CN101472322B - 宽带无线接入系统中的连接许可控制的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种宽带无线接入(BWA)系统中的连接许可控制(CAC)的装置和方法。在该方法中，检测请求连接许可的呼叫的QoS类型，利用检测到的该QoS类型的服务流的QoS参数来确定应用层所需带宽。考虑分组报头开销来确定该QoS类型的所需带宽权重。利用该确定的应用层所需带宽来确定参考QoS类型和QoS类型的每个时隙可用带宽，利用该确定的每个时隙可用带宽来确定相应QoS类型的所需带宽转换比率。利用该确定的应用层所需带宽、该所需带宽权重和该所需带宽转换比率来确定等效MAC层所需带宽。

Description

宽带无线接入系统中的连接许可控制的装置和方法

优先权

本申请要求2007年11月7日提交给韩国知识产权局、申请号为10-2007-0113100的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用而被合并于此。

技术领域

本发明涉及宽带无线接入(BWA)系统。更具体地，本发明涉及考虑业务特性的连接许可控制(CAC)的装置和方法。

背景技术

在无线接入系统中，当有限的网络资源可以用于分配给多个用户终端时，接入连接的数量(或者业务总量)必须被限制，以保证服务质量(QoS)。为此，连接许可控制(CAC)用于考虑当前可用的资源来确定是否允许或者拒绝终端的接入，该终端请求连接(即，连接许可请求连接)或者请求QoS要求改变(例如，每个流模式改变)的连接。

图1是示出传统CAC的总构思的示意图。

根据传统CAC算法，当从用户终端接收连接许可请求时，无线接入系统估计可用的信道容量(具有与宽带或者传输速率相同的单位)。此后，无线接入系统将估计的可用信道容量与业务输入的宽带要求(即，与用户终端的连接许可请求相对应的连接的传输请求速率)进行比较，来确定是否允许或者拒绝用户终端请求的连接。例如，如果传输请求速率小于可用信道容量，则无线接入系统允许用户终端的连接。否则，无线接入系统拒绝用户终端的连接。因此，CAC的核心问题是提供估计可用信道容量的方法和指定用于业务输入的带宽要求的方法。

在传统基于电路的无线网络中(例如，码分多址(CDMA)和全球移动通信系统(GSM))，因为预连接要求的容量和无线信道容量是不变的，因此只根据当前服务的连接的数量而执行CAC处理。然而，在第三代或者后来的无线网络中，例如全球微波接入互操作性(WiMAX)和第三代合作伙伴项目2(3GPP2)中，因为要根据各自的业务特性选择性地使用高级接入技术(例如，自适应调制编码(AMC)、混合自动重传请求(HARQ)、比例公平(PF)调度、和多输入多输出(MIMO))，所以可用的信道容量动态改变并因此很难估计。

还有，用于保障所要求的相同带宽的无线资源的数量随着业务类型而各不相同。例如，虽然基于因特网的语音协议(VoIP)、多媒体流、和文件传输协议(FTP)下载应用程序都要求64Kbps的相同带宽，但是用来服务于他们的无线资源数量各不相同。

而且，在高级无线网络中，下行链路(DL)的无线资源分配方法与上行链路(UL)的无线资源分配方法不同。因此，虽然QoS类型是相同的，但用于DL的无线资源的数量与用于UL的无线资源的数量不同。例如，对于主动授权服务(UGS)来讲，UL周期性地分配无线资源，而不考虑业务是否已经到达。然而，DL不提前分配无线资源，而是当业务已经到达时才分配无线资源。因此，考虑到无线资源的浪费，更宽的带宽必须分配给UL而不是DL。在UL的情况下，在分配无线资源时必须考虑无线资源的浪费，因为除了UGS之外，所有的QoS类型都包括带宽请求处理。在实时轮询服务(rtPS)的情况下，由于UL执行轮询操作而DL不执行轮询操作，因此发生由UL流的轮询操作引起的DL资源浪费。由于高级无线网络中使用的AMC功能，用户终端具有不同的调制和编码方案(MCS)级别，尽管这是开销中的细微区别。可以通过在一个突发脉冲中调度具有相同MCS级别的用户终端来减少DL的MAC开销，但对于UL这很难做到，由于开销而导致进一步的资源浪费。总之，DL/UL无线资源浪费发生在UL流中。

具有各种业务特性(例如，实时与非实时，和固定数据速率与可变数据速率)的应用程序出现在第三代或者后来的无线网络中。因此，需要清楚地指定输入业务的特性以便有效地支持这种应用程序的方法。

发明内容

本发明的一个方面是至少解决上述问题和/或缺陷，并至少提供下述优点。因此，本发明的一个方面是提供BWA系统中的CAC的装置和方法。

本发明的另一个方面是提供BWA系统中的用于通过在参考QoS类型的基础上考虑各种QoS类型的业务特性来确定等效所需带宽和等效可用带宽、并比较所确定的等效所需带宽和所确定的等效可用带宽来执行CAC过程的装置和方法。

