CN101568157B - 无线资源调度方法及其装置、基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线资源调度方法，包括针对待调度的载波簇，确定每个非实时业务用户的调度信息，以及每个包含实时业务用户当前排队时延和中断时延的实时业务用户的调度信息；根据确定的每个实时业务用户的调度信息和每个非实时业务用户的调度信息，计算每个用户在该待调度的载波簇上的优先级；以及将该待调度的载波簇调度给计算出的优先级最高的用户。相应的本发明还公开了一种无线资源调度装置及其基站。本发明可以在同时提供实时业务和非实时业务的LTE系统中，更好的保证实时业务用户的QoS。

Description

无线资源调度方法及其装置、基站

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种无线资源调度方法及其装置，以及基站。

背景技术

长期演进(LTE，Long Term Evolution)技术是3GPP组织提出的，其目标是为用户提供更高的数据速率以及更低的时延、更大的系统容量和覆盖范围。LTE系统除了支持VoIP、Video Streaming等实时业务外，还同时支持FTP、WWW等非实时业务。对于系统资源的分配，LTE技术在充分利用信道条件获得多用户分集增益的同时，还可以按照不同业务的服务质量(QoS)要求为不同业务分配不同的系统资源。

其中实时业务中的视频流业务的主要特点是对时延要求较为严格，如果一个视频流业务数据包在业务允许的最大时延到达前发送出去，则视作该数据包发送成功，否则该数据包就会被系统丢弃，从而导致视频画面不连续。如果一个用户在连续的一段时间内其丢包率超过业务允许的丢包率门限，则该用户就会处于掉话状态，此时用户对网络提供的服务质量就会不满意。因此可见，为了满足视频流业务的QoS，针对视频流业务的资源调度技术应该考虑数据包的丢包率这个因素。

另一方面，在视频流业务的接收端都会有一个数据缓冲区，对于网络侧发过来的视频流业务数据包先存放在该缓冲区中，然后再按照存放顺序以一定的播放速率发出去。如果流入该缓冲区的数据速率小于流出该缓冲区的数据速率(即播放速率)，那么在后续某一时刻必然会造成用户端的画面中断、播放停滞等现象，从而导致业务中断。因此可见，为了满足视频流业务的QoS，针对视频流业务的资源调度技术还应该同时考虑数据包的中断率这个因素。

在LTE系统中同时提供实时业务和非实时业务的情况下，对于视频流业务的资源调度方案仅考虑了数据包的丢包率这个因素，没有考虑数据包的中断率，因此按照现行的方案对视频流业务进行调度，只能保证视频流业务不会由于丢包而产生中断，而不能避免视频流业务由于数据包的中断率而产生的中断，因此现行针对视频流业务的资源调度方案还是不能很好的保证用户的QoS。

发明内容

本发明提供一种无线资源调度方法及其装置、基站，以在同时提供实时业务和非实时业务的LTE系统中，更好的保证实时业务用户的QoS。

本发明提供了一种无线资源调度方法，包括：针对待调度的载波簇，确定每个非实时业务用户的调度信息，以及每个包含实时业务用户当前排队时延和中断时延的实时业务用户的调度信息；根据确定的每个实时业务用户的调度信息和每个非实时业务用户的调度信息，计算每个用户在该待调度的载波簇上的优先级；以及将该待调度的载波簇调度给计算出的优先级最高的用户；

所述实时业务用户的调度信息中还包含实时业务用户当前的平均速率、实时业务的服务质量要求以及实时业务用户在该待调度的载波簇上的瞬时数据速率；所述非实时业务用户的调度信息中包含非实时业务用户当前的平均速率，以及非实时业务用户在该待调度的载波簇上的瞬时数据速率；

根据确定的每个实时业务用户的调度信息，按照下述计算方式计算每个实时业务用户在该待调度的载波簇上的优先级：

$\hat{i}=\frac{{\mathrm{DRC}}_{i,j}\left(n\right)}{R_i\left(n\right)}\×\frac{1}{{(d_{\max }-d_i\left(n\right))}^{\mathrm{\φ}}}\×\frac{1}{{(D_{\max }-D_i\left(n\right))}^{\mathrm{\θ}}}\×W;$

