CN102474754B - 上行链路资源的改进分配 - Google Patents

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Abstract

一种用于具有移动终端MS和基站BS(140)的无线电信系统(100)的方法(800，810)，来往于小区(110)中MS(120)的业务通过基站来路由，使得能够存在从小区的BS(140)到该小区中MS的下行链路DL业务(820)和从那些MS到BS的上行链路UL业务(820)。UL业务的至少部分是基于争用的(830)，并且到MS的DL数据必须由MS确认(840)。方法包括(850)让BS检测小区中其DL业务速率超过某个限制的MS，并且还包括用于向所述检测到的MS分配UL带宽的机制(860)，所述UL带宽使得它们能够在自MS接收DL业务起的某个时期内确认DL业务。

Description

上行链路资源的改进分配
技术领域
本发明公开用于改进上行链路资源分配的方法和装置。
背景技术
诸如移动WiMAX等一些现代蜂窝接入技术为单独的用户提供高数据率。在下行链路方向中，即，从所谓基站到用户的方向中，超过20Mbits/s的数据率是可能的。例如WiMAX系统的系统将包括多个此类基站，每个基站用于将业务路由到特定区域(所谓的小区)中的用户和从其路由。从基站到用户的业务称为下行链路DL，并且从用户到基站的业务称为上行链路UL。用户的终端有时称为移动台MS。
诸如HTTP和FTP、TCP等使用高数据率的大多数分组应用使用重新发射以便确保可靠的数据输送。WiMAX和类似的蜂窝接入技术主要用于传输分组数据。
经TCP发送的数据需要由接收方来确认，并且TCP中的一个特性是未确认数据的量受接收缓冲区或接收窗口的大小限制。TCP接收窗口大小取决于TCP/IP栈的配置，但一般在64千字节的范围内。
作为一个示例，使用具有64千字节的典型大小的TCP接收缓冲区大小和10Mbit/s的数据率，将花费64*103*8/10*106＝51*10-3秒，即，在50ms的范围内填充接收缓冲区。
填充接收缓冲区所要求的50ms的示例能够用于示出在该示例中用于TCP确认的等待时间必须小于15ms，否则，发送方将开始减少数据率，并且WiMAX接入技术提供的高数据率不能被利用。这可能在WiMAX系统中，特别是在移动WiMAX系统中造成如下所述的问题：
在移动WiMAX中，数据以所谓的帧来发射，帧长度为5ms。上行链路带宽即用于MS的发射带宽，一般由MS请求并由BS经来自MS的基于争用的带宽请求来授予。基于争用的请求的概念为本领域的技术人员所熟知，因此在此将不更详细地解释。然而，当使用基于争用的带宽请求时WiMAX系统中的上行链路等待时间通常将为大约12个帧或60ms。
60ms的等待时间部分地是由于WiMAX标准，以及部分地是由于基站中的处理时间。然而，增加基站的功率以便减少等待时间，这将意味着为可能仅很少发生的情况设计基站的处理能力，这是不合乎需要的。
因此，如果MS中的TCP接收窗口的大小是大约64千字节(这是正常大小)，则由基站造成的且部分地也由空中接口造成的等待时间将太高以至于不允许20Mbits/s的下行链路TCP吞吐量。
发明内容
如上所述，因此需要一种机制，通过该机制能在诸如WiMAX系统等无线电信系统中减少上行链路等待时间。
此需要通过本发明得以解决，因为，它提供一种用于在其中能够存在具有移动终端MS的多个用户的无线电信系统中使用的方法。在其中可应用本发明的系统中，还存在功能，基站BS，来往于特定区域、小区中MS的业务通过基站来路由。
从小区的BS到该小区中MS的业务称为下行链路DL业务，并且从MS到其基站的业务称为上行链路UL业务。
在系统中，UL业务的至少部分是基于争用的，并且到MS的DL数据必须由MS确认。所述方法包括让小区的BS检测小区中其DL业务速率超过某个限制的MS，并且所述方法还包括用于向那些检测到的MS分配UL带宽的机制，所述UL带宽使得它们能够在自MS接收业务起的某个时期内确认DL业务。
