CN1631012A - 半双工传输的调度方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法和设备，所述方法和设备用于调度经由至少两个半双工时分多址连接的传输的数据，其中为每个连接分配对应的传输帧的数据部分容量，从而使得所述传输帧的所有数据部分的总容量不超过每个传输方向的预定容量，且在两个传输方向上，所述传输帧的每个连接的数据部分容量之和不超过所述预定容量。然后，以这样一种方式设置所述传输帧内的所述数据部分的传输定时，即使得每个连接的传输和接收间隔在时间上不重叠。因此，可将调度最优化为满足QoS和半双工要求。

Description

半双工传输的调度方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于在半双工传输中调度数据的方法和设备，所述方法和设备可实施在突发模式频分双工(FDD)系统中的半双工终端的上行链路和下行链路突发数据传输中。

背景技术

现代接入系统支持不同的较高层协议。协议定义了在两个或更多通信实体之间交换的消息的格式和顺序，以及在传输和/或接收消息或其它事件上所采取的行动。媒体接入控制(MAC)协议的核心目的是共享无线电信道资源。所述MAC协议定义了接入点或用户单元如何以及何时在信道上传送。所述MAC协议包括向上层提供所保证业务的接口进程。

无线媒体是共享的媒体，其需要所述MAC协议协调在其上流过的多项业务的传输。不同MAC协议之间的根本差别是上行链路和下行链路的双工。在时分双工(TDD)中，下行链路和上行链路信道使用相同的载频。数据单元，即MAC帧被分为上行链路部分和下行链路部分。所述上行链路和下行链路部分之间的界线是自适应的，这使其适合于异步连接。在频分双工(FDD)中，下行链路和上行链路传输使用不同的载频。终端因此可同时传送和接收信号。最后，在半双工频分双工(H-FDD)中，上行链路和下行链路传输使用不同的载频，但终端无法同时传送和接收。这向上行链路和下行链路资源管理提出了挑战性的问题。

此外，物理信道的类型对于无线电接入协议和调度进程具有显著影响。在连续传输信道中，业务流在上行链路方向上传送，在接入网的接入点处接收整个业务流。终端必须解码整个业务流，并选取寻址到其的分组。在时分复用(TDM)流信道中，调制类型在一个MAC帧内是变化的。必须在所述MAC帧的始端通知所述改变。预定到各个终端的分组必须根据特定终端所使用的调制类型重新排序。在时分多址(TDMA)突发信道中，当数据并不寻址到特定终端时，允许备用模式。帧结构在MAC帧的始端通知。

无线通信系统的实例是IEEE 802.16固定宽带无线接入系统的空中接口，在所述无线接入系统中，使用FDD和突发模式传输并需要支持半双工终端。在所述突发模式FDD系统中，下行链路信道被构造成允许自适应调制和前向纠错(FEC)。为了宿留半双工终端，所述下行链路信道使用TDMA或是TDM与TDMA的混合，其中TDM用于带宽有效性，而TDMA用于半双工终端支持。此外，下行链路和上行链路突发传输是在逐帧的基础上由中央控制器或接入点(AP)调度的，以满足特定服务质量(QoS)要求。调度处理其中为对应电路或信道上的传输选择排队的数据分组的方法。在每个帧始端传送的下行链路图消息将帧布置广播给系统内的所有其他终端。

但是，QoS要求可对AP调度器施加非常强的限制，所述AP调度器必须确定接下来在何时传送哪些分组，以满足系统定义的QoS要求。与此类似，半双工终端传输和接收调度施加了独立与所述QoS要求的附加严格限制。尤其是，每个帧内的突发数据传输顺序必须以这样一种方式来设置，即使得对每个半双工终端而言，传输和接收间隔在时间上不会重叠。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于在半双工传输中调度数据的方法和设备，借助其可满足QoS和半双工限制。

所述目的是借助一种为经由至少两个半双工时分多址连接的传输调度数据的方法来实现的，所述方法包括步骤：

为每个连接分配传输帧的数据部分的对应容量，以使所述传输帧的所有数据部分的总容量不超过每个传输方向的预定容量，且在两个传输方向上，所述传输帧每个连接的数据部分容量的总和不会超过预定容量；以及

