CN1299454C - 用于ofdm下保障实时业务服务质量的调度方法 - Google Patents

Abstract

用于OFDM下保障实时业务服务质量要求的调度方法属于无线通信资源调度领域，其特征在于：它由以下两个阶段组成：在准备阶段，采取调度的周期固定，一个时隙内对多个业务队列以相邻的若干子载波组成的子带为一次资源调度的最小单位执行一次调度；系统采用闭环反馈方法，移动台根据每个子带的平均信噪比查表得到数据速率控制字DRC进行反馈；在调度阶段，它综合考虑信道状况和业务时延要求，按各业务的优先权大小由高到低轮流调度业务，且在一次调度中确定调度目标值区间时采用优先级考虑最大子带数限制，并按尽量选择DRC最大的若干子带的原则进行分配。它有良好的系统效率，时延性能和用户间公平性。

Description

用于OFDM下保障实时业务服务质量的调度方法

技术领域

用于OFDM下保障实时业务服务质量的调度方法属于无线通信领域的资源调度技术。

背景技术

互联网的发展和大众对于无线多媒体业务需求的增加，要求无线通信系统能够灵活高速地传输数据，保障各种类型的业务的服务质量要求(QoS：Quality-of-Service)。

所谓服务质量，从用户的角度来说，是用户对网络提供服务的满意程度。从用户业务的角度说，可以描述为网络向业务提供的带宽、时延和丢失率等参数。在通信网络中，可以将业务分为QoS业务和Best-effort业务。Best-effort业务指得是网络只需尽力传输而不保证服务质量的业务。而QoS业务需要保障其业务速率和服务质量需求，包括误码指标、最大延时、传输优先级等等。根据延时要求可以把业务分成实时业务和非实时业务；根据业务速率特征又可以把业务分为恒定速率的和变速率的。

在网络中，服务质量的保障主要通过连接接纳控制、调度等等方法实现。如何在有限的无线频谱资源上进行有效的调度，满足各种类型的分组业务的服务质量要求，并提高系统吞吐量，成为未来无线通信领域的关键问题之一。

很多技术都可以提高误码性能，如混合自动反馈重传(HARQ)机制和自适应编码调制(AMC)机制。对于误码要求高的用户，可以增加重传的次数和降低编码速率和调制制式。这样，对调度算法本身的要求并不高。

对调度算法影响较大的因素是业务的时延要求。一般的分组业务根据QoS的时延要求可以分成实时业务和非实时业务。非实时业务对时延要求很低，比如电子邮件、一般的文件传输等。对于这种类型的业务，可以采用best effort传输，对调度算法的要求比较低。实时业务指的是对传输时延以及时延抖动有着比较严格要求的业务。由于实时业务数据包必须在某一个时间之内传出，在调度的过程中就不能只考虑吞吐量和公平性，所以调度比较复杂。本专利着重于实时业务的调度。

正交频分复用技术(OFDM)是目前解决无线高速数据传输的主流技术之一，具有良好的发展前景。为了提高频谱利用率，OFDM系统采用自适应编码调制(AMC)技术。AMC灵活地变化星座大小、编码效率和编码机制。它在信道好的时候提高频谱利用率，当信道差的时候降低吞吐量，从而提高了误码率(BER)性能(见Das，A.；Khan，F.；Sampath，A.；Hsuan-Jung Su，”Performance of hybrid ARQ for high speed downlink packet access in UMTS”，VTC’2001.pp2133-2137，vol.4.)。