因此，通过本发明，如果MS具有高DL业务速率，则假设此类MS也将具有对于低UL等待时间的需要，因此向该MS提供低UL等待时间。这样，能减少或消除例如在WiMAX系统中低UL等待时间造成的许多问题。
通过下面的详细描述，本发明的此优点和其它优点将变得甚至更明显。
附图说明
以下将参照附图更详细地描述本发明，其中：
图1示出其中可应用本发明的系统的一部分的示意概观，以及
图2示出现有技术的事件图，以及
图3示出本发明的机制，以及
图4-7示出本发明的不同实施例的事件图，以及
图8示出本发明的方法的流程图，以及
图9示出本发明的基站的框图。
具体实施方式
图1示出其中可应用本发明的系统100的一部分的概观。图1的系统100是具有多个小区的蜂窝无线接入网络，图1中示出多个小区之一110。在每个小区中，能够存在多个移动台MS，并且作为此的一个示例，图1示出小区110中的MS 120。
另外，系统100包括多个基站BS，每个小区一个基站，小区110的基站在图1中示为140。BS的功能在不同的标准之间有所变化，但在本发明主要打算用于的WiMAX系统中，小区中来往于MS的业务经该小区的BS来路由。
从BS到MS的业务称为下行链路DL业务，而在另一方向、即从MS到BS的方向中的业务称为上行链路UL业务。
图1还示出小区110外部的一方150，该方150意图示出通用发送方/发射方，换而言之，小区110的MS 120与其交换业务的一方。发送方/发射方150能够是多个不同方，例如计算机、服务器或系统100中另一小区的MS。
图2是示出目前WiMAX系统中UL等待时间的事件图。由于WiMAX如提到的使用帧，因此，事件图以帧的增长示出，帧在图的底部和顶部示出。
下面的数字指图2中靠近箭头的对应数字。
1：MS从应用接收有效负载，如TCP ACK，有效负载打算用于经MS的BS的进一步发射。
2：MS向BS发送信号，通知它需要UL带宽，它通过所谓的带宽请求码来进行此操作。
3：BS发射所谓的CDMA分配IE信息元素。这是寻址到发射了带宽请求码的用户的上行链路分配。上行链路分配的大小经设置，使得用户能使用最健壮的调制和编码方案来发射带宽请求报头。这是由于以下事实引起的：BS不知道哪个MS发射了码，并且因此不知道该MS的信道质量。
4：MS发射带宽请求报头，指定它希望发射的有效负载的大小。
5：BS向MS发射UL分配。该分配的大小适应有效负载大小，并且调制和编码方案适应MS的信道质量。
6：MS向BS发射有效负载。
7：BS将有效负载发送到系统中的下一节点，在WiMAX系统中，这是所谓的ASN GW接入服务网络网关。
正如从图2中能看到的，上述过程可占用多达12个帧，由于一帧的长度是5ms，因此，这在普通WiMAX系统中将对应于60ms。如最初解释的，超过15ms的等待时间可在WiMAX系统中导致减少的数据率，因此，图2中所示的过程明显是需要改进的一个过程。有关图2所示过程的改进的一种方式将是为每个帧将高UL带宽分配到小区中的所有MS，但这将是浪费的，因为并非小区中的所有MS将需要如此分配的UL带宽。
本发明提供对于图2的过程的一种备选的和更有吸引力的改进，由于本发明的发明人认识到识别小区中哪些MS需要低UL等待时间的一种方式是识别具有高DL吞吐量的MS并对那些MS应用实现上行链路中的低等待时间的机制，即，分配使得它们能够在自MS接收DL业务起的某个时期内确认DL业务的UL带宽。
本发明公开了用于实现上述目标、即向具有高DL业务速率的MS提供增加的UL带宽的多个备选实施例。那些实施例将在下面描述，并且能称为实施例A、B、C和D。图3示出此方面的基本原理：在图3中，小区中“MS编号X”的MS的DL业务绘制为时间的函数。如果该MS的DL业务超过某个阈值T，则对它应用机制A、B、C或D之一。
机制的选择能够基于例如MS的DL数据率。作为一个备选，完全可能具有不止一个DL阈值，所以，例如能够存在对应于每个机制A、B、C和D的一个阈值。
