CN105451345B - 一种上行授权信息发送方法及基站 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种上行授权信息发送方法及基站。上行授权信息发送方法包括以下步骤：计算用户设备当前的下行速率。获得用户设备当前的业务类型。依据下行速率以及业务类型，决定是否分配上行授权至用户设备。

Description

一种上行授权信息发送方法及基站
技术领域
本发明涉及一种上行授权信息发送方法及基站，且特别涉及降低基站与用户设备之间空口时延的上行授权信息发送方法。
背景技术
在现有长期演进(Long Term Evolution,LTE)系统中，与演进基站(evolved NodeB,eNB)建立连接的所有用户设备(User Equipment,UE)共用空口资源，eNB可根据UE的数据量等资讯动态地为UE分配传输资源。因此，eNB如何发送上行授权信息至UE，以有效降低eNB与UE之间的空口时延，乃目前业界所致力课题之一。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种上行授权信息发送方法及基站，使得基站能够决定何时发送上行授权信息至用户设备，以降低空口时延。
本发明提供一种上行授权信息发送方法，包括以下步骤：计算用户设备当前的下行速率。获得用户设备当前的业务类型。依据下行速率以及业务类型，决定是否分配上行授权至用户设备。
本发明还提供一种基站，包括参数计算单元、参数配置单元、预授权用户选择单元、以及用户预调度单元。参数计算单元用来计算用户设备当前的下行速率。参数配置单元用来获得用户设备当前的业务类型。预授权用户选择单元用来依据下行速率以及业务类型决定是否分配上行授权至用户设备。用户预调度单元用来分配上行授权至用户设备。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1绘示一范例基站与用户设备之间上行数据传输的示意图。
图2绘示依据本发明一实施例的上行授权信息发送方法的流程图。
图3绘示依据本发明一实施例的基站的示意图。
图4绘示依据本发明一实施例的上行授权信息发送方法的流程图。
图5绘示依据本发明一实施例的基站与用户设备之间的数据传输示意图。
具体实施方式
在以下的实施例中，使用LTE系统架构作为说明，因此基站亦可泛称为eNB，包括各种大基站和小基站(例如HeNB)，用户设备亦可称为UE，这些名词将于以下的说明交替使用。而LTE系统仅为例示性说明，以助于本发明所属技术领域的普通技术人员容易理解。然而本发明并不限使用于LTE系统，以下所说明的上行授权信息发送方法及基站，亦可用于其他包括有基站以及用户设备的无线通信技术。
相对于2G/3G无线通信系统，4G LTE技术的引入带来了系统速率的大幅提升，有效改善了用户体验。举例而言，对于4G分时多工(Time Division Duplex,TDD)LTE系统，下行单用户的使用者数据包通信协议(User Datagram Protocol,UDP)业务，在TDD帧结构为上行/下行配置2、常规循环前缀(Normal Cyclic Prefix)、特殊子帧配置7时，峰值速率可达到109Mbit/s。然而，由于传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP)业务的反馈机制，导致下行速率很难达到和UDP同等的峰值速率。
图1绘示一范例基站与用户设备之间上行数据传输的示意图。在LTE系统中，UE处于无线资源控制(Radio Resource Control,RRC)连接态，当有上行数据需要传输时，UE需要以下几个过程把数据发送到eNB。
首先，UE检测到有数据需要传输时，如果没有上行资源可用于发送，UE触发调度请求(Scheduling Request,SR)。接着，eNB接收到SR请求，可调度一个固定大小的上行授权(UL Grant)，此固定大小可以是足够让UE上传缓存数据量报告(Buffer Status Report,BSR)的上行授权。当UE接收到UL Grant后，传输上行数据和BSR，UE向eNB报告自己的缓存数据量，从而为eNB的上行调度提供参考资讯。eNB接收到BSR，可根据BSR继续调度UL Grant，而UE可再根据接收到的UL Grant继续上行数据传输。eNB可持续调度UL Grant直到BSR全部被调度完。
考虑到TCP业务存在有肯定应答/否定应答(Acknowledgement/Negative-Acknowledgement,ACK/NACK)的反馈机制，可参考如图1所示的上行传输示意图，TCP业务的ACK/NACK需要在空口传输，至少需要经过三次UE和eNB的交互数据传输才能完成，如此大大增加了空口时延。