传统的OFDM的资源调度研究集中在比特装载和功率分配两方面，两者紧密相关。比特装载是根据各个子载波的传输质量决定如何把数据比特装载到每个子带上，可以根据优化标准分成功率优化(见L.Piazzo：Fast algorithm for power and bit allocation in OFDM systems.ELECTRONICS LETTERS，9^th December 1999，Vol 35，No 25，pp2173~2174.和Lai.S.K，Cheng R.Sand Letaief K.B：Adatpive trellis coded MQAM and power optimization for OFDMtransmission.Proc.IEEE VTC Spring，Houston，1999)，吞吐量最大化(见Satoshi MUNETA，“A new frequency-domain link adaptation scheme for broadband OFDM systems”，ISBN：0-7803-5435-4，VTC’99，pp253~257)和误码率最小化(见C.Y.Wong，R.S.Cheng，K.B.Letaief，R.D.Murch，‘Multiuser OFDM with Adaptive Subcarrier，Bit and PowerAllocation’，IEEE J.on SAG，vol.17，No.10，1999.和Inhyoung Kim，H.L.Lee，et al.“On the Use of Linear Programming for Dynamic Subchannel and Bit Allocation inMultiuser OFDM”，IEEE Global Telecommunications Conference，v 6，2001，p 3648-3652.)三大类型。这些根据最优化推导得到的算法很难直接应用到实际系统中，因为它们的系统运算开销和反馈信息量、控制信息开销太大。另外，这些算法在调度的过程中没有考虑到用户之间的公平性、用户的服务质量要求等，所以不支持实时业务。

传统的保障业务服务质量的调度算法主要针对有线网络。但是它们没有考虑无线移动环境的恶劣传输性质，不能用在无线系统中。无线系统中的HDR系统是目前对资源调度研究得较为深入的一种，它现在正在研究实时业务的调度。而且该系统也采用了自适应编码调制技术，所以其资源调度算法对我们专利有更大参考作用。

HDR系统中首先引入的算法是DRC/R算法(P.Bender，P.Black，M.Grob etal，”CDMA/HDR：A bandwidth efficient high speed data Service for nomadic users”，IEEE Comm.Magazine，July，2000.)。它以简单的方法实现比例公平性准则，在公平性和系统吞吐量之间实现了良好的妥协。但是该算法的调度依据仅仅是信道状况，由于调度不考虑业务的服务质量要求，因此不支持实时业务。所以又提出了在HDR系统上初步支持实时业务的服务质量要求的标签准则。它包括一系列算法，包括M-LWDF准则(Mattew Andrews，Krishnan Kumaran，et al，“Providing Quality of Service over a Shared Wireless Link”，IEEE Communications Magazine，pp.150-154，Feb 2001.)，指数准则(San jay Shakkottai，Alexander L.Stolyar，“Scheduling Algorithms for a Mixture of Real-Time andNon-Real-Time Data in HDR”，University of Illinois at Urbana Champaign，BellLaboratories，Lucent Technologies.)，改进的指数准则(Kapseok Chang，Youngnam Han，“QoS-Based Adaptive Scheduling For A Mixed Service In HDR System”，PIMRC’2002.)等。这些算法在调度中不仅考虑到了信道状况，而且考虑到了用户队列对于时延的要求，因此业务的时延性能得到了很大的改进。

HDR是单载波系统，所以无需对频率资源进行调度。它通过在时域上的调度实现用户间的资源共享。调度中获胜的用户将独占到下一次调度为止的所有系统资源。为了实现不同信道条件的用户之间的公平性，传输能力较低的用户获得调度权后将传输较长的时间后再进行下一次调度(Jong Hum Rhee，Tae Hyung Kim，et al，“A Wireless Fair SchedulingAlgorithm for lXevdo system”，IEEE VTC’2001，pp743-746.)。

HDR的这些算法对实时业务的调度还不够灵活，不支持变速率业务的调度。而且对QoS的保障还不够。除此之外，如果在多载波的OFDM系统上直接应用HDR中的调度算法也会遇到许多问题。HDR是单载波系统，不对频率资源进行调度。因此，第一，它不能体现各个子载波的不同传输能力，无法获得频率上的用户分集增益，从而降低了系统效率。第二，OFDM系统，同一个时刻可以传输多个用户的数据，存在着多服务者调度问题。HDR的调度算法同一个时刻只能传输一个用户的数据，没有解决这个问题。