表示用户i在该待调度的载波簇j上的优先级；

DRC_i，j(n)表示用户i在当前调度时隙n中在该待调度的载波簇j上的瞬时数据速率；

R_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中的平均速率；

d_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中的排队时延；

D_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中填满缓冲器所需的时间，即当前的中断时延；

d_max表示实时业务的最大允许排队时延，D_max表示实时业务的最大允许中断时延，d_max和D_max共同表征实时业务的服务质量要求；

W用以保证当实时业务用户和非实时业务用户的信道质量相同时，使实时业务用户的优先级高于非实时业务用户的优先级，W＞1；

n表示调度时隙号，φ，θ为大于1的校正因子；

根据确定的每个非实时业务用户的调度信息，按照下述计算方式计算每个非实时业务用户在该待调度的载波簇上的优先级：

$\hat{i}=\frac{{\mathrm{DRC}}_{i,j}\left(n\right)}{R_i\left(n\right)}.$

本发明还提供了一种无线资源调度装置，包括调度信息确定单元，用于针对待调度的载波簇，确定每个非实时业务用户的调度信息，以及每个包含实时业务用户当前排队时延和中断时延的实时业务用户的调度信息；优先级计算单元，用于根据确定的每个实时业务用户的调度信息和每个非实时业务用户的调度信息，计算每个用户在该待调度的载波簇上的优先级；其中，按照下述计算方式计算每个实时业务用户在该待调度的载波簇上的优先级： 

按照下述计算方式计算每个非实时业务用户在该待调度的载波簇上的优先级： 

其中， 表示用户i在该待调度的载波簇j上的优先级；DRC_i，j(n)表示用户i在当前调度时隙n中在该待调度的载波簇j上的瞬时数据速率；R_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中的平均速率；d_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中的排队时延；D_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中填满缓冲器所需的时间，即当前的中断时延；d_max表示实时业务 的最大允许排队时延；D_max表示实时业务的最大允许中断时延；d_max和D_max共同表征实时业务的服务质量要求；W用以保证当实时业务用户和非实时业务用户的信道质量相同时，使实时业务用户的优先级高于非实时业务用户的优先级，W＞1；n表示调度时隙号，φ，θ为大于1的校正因子；调度单元，用于将该待调度的载波簇调度给计算出的优先级最高的用户。

本发明还提供了一种基站，包括调度信息确定单元，用于针对待调度的载波簇，确定每个非实时业务用户的调度信息，以及每个包含实时业务用户当前排队时延和中断时延的实时业务用户的调度信息；优先级计算单元，用于根据确定的每个实时业务用户的调度信息和每个非实时业务用户的调度信息，计算每个用户在该待调度的载波簇上的优先级；其中，按照下述计算方式计算每个实时业务用户在该待调度的载波簇上的优先级： 

按照下述计算方式计算每个非实时业务用户在该待调度的载波簇上的优先级： 

其中， 表示用户i在该待调度的载波簇j上的优先级；DRC_i，j(n)表示用户i在当前调度时隙n中在该待调度的载波簇j上的瞬时数据速率；R_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中的平均速率；d_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中的排队时延；D_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中填满缓冲器所需的时间，即当前的中断时延；d_max表示实时业务的最大允许排队时延；D_max表示实时业务的最大允许中断时延；d_max和D_max共同表征实时业务的服务质量要求；W用以保证当实时业务用户和非实时业务用户的信道质量相同时，使实时业务用户的优先级高于非实时业务用户的优先级，W＞1；n表示调度时隙号，φ，θ为大于1的校正因子；调度单元，用于将该待调度的载波簇调度给计算出的优先级最高的用户。

本发明提出的无线资源调度方案，在同时提供实时业务和非实时业务的LTE系统中，在对用户进行资源调度时，充分考虑了实时业务用户当前的排队时延(即数据包的丢包率因素)和中断时延(即数据包的中断率因素)，因此 能够较好的避免实时业务由于数据包的中断率而产生的中断，更好的保证了实时业务用户的QoS。

附图说明

图1为本发明无线资源调度方法的实施例处理流程图；

图2为本发明无线资源调度装置的具体组成结构框图。

具体实施方式

本发明技术方案基于二维效用函数，提出了一种新的无线资源调度方案，该方案充分考虑了实时业务用户的信道状况、排队时延、以及接收端缓冲器的播放中断时延等因素，因此可以较好的避免实时业务的丢包率和中断率，更好的满足实时业务用户的QoS。

如图1所示，为本发明无线资源调度方法的实施例处理流程图，其具体实施流程如下：

步骤10，针对待调度的载波簇(载波簇指频域上多个载波合在一起的一个资源块，可以包含一个子载波或至少两个子载波)，确定每个包含实时业务用户当前中断时延和排队时延的实时业务用户的调度信息，以及确定每个非实时业务用户的调度信息；其中实时业务用户的调度信息中包含实时业务用户当前的排队时延和中断时延，此外还包含实时业务用户当前的平均速率、实时业务的QoS要求以及实时业务用户在该待调度的载波簇上的瞬时数据速率；其中非实时业务用户的调度信息中包含非实时业务用户当前的平均速率，以及非实时业务用户在该待调度的载波簇上的瞬时数据速率。

