CN101754387A - 无线通信系统中的调度资源的方法和基站 - Google Patents

Abstract

公开了一种在无线通信系统中调度资源的方法以及相应的基站。所述无线通信系统包括基站和多个用户设备，所述方法包括：确定步骤，确定所述多个用户设备中要在资源块上发送数据的用户设备；计算步骤，通过至少考虑到所确定的用户设备的缓冲存储器中待发送的数据的数据量，计算所确定的用户设备各自的优先级；以及分配步骤，将所述资源块分配给优先级最高的那个用户设备。利用本发明，能够动态的为用户终端分配系统资源，减少对系统资源的浪费，为具有最小速率要求的用户终端提供速率保证。

Description

无线通信系统中的调度资源的方法和基站

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体的说，涉及一种无线通信系统中的调度资源的方法和相应的基站。

背景技术

无线通信系统已经并正在经历着巨大的发展，出现了以GSM为代表的第二代移动通信系统和正在实施的第三代移动通信系统标准IMT-2000。然而，现有的这种无线通信网络仍然不能满足未来通信的需求。未来无线通信系统期望能够提供高速数据通信能力，这和频谱资源的缺乏相矛盾。因此，如何在有限的频谱资源下，提高频谱效率同时为用户终端提供具有更高数据速率和各种服务质量(QoS)需求的多媒体业务是下一代移动通信系统的关键问题之一。

正交频分复用技术由于具有抗衰落能力强，抗符号间干扰能力强，频率利用率高，适合高速数据和非对称业务传输等特点，成为目前解决高速数据传输的主流技术之一。该技术已成功用于数字视频广播(DVB)、非对称用户数据环路(ADSL)以及无线接入网系统，并将成为下一代移动通信系统中很具有发展前途的传输技术。

资源的调度在基于分组交换的无线网络中起着至关重要的作用。Max C/I和PF是目前被广泛采用的两种调度方法(非专利文献1：A.Jalali，R.Padovani，R.Pankai，“Data Throughput of CDMA-HDR a HighEfficiency-High Data Rate Personal Communication Wireless System，”inProc.Veh.Technol.Conf.，Jan.2001，pp.55-67)。一方面是由于它们复杂度低，易于实现。另一方面是由于它们分别具有最大化系统吞吐量(Max C/I方法)以及实现用户公平性和系统吞吐量之间有效折中(PF方法)的优点。但是这两种方法无法为用户提供任何QoS保证。

为了保证实时业务的QoS要求，M.Andrews等人提出了M-LWDF方法(非专利文献2：Matthew Andrews，Krishnan Kumaran，KavitaRamanan，Alexander Stolyar，Phil Whiting.“Providing quality of serviceover a shared wireless link”，IEEE Communications Magazine.2001，pp.150-154)。它在PF方法的基础上，兼顾了业务的最大时延限制和用户终端缓存中第一个分组的等待时延，从而能够很好的保证实时业务的时延要求。

S.Shakkottai等人提出了另一种针对实时业务的调度方法-EXP方法(非专利文献3：S.Shakkottai and A.L.Stolyar，“Scheduling formultiple flows sharing a time varying channel：the exponential rule，”Belllaboratories technical report，December，2000)。相比于M-LWDF方法，EXP方法具有更好的时延特性，即使在系统负载很大的情况下仍然能够很好的满足实时业务的QoS要求。

但是，上述方法最初都是针对单载波系统提出的，并不能直接应用于正交频分复用系统中。多载波比例公平(MC-PF)方法(非专利文献4：H.Kim，Y.Han，“A Proportional Fair Scheduling for MulticarrierTransmission Systems”，IEEE Commun.Letters，vol.9，Mar 2005，pp.210-212)将PF方法成功应用到了正交频分复用系统的资源调度中。但是，该方法并没有考虑业务的服务质量需求。作为对MC-PF方法的进一步改进，QPF方法(非专利文献5：Zhen Kong，Jiangzhou Wang，Yu-Kwong Kwok，“A New Cross Layer Approach to QoS-AwareProportional Fairness Packet Scheduling in the Downlink of OFDMWireless Systems”，in Proc.ICC，June，2007，pp.5695-5700)在计算优先级时考虑了业务的时延和丢包率要求，对业务服务质量提供了保证。

除QPF方法外，上述方法都是以Full Buffer这种理想模型作为业务模型，即假设用户终端的队列中始终有数据等待发送。因此，在进行资源调度时不需要考虑用户终端的缓存状态。而在实际系统中，有些业务由于分组不连续产生，而且分组长度较小，它们的业务模型并不能简单的用Full buffer模型来表示，例如video业务。

为了更加有效的利用资源，同时为业务提供服务质量需求，在进行调度算法的设计时，不仅要考虑资源在物理层的传输速率，还要考虑用户终端的缓存状态。QPF方法和Jinri Huang等人提出的BATD方法(非专利文献6：Jinri Huang，Zhisheng Niu，“Buffer-Aware andTraffic-Dependent Packet Scheduling in Wireless OFDM Networks”，inProc.WCNC，March，2007，pp.1554-1558)的出发点都是假设用户缓存为有限长度，为了减少由于缓存溢出而导致的丢包，在计算用户终端的调度优先级时考虑了其缓存中的剩余空间。