本发明的另一个方面是提供BWA系统中的用于通过使用IEEE 802.16标准中定义的QoS参数来确定应用层所需带宽的装置和方法。

本发明的另一个方面是提供BWA系统中的用于考虑QoS类型和应用特性来确定分组报头开销和信号开销、以及考虑所确定的开销来确定MAC层所需带宽和可用带宽的装置和方法。

本发明的另一个方面是提供BWA系统中的用于为每个QoS类型定义每个时隙可用带宽、并利用所定义的每个时隙可用带宽将连接请求服务流的MAC层所需带宽转换成参考QoS类型的等效MAC层所需带宽的装置和方法。

根据本发明的一个方面，提供一种BWA系统中的CAC方法。该方法包括：检测请求连接许可的呼叫的QoS类型，并通过利用检测到的QoS类型的服务流的QoS参数来确定应用层所需带宽；考虑分组报头开销确定QoS类型的所需带宽权重；通过利用所确定的应用层所需带宽来确定参考QoS类型和该QoS类型的每时隙可用带宽；通过利用确定的每时隙可用带宽来确定相应QoS类型的所需带宽转换比率，并且通过利用所确定的应用层所需带宽、所需带宽权重和所需带宽转换比率来确定等效MAC层所需带宽。

根据本发明的另一个方面，提供一种BWA系统中的CAC装置。该装置包括：控制器，用于确定是否有请求连接许可的呼叫；和CAC处理器，用于检测该请求连接许可的呼叫的QoS类型，并通过利用检测到的QoS类型的服务流的QoS参数来确定应用层所需带宽。

根据以下结合附图公开本发明的示范性实施例的详细说明，本发明的其他方面、优点和突出特征对于本领域技术人员来说将变得显而易见。

附图说明

通过以下结合附图的详细说明，本发明的特定示范性实施例的上述和其他方面、特征和优点将变得更加清楚，其中：

图1是示出传统CAC的总构思的示意图；

图2是示出根据本发明的示范性实施例的网络配置的示意图；

图3是示出根据本发明的示范性实施例的BWA系统中的RAS的CAC处理的流程图；

图4是示出根据本发明的示范性实施例的基于OFDMA的BWA系统的帧结构的示意图；以及

图5是根据本发明的示范性实施例的BWA系统中的RAS的框图。

应当注意，所有附图中，相似的参考标号用于表示相同或者相似的元件、特征和结构。

具体实施方式

下面提供参考附图的详细描述来帮助理解权利要求书及其等效物定义的本发明的示范性实施例。其包括各种详细细节来帮助理解，但是他们仅仅是示范性的。因此，本领域技术人员会认识到，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改。另外，为了简明省略了对已知功能和结构的说明。还有，这里使用的术语是根据本发明的功能被定义的。因此，这些术语可能根据用户或者操作者的意图或者实践而有所不同。因此，这里使用的术语必须根据这里进行的说明来理解。

本发明的示范性实施例提供了在BWA系统中用于考虑业务特性的CAC装置和方法。因此，虽然以下说明是在基于OFDMA的移动WiMAX系统的环境下作出的，但应当理解本发明的应用并不局限于此。因此，应当清楚地理解，本发明也可应用于任何支持具有各种特性的业务的其它无线通信系统中。

另外，以下说明是在用于确定是否许可新呼叫的连接的CAC方案的环境中作出的，而本发明并不局限于此。因此，应当清楚地理解，本发明也可应用于用来确定是否许可QoS要求改变(例如，每个流的模式改变)等的连接的任何其它CAC方案。

图2是示出根据本发明的示范性实施例的网络配置的示意图。

参考图2，该网络包括QoS策略服务器230、接入控制路由器(ACR)220、无线接入站点(RAS)210和用户终端200。这里，RAS还可以被称为基站(BS)，ACR还可以被称为接入服务网络-网关(ASN-GW)。还有，包括RAS 210和ACR 220的网络可以被定义为接入服务网络(ASN)。这里，网络实体(NE)的称呼根据其功能被定义，并且可以根据用户或者操作者的意图而变化。

QoS策略服务器230与ASN协作为用户终端200执行认证和付费处理。当MS的认证成功时，QoS策略服务器230确定要被应用于用户终端200的策略，并将确定的结果发送给ASN。然后，ASN根据所确定的策略控制用户终端200的服务流(SF)。

ACR 220将从核心网络(CN)240接收的业务发送给相应的RAS 210，并将从RAS 210接收的业务发送给CN 240。这里，ACR 220管理每个用户终端的SF、连接和移动性，并为每个上行链路(UL)和下行链路(DL)连接产生SF。