所以，本专利借鉴HDR中一些算法的思路，为OFDM系统提出了一种保障实时业务服务质量的调度方法，在调度中引入虚拟队列(标签队列)。HDR的标签算法假设标签以固定的速率进入虚拟队列，每个队列里的数据包的QOS特性完全相同，所以不实际地加以维护管理标签队列。但是，未来的业务的特性会更加灵活复杂，这就有可能导致队列内的每个标签对应的具体QOS指标是不同的。比如在变速率业务中，每个数据包的目标吞吐量就是变化的。因此，我们认为，应该在标签中提供更多的数据包的服务质量信息，并且对标签队列进行实际的维护。另外，和HDR的标签算法不同，本算法采用按优先级轮流调度用户，并给出了每个用户在一次调度中的调度目标值范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于OFDM下保障实时业务服务质量的调度方法，可获得较好的吞吐量和公平性性能，且系统反馈和控制信息量较少。

其特征在于：

(1)调度的周期固定，一个时隙执行一次调度。把OFDM系统相邻的若干子载波划分成一个子带，采用相同的编码调制方式。作为一次资源调度的最小单位，每个子带在一次调度中只分配给一个用户。采用各个子带的平均发射功率恒定的功率分配方式。

系统采用闭环反馈的方法。移动台测出在一个时隙内每个子带的平均SNR，并按照一定的门限方案量化信噪比得到对应的数据速率控制字(DRC)。根据业务量需求决定反馈的时间间隔和反馈的数量。如果业务量较小，则只反馈部分优质子带ID及其DRC。这样进一步减少了上行反馈量。

(2)实时业务和非实时业务分别调度。每次调度等实时业务的调度结束之后，再调度非实时业务的数据。

(3)同一个移动台请求的不同速率的实时性业务如果对服务质量的要求区别不大，可以作为一个调度用户统一调度；否则，也可以作为不同用户分别调度。DRA为每个允许接入的调度用户创建和维护一个标签队列。数据池的每个数据包都对应一个标签。标签包涵了相应数据包的ID，数据长度及Qos信息(如最大时延限制，优先级，等等)。标签队列的数据结构如图1所示。这些信息在每次调度完成或新数据产生的时候更新。

(3)实时业务的调度应该综合考虑各个移动台当前信道状况，各个业务的时延要求、业务量的大小等等。从HDR的保障QOS的调度的研究中认为，为了让有实时性要求的数据包按时发送出去，在调度的优先级计算中时延的影响应该高于信道状况。借鉴这个思路，并且尽量体现更多的QOS信息，我们采用了下式为实时业务i计算优先级的评估值。

$\mathrm{Prio}\_\mathrm{eval}\_\mathrm{rea}{l}_i=\frac{\underset{j}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Cap}{a}_{i,j}}{R\_\mathrm{rea}{l}_i\·M}+\mathrm{\α}\frac{\underset{j}{\overset{\mathrm{num}\_\mathrm{tokcn}\_i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\β}}_{i,j}\·\mathrm{Le}{n}_{i,j}}{\mathrm{Dela}{y}_{i,j}}}{\underset{j}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Cap}{a}_{i,j}}---\left(1\right)$

在式中，i＝1，2，…，N_real。N_real是本时隙待传数据量大于0的实时业务队列的个数。Capa_i，j是根据第i个实时业务队列对应的移动台的第j个子带的建议反馈速率查表得到的时隙内的传输容量。α是可调参数，目标就是使第二项的权重远大于第一项。它是一个数值较大的整数，具体数值可以通过仿真选取。M是OFDM系统划分的子带个数。

R_real_i是第i个移动台的一定时间内所有实时业务的平均速率，

R_real_i＝(1-1/T_c)·R_rel_i+Len_real_i/T_c，i＝1，2，…，N         (2)

其中， $\mathrm{Len}\_\mathrm{rea}{l}_i=\underset{j}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Cap}{a}_{i,j}\·\mathrm{Select}\_\mathrm{all}\_\mathrm{rea}{l}_{i,j},i=\mathrm{1,2},...,N---\left(3\right)$

Select_all_real_i，j＝1，第j个子带分配给第i个用户的实时业务时；

                        ＝0，其他情况。         (4)