另外，在未来的以正交频分复用技术作为物理层传输技术的系统中，资源分配的最小单元将具有粗粒度的特点。例如，正在标准化的LTE系统，资源分配的最小单元为一个物理资源块，其在时域上由14个OFDM符号组成，频域上包含12个子载波。当用户缓存中的数据量较少时，一个物理资源块的传输速率会高于用户缓存中的数据量。因此，在对类似这种粗粒度的资源单元进行分配时，如果仅仅考虑资源在物理层的传输速率，而忽略用户缓存中数据量的大小，将会造成资源的浪费。QPF方法和BATD方法虽然考虑了缓存状态，但是并没有解决如何减少资源浪费的问题。另一方面，上述非专利文献2、3、5和6提出的调度方法能够为业务提供服务质量保证，但是只适合于下行链路。而在上行链路中，由于有些信息无法得到，例如用户终端缓存中第一个分组的等待时延，因此，这些调度方法无法为用户终端的上行业务提供服务质量保证。

发明目的

本发明的目的是提供一种应用于包含多个用户终端的无线通信系统中的调度资源的方法和基站。

在本发明的一个方面，提出了一种在无线通信系统中调度资源的方法，所述无线通信系统包括基站和多个用户设备，所述方法包括：确定步骤，确定所述多个用户设备中要在资源块上发送数据的用户设备；计算步骤，通过至少考虑到所确定的用户设备的缓冲存储器中待发送的数据的数据量，计算所确定的用户设备各自的优先级；以及分配步骤，将所述资源块分配给优先级最高的那个用户设备。

在本发明的另一方面，提出了一种在无线通信系统中调度资源的方法，所述无线通信系统包括基站和多个用户设备，所述基站具备用于缓存要发送给各个用户设备的数据的业务缓冲存储器，所述方法包括步骤：确定步骤，确定所述多个用户设备中要在资源块上向其发送数据的用户设备；计算步骤，通过至少考虑到与所确定的用户设备相对应的业务缓冲存储器中待发送的数据的数据量，计算所确定的用户设备各自的优先级；以及分配步骤，将所述资源块分配给优先级最高的那个用户设备。

在本发明的再一方面，提出了一种基站，用于在无线通信系统中调度资源，包括：缓存管理装置，用于存储关于多个用户设备的缓冲存储器中的数据的数据量的信息，并且确定要在资源块上发送数据的用户设备；速率信息记录装置，用于存储关于各个用户设备所要求的数据速率与其平均发送速率差值的信息；以及资源调度装置，通过至少考虑到所确定的用户设备的缓冲存储器中待发送的数据的数据量，计算所确定的用户设备各自的优先级，并将所述资源块分配给优先级最高的那个用户设备。

在本发明的又一方面，提出了一种基站，用于在无线系统中调度资源，包括：多个业务缓冲存储器，分别针对多个用户设备而设置，存储要发送到相应用户设备的数据；速率信息记录装置，用于存储关于各个用户设备所要求的数据速率与其平均发送速率差值的信息；缓存管理装置，确定所述多个用户设备中要在资源块上向其发送数据的用户设备；以及资源调度装置，通过至少考虑到与所确定的用户设备相对应的业务缓冲存储器中待发送的数据的数据量，计算所确定的用户设备各自的优先级，并将所述资源块分配给优先级最高的那个用户设备。

上述方案既可以应用于上行链路调度，也可以应用于下行链路调度。上述方案能够动态的为用户终端分配系统资源，减少对系统资源的浪费，为具有最小速率要求的用户终端提供速率保证。通过仿真结果表明，针对不同的业务特点及用户终端的最小速率要求，本发明提供的方法及装置，能够在各指标方面提供良好的性能，适合于下一代移动通信网络的发展需要。

附图说明

从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述特征和优点将更明显，其中：

图1示出了根据本发明第一实施例的无线通信系统的结构示意图；

图2示出了根据本发明第一实施例的调度资源的方法的流程图；

图3示出了根据本发明第二实施例的无线通信系统的结构示意图；以及

图4示出了根据本发明第二实施例的调度资源的方法的流程图。

具体实施方式

下面，参考附图详细说明本发明的优选实施方式。在附图中，虽然示于不同的附图中，但相同的附图标记用于表示相同的或相似的组件。为了清楚和简明，包含在这里的已知的部分功能和结构的详细描述将被省略，避免使本发明的主题不清楚。

在正交频分复用系统中，子载波之间具有一定的相关性，直接对系统中所述的子载波进行调度，信道的反馈量将会加大。通常的做法是，将子载波分成若干组，每组子载波称为一个子带。例如，在正交频分复用系统中相邻的R个子载波组成一个子带，N个子载波被分为M个子带，则N＝M*R。类似于LTE(长期演进)系统中的定义，在本发明实施例中将频域上的一个子带和时域上的若干个OFDM符号组成的资源单元称为物理资源块，用户终端通过竞争物理资源块来进行通信。在正交频分复用系统中利用自适应调制编码技术(AMC)，可以支持可变的传输速率。因此，在每个周期内，基站根据用户终端在每个物理资源块上的瞬时信噪比(SNR)确定其对应的调制编码方式，从而得到用户终端在每个物理资源块上的传输速率，并利用该传输速率以下面描述的方式计算用户终端的调度优先级。