RAS 210将从ACR 220接收的业务发送给用户终端200，并将从用户终端200接收的业务发送给ACR 220。这里，RAS 210通过有线链路连接到ACR 220，并通过无线链路连接到用户终端200。RAS 210根据媒体接入控制(MAC)层的SF的QoS参数执行调度，并向用户终端200分配资源。一旦从用户终端200接收到连接许可请求，则RAS 210使用相应SF的QoS参数来确定应用层所需带宽，确定分组报头开销和每个时隙的可用带宽，并利用应用层所需带宽、分组报头开销和每个时隙的可用带宽来确定参考QoS类型的等效MAC层所需带宽。另外，RAS 210确定信号开销，确定等效可用带宽，并利用等效MAC层所需带宽和等效可用带宽来确定是否允许连接。

图3是示出根据本发明的示范性实施例的BWA系统中的RAS的CAC处理的流程图。

参考图3，在步骤301，RAS确定是否接收到新呼叫的连接许可请求。也就是，RAS确定新呼叫是否想要连接。如果在步骤301接收到新呼叫的连接许可请求，则在步骤303，RAS检测新呼叫的QoS类型，并通过利用相应SF的QoS参数来确定检测到的QoS类型的应用层所需带宽。术语“应用层所需带宽”指除了每一层的分组报头开销之外的纯应用程序层中的传输速率，该每一层例如传输控制协议(TCP)/用户数据报协议(UDP)、因特网协议(IP)和媒体接入控制(MAC)，以及典型IEEE 802.16e参数的示例包括最大可持续业务速率、最小保留业务速率和最大突发脉冲大小。

每个QoS类型的应用层所需带宽被确定如下。这里，根据IEEE 802.16e标准来考虑主动授权服务(UGS)、扩展的实时轮询服务(ertPS)、实时轮询服务(rtPS)、和非实时轮询服务(nrtPS)四种情况。尽力而为(BE)服务不是CAC的目标。

UGS应用于在固定时段产生固定大小的分组的固定比特率(CBR)应用程序的服务。在这种情况下，因为传输速率是固定的，所以QoS策略服务器根据CBR应用程序所需的传输速率来设置UGS连接的最大持续业务速率，并且RAS根据最大持续业务速率来确定UGS连接的应用层所需带宽。

ertPS应用于具有静默去除(silence removal)功能的基于因特网协议的语音(VoIP)应用程序。通常，不具有静默去除功能的VoIP应用程序以固定速率被编码，并通过UGS连接来服务，而具有静默去除功能的VoIP应用程序通过ertPS连接来服务，以便防止在静默时段期间的不必要的带宽分配。QoS策略服务器将ertPS设置为只用于具有静默去除功能的VoIP应用程序，并确定静默时间与非静默时间(即，通话时间)的比率的统计均值。RAS可以通过公式(通话时间×最大持续业务速率)来确定ertPS连接的应用层所需带宽。在另一种方法中，QoS策略服务器将ertPS连接的最小保留业务速率设置为平均所需传输速率，以用于在非静默时段期间具有可变传输速率的VoIP业务，并且RAS根据最小保留业务速率确定ertPS连接的应用层所需带宽。

rtPS应用于可变比特率(VBR)实时业务(例如，运动图像专家组(MPEG)视频)的服务中，rtPS的核心QoS参数是最大持续业务速率、最小保留业务速率和最大突发脉冲大小。根据每个输入业务的平均所需带宽和当前系统的平均可用带宽来判断是否允许连接，因此最大突发脉冲大小和最大持续业务速率在CAC中不是很重要的QoS参数。QoS策略服务器将rtPS连接的最小保留业务速率设置为VBR实时应用程序的平均所需传输速率，RAS根据最小保留业务速率确定rtPS连接的应用层所需带宽。

nrtPS应用于比BE业务优先级更高的非实时业务的服务中，nrtPS的核心QoS参数是最大持续业务速率、最小保留业务速率、和最大最大突发脉冲大小。因为nrtPS连接的服务质量明显地受最小传输速率影响，因此QoS策略服务器将nrtPS连接的最小保留业务速率设置为非实时业务的最小所需传输速率，RAS根据最小保留业务速率确定nrtPS连接的应用层所需带宽。大部分非实时业务使用TCP作为传输协议，因此他们的传输速率取决于TCP。如果在连接许可之后通信网络中还有很多可用资源，则传输速率可以增加到高于最小所需传输速率，以及如果可用资源很少，则确保所设置的最小所需传输速率。

确定的应用层所需带宽仅仅是应用层所需要的带宽，而必须考虑不同层(例如，TCP/UDP、IP、MAC层)的开销，以便确定CAC中使用的等效MAC层所需带宽。因此，在步骤305，当许可了相应的SF时，RAS确定必需的分组报头开销。这里，分组报头开销是数据突发脉冲中包含的开销，即协议数据单元(PDU)开销，其示例包括通用MAC报头(GMH)、循环冗余校验(CRC)、封装子报头(PSH)、分段子报头(FSH)和业务加密密钥(TEK)。考虑应用特征来确定分组报头开销。