β_i,j也就是前面提到的Beita，是第i个用户数据池队列的第j个包的优先权重，根据QOS要求的程度由上层灵活选取。Len_i，j和Delay_i，j是上一节提到的第i个用户的数据队列的第j个包的剩余数据长度及可容忍的剩余传输时间。num_token_i是第i个队列里标签的个数。

式中第二项的分子近似体现了该业务待传数据的加权时隙任务量。分母体现了当前的该移动台传输能力。两者之商近似体现了业务对一个时隙内的传输要求和实际能力的差距，体现了一种传输紧迫性。队列式中第一项近似体现了实时业务i对应的移动台的归一化的下行信道容量，它只有在几个业务的第二项的值比较小的时候，也就是待传数据量都比较小的时候，才起作用。

实时业务的资源调度实质上是对各个业务分配相应的频域子带资源。按照优先级次序由高到低遍厉各个实时业务，依次进行调度。当一个业务被调度到选取子带的机会的时候，它首先把所有可用的子带按照移动台反馈的DRC从大到小的顺序排序，依次分配给该业务尚未分配DRC最高的子带。

每个业务分配到的子带个数由该业务的调度目标值来决定。目标分成容量下限和子带个数上限。选择足够的子带，使得其容量之和达到或超过传输下限为止，除非本次分配的子带个数已经达到了子带个数上限，或者没有剩余资源可以调度。

每次调度的容量目标值如下式所示，体现了该用户队列里所有的数据包在一个时隙的传输需求的加权。

$\mathrm{Goa}{l}_i=\underset{j}{\overset{\mathrm{num}\_\mathrm{token}\_i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\mathrm{Le}{n}_{i,j}}{\mathrm{Dela}{y}_{i,j}},i=\mathrm{1,2},...,N_{\mathrm{real}}---\left(5\right)$

N_real是需要调度的实时业务队列个数。每个时隙内每一轮的调度都应该满足：

Capa_oneturn_i≥Goal_i，i＝1，2，…N_real           (6)

$\mathrm{Capa}\_\mathrm{onetur}{n}_i=\underset{j}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Cap}{a}_{i,j}\·\mathrm{Selec}{t}_{i,j},i=\mathrm{1,2},...,N_{\mathrm{real}}---\left(7\right)$

其中，

Select_i，j＝1，当在本轮调度中，第j个子带分配给第i个用户时；

               ＝0，其他情况。

为了防止一个业务占用太多的子带，规定每次调度能获得的最大子带个数是

$\mathrm{Max}\_{\mathrm{subband}}_i=M\·{\mathrm{Goal}}_i/\underset{k=1}{\overset{N_{\mathrm{real}}}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Goal}}_k,i=\mathrm{1,2},...,N_{\mathrm{real}}---\left(8\right)$

也就是说，每个时隙内每一轮的调度应该尽力满足的第二个条件是，

$\underset{j}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Selec}{t}_{i,j}\≤\mathrm{Max}\_\mathrm{subban}{d}_i,i=\mathrm{1,2},...,N_{\mathrm{real}}---\left(9\right)$

如果第二个条件和第一个条件冲突的时候，优先满足第二个条件。这样，一个业务队列的调度就完成了。如果本次循环还有业务队列没有遍历到时，为下一个优先级的业务队列分配资源。如果一次调度循环完成后，总的业务调度循环次数尚未达到Max_round_for_real，且还有空余的子带的时候，按照这样的业务优先级次序从头再开始遍历业务队列，否则实时业务调度结束。最大实时业务遍历次数Max_round_for_real可以作为一个准静态参数。每次按照优先级遍历开始之前，Select_i，j都进行一次初始化清零。

效果分析：

本调度算法在实时业务的调度中既考虑了各个用户在各个子带上的信道状况，又考虑了用户数据的Qos需求，如速率、延时和优先级等，考虑的因素比较全面。优先级主要由用户队列的总数据量和传输能力的比值决定，同时酌情考虑归一化的即时信道状况。优先调度数据量大，时间紧迫，总体信道条件又不好的用户。算法为用户设立标签队列，由于对数据包的长度和产生频率没有硬性规定，所以支持变速率业务。同时队列可以比较灵活地建立，所以一个移动台可以灵活调度多种类型的业务，即可以分开，又可以统一处理。由于采用了划分子带的技术，移动台和基站共同查询子带信噪比门限传输方案表，反馈量和控制信息量都大规模下降。