其中可以按照下述计算方式，计算实时业务用户当前(即在当前调度时隙n中)的排队时延：

该式中，d_i(n)表示实时业务用户在当前调度时隙n中的排队时延；d_i(n-1)表示实时业务用户在上一调度时隙n-1中的排队时延；T_s表示时隙n的长度，T_f表示实时业务每一帧的长度。

其中可以按照下述计算方式，计算实时业务用户当前(即在当前调度时隙n中)的中断时延，即计算实时业务用户接收端的缓冲器的填充时延：

该式中，D_i(n)表示实时业务用户在当前调度时隙n中的中断时延；D_i(n-1)表示实时业务用户在上一调度时隙n-1中的中断时延；r_i(n-1)表示实时业务用户在上一调度时隙n-1中获得的瞬时速率；R_i(n-1)表示实时业务用户在上一调度时隙n-1中的平均速率；Ts表示时隙n的长度。

其中按照下述计算方式，计算实时业务用户和非实时业务用户当前(即在当前调度时隙n中)的平均速率：

$R_i\left(n\right)=(1-\frac{1}{T_c})R_i(n-1)+\frac{1}{T_c}{r}_i(n-1)$

该式中，R_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中的平均速率；R_i(n-1)表示用户i在上一调度时隙n-1中的平均速率；T_c表示滑动时间窗口，通常是时隙n的长度T_s的整数倍；其中：

$r_i(n-1)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{DRC}}_{i,j}(n-1)\·{\mathrm{\ρ}}_{i,j}(n-1)$

其中r_i(n-1)表示用户i在上一调度时隙n-1中获得的瞬时速率；DRC_i，j(n-1)表示用户i在上一调度时隙n-1中在载波簇j上的瞬时数据速率；ρ_i，j(n-1)为用户i在上一调度时隙n-1中的分配索引，取值为0或1，若在调度时隙n-1中载波簇j分给了用户i，则ρ_i，j(n-1)＝1，反之，ρ_i，j(n-1)＝0；N为载波簇中包含载波的数目。

其中可以根据实时业务用户和非实时业务用户通过专用上行反馈信道上 报的信道质量状况，确定实时业务用户和非实时业务用户在该待调度的载波簇上的瞬时数据速率。

步骤20，根据上述确定的每个实时业务用户的调度信息和每个非实时业务用户的调度信息，计算每个用户在该待调度的载波簇上的优先级；

本发明实施例为了根据各个用户的调度信息，计算各个用户在待调度的载波簇上的优先级，需要首先构建目标函数，并沿着二维梯度方向向最优解移动。利用双梯度上升法，解得使目标函数梯度最大的用户表达式如下：

$\hat{i}=\arg \underset{1\≤i\≤M}{\max }\{\frac{r_i\left(n\right)}{R_i\left(n\right)}\×U_i^{\′\′}(d_i\left(n\right),D_i\left(n\right))\}---\left(a\right)$

用障碍函数作为效用函数，当实时业务用户接收端的缓冲器的中断时延超过允许范围时，引入较大的校正因子，这样系统就可以在实时业务用户接收端的缓冲器的中断时延接近最大允许时延时提前做出反应，以降低实时业务用户的丢包率和中断率。本实施例采用的效用函数如下：

$U(d,D)=\frac{{(d_{\max }-d\left(n\right))}^{1-\mathrm{\φ}}}{1-\mathrm{\φ}}\×\frac{{(D_{\max }-D\left(n\right))}^{1-\mathrm{\θ}}}{1-\mathrm{\θ}}---\left(b\right)$

其中在上述式(a)和式(b)中，各个参数的含义如上所述；此外参数θ和φ为两个不同的校正因子，其中θ＞1，φ＞1，可以根据实时业务的QoS要求进行灵活设置，例如最大允许时延越短，校正因子的值设置得越大，否则相反。

根据上述式(a)和式(b)，可以推导得到在实时业务和非实时业务混合提供的情况下，实时业务用户在待调度的载波簇上的优先级计算公式为：

$\hat{i}=\frac{{\mathrm{DRC}}_{i,j}\left(n\right)}{R_i\left(n\right)}\×\frac{1}{{(d_{\max }-d_i\left(n\right))}^{\mathrm{\φ}}}\×\frac{1}{{(D_{\max }-D_i\left(n\right))}^{\mathrm{\θ}}}\×W$