在确定等效MAC层所需带宽时，考虑用于保证实时业务和非实时业务的应用层所需传输速率的通信网络资源的大小有区别的事实比考虑开销更重要。例如，用于稳定地服务100kbps的实时业务的通信网络资源的大小远远大于用于服务100kbps的非实时业务的通信网络资源的大小。这个区别是由用于保证各种业务类型的服务质量的接入技术之间的区别而造成的。在实时业务的情况下，因为服务质量对于传输时延很敏感，所以例如混合自动重传请求(HARQ)和自动重传请求(ARQ)的重传机制的使用是有限制的，并且必须在轮循模式中执行调度操作。在非实时业务的情况下，由于服务质量对于传输时延不敏感，所以使用重传机制并在合理比例模式中执行调度操作，进而使得能够增强整个扇区的处理能力。

当在实时业务和非实时业务混合存在的情况下执行CAC处理时，本发明的示范性实施例在实时基础上转换非实时业务所需的带宽，以便解决由于各个业务使用的接入技术之间的差异所导致的能力差别的问题。例如，需要100kbps的传输速率的非实时业务被等效考虑为需要40kbps的传输速率的实时业务。对此的重点在于如何确定所需带宽转换比率。在步骤307，RAS确定相应QoS类型的每个时隙可用带宽，以确定所需带宽转换比率。

这里，在从调制解调器经无线发送MAC帧的时间阶段内，用于服务相应QoS类型(例如，UGS、ertPS、rtPS和ntrPS)的所有SF的时隙数量被定义为n(QoS_class)，n(QoS_class)用于来确定每时隙可用带宽，如公式(1)：

$\mathrm{\ΔC}(\mathrm{QoS}\_\mathrm{class})=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{BW}}_{\mathrm{req}}\left(i\right)}{n(\mathrm{QoS}\_\mathrm{class})}\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

其中，ΔC(QoS_class)表示相应QoS类型的每时隙可用带宽，BW_req表示应用层所需带宽[比特/秒]，∑BW_req(i)表示相应QoS类型的所有SF的应用层所需带宽的总和，QoS类型作为CAC的结果，i表示服务流索引。

这里，可以使用等式(1)来确定参考QoS类型的所需带宽转换比率。例如，支持实时业务的UGS被设置为参考QoS类型，并且用等式(2)来确定参考QoS类型的所需带宽转换比率：

$\mathrm{\β}(\mathrm{QoS}\_\mathrm{class})=\frac{\mathrm{\ΔC}(\mathrm{QoS}\_\mathrm{class})}{\mathrm{\ΔC}(\mathrm{referenceQoS}\_\mathrm{class})}\·\·\·\·\·\·\left(2\right)$

其中β(QoS_class)表示相应QoS类型的所需带宽转换比率，ΔC(referenceQoS_class)表示参考QoS类型的每时隙可用带宽。

本发明的一个重要步骤将CAS可用阈值设置为一个QoS类型。为此，其它QoS类型的无线资源需求必须在参考QoS类型的基础上被转换。在上述示范性实施例中，将UGS设置为参考QoS类型来执行转换。

在步骤309，RAS在参考QoS类型的基础上，使用分组报头开销和每个时隙可用带宽来确定等效MAC层所需带宽。使用等式(3)来确定等效MAC层所需带宽：

C_eq＝BW_req*(1+α(application SF))/β(QoS_class)       ……(3)

其中C_eq表示等效MAC层所需带宽，α(application SF)表示与相应QoS类型的分组报头开销对应的所需带宽权重，其大于0。

在等式(1)中，考虑分组报头开销和相应QoS类型的特性来确定α(application SF)。在确定α(application SF)时也必须考虑应用层所需带宽和填充开销的值，其中可以使用具有各种分组报头开销的PDU的大小与没有各种分组报头开销的纯应用层有效负载的大小的比值来确定α(applicationSF)。

对于判断是否许可新呼叫的连接，不仅是等效MAC层所需带宽，还有等效可用带宽都是必需的。等效可用带宽是QoS SF可使用的子小区的总容量，即除了信令业务之外的纯承载业务可以使用的容量。

因此，在步骤311，RAS确定相应SF的许可所必需的信号开销，以便确定等效可用带宽。信号开销示例包括带宽请求/轮询开销和ARQ/HARQ开销，其是考虑QoS类型被确定的。在UGS的情况下，带宽请求开销只在开始时产生一次。在rtPS的情况下，轮询开销周期性地产生。在用于非实时业务传输的nrtPS的情况下，ARQ开销是另外产生的。

多播和广播服务(MBS)支持开销和睡眠或空闲模式用户支持开销是SF的许可所必需的信号开销的实例。固定大小的前导、DL/UL MAP和网络操作所必需的广播消息(例如，下行链路信道描述符(DCD)、上行链路信道描述符(UCD)和相邻广告(NBR-ADV))包括在DL的信号开销中。固定分配的UL控制信道和信令业务(例如，带宽分配请求、动态服务增加(DSA)/动态服务改变(DSC)/动态服务删除(DSD)、鲁棒报头压缩(ROHC)反馈信号和ARQ ACK)包括在UL的信号开销中。