本算法和OFDM系统上的时频二维最大DRC动态调度算法和预分配算法进行了对比。仿真结果从实时业务的平均吞吐量，平均调度时延和时延抖动，平均超时率几个指标都可以看出，本算法比另外两种算法可以满足更多的实时业务的传输要求。这种实时业务服务性能的提高是以牺牲部分best-effort业务为代价的。在相同信道，相同业务条件下，各个用户的平均吞吐量性能、调度时延和时延抖动等性能之间都是差别不大的，反映了该算法具有一定的用户间公平性。

附图说明

图1是实时业务的数据结构示意图。

图2是系统框图。

图3是实时业务的调度流程。

具体实施方式：

图2给出了调度算法实现的一种系统框图，系统为实时业务设立标签队列。每次调度的初始化时，为新到达的数据在相应的业务队列里建立标签。DRA为每个允许接入实时业务创建和维护一个标签队列，并记录一段时间内的平均传输速率变量R。数据池的每个数据包都对应一个标签，记录了相应数据包的ID，数据长度Len_i，j，剩余延时Delay_i，j和根据包的重要性，时延抖动和误差要求得到的优先评价值β_i，j。这些信息在每次调度完成或新数据产生的时候更新。

一个移动台可以灵活建立一个或者多个业务队列。当CAC算法允许一个业务的接入之后，即可以为该业务单独建立一个业务队列，也可以和同移动台的服务质量要求相似的业务放入同一个业务队列统一调度。如果一个业务队列足够长的时间内没有新数据到来，则被撤销。

在每次调度之前，还要收集相关的DRC信息。各个移动台分别测量下行链路的导频信号得到各个子载波的SNR，再取平均得到一段时间内每个子带的平均SNR。然后，再根据SNR得到建议的传输速率DRC。建议速率的选取有多种可能方式。表1给出一种信噪比门限方案，可以根据信噪比的值直接查门限表就得到对应的DRC。移动台根据自身的下行业务需求，反馈全部的或部分优质子带的DRC及其对应的子带ID。

DRC	信噪比(dB)	编码速率	调制类型	容量(比特/时隙)
					0	/	/	/	0
1	-3.4	1/4	BPSK	128
					2	-0.4	1/2	BPSK	256
3	2.2	1/2	QPSK	512
					4	5.2	3/4	QPSK	768
5	7.6	2/3	8PSK	1024
					6	10.9	3/4	16QAM	1536
7	14.5	2/3	64QAM	2048

                            表1传输方案

准备工作完成之后，就可以进行实时业务的调度了，其流程如图3所示。首先，各个实时用户根据公式(1)计算调度优先级评价值，据此得到调度的顺序。然后，基站按照这个次序依次调度。调度之前，根据(5)和(8)计算每个用户在一次调度循环中分配容量的两个门限值。用户在被调度的时候，首先将所有它可使用的子带按照反馈的DRC值从大到小的顺序排列，尽量选取DRC最好的子带，直到满足(6)和(9)，或者没有可用的子带资源为止。一个业务调度完，再按照这个思路调度优先级低一级的下一个业务。如果优先级最低的业务调度完成，则一个调度循环结束。如果总得调度循环次数小于Max_round_for_real，那么进入下一次调度循环，开始调度优先评估值最高的业务；否则如果循环次数达到了，那么推出实时业务的调度，开始调度非实时业务。这样，通过Max_round_for_real次这样的循环确定了每个用户分配的子带。

下面给出一个实现的具体例子。假设OFDM系统中，每一个符号有1024个子载波，分成16个子带，每个子带64个子载波。一个时隙由8个符号组成。参数R初始化后选取一个接近于0的正数，比如0.001。参数T_c选500。