【第一实施例】

根据本发明第一实施例的资源调度应用于上行链路中。图1示出了本发明第一实施例的无线通信系统的结构示意图。

如图1所述，根据本发明实施例的无线通信系统包括基站和至少一个用户终端。根据本发明第一实施例的基站100包括：信道估计单元101、缓存管理单元104、速率信息记录单元105、资源调度单元103和资源分配记录单元102。

根据本发明第一实施例，信道估计单元101对用户终端在物理资源块上的例如SNR之类的信道信息进行估计，并记录得到的信道信息。

缓存管理单元104记录用户终端的缓冲存储器中缓存中的数据的数据量信息，并在每个调度时刻挑选出缓冲存储器中数据量不为零的用户终端组成集合S。

速率信息记录单元105记录每个用户终端要求的最小速率与发送速率的差值。

资源调度单元103根据信道估计单元101、资源分配记录单元102、缓存管理单元104和速率信息记录单元105中的信息的至少一部分确定用户终端在每个物理资源块上的调度优先级，并根据用户终端的优先级对物理资源块进行分配。

资源分配记录单元105记录每个调度周期内物理资源块的调度结果，也就是每个物理资源块所分配到的用户终端。在每个调度周期结束时，对本调度周期的调度结果进行编码，通过下行控制信令通知用户终端。

如图1所示，根据本发明第一实施例的用户终端200包括业务缓存单元201和装载单元202。

业务缓存单元201，例如是缓冲存储器，用于存储新到达的要发送给基站的业务数据包。

装载单元202根据来自基站的上行调度信息，将业务数据包和业务缓存状态报告封装成数据块，并将数据块装载到该用户终端分配得到的物理资源块上。下面结合附图2详细说明书上述各个单元的功能和它们之间的关系。图2示出了根据本发明第一实施例的调度资源的方法的流程图。

如图2所示，根据本发明第一实施例的调度资源的方法应用于上行链路，也就是从用户终端到基站的链路，该链路上资源的调度由基站端来实现，然后通过下行控制信令将调度结果发送给用户终端。

如图2所示，在步骤S101，在调度时刻t开始时，根据上一调度时刻结束后更新得到的用户终端的业务缓存单元中的数据量信息，缓存管理单元104将所有有数据待传的用户终端组成集合S。在进行资源调度时，只考虑集合S中的用户终端。对N个物理资源块编号为1，2，...，N，并依次对其进行分配。

在步骤S102，资源调度单元103计算集合S中的所有用户终端在当前分配的物理资源块n(1＜n＜N)上的调度优先级。

在步骤S103，资源调度单元103找出在物理资源块n上优先级最高的用户终端将物理资源块n分配给该用户终端，并将资源调度结果通知给资源分配记录单元102。

在步骤S104，缓存管理单元104根据公式(1)更新用户终端k^*缓存中的数据量。另外，资源分配记录单元102根据公式(2)更新用户终端k^*在当前时刻得到的总资源量的大小

${\mathrm{bs}}_{k^{*}}\left(t\right)={\mathrm{bs}}_{k^{*}}\left(t\right)-\widehat{r_{k^{*}}^n}\left(t\right)---\left(1\right)$

$r_{k^{*}}^{\′}\left(t\right)=r_{k^{*}}^{\′}\left(t\right)+\widehat{r_{k^{*}}^n}\left(t\right);---\left(2\right)$

在步骤S105，判断用户终端k^*的业务缓冲存储单元中的数据量是否为零。

如果缓存管理单元104记录的用户终端k^*的缓存中数据量已经为0，在步骤S106将用户终端k^*从集合S中删除。然后，在步骤S107判断集合S是否为空。

如果缓存管理单元104记录的用户终端的缓存中数据量不为零，则在步骤S111，取下一物理资源块，然后在步骤S110判断该物理资源块是否是最后一个物理资源块。如果不是最后一个物理资源块，并且集合时，返回步骤S102继续进行。否则，也就是集合S为空或者该资源块是最后一个物理资源块时，在步骤S108结束该时刻的调度，资源分配记录单元102将调度结果，也就是各个用户终端的上行调度信息，编码后通过下行控制信令通知各个用户终端。

用户终端200收到资源调度信息后，装载单元202根据上行调度信息，从业务缓存单元201中提取出数据包，与最新的业务缓存状态信息bs_k(t+1)封装在一起并装载到用户终端分配得到的物理资源块上发送给基站100。基站100根据得到的数据包中的用户终端标识更新缓存管理单元104中的相应信息。

下面进一步结合具体的例子详细描述上述资源调度过程中的步骤S102的调度优先级的计算方法。

【例1】

当用户终端业务具有数据包长度较短，数据包产生间隔较长的特点，例如非实时视频业务，且用户终端没有最小速率要求时，由于用户缓存中的数据量会出现小于一个物理资源块的传输速率的情况，因此，计算用户终端在物理资源块上的调度优先级时，如果只考虑用户终端在物理资源块上的传输速率会造成资源的浪费。为了减少这种情况下的资源浪费，兼顾用户终端业务缓存中的数据量和用户终端在物理资源块上的传输速率，根据本发明的实施例定义有效传输速率函数如下：