在步骤313，RAS利用确定的信号开销来确定等效可用带宽。等效可用带宽通过从全部时隙中排除去分配给所确定的信号开销的时隙和分配给除了BE之外的所有QoS SF的数据突发脉冲的时隙来确定，如等式(4)：

DL:Na_d＝Nt_d-(No_d1+No_d2+No_d3)-Nd_d                 ……(4)

UL:Na_u＝Nt_u-(No_u1+No_u2)-Nd_u

其中Na_d表示DL可用带宽(例如，DL间隔中可用的无线资源的数量(例如时隙数量))，Na_u表示UL可用带宽(即，DL间隔中可用的无线资源的数量(例如时隙数量))，Nt_d和Nt_u分别表示DL和UL限定的全部时隙的数量，该数量根据排列方案具有固定值，Nd_d和Nd_u分别表示分配给DL和UL的除BE之外的所有QoS SF的数据突发脉冲的时隙数量，No_d1、No_d2和No_d3表示分配给DL的信号开销的时隙数量，No_u1和No_u2表示分配给UL的信号开销的时隙数量。

在等式(4)中，No_d1表示分配给MBS的时隙数量。在大多数情况下，某个大小的无线资源(以时隙单元表示)在DL帧中固定地被分配，而不论用户数量多少。因此，RAS可以容易地确定分配给MBS的无线资源。No_d2表示分配给固定大小的前导、根据用户数量变化的DL/UL MAP和网络操作必需的广播消息(例如，DCD、UCD、和NBR-ADV)的时隙数量。在大多数情况下，对于子载波部分使用(PUSC)来讲，由于很难执行RF调度器，因此可用时隙不能被分配给数据突发脉冲。在这种情况下，因为DL/UL MAP的大小不会由于用户数量的增加而增加，所以假设开销没有增加。No_d3是分配给睡眠或者空闲模式用户的无线资源，其一般由业务指示符(TRF-IND)和寻呼广告(PAG-ADV)使用。No_u1是分配给UL控制信道的时隙，No_u2是分配给其他信令业务，例如带宽分配请求、DSA/DSC/DSD、ROHC反馈信号、和ARG ACK的时隙。

这里，所确定的可用带宽用于确定参考QoS类型的等效可用带宽，如等式(5)：

C_a＝N_a*ΔC(referenceQoS_class)                ……(5)

其中C_a表示等效可用带宽，N_a表示对应于Na_d或Na_u的DL或UL的可用带宽。

因此，可以基于参考QoS类型来表示对于各个QoS类型的不同可用带宽。

RAS中的调度器根据CAC处理器的请求周期性地报告可用带宽。为此，调度器使用WiMAX网络工作组(NWG)中定义的Spare_Capacity_Req和Spare_Capacity_Rpt。例如，调度器在无线资源管理(RRM)R4可用带宽请求消息(Spare_Capacity_Req)的每个RRM平均时间周期内，通过可用带宽响应消息(Spare_Capacity_Rpt)的可用无线资源DL/UL IE向CAC处理器报告可用无线资源的数量。定义可用无线资源DL/UL IE以将可用无线资源的数量表示为0到100之间的8比特数值。因此，调度器将可用无线资源的数量表示为可用时隙的数量除以全部时隙的数量的百分比(％)(即，p_a＝N_a/N_t*100)，这些时隙由等式(4)得到。利用报告的可用无线资源数量和通过全部时隙IE报告的全部时隙数量，CAC处理器基于参考QoS类型确定等效可用带宽。因此，等式(5)表示为等式(6)：

C_a＝N_t*p_a/100*ΔC(referenceQoS_class)        ……(6)

其中C_a表示等效可用带宽，N_t表示对应于Nt_d或Nt_u的DL或UL的时隙总数，p_a表示可用无线资源的数量。

在步骤315，RAS使用所确定的等效MAC层所需带宽和确定的等效可用带宽来确定是否许可连接。如果满足下述等式(7)，则RAS许可相应呼叫的连接。否则，RAS拒绝相应呼叫的连接。

C_eq<KC_a                  ……(7)

其中C_eq表示等效MAC层所需带宽，C_a表示等效可用带宽，K是小于1的常数值，其根据相应呼叫的QoS类型和相应呼叫是否是新呼叫或者切换呼叫而被不同地设置。

根据连接请求呼叫的方向确定DL或者UL的等效可用带宽C_a和等效MAC层所需带宽C_eq。根据相应呼叫的QoS类型和相应呼叫是否是新呼叫或者切换呼叫而不同地设置常数K。也就是，具有高优先级的QoS类型的K值被设置为大于具有低优先级的QoS类型的K值，从而使得能够根据连接许可的优先级而提供差异性。另外，用于切换呼叫的K值被设置为大于用于新呼叫的K值，从而使得能够保护切换呼叫，减少呼叫丢失可能性以及提高服务质量。保护切换呼叫的原因是，已经存在的呼叫由于切换而丢失的呼叫丢失现象，与新呼叫连接被拒绝的呼叫阻塞现象相比，会使用户更敏感地感觉到服务质量的下降。