非实时业务用户在待调度的载波簇上的优先级计算公式为：

$\hat{i}=\frac{{\mathrm{DRC}}_{i,j}\left(n\right)}{R_i\left(n\right)}$

式中， 表示用户i在该待调度的载波簇j上的优先级；DRC_i，j(n)表示用户i在该待调度的载波簇j上的瞬时数据速率；R_i(n)、d_i(n)、D_i(n)的含义同上述；d_max表示实时业务的最大允许排队时延，D_max表示实时业务的最大允许中断时延，d_max和D_max共同表征实时业务的QoS要求；W用以保证当实时业务用户和非实时业务用户的信道质量相同时，使实时业务用户的优先级高于非实时业务用户的优先级，W＞1；n表示调度时隙号，φ，θ为大于1的校正因子。

步骤30，根据上述计算出的各个用户在该调度载波簇的优先级信息，将该待调度的载波簇调度给计算出的优先级最高的用户。

针对每一个待调度的载波簇，分别按照上述调度过程进行调度，直至所有的载波簇被调度完毕。

本发明技术方案的特点就是针对同时提供实时业务和非实时业务的混合业务系统，计算实时业务用户在待调度的载波簇上的优先级时，考虑该实时业务用户的中断时延，即当实时业务用户接收端的缓冲器的中断时延接近最大允许中断时延时，在计算该实时业务用户在待调度的载波簇上的优先级时，为其引入较大的校正因子，使待调度的载波簇能够最大限度的优先调度给该实时业务用户，以更好的保证该实时业务用户的QoS。

其中上述所指的实时业务用户可以但不限于为视频流业务用户。

对应的，本发明还提供了一种无线资源调度装置，该装置通常为通信系统中的基站设备，如图2所示，为本发明资源调度装置的具体组成结构框图，其中调度信息确定单元100，用于针对待调度的载波簇，确定每个包含实时业务用户当前中断时延和排队时延的实时业务用户的调度信息，以及确定每个非实时业务用户的调度信息；优先级计算单元200，用于根据调度信息确定单元100确定的每个实时业务用户的调度信息和每个非实时业务用户的调度信息，分别计算每个用户在该待调度的载波簇上的优先级；调度单元300，用于将该待调度的载波簇调度给优先级计算单元200计算出的优先级最高的用户。

上述无线资源调度装置中，调度信息确定单元100确定实时业务用户的调度信息和非实时业务用户的调度信息的具体实现，以及优先级计算单元200根据每个实时业务用户的调度信息和每个非实时业务用户的调度信息，计算每个 用户在该待调度的载波簇上的优先级的计算方式，已经在上述方法的具体实施中给予详细阐述，这里不再给予赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种无线资源调度方法，其特征在于，包括：

针对待调度的载波簇，确定每个非实时业务用户的调度信息，以及每个包含实时业务用户当前排队时延和中断时延的实时业务用户的调度信息；

根据确定的每个实时业务用户的调度信息和每个非实时业务用户的调度信息，计算每个用户在该待调度的载波簇上的优先级；以及

将该待调度的载波簇调度给计算出的优先级最高的用户；

所述实时业务用户的调度信息中还包含实时业务用户当前的平均速率、实时业务的服务质量要求以及实时业务用户在该待调度的载波簇上的瞬时数据速率；所述非实时业务用户的调度信息中包含非实时业务用户当前的平均速率，以及非实时业务用户在该待调度的载波簇上的瞬时数据速率；

根据确定的每个实时业务用户的调度信息，按照下述计算方式计算每个实时业务用户在该待调度的载波簇上的优先级：

表示用户i在该待调度的载波簇j上的优先级；

DRC_i，j(n)表示用户i在当前调度时隙n中在该待调度的载波簇j上的瞬时数据速率；

R_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中的平均速率；

d_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中的排队时延；

D_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中填满缓冲器所需的时间，即当前的中断时延；

d_max表示实时业务的最大允许排队时延，D_max表示实时业务的最大允许中断时延，d_max和D_max共同表征实时业务的服务质量要求；

W用以保证当实时业务用户和非实时业务用户的信道质量相同时，使实时业务用户的优先级高于非实时业务用户的优先级，W＞1； 

n表示调度时隙号，φ，θ为大于1的校正因子；

根据确定的每个非实时业务用户的调度信息，按照下述计算方式计算每个非实时业务用户在该待调度的载波簇上的优先级：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按照下述计算方式计算实时业务用户当前的排队时延：