用户终端k在物理资源块n上的有效传输速率函数定义为：

$\widehat{r_k^n}\left(t\right)=\min \{{\mathrm{bs}}_k\left(t\right),r_k^n\left(t\right)\}---\left(3\right)$

其中，r_k ⁿ(t)表示t时刻，用户k在物理资源块n上可发送的最大比特数(该可发送的最大比特数，在调度上行传输时由用户报告的信道质量指示，在调度下行传输时由基站测量的信道状况来确定，或者是由该用户的最大传输能力确定的比特数)，bs_k(t)表示用户k在t时刻的缓存数据，min表示bs_k(t)和r_k ⁿ(t)中的较小值。基于有效传输速率函数，调度优先级的计算方法如下：

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\widehat{r_k^n}\left(t\right)---\left(4\right)$

【例2】

当用户终端业务特点近似于Full buffer业务，例如FTP业务，且用户终端具有最小速率要求时，为了能够保证用户终端的最小速率要求，根据本发明的实施例定义速率保证优先级函数如下：

用户终端k的速率保证优先级函数定义为：

$f_k^{\mathrm{GBR}}\left(t\right)=\exp \left(\frac{A_k\left(t\right)}{T_a}\right)---\left(5\right)$

其中A_k(t)为速率控制信息，表示用户终端要求的最小速率与实际平均发送速率的差值。T_a为预先定义的控制参量，用于调节速率保证优先级函数的权重。根据本发明的实施例，这里的实际平均发送速率表示用户终端要求的最小速率与用户终端k从业务连接建立起到调度时刻t-1内的实际平均发送速率或者用户终端k在预先设置的时间窗口内的平均发送速率的差值。

对速率保证优先级函数的进一步描述如下。对于最小速率要求已经得到满足的用户终端，A_k(t)＝0，此时

因此该函数不会影响用户终端的调度优先级；对于最小速率要求没有得到满足的用户终端，A_k(t)＞0，此时因此该函数会提高用户终端的调度优先级。

根据本发明的实施例，速率控制信息可以通过三种方法得到：

1.第一速率控制信息计算方法

$A_k\left(t\right)=R_k^{\min }-{\tilde{R}}_k(t-1)---\left(6\right)$

其中，R_k ^min表示用户终端k要求的最小速率；

表示用户终端k从业务连接建立起到调度时刻t的平均发送速率。

2.第二速率控制信息计算方法

$A_k\left(t\right)=R_k^{\min }-{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)---\left(7\right)$

其中，

表示用户终端k在预先设置的时间窗口内的平均发送速率。

3.第三速率控制信息计算方法

采用令牌桶控制速率的方法(Stiliadis，D.，Varma，A，“Latency-rateservers：a general model for analysis of traffic scheduling algorithms”，IEEE/ACM Transactions on Networking，vol.3，Oct.1998，pp.399-408)。在每个调度周期，令牌以用户终端要求的最小速率要求R_k ^min注入令牌桶，在保证令牌数为非负值的前提下，以实际的发送速率移出令牌桶。其数学表示为：

其中，A_k(t-1)表示用户终端要求的最小速率与用户终端k从业务连接建立起到调度时刻t-1内的实际平均发送速率或者用户终端k在预先设置的时间窗口内的平均发送速率的差值，R_k ^min表示用户终端k的最小速率要求；

表示用户终端k在t时刻得到的总资源量的大小，T_s表示调度周期的长度。

根据本发明的另一实施方式，有：

其中，A_k(t-1)表示用户终端要求的最小速率与用户终端k从业务连接建立起到调度时刻t-1内的实际平均发送速率或者用户终端k在预先设置的时间窗口内的平均发送速率的差值，R_k ^min表示用户终端k的最小速率要求；表示用户终端k在t时刻得到的总资源量的大小。

基于速率保证优先级函数，调度优先级的计算方法如下：

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=r_k^n\left(t\right)*\exp \left(\frac{A_k\left(t\right)}{T_a}\right)---\left(8\right)$

【例3】

当用户终端业务具有数据包长度较短，数据包产生间隔较长的特点，例如实时视频会议业务，且用户终端具有最小速率要求时，为了减少由于用户终端在物理资源块上的传输速率与用户终端缓存中的数据量之间的差异造成的资源浪费，同时能够保证用户终端的最小速率要求，调度优先级的计算方法如下：

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\widehat{r_k^n}\left(t\right)*\exp \left(\frac{A_k\left(t\right)}{T_a}\right)---\left(10\right)$

在对资源块进行调度时，为了进一步兼顾用户终端之间的公平性，可以根据上述三个调度优先级计算方法实施例中所述的不同业务场景，分别实施下面的例4到6分别替换上述调度优先级计算方法例1到3。

【例4】

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\frac{\widehat{r_k^n}\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)}---\left(11\right)$

【例5】

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\frac{r_k^n\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)}*\exp \left(\frac{A_k\left(t\right)}{T_a}\right)---\left(12\right)$

【例6】

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\frac{\widehat{r_k^n}\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)}*\exp \left(\frac{A_k\left(t\right)}{T_a}\right)---\left(13\right)$