此后，根据本发明示范性实施例，RAS结束CAC处理。

步骤303到309是确定等效MAC层所需带宽的一组步骤，步骤311和313是确定等效可用带宽的一组步骤。因此，当请求新呼叫连接时可以并行执行这两组步骤。另外，步骤305的分组报头开销和步骤311的信号开销可以以离线方式被提前确定，而不管步骤301中连接许可请求事件的发生，这样他们可以具有固定值。另外，步骤313中的等效可用带宽可以具有周期性地更新的值，而不管步骤301连接许可请求事件的发生，这样当连接许可请求事件发生时可以使用这个值。

图4是示出根据本发明的示范性实施例的基于OFDMA的BWA系统的帧结构的示意图。

参考图4，帧401限定在包括时域(OFDMA符号)403和频域(子信道)405的两维域中。时域分为DL帧407和UL帧409。DL帧407包括前导、帧控制报头(FCH)、DL-MAP、UL-MAP和DL突发脉冲。UL帧409包括控制信道和UL突发脉冲。前导用于获得初始同步和搜索小区。FCH包括用于描述帧的基本结构的信息。DL-MAP包括指示DL突发脉冲区域的信息，UL-MAP包括指示UL突发脉冲区域的信息。控制信道可以包括寻呼(ranging)信道、信道质量指示符信道(CQICH)、确认信道(ACKCH)和语音信道。

在这个帧结构中，资源分配的最小单元是时隙，时隙根据排列方案被不同地配置。在IEEE 802.16标准中定义了包括子信道和OFDMA符号的时隙的配置和构成一个时隙的子载波的数量。构成一个帧的时隙的总数根据这些定义来确定。突发脉冲是具有相同MCS级别的时隙组。

图5是根据本发明的示范性实施例的BWA系统中的RAS的框图。

参考图5，RAS包括控制器500、发送(TX)调制解调器502、射频(RF)发射器504、双工器506、RF接收器508、接收(RX)调制解调器510和CAC处理器512。

TX调制解调器502包括信道编码模块和调制模块，并且将从控制器500接收的消息转换成基带信号。信道编码模块可以包括信道编码器、交织器、和调制器。调制模块可以包括快速逆傅立叶变换(IFFT)处理器，这样TX数据可以在多个正交子信道上被传送。当使用CDMA系统时，IFFT操作器可以由码扩频调制器替换。

RF发射器504包括频率转换器和放大器，并且将从TX调制解调器502接收的基带信号转换成RF信号。根据双工方案，双工器506通过天线发送从RF发送器504发送的信号，并将通过天线接收到的信号提供给RF接收器508。RF接收器508包括放大器和频率转换器，并且将通过无线信道发送的RF信号转换成基带信号。

RX调制解调器510包括解调模块和信道解码模块，并且将从RF接收器508接收的信号解调为基带信号。解调模块包括FFT处理器以便提取每个子信道承载的数据。信道解码模块包括解调器、解交织器、和信道解码器。

控制器500提供通信的全面控制。例如，控制器500产生要发送给TX调制解调器502的信令消息，并分析从RX调制解调器510接收的信令消息。另外，控制器500产生要发送给TX调制解调器502的数据，并根据协议处理从RX调制解调器510接收的数据。另外，当检测到连接许可请求时，控制器500通知CAC处理器512。

CAC处理器512管理可用系统资源。一旦检测到连接许可请求，CAC处理器512根据当前可用资源确定是否允许或者拒绝连接，并将确定结果报告给控制器500。根据本发明示范性实施例，CAC处理器512考虑各种QoS类型的业务特性来确定参考QoS类型的等效所需带宽和等效可用带宽，并且比较等效所需带宽和等效可用带宽来执行CAC操作。

例如，可以通过执行动态服务增加(DSA)处理来建立连接。一旦从用户终端接收到DSA请求消息，控制器500分析DSA请求消息并将分析结果通知给CAC处理器512。CAC处理器512使用DSA请求消息来检测所需连接的QoS类型，并根据检测到的QoS类型利用相应SF的QoS参数来确定应用层所需带宽。此后，CAC处理器512确定分组报头开销和每个时隙可用带宽，并且利用应用层所需带宽、分组报头开销和每个时隙可用带宽来确定参考QoS类型的等效MAC层所需带宽。还有，CAC处理器512确定信号开销，确定等效可用带宽，利用等效MAC层所需带宽和等效可用带宽来确定是否允许连接，并将确定结果报告给控制器500。控制器500根据CAC结果产生DSA响应消息，并将DSA响应消息发送给用户终端。