以这样一种方式设置所述传输帧内的所述数据部分的传输定时，即使得每个连接的传输和接收间隔在时间上不会重叠。

此外，上述目的是借助一种为经由至少两个半双工时分多址连接的传输调度数据的设备来实现的，所述设备包括：

分配装置，用于为每个连接分配对应的传输帧的数据部分的容量，以使所述传输帧的所有数据部分的总容量不超过每个传输方向的预定容量，且在两个传输方向上，所述传输帧每个连接的数据部分容量的总和不会超过预定容量；以及

设定装置，用于以这样一种方式设置所述传输帧内的所述数据部分的传输定时，即使得每个连接的传输和接收间隔在时间上不会重叠。

因此，可将调度最优化为满足QoS和半双工要求。就只要在两个传输方向上分配给半双工终端的容量不超过预定容量，例如帧长度，调度进程即始终成功而言，所建议调度进程是最优的。此外，可以最小化在帧内传送的诸如突发的数据部分的数量，从而最小化帧内每个传输方向上的数据部分的数量。因而，可以最小化为每个传输方向，例如上行链路和下行链路方向提供的传输图内的条目数量，同时允许根据任何QoS模型调度传输。

所述预定容量可对应于传输帧内在两个传输方向上可得到的最大容量，例如帧长度。

应当指出的是，根据本发明，术语“连接”应当以这样一种方式解释，即每个连接都连接到不同的终端。因此，为连接分配也指为特定终端分配。所述连接可能是无线通信系统的无线连接，其中所述传输方向可能是上行链路和下行链路方向。

所述设定步骤包括步骤：

i)为所述传输帧的一个传输方向定义所述容量分配组；

ii)根据所述参考连接的所述一个传输方向的分配开始时间，为后续连接的另一传输方向设置分配开始时间，所述后续连接的传输定时直接跟随所选择参考连接的传输定时；

iii)根据先前连接的所述另一传输方向的分配结束时间，为非后续连接的所述另一传输方向设置分配开始时间，所述非后续连接的传输定时并不直接跟随所述所选择参考连接的所述传输定时，所述先前连接的传输定时直接先于所述非后续连接的所述传输定时，以及

iv)根据所设置分配开始时间与对应于所分配容量的值之和，为所述另一传输方向设置分配结束时间。

可为每个连接连续执行步骤ii)至iv)。

其传输定时在所述传输帧内是第一定时的连接首先被选择为所述参考连接，且其中如果所述调度并不导致可行的分配，则选择具有后续传输定时的连接。可通过为每个连接确定为所述连接在两个传输方向上所分配容量的总值与一个容量值之和是否小于或等于所述预定容量，检查所述可行性，所述容量值对应于所述一个传输方向的所设置分配开始时间与所述另一传输方向的所设置分配结束时间之差。

此外，可基于所述连接的对应质量要求确定所述数据部分的容量。所述传输帧可能是MAC帧。

附图说明

以下将基于优选实施例，并参照附图详细描述本发明，在所述附图中：

图1是一种其内可实施本发明的无线通信系统的示意图；

图2是基于FDD的MAC协议的示意图；

图3是指示帧内上行链路和下行链路容量分配的符号的示意图；

图4是具体分配实例的示意图；

图5是根据本发明优选实施例的调度进程的流程图；

图6是指示一种可行分配的示意图；以及

图7示出了根据优选实施例的调度进程的伪码实施方式实例。

具体实施方式

以下将基于H-FDD调度方案详细描述优选实施例，所述H-FDD调度方案根据IEEE 802.11技术方案，用于在固定宽带无线接入(FBWA)系统的空中接口处，为半双工终端或连接调度上行链路和下行链路突发数据传输。

图1示出了一种FBWA系统，其包括通常称为基站(BS)的接入点AP以及用户台站(SS)S1至S4。SS可以是单个最终用户终端，或是具有若干连接至其的最终用户终端的群终端。所有数据业务都通过所述接入点AP，从而使得所述接入点AP可以控制无线电信道上的容量(带宽)分配。所述容量由所述接入点AP根据同意的业务和/或QoS参数调度和分配。