在上述调度资源的方法的S102中，若计算用户终端的调度优先级时，实施调度优先级计算方法例4到6中的任何一种，都需要在每次调度时刻结束时，对

进行更新，具体方法如下：

用户终端收到资源调度信息后，装载单元202根据上行调度信息，从业务缓存单元201中提取出数据包，与最新的业务缓存状态信息bs_k(t+1)封装在一起并装载到用户终端分配得到的物理资源块上发送给基站100。基站100根据得到的数据包中的用户终端标识，一方面更新缓存管理单元104中的相应信息，另一方面更新相应用户终端的平均速率

方法如下：

${\stackrel{\‾}{R}}_k\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}(1-1/T_c)*{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)+1/T_c*r_k^{\′}\left(t\right)& \mathrm{if\; b}{s}_k(t+1)>0\\ {\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)& \mathrm{if\; b}{s}_k(t+1)=0\end{array}\right\}---\left(14\right)$

当用户终端具有最小速率要求时，在系统中接入用户终端数目较少的情况下，调度优先级计算方法例2，3，5，6会公平的保证每个用户终端的最小速率。而随着系统中接入用户终端的增加，上述四种调度优先级计算方法将无法保证任何一个用户终端的最小速率。为了使本发明能够有效解决系统负载较重时，无法保证任何一个用户终端要求的最小速率的问题，对本发明实施例的上述资源调度过程针对用户终端具有最小速率要求的实施方法进行进一步补充。

基站100周期性的计算每个接入用户终端的归一化平均速率R′_k(t)，R′_k(t)的计算方法如下：

$R_k^{\′}\left(t\right)={\tilde{R}}_k\left(t\right)/R_k^{\min }---\left(15\right)$

其中，

表示用户终端k从业务连接建立起到调度时刻t的平均发送速率。

当系统能够保证所有接入用户终端要求的最小速率，即

(其中K表示系统中当前已经接入的用户终端数)时，若有新用户终端请求接入，基站会接纳该用户终端。在每个调度时刻，按照上述调度资源的过程对用户终端进行资源调度。调度优先级计算方法可以如上所述，根据具体业务场景和系统性能要求实施上述优先级计算方法例2，3，5，6中的一种。

当系统无法保证所有接入用户终端要求的最小速率，即

时，若有新用户终端请求接入，基站拒绝该用户终端。在每个调度时刻，按照所述资源调度过程分别对已接纳的用户终端进行资源调度。由于信道质量较差的用户终端对资源利用率不高，因此当系统无法保证所有接入用户终端要求的最小速率时，可以牺牲某些信道质量较差的用户终端速率，保证信道质量较好的用户终端要求的最小速率。此时需要对已接纳用户的调度优先级的计算方法例2，3，5，6进行修正，具体如下：

【例2’】

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\left\{\begin{array}{cc}\exp \left(\frac{A_k(t-1)}{T_a}\right)*r_k^n\left(t\right)& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}>{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\\ r_k^n\left(t\right)& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}\≤{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\end{array}\right.---\left(16\right)$

【例3’】

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\left\{\begin{array}{cc}\exp \left(\frac{A_k(t-1)}{T_a}\right)*\widehat{r_k^n}\left(t\right)& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}>{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\\ \widehat{r_k^n}\left(t\right)& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}\≤{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\end{array}\right.---\left(17\right)$

【例5’】

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\left\{\begin{array}{cc}\exp \left(\frac{A_k(t-1)}{T_a}\right)*\frac{r_k^n\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)}& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}>{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\\ \frac{r_k^n\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)}& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}\≤{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\end{array}\right.---\left(18\right)$

【例6’】

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\left\{\begin{array}{cc}\exp \left(\frac{A_k(t-1)}{T_a}\right)*\frac{\widehat{r_k^n}\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)}& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}>{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\\ \frac{\widehat{r_k^n}\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)}& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}\≤{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\end{array}\right.---\left(19\right)$

在上述公式中，

表示用户终端k的平均SNR值，由信道估计单元101估计所得；SNR_TH为基站根据系统中所有已接入用户终端的平均SNR值设置的SNR门限值，用以区分用户终端信道质量。A_k(t-1)的定义参见公式(5)～(8)，将时刻t替换成t-1。

【第二实施例】

本发明第二实施例的资源调度应用于下行链路。图3示出了根据本发明第二实施例的无线通信系统的结构示意图。如图3所示，本发明第二实施例的无线通信系统中的基站100包括：信道信息存储单元106、业务缓存单元107，缓存管理单元104、速率信息记录单元105、资源调度单元103、资源分配记录单元102、装载单元109。

根据本发明第二设施例，信道信息存储单元106记录用户终端在物理资源块上的信道信息，例如SNR等。

业务缓存单元107为每个用户终端设置一个对应的业务缓存区，用于存储新到的发给各个用户终端的业务数据包。

缓存管理单元104记录用户终端的业务缓存中的数据量信息，并在每个调度时刻挑选出缓存中数据量不为零的用户终端组成集合S。

速率信息记录单元105记录每个用户终端的最小速率与发送速率的差值。

资源调度单元103根据信道信息存储单元106、业务缓存单元107和速率信息记录单元105中的信息的至少一部分确定用户终端在每个物理资源块上的调度优先级，并根据用户终端的优先级对物理资源块进行分配。