因此，在BS检测到超过图3所示阈值的MS时，将应用机制A-D之一。下面将参照图4-7，更详细地描述这些机制：
机制A：在收到例如WiMAX系统的带宽请求码的基于争用的消息、指示小区中的MS希望发射数据时，始终为已超过阈值的MS分配足够的带宽以发射TCP确认。BS不知道哪个MS发射了带宽请求码，但是对超过了图3的阈值“T”的MS分配足够的带宽。
对应于机制A的事件图在图4中示出，下面的数字对应于图4的靠近箭头的数字：
1：MS从应用接收有效负载，如TCP ACK，有效负载打算用于经MS的BS的进一步发射。
2MS将带宽请求码发送到BS。
3BS发射所谓的CDMA分配IE信息元素。这是寻址到发射了带宽请求码的用户的上行链路分配。上行链路分配的大小经设置，使得用户能使用最健壮的调制和编码方案来发射带宽请求报头。这是由于以下事实引起的：BS不知道哪个MS发射了码，并且因此不知道该MS的信道质量。
4MS将TCP ACK发送到BS。
5BS将TCP ACK发送到ASN网关。
正如在图4中能看到的，整个序列占用7个帧，即35ms。因此，通过此机制未达到15ms的目标，但相对提供60ms的现有技术解决方案，做出了相当大的改进。
机制B：对超过DL阈值的MS分配特定信道，并且当在所述特定信道上从此类MS收到带宽请求时分配足够的带宽以发射TCP确认。能用于此的信道的示例是WiMAX中的CQICH，信道质量指标信道。
对应于机制B的事件图在图5中示出，下面的数字对应于图5的靠近箭头的数字：
1：MS从应用接收有效负载，如TCP ACK，有效负载打算用于经MS的BS的进一步发射。
2MS将带宽请求发射到BS。
3BS将UL分配IE信息元素发送到MS。BS从CQICH的ID知道哪个MS发送了请求。BS分配用于TCP ACK的足够UL资源，并且根据MS的信道质量来选取调制和编码方案。
4MS将TCP ACK发送到BS。
5MS将TCP ACK发送到ASN网关。
正如在图5中能看到的，类似于机制A，整个序列占用7个帧，即35ms。因此，通过此机制未达到15ms的目标，但相对提供60ms的现有技术解决方案，做出了相当大的改进。由于调制和编码可适应MS，因此，与机制A相比，机制B可以说具有优势。
机制C：对超过了DL阈值的MS分配足够的带宽以在每帧中发射带宽请求报头。对应于机制C的事件图在图6中示出，下面的数字对应于图6的靠近箭头的数字：
1：BS将UL资源分配到已超过DL业务阈值的那些MS，所述UL资源足够用于MS在每个帧中发射所谓的带宽请求报头。UL资源可每帧分配或“直到进一步通知”。在任一情况下，可保持UL资源分配，直到数据率达到期望水平。
2：MS从应用接收有效负载，如TCP ACK，有效负载打算用于经MS的BS的进一步发射。
3MS利用分配的UL资源将带宽请求报头发送到MS。
4BS将UL分配IE信息元素发送到MS。
5MS将TCP ACK发送到BS。
6BS将TCP ACK发送到ASN网关。
正如在图6中能看到的，类似于机制A，整个序列占用8个帧，即40ms。因此，通过此机制未达到15ms的目标，但相对提供60ms的现有技术解决方案，做出了改进。
机制D：为MS分配足够的带宽，以便在每帧中发射TCP确认。
对应于机制D的事件图在图7中示出，下面的数字对应于图7的靠近箭头的数字：
1.BS对已超过DL业务阈值的那些MS分配UL资源，所述UL资源足够用于MS在每个帧中发射TCP ACK。UL资源可每帧分配或“直到进一步通知”。在任一情况下，可保持UL资源分配，直到数据率达到期望水平。
2.MS从应用接收有效负载，如TCP ACK，有效负载打算用于经MS的BS的进一步发射。
3.MS将TCP ACK发送到BS。
4.BS将TCP ACK发送到ASN网关。
因此，如上面已示出的，通过使用本发明，能够以最少浪费的UL资源来获得高DL业务速率。