另外，在TDD LTE系统中，由于有时分调度的特性，SR资源有固定周期，例如是每隔40ms或是每隔80ms发出一次SR请求，而上行数据(包括ACK/NACK)传输和SR资源的周期并不会保持一致，即当UE有ACK/NACK发送时，必须等到SR周期时，才能触发SR，如此又增加了空口时延。
对于TCP业务而言，在TCP的服务器端内部可以有一个TCP缓存(buffer)，此TCPbuffer可储存等待UE发送ACK/NACK的数据，尚未收到ACK/NACK的数据都会缓存在这个TCPBuffer中。当TCP buffer已满，TCP的服务器端就不再发送新数据，使得TCP速率降低。另外，TCP的算法决定了服务器端发送数据的速度还依赖于接收到ACK/NACK的时延，即使TCP的窗口(Buffer)没有满，但是ACK/NACK的时延过长，TCP的服务器端也不会再发送数据了。
根据以上所述，关于TCP业务的ACK/NACK在空口的时延，是影响LTE系统TCP传输速率的一个重要因素。且不仅是对于TDD LTE，对于分频多工(Frequency Division Duplex,FDD)LTE，TCP业务的ACK/NACK在空口的时延对于传输速率亦具有很大影响。
图2绘示依据本发明一实施例的上行授权信息发送方法的流程图。上行授权信息发送方法包括以下步骤。步骤S102，计算用户设备当前的下行速率。步骤S104，获得用户设备当前的业务类型。步骤S106，根据下行速率以及业务类型，决定是否分配上行授权至用户设备。
本案上述实施例的上行授权信息发送方法，可应用于一基站，例如可应用于LTE系统中的eNB。图3绘示依据本发明一实施例的基站的示意图。基站20可与一或多个用户设备40进行无线通信，基站20可包括参数计算单元202、参数配置单元204、预授权用户选择单元206、以及用户预调度单元208。参数计算单元202用来计算用户设备40当前的下行速率。参数配置单元204用来获得用户设备40当前的业务类型。预授权用户选择单元206用来依据下行速率以及业务类型决定是否分配上行授权至用户设备40。用户预调度单元208用来分配上行授权至用户设备40。
图3所示的基站20为一种例示性实现方式，基站20可执行如图2所示的上行授权信息发送方法。其中基站20的各单元，包括参数计算单元202、参数配置单元204、预授权用户选择单元206、以及用户预调度单元208，可以是由硬件电路所实现，以执行对应的功能，亦可以是由软件模块所实现，例如基站20可包括有处理器电路以及记忆体，将软件储存于记忆体中，由处理器载入软件对应的程序指令以执行对应功能。
如上述实施例的上行授权信息发送方法及基站，藉由对于用户设备40进行上行预授权(可参考步骤S106，以及用户预调度单元208)的机制，使得用户设备40在进行上行传输ACK/NACK时，用户设备40不需要发送SR。由于避免了SR调度，因此能够降低ACK/NACK在空口的时延，提高系统中的数据传输速率。上行授权信息发送方法的各步骤以及基站的各元件详细说明如下。
参数计算单元202可用来计算当前用户设备40的实时空口信息，例如数据传输速率等参数。当基站20与用户设备40之间有下行数据传输时，参数计算单元202可计算用户设备40的下行速率，并将计算结果传递给预授权用户选择单元206(可参考步骤S102)。
参数配置单元204可用来接收关于用户设备40的信息参数，例如是从核心网路的管理单元接收。以LTE系统为例，核心网路是演进的分组核心网(Evolved Packet Core,EPC)，参数配置单元204可以通过S1私有协议，从EPC内的移动性管理组件(MobilityManagement Entity,MME)接收关于用户设备40的信息参数，如用户设备40当前的业务类型，业务类型可包括有TCP业务或者UDP业务，参数配置单元204并将获得的结果传递给预授权用户选择单元206(可参考步骤S104)。
当用户设备40有下行数据传输时，预授权用户选择单元206可依据来自参数计算单元202的下行速率，以及来自参数配置单元204的业务类型，决定是否分配上行授权至用户设备40。在一实施例中，当下行速率大于一速率门限(Threshold)，且业务类型是TCP业务时，预授权用户选择单元206决定分配上行授权至用户设备40，预授权用户选择单元206可将决定的结果传递给用户预调度单元208(可参考步骤S106)。其中，会使得步骤S106决定要分配上行授权的业务类型，并不限定于是上述的TCP业务，更可以包括其他有使用反馈机制的协议，例如串流控制传输协议(Stream Control Transmission Protocol,SCTP)、或是简单文件传输协议(Trivial File Transfer Protocol,TFTP)。由于有使用反馈机制的协议，会有ACK/NACK时延的问题，因此可以使用如图2所示的方法，减少这些数据的上行时延。而对于这些有反馈机制的协议，以下将使用TCP作为代表性例子作为说明。