图2示出了一种基于FDD的MAC协议的实例。所述上行链路和下行链路MAC帧F1至F3具有固定长度。在上行链路载波上传送的上行链路结构始于广播段BP，其中通知了关于上行链路和下行链路结构的信息。所述广播段BP之后是下行链路段DP，其用于在下行链路方向上传送数据突发。在上行链路载波上传送的上行链路结构始于上行链路段UP，其用于在上行链路方向上传送数据突发，其后是随机接入段RAP，其主要用于初始接入，但当终端在所述上行链路段UP内无资源分配时也用于信令。

以下将描述根据本发明优选实施例的调度进程，其用于最优化半双工终端或连接的上行链路和下行链路调度。所建议的进程可实施在接入点AP或通信系统的其它任何中央控制器内。上行链路和下行链路突发仅以其传输持续时间为特征，与前缀和转换时间间隙的出现与否无关。所述技术方案相当通用，可应用于许多不同系统，其中TDM仍用于带宽有效性，而TDM部分需要借助突发强度排序。

图3示出了一种指示终端i的常规上行链路和下行链路容量分配的对应符号的帧方案，其用于所述调度进程的以下描述中。

根据图3，u_i是分配给终端i的上行链路容量，d_i是分配给终端i的下行链路容量，T是帧内在上行链路和下行链路上都可用的总容量，s_i ^u是开始终端i的上行链路容量分配的时间偏置，s_i ^d是开始终端i的下行链路容量分配的时间偏置，f_i ^u是结束终端i的上行链路容量分配的时间偏置。上行链路容量分配必须保持以下关系：

f_i ^u＝|s_i ^u+u_i|_T，即s_i ^u＝|f_i ^u-u_i|_T  (1)

此外，必须为下行链路容量分配保持以下关系：

f_i ^d＝|s_i ^d+d_i|_T，即s_i ^d＝|f_i ^d-d_i|_T  (2)

其中f_i ^d是结束终端i的下行链路容量分配的时间偏置。

以下，术语(s_i ^u，u_i)代表终端i的上行链路容量分配，而术语(s_i ^d，d_i)代表终端i的下行链路容量分配。运算符“||_T”代表对总容量T的模运算。

可行容量分配需满足的条件如下。当且仅当对于任何时刻t∈[0，T]而言，则若有的话，仅存在一个容量分配(s_j ^u，u_j)U((s_j ^d，d_j)D)，则上行链路(下行链路)容量分配的集U＝{(s_i ^u，u_i)}(D＝{(s_i ^d，d_i)})被视为是可行的，从而使得

|t-s_j ^u|_T＜u_j(|t-s_j ^d|_T＜d_j)    (3)

不等式(3)说明了时刻包括在终端j的容量分配开始与结束之间。j的唯一性意味着不同终端的容量分配在时间上不重叠。

上行链路容量分配集U＝{(s_i ^u，u_i)若可行，当且仅当

|s_i ^u-f_j ^u|_T+u_i+u_j≤T，i，j    (4)

其中：

1.|s_i ^u-f_j ^u|_T是一个分配的结束与另一分配的开始之间的时间间隔；

2.u_i是从s_i ^u向前开始分配的容量，而u_j是从f_j ^u向后开始分配的容量；

3.为了使两个容量分配不重叠，三者之和不能大于T。

图4是上述不等式(4)的特殊情况的示意图。在以上情况中，不等式(4)是真的，而在以下情况中，不等式(4)因为上行链路和下行链路突发的重叠而不再真实。

下行链路分配有类似的结果。下行链路容量分配集D＝{(s_i ^d，d_i)若可行，当且仅当

|s_i ^d-f_j ^d|_T+d_i+d_j≤T，i，j    (5)

作为附加可行性条件，上行链路U＝{(s_i ^u，u_i)}和下行链路D＝{(s_i ^d，d_i)}容量分配集对若被视为可行，当且仅当对任何终端i和时刻t∈[0，T]而言，若|t-s_i ^u|_T＜u_i，则要求

|t-s_i ^d|_T≥d_i                          (6)

因此，当且仅当相同终端的上行链路和下行链路分配在时间上不重叠，上行链路和下行链路容量分配集才是可行的。上行链路U＝{(s_i ^u，u_i)}和下行链路D＝{(s_i ^d，d_i)}可行容量分配集对若可行，当且仅当

|s_i ^d-f_i ^u|_T+u_i+d_i≤T，i              (7)

