射功率，发射功率控制命令，和来自终端的权值反馈信息或预编码控制指示，终端下行的信道状况，终端的瞬时吞吐率，以及终端所申请的分组业务的特性信息。

4.根据权利要求1或2所述的移动通信网络的无线资源的分组调度系统，其特征在于，所述分组调度器，处于演进基站的媒体接入控制-高速子层中。

5.根据权利要求1或2所述的移动通信网络的无线资源的分组调度系统，其特征在于，所述分组调度为HSPA+/SAE网络的MIMO-HSDPA分组调度。

6.根据权利要求1或2所述的移动通信网络的无线资源的分组调度系统，其特征在于，所述根据具有最大公平因子的终端进行码资源的分配，具体为：

根据具有最大公平因子的终端，往码树的C_Ch，16，1方向，子流1从C_Ch，16，15开始分配K个码道；

如果有第二个子流，那么往C_Ch，16，15方向，子流2从C_Ch，16，1开始分配；

如果有更多的子流(3个或3个以上)，子流2·M+1的码分配与子流1相同，子流2·M+2的码分配与子流2相似；

其中，K为实际使用的码道数；M为正整数。

7.一种移动通信网络的无线资源的分组调度方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤A，网络侧获取终端通信数据传输的信道状态信息；

步骤B，根据信道状态信息，调度具有最大公平因子的终端。

8.根据权利要求7所述的分组调度方法，其特征在于，所述步骤B之后还进一步包括下列步骤：

步骤C，对得到调度的终端进行码资源的分配。

9.根据权利要求8所述的移动通信网络的无线资源的分组调度方法，其特征在于，所述步骤C具体包括下列步骤：

步骤C1，根据具有最大公平因子的终端，往码树的C_Ch，16，1方向，子流1从C_Ch，16，15开始分配K个码道；

步骤C2，如果有第二个子流，那么往C_Ch，16，15方向，子流2从C_Ch，16，1开始分配；

步骤C3，如果有3个或3个以上的子流，子流2·M+1的码分配与子流1相同，子流2·M+2的码分配与子流2相似；

其中，K为实际使用的码道数；M为正整数。

10.根据权利要求9所述的移动通信网络的无线资源的分组调度方法，其特征在于，所述步骤C2之后还进一步包括步骤：

如果码道数不足，则分配给第二个子流的码道与第一个子流有部分或全部重叠。

11.根据权利要求6或7所述的移动通信网络的无线资源的分组调度方法，其特征在于，所述信道状态信息包括上行专用物理控制信道导频域的信干比，信道发射功率，发射功率控制命令，和来自终端的权值反馈信息或预编码控制指示，终端下行的信道状况，终端的瞬时吞吐率，以及终端所申请的分组业务的特性信息。

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