如上所述，本发明示范性实施例考虑BWA系统中各种QoS类型的业务特性来确定参考QoS类型的等效所需带宽和等效可用带宽，并将等效所需带宽与等效可用带宽比较来执行CAC操作，从而使得能够在执行CAC操作时阻止不必要的连接限制或者过度的连接许可。另外，虽然可用带宽根据服务业务类型而变化，但本发明示范性实施例通过使用时隙数量可以容易地估计每种业务类型的可用带宽。另外，本发明示范性实施例通过区分各种QoS类型的连接优先级以及切换呼叫和新呼叫的连接优先级，可以容易地保证服务质量。

虽然参考本发明的特定示范性实施例示出和描述了本发明，但本领域技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求书及其等同体限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出形式和细节上的各种改变。因此，本发明的范围不是由本发明的详细说明书来限定的，而是由所附权利要求来限定的，范围中的所有差异都被解释为包括在本发明中。

Claims (22)

1.一种宽带无线接入BWA系统中的连接许可控制CAC方法，该方法包括：

检测请求连接许可的呼叫的QoS类型；

通过利用检测到的该QoS类型的服务流的QoS参数来确定应用层所需带宽；

考虑分组报头开销、该QoS类型的特性、该应用层所需带宽和填充引起的开销来确定该QoS类型的所需带宽权重；

通过利用所确定的应用层所需带宽来确定参考QoS类型的每个时隙可用带宽和该QoS类型的每个时隙可用带宽；

通过利用所确定的每个时隙可用带宽来确定相应QoS类型的所需带宽转换比率；

通过利用所确定的应用层所需带宽、所需带宽权重和该所需带宽转换比率来确定等效MAC层所需带宽；

确定该QoS类型的信号开销；

使用确定的信号开销来确定等效可用带宽；以及

使用所确定的等效MAC层所需带宽和所确定的等效可用带宽来确定是否允许该连接。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定应用层所需带宽包括：

如果该QoS类型是主动授权服务UGS，则通过利用相应QoS类型的QoS参数中的最大持续业务速率来确定该应用层所需带宽；

如果该QoS类型是扩展的实时轮询服务ertPS，则通过利用相应QoS类型的QoS参数中的最大持续业务速率和最小保留业务速率中的至少一个来确定该应用层所需带宽；以及

如果该QoS类型是实时轮询服务rtPS或者非实时轮询服务nrtPS，则通过利用相应QoS类型的QoS参数中的最小保留业务速率来确定该应用层所需带宽。

3.根据权利要求1所述的方法，其中该分组报头开销包括通用MAC报头GMH、循环冗余校验CRC、封装子报头PSH、分段子报头FSH、和业务加密密钥TEK中的至少一个。 

4.根据权利要求1所述的方法，其中该QoS类型的每个时隙可用带宽是利用如下等式来确定的：

其中ΔC(QoS_class)表示该QoS类型的每个时隙可用带宽，BW_req表示应用层所需带宽， 

表示作为CAC的结果的该QoS类型的所有SF的应用层所需带宽的总和，i表示服务流索引，n(QoS_class)表示用于在从调制解调器经无线发送MAC帧时给定的时间段内服务该QoS类型的所有SF的时隙数量。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所需带宽转换比率是使用如下等式来确定的：

其中β(QoS_class)表示该QoS类型的所需带宽转换比率，ΔC(QoS_class)表示该QoS类型的每个时隙可用带宽，ΔC(reference QoS_class)表示该参考QoS类型的每个时隙可用带宽。

6.根据权利要求5所述的方法，其中该等效MAC层所需带宽是使用如下等式来确定的：

C_eq＝BW_req ^*(1+α(application SF))/β(QoS_class)

其中C_eq表示等效MAC层所需带宽，BW_req表示该应用层所需带宽，α(application SF)表示该QoS类型的所需带宽权重，其大于0，β(QoS_class)表示该QoS类型的所需带宽转换比率。

7.根据权利要求1所述的方法，其中该参考QoS类型包括主动授权服务UGS。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定等效可用带宽包括：

通过从全部时隙中排除分配给所确定的信号开销的时隙和分配给除了尽力而为BE之外的所有QoS SF的数据突发脉冲的时隙来确定可用带宽；

通过利用所确定的可用带宽和该参考QoS类型的每个时隙可用带宽来确定该等效可用带宽。

9.根据权利要求1所述的方法，其中该信号开销包括多播和广播服务 MBS支持开销、睡眠或者空闲模式用户支持开销、前导、DL/UL MAP、广播消息、UL控制信道、带宽分配请求、动态服务增加DSA/动态服务改变DSC/动态服务删除DSD、鲁棒报头压缩ROHC反馈信号和ARQ ACK中的至少一个。

10.根据权利要求8所述的方法，其中该等效可用带宽是使用如下等式来确定的：

C_a＝N_a*ΔC(referenceQoS_class)