系统的编码调制模块采用表一给出了一种对子带平均信噪比实行8阶量化门限的传输方案。在这种方案下，每个子带单独编码调制。建议的子带AMC参数有：不传、1/4Turbo码和BPSK、1/2Turbo码和BPSK、1/2Turbo码和QPSK、3/4Turbo码和QPSK、2/3Turbo码和8PSK、3/4Turbo码和16QAM，2/3Turbo码和64QAM，对应的吞吐量分别是0、1/4、1/2、1、3/2、2、3、4bits/s/Hz。

以一个时隙为基站资源调度的周期，整个过程分成三个阶段：调度准备阶段、实时业务调度阶段和非实时业务调度阶段。

在调度准备阶段，基站一方面收集各个移动台反馈的DRC。另一方面，它根据上层的通信原语为新产生的数据包在相应用户的队列里建立标签，包括数据包ID，数据包的长度Len_i，j，剩余延时Delay_i，j，优先级β_i，j等等。例如，系统中有一个变速率多媒体业务的队列，里面原来有3个数据包，本调度之前刚好又到达一批长度为800比特，最大延时为30时隙，优先级比较高的数据，所以建立了第四个数据包。这时，该队列的队列长度为4。他们在数据池中的数据包ID分别为22，43，55，59。数据包的长度分别为600，990，990，800(比特)。剩余延时为2，8，15，30(时隙)。优先级分别为30，60，30，60。

准备阶段结束之后，进入实时业务调度阶段，调度的流程如图2所示。长度大于零的用户才参与调度。首先，各个实时用户根据公式(1)计算调度优先级评价值，并根据评价值的大小得到调度的顺序。例如上面提到的那个业务队列，就找到它对应的移动台反馈的各个DRC，查表一得到一个时隙的容量Capa_i，j，再根据该队列的参数R_real和上面提到的标签队列里4个标签的值，就可以通过(1)式得到优先级评估值Prio_eval_real_i。

然后，根据每个业务队列的优先级评估值得到调度优先级。假如某个时隙有5个业务队列需要调度，队列1和2隶属于同一个移动台，其评估值分别为684和400。队列3、4和5的评估值分别为900，750和533。那么调度的顺序就是队列3，队列4，队列1，队列5，队列2，队列3…。队列基站按照这个次序依次调度。

然后根据公式(5)和(8)计算每个队列一次调度的目标值。对于上面提到的那个业务队列，根据(5)得到调度的目标下限Goal_i为(660/2+990/8+990/15+800/30)＝546。也就是说，一次调度的时候要尽量分够足够的子带，使得总的传输容量超过546。同时根据(8)计算分得子带个数的上限。假设另外4个队列的目标下限Goal_i分别为200，700，300，800(比特)，那么该业务队列一次调度分得的子带最多是16*546/(546+200+700+300+800)＝3。

调度的时候，用户首先将所有可用的子带按照DRC从大到小的顺序排列，择优选取子带。当这个业务调度完，再按照这个思路调度优先级低一级的下一个业务。如果优先级最低那个业务调度完成，则一个调度循环结束。假设准静态参数遍历次数Max_round_for_real取2，那么如果总得调度循环次数小于等于2次的时候，那么进入下一次调度循环，开始调度优先评估值最高的业务；否则如果本时隙的调度循环次数已经达到了2次，那么实时业务的调度结束，开始调度非实时业务。

假设第一次遍历到这个队列的时候，还剩下10个子带尚未分配。它们根据DRC降序的排列为子带9，子带5，子带1，子带8，….。对应的DRC分别为4，3，3，2，….。根据调度算法，这次就为该队列选取一个子带，即子带9。这样就同时满足容量大于546，且子带个数小于3的规定了。

如果在第二次遍历到这个队列的时候，还剩下4个子带尚未分配，它们根据DRC降序的排列为子带7，子带6，子带11，子带15。对应的DRC分别为2，1，1，1。根据算法，则再为它选取子带7，6和11。那么这次调度的结果是为该队列分配了4个子带，分别为子带9，7，6和11。

如果实时业务调度阶段完成时还有未调度的子带，那么调度非实时业务。遍历所有未调度的子带，把它们将分配给在相关子带上的归一化传输速率值最高的用户。

子带遍历完成之后，以用户为单位进行传输。对于上面提到的队列，通过查表我们决定在上述四个子带上，传输数据(768+256+128+128)＝1280比特。这样，该队列的数据包22被传输。数据包43传输了1280-600＝680比特。