资源分配记录单元102记录每个调度周期内物理资源块的调度结果。在每个调度周期结束时，对本调度周期的调度结果，也就是下行调度信息，进行编码，通过下行控制信令通知用户终端。

装载单元109根据下行调度信息，从相应业务缓存单元104中提取数据包进行封装，并装载到分配给各个用户终端相应的物理资源块上。

根据本发明实施例的用户终端200包括信道信息反馈单元203，它将其估计的从基站100到用户终端的信道的信息，例如SNR反馈给基站，存储在信道信息存储单元106中。

下面对照附图4详细说明上述各个单元的具体功能和它们之间的关系。

图4示出了根据本发明第二实施例的调度资源的方法的流程图参见图4所示，在步骤S201，当有发送给用户终端的下行数据包到达基站100时，基站100根据数据包中携带的用户终端标识，将其存放到为每个用户终端设置的业务缓存单元107中相应的业务缓存区中。

在步骤S202，在调度时刻t开始时，缓存管理单元104根据业务缓存单元107中每个用户终端的缓存信息，将当前时刻业务缓存中有数据待传的用户终端组成集合S。在进行资源调度时，只考虑集合S中的用户终端。对N个物理资源块编号为1，2，...，N。并依次对其进行分配。

在步骤S203，资源调度单元103计算集合S中的所有用户终端在当前分配的物理资源块n上的调度优先级。这里的调度优先级的计算与上述针对第一实施例的描述相同，这里不再详细说明。

在步骤S204，资源调度单元103找出在该物理资源块上优先级最高的用户终端将物理资源块n分配给该用户终端，并将资源调度结果通知给资源分配记录单元102。

在步骤S205，缓存管理单元104根据公式(1)更新用户终端k^*缓存中的数据量。资源分配记录单元102根据公式(2)更新用户终端k^*在当前时刻得到的总资源量的大小

在步骤S206，判断用户k^*的缓冲区中的数据量是否为零。如果缓存管理单元记录的用户终端k^*的缓存中数据量已经为0，则在步骤S207将用户终端k^*从集合S中删除。然后，在步骤S208判断集合S是否为空。

如果不为空或用户终端k^*中的数据量不为零时，取下一资源块，并判断该资源块是否是最后一个资源块。

如果不是，则流程返回步骤S203继续进行；否则，在步骤S209结束该时刻的调度，资源分配记录单元102将调度结果编码后通过下行控制信令通知各个用户终端。装载单元109根据下行调度信息中为每个用户终端分配的资源量的大小及其所分得的资源块的位置，从相应业务缓存单元107中提取出数据包，装载到相应的物理资源块上发送给用户终端200。

在上述调度资源的方法的步骤S203中，若计算用户终端的调度优先级时，实施调度优先级计算方法例4到6中的任何一种，都需对上述下行无线资源调度实施例的步骤S209做如下修改：

当还有剩余物理资源块，并且集合时，返回步骤S203继续进行；否则，结束该时刻的调度，资源分配记录单元102将调度结果编码后通过下行控制信令通知各个用户终端。装载单元109根据下行调度信息中为每个用户终端分配的资源量的大小及其所分得的资源块的位置，从相应业务缓存单元107中提取出数据包，装载到相应的物理资源块上发送给用户终端，并对

进行更新，具体方法如公式(14)所示。

如上所述，本发明的实施例提供了一种无线通信系统中的调度方法和相应的基站。为了减少物理资源块的传输速率与用户终端缓存中的数据量之间的差异而造成的资源浪费，保证系统中已接入用户终端要求的最小速率，基站根据用户终端的信道信息，缓存状态信息和速率控制信息计算其在每个物理资源块上的调度优先级。该方法相比于传统的Max C/I和PF方法，在用户数较少时能够进一步提高系统吞吐量性能，在用户数较多时，能够更好的保证用户终端之间的公平性和用户终端业务的最小速率要求。

上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (23)

1.一种在无线通信系统中调度资源的方法，所述无线通信系统包括基站和多个用户设备，所述方法包括：

确定步骤，确定所述多个用户设备中要在资源块上发送数据的用户设备；

计算步骤，通过至少考虑到所确定的用户设备的缓冲存储器中待发送的数据的数据量，计算所确定的用户设备各自的优先级；以及

分配步骤，将所述资源块分配给优先级最高的那个用户设备。

2.如权利要求1所述的方法，其中待发送的数据的数据量与信道状况和用户设备的最大传输能力相关。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述计算步骤如下计算优先级：

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\widehat{r_k^n}\left(t\right)$

$\widehat{r_k^n}\left(t\right)=\min \{{\mathrm{bs}}_k\left(t\right),r_k^n\left(t\right)\}$

其中，r_k ⁿ(t)表示t时刻，用户k在物理资源块n上允许发送的最大比特数，bs_k(t)表示用户k在t时刻的缓存数据量，min表示bs_k(t)和r_k ⁿ(t)中的较小值。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述计算步骤如下计算优先级：

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=r_k^n\left(t\right)*\exp \left(\frac{A_k\left(t\right)}{T_a}\right)$