总而言之，所建议调度进程必须解决以下问题。已知上行链路U＝{(s_i ^u，u_i)}和下行链路D＝{(s_i ^d，d_i)}容量分配集对，如果不等式(4)、(5)和(7)全部为真，则对(U，D)是可行的。

上述不等式(4)、(5)和(7)必须满足的条件可立即得出，如下所述：

1.∑u_i≤T；

2.∑d_i≤T；

3.u_i+d_i≤T，i                       (8)

这些条件同样满足可行容量分配集对的存在。

假定U＝{(s_i ^u，u_i)}是可行上行链路容量分配集。为了不丧失一般性，进一步假定索引被指配给终端，从而使得i＜js_i ^u＜s_j ^u，即终端被通过增加上行链路容量分配开始时间索引化。此时，对特定可行下行链路容量分配集D＝{(s_i ^d，d_i)}而言，以下等式必须成立：

$s_i^d=\left\{\begin{array}{cc}{|s_j^u+\underset{k=j+1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{d}_k|}_T& i>j\\ {|s_j^u+\underset{k=j+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{d}_k+\underset{k=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{d}_k|}_T& i\≤j\end{array}\right.---\left(9\right)$

其中j是在1和n之间的终端索引。对任何可行上行链路容量分配集，以及任何满足条件集(8)的条件2和3的集{d_i}而言，存在至少一个j，从而使得通过指配根据等式(9)的偏置所得到的所述下行链路容量分配集D＝{(s_i ^d，d_i)}在与U组合时是可行的，即(U，D)是可行的容量分配集对。

图5是基于等式(9)内所定义上述分配方案的调度进程的流程图。

在所述调度进程中，上述前提条件被视为得到满足：

1.定义上行链路容量分配集U＝{(s_i ^u，u_i)}。所述设置是可行的，即不同终端的容量分配在时间上不重叠。可使用任何适合特定于系统的上行链路QoS要求的适当调度算法。

2.借助范围从1到n的索引，即通过增加上行链路容量分配开始时间识别接入终端，从而使得i＜js_i ^u＜s_j ^u。

3.已确定分配给每个终端的下行链路容量，即定义容量集{d_i}。通过其确定所述集的所述进程可以是任何适合特定于系统的上行链路QoS要求的适当调度算法

4.所述容量集{d_i}使得∑d_i≤T，且u_i+d_i≤T，i。

所建议进程旨在定义或设置必须开始下行链路容量分配的时间偏置{s_i ^d}，从而使得结果下行链路容量分配集D＝{(s_i ^d，d_i)}在与U组合时是可行的，即(U，D)是可行的容量分配集对。

所述调度方法可根据图5内所指示步骤顺序具体到每一步。

在步骤S100中，下一终端或连接j被设置成从其开始设置容量分配开始偏置或时间的参考。第一次执行所述步骤S100，设置j＝1，即具有第一或最早分配开始时间的终端或连接被设置成参考终端，同时设置以下次数j＝1+|j|_n。

基于在步骤S100内做出的参考终端选择，验证对应的先行链路分配是否是可行的。这可如下所述地完成。在步骤S101内确定将被首先考虑的后续开始终端i＝|j|_n+1，然后通过增加索引(模数n，即n之后的索引为1)每次考虑一个终端，执行以下操作。在步骤S102中，检查所考虑终端是否为开始终端，即i＝|j|_n+1。然后设置终端i的下行链路分配开始偏置。如果i＝|j|_n+1，即步骤S102的回答为“是”，则根据参考终端的上行链路分配开始时间或偏置，设定下行链路分配开始时间或偏置，例如s_i ^d＝s_i ^u。否则，如果步骤S102的回答为“否”，则根据先前终端的上行链分配结束时间或偏置，设定下行链路分配开始时间或偏置，例如s_i ^d＝f_i-1 ^d。

然后，在步骤S105内，根据上行链路分配开始时间与分配给所考虑终端的对应下行链路容量之和，设置所考虑终端i的下行链路容量结束时间，例如f_i ^d＝|s_i ^d+d_i|_T。应当注意的是，通过根据所述公式确定所述分配，分配可能会在所述帧的末端发生绕回，在这种情况下，实际上对相同终端定义了不同的分配，一个在末端，而另一个在所述帧的始端。但是，最多每帧一个终端会发生这种情况。