如前所述，由于TCP业务有ACK/NACK反馈机制，增加了空口时延，因此若是属于TCP业务类型，且当用户设备40的下行速率大于速率门限时，代表用户设备40可能有大量的下行数据传输，因此有很高的机会用户设备40即将会发送ACK/NACK到基站。预授权用户选择单元206的判断结果，可代表基站20预测用户设备40会在未来一段时间(以下将这段时间称为预授权时间，例如设定为T_ulGrant_Timer)内发送ACK/NACK，因此用户预调度单元208可针对此用户设备40，在未来的预授权时间内，固定分配上行授权至此用户设备40，以进行预调度，如此可避免用户设备40需要发送调度请求(SR)至基站20。
在一实施例中，预授权用户选择单元206在预授权时间内，每隔一固定周期分配上行授权至用户设备40。图4绘示依据本发明一实施例的基站与用户设备之间的数据传输示意图。在预授权用户选择单元206判断用户设备40符合预授权的条件后，预测用户设备40即将会发送ACK/NACK，便可通知用户预调度单元208，在预授权时间T_ulGrant_Timer内，可以每隔固定周期分配上行授权至用户设备40，由于用户设备40持续接收到上行授权，因此当用户设备40需要发送ACK/NACK时，不需要发送调度请求(SR)到基站20，有效提高TCP业务的下行传输速率。其中的固定周期长度可以表示为K*T，T代表有上行传输机会的最小时间周期，K可以是正整数，K的取值可依据具体的空口资源的利用率以及用户设备40的速率等因素而决定。举例而言，在空口资源以及用户设备40的速率满足的情况下，K的建议值为1。
由于预授权可以作为让用户设备40上行传输ACK/NACK的上行授权，在一实施例中，基站20分配至用户设备40上行授权的大小，可足以使得用户设备40上行传输ACK/NACK封包，例如上行授权的初始大小可设定为ACK/NACK_min_Grant_Size，后续的上行授权大小为ACK/NACK_min_Grant_Size和基站20根据用户设备40上报的BSR进行调度的上行授权大小BSR_Grant_Size两者之间的最大值。当用户设备40有上行数据发送时，可以使用预调度的授权发送数据，用户设备40发送的数据可以不仅包括ACK/NACK，还可以包括其他上行数据。
由于基站20可同时与多个用户设备40进行无线通信，上述实施例的上行授权信息发送方法及基站20可以同时对多个用户设备进行判断。举例而言，预授权用户选择单元206可以对于基站20覆盖范围内的每一个用户设备，皆判断是否需要进行预授权，若是用户设备符合预授权的条件，可将用户设备添加到一个预授权用户队列，以记录目前覆盖范围内有哪些用户设备需要预授权，预授权用户选择单元206可将此预授权用户队列传递给用户预调度单元208。
除了依据用户设备40当前的下行速率以及业务类型，判断用户设备40是否需要进行预授权更可以包括其他条件。在一实施例中，可依据在TCP业务的服务器端的TCP窗(window)使用率而决定。TCP窗的大小相关于服务器端内的TCP buffer可允许存放的数据量大小。当TCP窗使用率高于一使用率门限时，代表服务器端的TCP buffer所存的数据量可能过多，即目前可能有很多的数据尚未收到来自用户设备40的ACK/NACK，因此可以预测用户设备40即将会发送ACK/NACK过来，预授权用户选择单元206可决定分配上行授权至用户设备40。TCP窗使用率可以由参数配置单元204计算，TCP窗使用率亦可以由核心网计算后，通过S1私有协议将计算结果传送给参数配置单元204。
在一实施例中，判断用户设备40是否需要进行预授权，还可以依据用户设备40的信号质量(例如Channel Quality Indicator,CQI)决定。基站20可设置一信号质量门限，若是用户设备40的信号质量小于信号质量门限，可能代表用户设备40位在基站20所服务的小区边缘位置，由于用户设备40到基站20的信号质量即不佳，因此数据传输速率可能无法达到峰值速率，亦即TCP业务的ACK/NACK所造成的空口时延可能对用户设备40的数据传输速率影响不大，因此并不对用户设备40进行预授权。反之，若是用户设备40的信号质量大于信号质量门限，则可能代表ACK/NACK造成的空口时延对于数据传输速率影响较大，因此当用户设备40的信号质量大于信号质量门限时，预授权用户选择单元206决定分配上行授权至用户设备40。