其中，r_k ⁿ(t)表示t时刻，用户k在物理资源块n上允许发送的最大比特数，A_k(t)为速率控制信息，T_a为预先定义的控制参量，用于调节速率保证优先级函数的权重。

5.如权利要求2所述的方法，其中所述计算步骤如下计算优先级：

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\widehat{r_k^n}\left(t\right)*\exp \left(\frac{A_k\left(t\right)}{T_a}\right)$

$\widehat{r_k^n}\left(t\right)=\min \{{\mathrm{bs}}_k\left(t\right),r_k^n\left(t\right)\}$

其中，r_k ⁿ(t)表示t时刻，用户k在物理资源块n上允许发送的最大比特数，bs_k(t)表示用户k在t时刻的缓存数据量；A_k(t)为速率控制信息，T_a为预先定义的控制参量，用于调节速率保证优先级函数的权重。

6.如权利要求2所述的方法，其中所述计算步骤如下计算优先级：

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\frac{\widehat{r_k^n}\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)}$

$\widehat{r_k^n}\left(t\right)=\min \{{\mathrm{bs}}_k\left(t\right),r_k^n\left(t\right)\}$

其中，r_k ⁿ(t)表示t时刻，用户k在物理资源块n上允许发送的最大比特数，bs_k(t)表示用户k在t时刻的缓存数据量；表示用户终端k在预先设置的时间窗口内的平均发送速率。

7.如权利要求2所述的方法，其中所述计算步骤如下计算优先级：

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\frac{r_k^n\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)}*\exp \left(\frac{A_k\left(t\right)}{T_a}\right)$

r_k ⁿ(t)表示t时刻，用户k在物理资源块n上允许发送的最大比特数，

表示用户终端k在预先设置的时间窗口内的平均发送速率，A_k(t)为速率控制信息，T_a为预先定义的控制参量，用于调节速率保证优先级函数的权重。

8.如权利要求2所述的方法，其中所述计算步骤如下计算优先级：

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\frac{\widehat{r_k^n}\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)}*\exp \left(\frac{A_k\left(t\right)}{T_a}\right)$

$\widehat{r_k^n}\left(t\right)=\min \{{\mathrm{bs}}_k\left(t\right),r_k^n\left(t\right)\}$

其中，r_k ⁿ(t)表示t时刻，用户k在物理资源块n上允许发送的最大比特数，bs_k(t)表示用户k在t时刻的缓存数据量；表示用户终端k在预先设置的时间窗口内的平均发送速率，A_k(t)为速率控制信息，T_a为预先定义的控制参量，用于调节速率保证优先级函数的权重。

9.如权利要求2所述的方法，其中所述计算步骤如下计算优先级：

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\left\{\begin{array}{cc}\exp \left(\frac{A_k(t-1)}{T_a}\right)*r_k^n\left(t\right)& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}>{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\\ r_k^n\left(t\right)& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}\≤{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\end{array}\right.$

r_k ⁿ(t)表示t时刻，用户k在物理资源块n上允许发送的最大比特数，bs_k(t)表示用户k在t时刻的缓存数据量；A_k(t-1)为速率控制信息，T_a为预先定义的控制参量，用于调节速率保证优先级函数的权重，

表示用户终端k的平均SNR值；SNR_TH为基站根据系统中所有已接入用户终端的平均SNR值设置的SNR门限值。

10.如权利要求2所述的方法，其中所述计算步骤如下计算优先级：

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\left\{\begin{array}{cc}\exp \left(\frac{A_k(t-1)}{T_a}\right)*\widehat{r_k^n}\left(t\right)& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}>{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\\ \widehat{r_k^n}\left(t\right)& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}\≤{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\end{array}\right.$

$\widehat{r_k^n}\left(t\right)=\min \{{\mathrm{bs}}_k\left(t\right),r_k^n\left(t\right)\}$

r_k ⁿ(t)表示t时刻，用户k在物理资源块n上允许发送的最大比特数，bs_k(t)表示用户k在t时刻的缓存数据量；A_k(t-1)为速率控制信息，T_a为预先定义的控制参量，用于调节速率保证优先级函数的权重，

表示用户终端k的平均SNR值；SNR_TH为基站根据系统中所有已接入用户终端的平均SNR值设置的SNR门限值。

11.如权利要求2所述的方法，其中所述计算步骤如下计算优先级：

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\left\{\begin{array}{cc}\exp \left(\frac{A_k(t-1)}{T_a}\right)*\frac{r_k^n\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)}& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}>{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\\ \frac{r_k^n\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)}& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}\≤{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\end{array}\right.$

r_k ⁿ(t)表示t时刻，用户k在物理资源块n上允许发送的最大比特数，A_k(t-1)为速率控制信息，T_a为预先定义的控制参量，用于调节速率保证优先级函数的权重，

表示用户终端k的平均SNR值；SNR_TH为基站根据系统中所有已接入用户终端的平均SNR值设置的SNR门限值。

12.如权利要求2所述的方法，其中所述计算步骤如下计算优先级：

$\mathrm{Prior}(k,n,t)=\left\{\begin{array}{cc}\exp \left(\frac{A_k(t-1)}{T_a}\right)*\frac{\widehat{r_k^n}\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)}& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}>{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\\ \frac{\widehat{r_k^n}\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)}& (\stackrel{\‾}{{\mathrm{SNR}}_k}\≤{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TH}})\end{array}\right.$