如果实时业务用户在上一调度时隙被调度，则：

d_i(n)＝d_i(n-1)-T_f+Ts；

如果实时业务用户在上一调度时隙未被调度，则：

d_i(n)＝d_i(n-1)+Ts；

d_i(n)表示实时业务用户i在当前调度时隙n中的排队时延；

d_i(n-1)表示实时业务用户i在上一调度时隙n-1中的排队时延；

T_s表示时隙长度，T_f表示实时业务每一帧的长度。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按照下述计算方式计算实时业务用户当前的中断时延：

如果实时业务用户在上一调度时隙被调度，则：

如果实时业务用户在上一调度时隙未被调度，则：

D_i(n)＝D_i(n-1)；

D_i(n)表示实时业务用户i在当前调度时隙n中的中断时延；

D_i(n-1)表示实时业务用户i在上一调度时隙n-1中的中断时延；

r_i(n-1)表示实时业务用户i在上一调度时隙n-1中获得的瞬时速率；

R_i(n-1)表示实时业务用户i在上一调度时隙n-1中的平均速率；

Ts表示时隙长度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按照下述计算方式计算实时 业务用户和非实时业务用户在上一次被调度后的平均速率：

R_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中的平均速率；

R_i(n-1)表示用户i在上一调度时隙n-1中的平均速率；

T_c表示滑动时间窗口；

其中

r_i(n-1)表示用户i在上一调度时隙n-1中获得的瞬时速率；

DRC_i，j(n-1)表示用户i在上一调度时隙n-1中在载波簇j上的瞬时数据速率；

ρ_i，j(n-1)为用户i在上一调度时隙n-1中的分配索引，取值为0或1，若在上一调度时隙n-1中载波簇j分给了用户i，则ρ_i，j(n-1)＝1，反之，ρ_i，j(n-1)＝0；

N为载波簇中包含载波的数目。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据实时业务用户和非实时业务用户上报的信道质量状况，确定实时业务用户和非实时业务用户在该待调度的载波簇上的瞬时数据速率。

6.一种无线资源调度装置，其特征在于，包括：

调度信息确定单元，用于针对待调度的载波簇，确定每个非实时业务用户的调度信息，以及每个包含实时业务用户当前排队时延和中断时延的实时业务用户的调度信息；

优先级计算单元，用于根据确定的每个实时业务用户的调度信息和每个非实时业务用户的调度信息，计算每个用户在该待调度的载波簇上的优先级；其中，按照下述计算方式计算每个实时业务用户在该待调度的载波簇上的优先级： 

按照下述计算方式计算每个非实时 业务用户在该待调度的载波簇上的优先级： 

其中， 表示用户i在该待调度的载波簇j上的优先级；DRC_i，j(n)表示用户i在当前调度时隙n中在该待调度的载波簇j上的瞬时数据速率；R_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中的平均速率；d_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中的排队时延；D_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中填满缓冲器所需的时间，即当前的中断时延；d_max表示实时业务的最大允许排队时延；D_max表示实时业务的最大允许中断时延；d_max和D_max共同表征实时业务的服务质量要求；W用以保证当实时业务用户和非实时业务用户的信道质量相同时，使实时业务用户的优先级高于非实时业务用户的优先级，W＞1；n表示调度时隙号，φ，θ为大于1的校正因子；

调度单元，用于将该待调度的载波簇调度给计算出的优先级最高的用户。

7.一种基站，其特征在于，包括：

调度信息确定单元，用于针对待调度的载波簇，确定每个非实时业务用户的调度信息，以及每个包含实时业务用户当前排队时延和中断时延的实时业务用户的调度信息；

优先级计算单元，用于根据确定的每个实时业务用户的调度信息和每个非实时业务用户的调度信息，计算每个用户在该待调度的载波簇上的优先级；其中，按照下述计算方式计算每个实时业务用户在该待调度的载波簇上的优先级： 按照下述计算方式计算每个非实时业务用户在该待调度的载波簇上的优先级： 

其中， 表示用户i在该待调度的载波簇j上的优先级；DRC_i，j(n)表示用户i在当前调度时隙n中在该待调度的载波簇j上的瞬时数据速率；R_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中的平均速率；d_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中的排队时延；D_i(n)表示用户i在当前调度时隙n中填满缓冲器所需的时间，即当前的中断时延；d_max表示实时业务的最大允许排队时延；D_max表示实时业务的最大允许 中断时延；d_max和D_max共同表征实时业务的服务质量要求；W用以保证当实时业务用户和非实时业务用户的信道质量相同时，使实时业务用户的优先级高于非实时业务用户的优先级，W＞1；n表示调度时隙号，φ，θ为大于1的校正因子；

调度单元，用于将该待调度的载波簇调度给计算出的优先级最高的用户。 

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