正如从图7能看到的，机制D的整个过程占用4个帧，即20ms，相对提供60ms的现有技术解决方案，这明显是相当大的改进。
图8示出本发明的方法800的流程图。如在步骤810中所示，本发明能在其中有基站BS的系统中应用，通过BS路由来往于特定区域(小区)中MS的业务。
如在步骤820中所示，在其中应用本发明的系统中，能够存在从小区的BS到该小区中MS的下行链路DL业务和从那些MS到它们的BS的上行链路UL业务。
步骤830示出系统中至少一部分UL业务应基于争用。“基于争用的”业务的概念为本领域的技术人员所熟知，因此在此将不详细地解释。步骤835示出在系统中，到MS的DL数据必须由MS确认(835)。
如在步骤840中所示，本发明的方法包括让小区的BS检测小区中其DL业务速率超过某个限制的MS，在该例中，该限制是已在图3中示出的阈值T。步骤850示出，根据本发明，存在用于向此类检测到的MS分配UL带宽的机制，所述UL带宽使得它们能够在自MS接收DL业务起的某个时期内确认DL业务。
如在步骤860、870和880中所示，用于分配UL带宽到MS的机制可具有本发明的范围内的不同实施例：
如在步骤860中所示，机制可包括让BS向发射基于争用的消息到BS以指示它希望发射数据的所述检测到的MS之一分配用于数据确认的足够UL带宽，所述基于争用的消息例如是WiMAX系统的带宽请求码。
在一个备选实施例中，如在步骤870中所示，机制包括分配某个信道到具有高DL业务速率的检测到的MS中的至少一个，并随后向在所述信道上发射消息到BS以指示在该信道上发射数据的请求的至少一个MS分配用于数据确认的足够UL带宽。请求例如能够是WiMAX系统的带宽请求报头，并且分配的信道例如可以是用于将信道质量指标输送到BS的信道，如CQICH信道。
如在步骤880中所示，在其中应用本发明的系统中，UL发射可以在时间帧中发生，并且因此用于分配UL带宽的机制可包括在一定数量的所述帧的每帧中，即，在N个帧之一1/N中，向发射消息以指示它希望发射数据的所述检测到的MS的至少一个分配足够的UL带宽。所述消息可以是带宽请求报头。因此，在示出用于分配UL带宽的机制C和D的图6和7中，在每帧中分配UL带宽，这是适合的，但无需如此。相反，这可以在出自每N个帧的一个帧中来完成，其中，N是任意选取的整数。
作为一个备选，用于分配UL带宽的机制可包括在一定数量的所述帧的每个帧中向所述检测到的MS的至少一个分配足够UL带宽，以用于数据确认，即，用于TCP ACK。
本发明还涉及具有根据本发明的功能的基站。图9中示出此类基站900的示意框图。
如在图9中能看到的，本发明的基站900包括用于在基站的小区中从MS接收信息和向MS发射信息的天线910，并且还可能包括向系统中其它节点的接口960。这个接口例如可以是陆上通讯线接口或向诸如因特网等网络的接口。如在图9中所示，此接口由计算机940适当地控制，并且经接口960交换的业务也经计算机940适当地路由。
基站900还包括接收器部分Rx 920、发射器部分Tx 930、例如微处理器940的计算机和存储器950。
天线910和接收器920、发射器930、计算机940及存储器950一起可用于检测例如小区的区域中其DL业务速率超过如图3中所示阈值T的某个限制的MS，检测如下：到MS的DL业务不是从BS发起，而是从如图1的发送方150的外部发送方发起。
天线/接口910与接收器920一起用于从外部方接收业务，业务随后由计算机940处理，并经发射器930和天线910重定向到小区中的MS。计算机940可使用收到或外出的业务与适当地存储在存储器950中的阈值进行比较。
计算机940根据本发明注意到应向哪些MS分配UL带宽，并且可在存储器950中存储此类MS的列表。
本发明并不限于上面所述和图中所示实施例的示例，而是可在随附权利要求的范围内自由地变化。

Claims (12)