$\widehat{r_k^n}\left(t\right)=\min \{{\mathrm{bs}}_k\left(t\right),r_k^n\left(t\right)\}$

r_k ⁿ(t)表示t时刻，用户k在物理资源块n上允许发送的最大比特数，bs_k(t)表示用户k在t时刻的缓存数据量；A_k(t-1)为速率控制信息，T_a为预先定义的控制参量，用于调节速率保证优先级函数的权重，

表示用户终端k在预先设置的时间窗口内的平均发送速率，

表示用户终端k的平均SNR值；SNR_TH为基站根据系统中所有已接入用户终端的平均SNR值设置的SNR门限值。

13.如权利要求4、5、7和8之一所述的方法，其中：

$A_k\left(t\right)=R_k^{\min }-{\tilde{R}}_k(t-1)$

其中，R_k ^min表示用户终端k要求的最小速率；

表示用户终端k从业务连接建立起到调度时刻t的实际平均发送速率。

14.如权利要求4、5、7和8之一所述的方法，其中：

$A_k\left(t\right)=R_k^{\min }-{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)$

其中，R_k ^min表示用户终端k要求的最小速率；

表示用户终端k在预先设置的时间窗口内的平均发送速率。

15.如权利要求4、5、7和8之一所述的方法，其中：

其中，A_k(t-1)表示用户终端要求的最小速率与用户终端k从业务连接建立起到调度时刻t-1内的实际平均发送速率或者用户终端k在预先设置的时间窗口内的平均发送速率的差值，R_k ^min表示用户终端k的最小速率要求；

表示用户终端k在t时刻得到的总资源量的大小，T_s表示调度周期的长度。

16.如权利要求4、5、7和8之一所述的方法，其中：

其中，A_k(t-1)表示用户终端要求的最小速率与用户终端k从业务连接建立起到调度时刻t-1内的实际平均发送速率或者用户终端k在预先设置的时间窗口内的平均发送速率的差值，R_k ^min表示用户终端k的最小速率要求；

表示用户终端k在t时刻得到的总资源量的大小。

17.如权利要求9、10、11和12之一所述的方法，其中：

$A_k(t-1)=R_k^{\min }-{\tilde{R}}_k(t-2)$

其中，R_k ^min表示用户终端k要求的最小速率；表示用户终端k从业务连接建立起到调度时刻t-1的实际平均发送速率。

18.如权利要求9、10、11和12之一所述的方法，其中：

$A_k(t-1)=R_k^{\min }-{\stackrel{\‾}{R}}_k(t-2)$

其中，R_k ^min表示用户终端k要求的最小速率；

表示用户终端k在预先设置的时间窗口内的平均发送速率。

19.如权利要求9、10、11和12之一所述的方法，其中：

其中，A_k(t-2)表示用户终端要求的最小速率与用户终端k从业务连接建立起到调度时刻t-2内的实际平均发送速率或者用户终端k在预先设置的时间窗口内的平均发送速率的差值，R_k ^min表示用户终端k的最小速率要求；表示用户终端k在t-1时刻得到的总资源量的大小，T_s表示调度周期的长度。

20.如权利要求9、10、11和12之一所述的方法，其中：

其中，A_k(t-2)表示用户终端要求的最小速率与用户终端k从业务连接建立起到调度时刻t-2内的实际平均发送速率或者用户终端k在预先设置的时间窗口内的平均发送速率的差值，R_k ^min表示用户终端k的最小速率要求；

表示用户终端k在t-1时刻得到的总资源量的大小。

21.一种在无线通信系统中调度资源的方法，所述无线通信系统包括基站和多个用户设备，所述基站具备用于缓存要发送给各个用户设备的数据的业务缓冲存储器，所述方法包括步骤：

确定步骤，确定所述多个用户设备中要在资源块上向其发送数据的用户设备；

计算步骤，通过至少考虑到与所确定的用户设备相对应的业务缓冲存储器中待发送的数据的数据量，计算所确定的用户设备各自的优先级；以及

分配步骤，将所述资源块分配给优先级最高的那个用户设备。

22.一种基站，用于在无线通信系统中调度资源，包括：

缓存管理装置，用于存储关于多个用户设备的缓冲存储器中的数据的数据量的信息，并且确定要在资源块上发送数据的用户设备；

速率信息记录装置，用户存储关于各个用户设备所要求的数据速率的信息；以及

资源调度装置，通过至少考虑到所确定的用户设备的缓冲存储器中待发送的数据的数据量，计算所确定的用户设备各自的优先级，并将所述资源块分配给优先级最高的那个用户设备。

23.一种基站，用于在无线系统中调度资源，包括：

多个业务缓冲存储器，分别针对多个用户设备而设置，存储要发送到相应用户设备的数据；

速率信息记录装置，用户存储关于各个用户设备所要求的数据速率的信息；

缓存管理装置，确定所述多个用户设备中要在资源块上向其发送数据的用户设备；以及

资源调度装置，通过至少考虑到与所确定的用户设备相对应的业务缓冲存储器中待发送的数据的数据量，计算所确定的用户设备各自的优先级，并将所述资源块分配给优先级最高的那个用户设备。

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