其中C_a表示等效可用带宽，N_a表示可用带宽，ΔC(reference QoS_class)表示该参考QoS类型的每个时隙可用带宽。

11.根据权利要求8所述的方法，其中利用如下等式来比较确定的等效MAC层所需带宽和确定的等效可用带宽：

C_eq＜KC_a

其中C_eq表示等效MAC层所需带宽，C_a表示等效可用带宽，K是小于1的常数，其根据相应呼叫的QoS类型和相应呼叫是新呼叫还是切换呼叫被不同地设置的。

12.一种宽带无线接入BWA系统中用于连接许可控制CAC的装置，该装置包括：

控制器，用于确定是否存在请求连接许可的呼叫；以及

CAC处理器，用于检测该请求连接许可的呼叫的QoS类型，通过利用检测到的QoS类型的服务流的QoS参数来确定应用层所需带宽，考虑分组报头开销、该QoS类型的特性、该应用层所需带宽和填充引起的开销来确定该QoS类型的所需带宽权重，通过利用所确定的应用层所需带宽来确定参考QoS类型的每个时隙可用带宽和该QoS类型的每个时隙可用带宽，通过利用所确定的每个时隙可用带宽来确定相应QoS类型的所需带宽转换比率，通过利用所确定的应用层所需带宽、所需带宽权重和该所需带宽转换比率来确定等效MAC层所需带宽，确定该QoS类型的信号开销，使用确定的信号开销来确定等效可用带宽，以及使用所确定的等效MAC层所需带宽和所确定的等效可用带宽来确定是否允许该连接。

13.根据权利要求12所述的装置，其中如果该QoS类型是主动授权服务UGS，则该CAC处理器通过利用相应QoS类型的QoS参数中的最大持续 业务速率来确定该应用层所需带宽，如果该QoS类型是扩展的实时轮询服务ertPS，则该CAC处理器通过利用相应QoS类型的QoS参数中的最大持续业务速率和最小保留业务速率中的至少一个来确定该应用层所需带宽，以及如果该QoS类型是实时轮询服务rtPS或者非实时轮询服务nrtPS，则该CAC处理器通过利用相应QoS类型的QoS参数中的最小保留业务速率来确定该应用层所需带宽。

14.根据权利要求12所述的装置，其中该分组报头开销包括通用MAC报头GMH、循环冗余校验CRC、封装子报头PSH、分段子报头FSH、和业务加密密钥TEK中的至少一个。

15.根据权利要求12所述的装置，其中该QoS类型的每个时隙可用带宽是利用如下等式来确定的：

其中ΔC(QoS_class)表示该QoS类型的每个时隙可用带宽，BW_req表示应用层所需带宽， 

表示作为CAC的结果的该QoS类型的所有SF的应用层所需带宽的总和，i表示服务流索引，n(QoS_class)表示用于在从调制解调器经无线发送MAC帧时给定的时间阶段内服务该QoS类型的所有SF的时隙数量。

16.根据权利要求15所述的装置，其中该所需带宽转换比率是使用如下等式来确定的：

其中β(QoS_class)表示该QoS类型的所需带宽转换比率，ΔC(QoS_class)表示该QoS类型的每个时隙可用带宽，ΔC(reference QoS_class)表示该参考QoS类型的每个时隙可用带宽。

17.根据权利要求16所述的装置，其中该等效MAC层所需带宽是使用如下等式来确定的：

C_ep＝BW_req ^*(1+α(application SF))/β(QoS_class)

其中C_eq表示等效MAC层所需带宽，BW_req表示该应用层所需带宽，α(application SF)表示该QoS类型的所需带宽权重，其大于0，β(QoS_class) 表示该QoS类型的所需带宽转换比率。

18.根据权利要求12所述的装置，其中该参考QoS类型包括主动授权服务UGS。

19.根据权利要求12所述的装置，其中该CAC处理器通过从全部时隙中排除分配给所确定的信号开销的时隙和分配给除了尽力而为BE之外的所有QoS SF的数据突发脉冲的时隙来确定可用带宽，以及通过利用所确定的可用带宽和该参考QoS类型的每个时隙可用带宽来确定该等效可用带宽。

20.根据权利要求12所述的装置，其中该信号开销包括多播和广播服务MBS支持开销、睡眠或者空闲模式用户支持开销、前导、DL/UL MAP、广播消息、UL控制信道、带宽分配请求、动态业务增加DSA/动态业务改变DSC/动态业务删除DSD、鲁棒报头压缩ROHC反馈信号、和ARQ ACK中的至少一个。

21.根据权利要求19所述的装置，其中该等效可用带宽是使用如下等式来确定的：

C_a＝N_a*ΔC(referenceQoS_class)

其中C_a表示等效可用带宽，N_a表示可用带宽，ΔC(reference QoS_class)表示该参考QoS类型的每个时隙可用带宽。

22.根据权利要求13所述的装置，其中利用如下等式来比较所确定的等效MAC层所需带宽和等效可用带宽：

C_eq＜KC_a

其中C_eq表示等效MAC层所需带宽，C_a表示等效可用带宽，K是小于1的常数，其是根据相应呼叫的QoS类型和相应呼叫是新呼叫还是切换呼叫而被不同地设置的。 

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