图5绘示依据本发明一实施例的上行授权信息发送方法的流程图，在此实施例中，上行授权信息发送方法包括以下步骤。步骤S302判断下行速率是否大于速率门限，步骤S304判断业务类型是否为TCP业务，步骤S306判断TCP窗使用率是否大于使用率门限，步骤S308判断信号质量是否大于信号质量门限。若上述4个的判断结果皆为是，则执行步骤S310分配上行授权至用户设备，若有其中一步的判断结果为否，则回到步骤S302再重复执行上述的判断步骤。
在一实施例中，图5所示的步骤S306以及步骤S308可视为附加性的可选择步骤，亦即这两个步骤是可以省略的，可依据步骤S302以及步骤S304的判断结果，决定是否执行步骤S310。也可以在步骤S302及步骤S304之外，额外增加步骤S306以及步骤S308的其中至少之一者，以对于是否执行步骤S310给予较严苛的判断条件。藉由增加步骤S306及/或步骤S308，可以进一步检测关于用户设备40目前的使用状态，对于是否需要发送预授权信息能够得到更准确的预测结果，以避免空口上行资源的浪费，例如基站20发送了上行授权信息但没收到来自用户设备40的ACK/NACK。
依据本发明上述实施例的上行授权信息发送方法以及基站，能够预测用户设备即将发送上行数据传输，而预先对用户设备发送上行授权信息，以避免用户设备进行SR调度，有效降低ACK/NACK在空口的时延。此外，并可藉由对用户设备多种使用状态进行考量，以达到更精准的预测结果，能够避免基站与用户设备之间空口资源的浪费。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种上行授权信息发送方法，用于一基站，其特征在于，该上行授权信息发送方法包括：
计算一用户设备当前的一下行速率；
获得该用户设备当前的一业务类型；以及
依据该下行速率以及该业务类型，决定是否分配一上行授权至该用户设备；
其中，决定是否分配该上行授权至该用户设备的步骤还包括：依据一服务器端的一TCP窗使用率决定；以及
其中，决定是否分配该上行授权至该用户设备的步骤包括：
当该下行速率大于一速率门限，该业务类型是TCP业务，且该TCP窗使用率大于一使用率门限时，分配该上行授权至该用户设备。
2.根据权利要求1所述的上行授权信息发送方法，其特征在于，决定是否分配该上行授权至该用户设备的步骤还包括：依据该用户设备的一信号质量决定。
3.根据权利要求2所述的上行授权信息发送方法，其特征在于，决定是否分配该上行授权至该用户设备的步骤包括：
当该下行速率大于一速率门限，该业务类型是TCP业务，且该信号质量大于一信号质量门限时，分配该上行授权至该用户设备。
4.根据权利要求1所述的上行授权信息发送方法，其特征在于，分配该上行授权至该用户设备的步骤包括：
在一预授权时间内，每隔一固定周期分配该上行授权至该用户设备。
5.根据权利要求1所述的上行授权信息发送方法，其特征在于，该上行授权的大小，足以使得该用户设备上行传输ACK/NACK封包。
6.一种基站，其特征在于，该基站包括：
一参数计算单元，用来计算一用户设备当前的一下行速率；
一参数配置单元，用来获得该用户设备当前的一业务类型；
一预授权用户选择单元，用来依据该下行速率以及该业务类型，决定是否分配一上行授权至该用户设备；以及
一用户预调度单元，用来分配该上行授权至该用户设备；
其中，该参数配置单元还用来获得一服务器端的一TCP窗使用率，该预授权用户选择单元还依据该TCP窗使用率决定是否分配该上行授权至该用户设备；以及
其中，当该下行速率大于一速率门限，该业务类型是TCP业务，且该TCP窗使用率大于一使用率门限时，该预授权用户选择单元决定分配该上行授权至该用户设备。
7.根据权利要求6所述的基站，其特征在于，该参数计算单元还用来计算该用户设备的一信号质量，该预授权用户选择单元还依据该信号质量决定是否分配该上行授权至该用户设备。
8.根据权利要求7所述的基站，其特征在于，当该下行速率大于一速率门限，该业务类型是一TCP业务，且该信号质量大于一信号质量门限时，该预授权用户选择单元决定分配该上行授权至该用户设备。
9.根据权利要求6所述的基站，其特征在于，该用户预调度单元在一预授权时间内，每隔一固定周期分配该上行授权至该用户设备。
10.根据权利要求6所述的基站，其特征在于，该上行授权的大小，足以使得该用户设备上行传输ACK/NACK封包。
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