最后，更新每个用户的标签队列，对于传输完全的数据包删除它对应的标签，对于传输完成了一部分的数据包更新标签的长度域。对于提到的队列，现在队列长度为3。三个包在数据池的ID分别为43，55，59。数据长度分别为310，990，800比特。剩余延时是7，14，29时隙。另外，还需要把T_c＝500，Len_i，j＝1280和该业务的参数R值代入公式(2)，更新并存储下来新的参数值R。

当所有子带调度完毕后，基站把16个子带分配的用户ID以及对应的原始DRC信息加强保护之后通过下行公共信道上通知各个移动台。加强保护的方式有加大发射功率，进行编码保护等。移动台接收到这些信息之后，以相同的过程推出有用信息的长度、位置、编码调制参数。

Claims (4)

1.用于OFDM下保障实时业务服务质量的调度方法，其特征在于：它依次通过以下两个阶段来为各实时业务分配相应的频域子带资源：

(1)准备阶段：

把OFDM内相邻的若干子载波划分成子带，采用相同的编码调制方式和各个子带的平均发送功率相同的功率分配方式，作为最小的资源调度单位，每个子带在一次调度中只分配给一个用户，分配给同一个用户的一个或一个以上的子带组成业务队列，形成一项实时业务，在一个时隙内含有多个业务；在调度时使用固定的周期，一个时隙执行一次调度；为每个用户的每一个数据包引入一个标签队列，含有以下信息：数据包标志符ID、数据长度Len_i，j，剩余延时Delay_i，j和根据数据包重要性、时延抖动和误码率要求等因素得到的优先评价值即β_i，j，β_i，j根据服务质量要求QoS的规定由上层选取；

系统采用闭环反馈方法，各移动台测量在一个时隙内每个子带的平均信噪比SNR，并按一定的门限方案量化信噪比得到对应的数据速率控制字DRC，再根据业务量需要决定反馈的时间间隔和反馈的数量；

(2)实时业务调度阶段：

它在非实时业务调度之前进行；

它综合考虑了各个移动台当前的信道状况以及各个业务的时延要求和业务量，计算各个业务的优先级评估值，再按优先级次序由高到低轮流调度业务数据，且将一次调度中为每个业务分配的子带个数设置为，首先上限要小于所允许分配的最大子带个数，其次下限要达到或超过目标容量下限所规定的子带个数，以便当一个业务被调度到选取子带时，用户首先把所有可用的子带按照移动台反馈的DRC按照从大到小的顺序排列，依次分配给该业务尚未分配的DRC最高的子带；接着，在一个时隙内按上述方式时各个实时业务依次调度；

根据设定的优先级评估值遍历次序为上一时隙尚未达到调度目标容量的所有业务队列分配上一时隙剩下的子带，直到实时业务调度阶段结束。

2.根据权利要求1所述的用于OFDM下保障实时业务服务质量的调度方法，其特征在于：所述的业务队列的优先级评估值可用下式表示：

实时业务i的优先级评估值：

$\mathrm{Prio}\_\mathrm{eval}\_\mathrm{rea}{l}_i=\frac{\underset{j}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Capa}}_{i,j}}{R\_{\mathrm{real}}_i\·M}+\mathrm{\α}\frac{\underset{j}{\overset{\mathrm{num}\_\mathrm{token}\_i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\β}}_{i,j}\·{\mathrm{Len}}_{i,j}}{{\mathrm{Delay}}_{i,j}}}{\underset{j}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Capa}}_{i,h}},$

其中：Capa_i，j是根据第i个实时业务队列对应的移动台的第j个子带的建议反馈速率查表得到的时隙内的传输容量；

α是可调参数，目标就是使第二项的权重远大于第一项。它是一个数值较大的整数，具体数值可以通过仿真选取；

β_i，j是第i个用户数据池队列的第j个包的优先权重，根据QoS要求的程度由上层灵活选取。Len_i，j和Delay_i，j是上一节提到的第i个用户的数据队列的第j个包的剩余数据长度及可容忍的剩余传输时间；