1.一种用于在无线电信系统(100)中使用的方法(800)，所述系统中能够存在具有移动终端MS的多个用户(120)，以及所述系统中存在基站BS(140)，来往于特定区域、小区(110)中的所述MS(120)的业务通过所述基站BS来路由，使得能够存在从小区的所述BS(140)到该小区中的所述MS的下行链路DL业务(820)和从那些MS到所述BS的上行链路UL业务(820)，以及在所述系统中，所述UL业务的至少部分是基于争用的(830)，在所述系统中，到MS的DL数据必须由所述MS来确认(835)，所述方法的特征在于它包括(840)让所述BS检测所述小区中其DL业务速率超过某个限制的MS，以及在于所述方法包括用于向所述检测到的MS分配UL带宽的机制(850)，所述UL带宽使得它们能够在自所述MS接收DL业务起的某个时期内确认DL业务。
2.如权利要求1所述的方法(800)，根据所述方法，所述机制包括(860)让BS向发射基于争用的消息到所述BS以指示它希望发射数据的所述检测到的MS之一分配用于数据确认的足够UL带宽。
3.如权利要求1所述的方法(800)，根据所述方法，所述机制包括(870)分配某个信道到所述检测到的MS中的至少一个MS，以及将用于数据确认的足够UL带宽分配给在所述某个信道上发射消息到所述BS以指示发射数据的请求的所述检测到的MS中的所述至少一个MS。
4.如权利要求3所述的方法(800，870)，根据所述方法，所述信道是用于向所述BS输送信道质量指标的信道。
5.如权利要求1所述的方法(800，880)，根据所述方法，所述UL发射在时间帧中发生，并且根据所述方法，所述机制包括在一定数量的所述帧的每个帧中分配足够的UL带宽给所述检测到的MS中的至少一个MS以发射指示它希望发射数据的消息。
6.如权利要求1所述的方法(800，880)，根据所述方法，所述UL发射在时间帧中发生，并且根据所述方法，所述机制包括在一定数量的所述帧的每个帧中分配足够UL带宽给所述检测到的MS中的至少一个MS以用于数据确认。
7.一种用于在无线电信系统(100)中使用的基站(900)，所述系统中能够存在具有移动终端MS(120)的多个用户，所述基站(900)打算用于路由来往于所述系统中的特定区域、小区(110)中的所述MS的业务，使得能够存在从所述基站到MS的下行链路DL业务和从MS到所述基站的上行链路UL业务，以及在所述系统中所述UL业务的至少部分是基于争用的，在所述系统中，到MS(120)的DL数据必须由所述MS来确认，所述基站(900)的特征在于它包括用于检测所述区域中其DL业务速率超过某个限制的MS的部件(910，920，930，940，950)，以及用于向所述检测到的MS分配UL带宽的部件(940，950)，所述UL带宽使得它们能够在自所述MS接收DL业务起的某个时期内确认DL业务。
8.如权利要求7所述的基站(900)，其中所述分配部件(940，950)向发射基于争用的消息到所述基站以指示它希望发射数据的所述检测到的MS之一分配用于数据确认的足够UL带宽。
9.如权利要求7所述的基站(900)，其中所述分配部件(940，950)在所述系统中分配某个信道到所述检测到的MS中的至少一个MS，并且将用于数据确认的足够UL带宽分配给在所述某个信道上发射消息到所述基站以指示发射数据的请求的所述检测到的MS中的所述至少一个MS。
10.如权利要求9所述的基站(900)，其中所述信道是用于将信道质量指标从所述MS输送到所述基站的信道。
11.如权利要求7所述的基站(900)，所述基站在时间帧中接收所述UL发射，以及其中所述基站中的所述分配部件在一定数量的所述帧的每个帧中分配足够的UL带宽给所述检测到的MS中的至少一个MS以发射指示它希望发射数据的消息。
12.如权利要求7所述的基站(900)，所述基站在时间帧中接收所述UL发射，以及其中所述基站中的所述分配部件在一定数量的所述帧的每个帧中分配足够UL带宽给所述检测到的MS中的至少一个MS以用于数据确认。
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