M是OFDM系统划分的子带个数；

num_token_i是第i个队列里标签的个数；

R_real_i是第i个移动台的一定时间内所有实时业务的平均速率，

R_real_i＝(1-1/T_c)·R_real_i+Len_real_i/T_c，i＝1，2，...，N，

Tc是比例公平性准则中的可调参数，它反映了最大可忍受的时延值；

Len_real_i是第i个实时业务队列对应的移动台在本次调度分得的所有子带的建议传输速率查表得到的时隙内的总传输容量：

$\mathrm{Len}\_{\mathrm{real}}_i=\underset{j}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Capa}}_{i,j}\·\mathrm{Select}\_\mathrm{all}\_{\mathrm{real}}_{i,j},i=\mathrm{1,2},...,N,$

当第j个子带分配给第i个用户的实时业务时，在其他情况下为零。

3.根据权利要求1所述的用于OFDM下保障实时业务服务质量的调度方法，其特征在于：为每个业务确定传输目标容量下限；对于实时业务i而言，每次调度的容量目标值Goal_i体现了该业务队列里所有的数据包在一个时隙的传输需求的加权和：

${\mathrm{Goal}}_i=\underset{j}{\overset{\mathrm{num}\_\mathrm{token}\_i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{Len}}_{i,j}}{{\mathrm{Delay}}_{i,j}},i=\mathrm{1,2},...,N_{\mathrm{real}},$

每个时隙内每一轮的调度都应该满足。若

$\mathrm{Capa}\_\mathrm{onetur}{n}_i=\underset{j}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Capa}}_{i,j}\·{\mathrm{Select}}_{i,j},i=\mathrm{1,2},...,N_{\mathrm{real}},$ 则：

Capa_oneturn_i≥Goal_i，i＝1，2，....N_real，其中，N_real是需要调度的实时业务队列个数；

在分配中，当在本轮调度中，第j个子带分配给第i个用户时Select_i，j＝1，否则为零；

对于实时业务i而言，每次调度能获得的子带个数上限Max_subband_i可用下式表示：

$\mathrm{Max}\_\mathrm{subban}{d}_i=M\·{\mathrm{Goal}}_i/\underset{k=1}{\overset{N_{\mathrm{real}}}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Goal}}_k,i=\mathrm{1,2},...,N_{\mathrm{real}},$

一个时隙内每一轮调度分配给业务i的子带个数为：

$\underset{j}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Select}}_{i,j}\≤\mathrm{Max}\_\mathrm{subban}{d}_i,i=\mathrm{1,2},...,N_{\mathrm{real}}.$

4.根据权利要求1或2或3所述的用于OFDM下保障实时业务服务质量的调度方法，其特征在于：

所述的方法依次含有如下步骤：

(1)假定：

OFDM系统中，每一个符号的子载波数，

一个时隙内的符号数，

一段时间内的平均传输速率变量R，

一次调度的最大队列循环次数Max_round_for_real，

Tc比例公平性准则中的可调参数，

第i个队列里的标签个数，

用于量化信噪比的门限方案；

(2)执行调度准备工作：

根据上层的通信原语为新产生的数据包在相应的业务队列里建立标签，确定数据包的ID，数据包长度Len_i，j，剩余延时Delay_i，j，和优先级β_i，j；

(3)进行实时业务调度：

(3.1)确定长度非零实时业务队列个数；

(3.2)计算每个业务的优先评估值，并且根据相对大小排序，得到调度顺序；

(3.3)分别计算每个业务在一次循环中分配容量下限和子带个数上限；

(3.4)为一个时隙内的业务分配频域子带资源；

(3.5)如果本次循环还有业务队列没有调度时，为下一个优先级的业务队列分配频域资源；

(3.6)一次调度循环完成后，判断本次调度的业务循环次数是否已经达到最大时隙调度循环次数Max_round_for_real，若到达了，则继续执行(3.4)步；否则执行非实时业务的调度，实时业务的调度结束。

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