在步骤S106内，检查所考虑终端或连接所得到的分配是否是可行的。例如，根据基于(7)的以下计算来测试或检查当前总分配。如果|s_i ^u-f_i ^d|_T+u_i+d_i＞T，则在步骤S100内选择的终端j是不适当的。然后，步骤S106内的回答为“否”，当前分配进程停止并在步骤S107内重新设定，其中所分配下行链路容量开始时间或偏置被删除。此外，所述进程返回步骤S100，以选择下一参考终端。

否则，如果步骤S106内的回答为“是”，即为终端i定义的分配是有效的。然后，在步骤S108内检查所有终端是否都已被考虑，即i＝j。如果是，所有下行链路容量分配开始时间或偏置已被成功设置。所述调度进程已完成，结果集D＝{(s_i ^d，d_i)}提供了最优下行链路容量分配。

否则，如果仍然有终端被考虑，则必须考虑下一终端。为此，在步骤S109内设置下一终端，i＝1+|j|_n，所述进程返回到步骤S102。

通过参照上述进程，可以指出的是，最优化下行链路分配的所述进程包括搜索下行链路容量分配集，其中分配开始时间被根据等式(9)确定成下行链路容量集与上行链路容量分配集的函数。所建议进程通过从j＝1开始提高参考终端的索引，即j值，从而实施线性搜索，并确认等式(9)所产生的对应下行链路分配集与上行链路分配集U组合起来是否有效。

图6示出了可行对的实例，其中根据等式(9)得到下行链路分配集D，其中j＝4。如图6所示，以这样一种方式来设定下行链路数据突发1至4的分配开始时间或偏置，即使得下行链路数据突发与相同终端或连接的上行链路数据突发不重叠。因为对于帧最大容量值的模运算，所述下行链路数据突发2已被在帧末端和始端处分开。

图7示出了用于控制通信系统接入点AP或另一中央控制器处调度功能的软件例行程序的伪码实例。在使用等式(9)时，所述伪码例行程序对应于图5内所描述进程的特定实施方式实例。

应当指出的是，本发明并不仅限于上述优选实施例，其可被用于任何调度将被分配给半双工连接传输帧的数据部分的调度功能。尤其是，本发明并不仅限于初始预置上行链路分配的使用。作为选择，可预设下行链路分配，基于其可确定上行链路分配开始时间和结束时间。一般而言，可基于另一传输方向来调度一个传输方向。因此，优选实施例可在所附权利要求书的范围内变化。

Claims (15)

1、一种方法，其调度经由至少两个半双工时分多址连接的传输的数据，所述方法包括步骤：

a)为每个连接分配对应的传输帧的数据部分容量，从而使得所述传输帧的所有数据部分的总容量不超过每个传输方向的预定容量，且在两个传输方向上，所述传输帧的每个连接的数据部分容量之和不超过所述预定容量；以及

b)以这样一种方式设置所述传输帧内的所述数据部分的传输定时，即使得每个连接的传输和接收间隔在时间上不重叠。

2、根据权利要求1的方法，其中所述预定容量对应于所述传输帧内在两个传输方向上可得到的最大容量。

3、根据权利要求1或2的方法，其中所述连接是无线通信系统的无线连接，且其中所述传输方向是上行链路和下行链路方向。

4、根据上述权利要求中任何一个的方法，其中所述设定步骤包括的步骤是，基于一个传输方向的容量分配集以及另一传输方向的容量集，确定分配开始时间。

5、根据权利要求4的方法，其中所述设定步骤包括步骤：

b1)为所述传输帧的所述一个传输方向定义所述容量分配集；

b2)根据所选择参考连接的所述一个传输方向的分配开始时间，为后续连接的所述另一传输方向设置分配开始时间，所述后续连接的传输定时直接跟随所述所选择参考连接的传输定时；

b3)根据先前连接的所述另一传输方向的分配结束时间，为非后续连接的所述另一传输方向设置分配开始时间，所述非后续连接的传输定时并不直接跟随所述所选择参考连接的所述传输定时，所述先前连接的传输定时直接先于所述非后续连接的所述传输定时，以及

b4)根据所设置分配开始时间与对应于所分配容量的值之和，为所述另一传输方向设置分配结束时间。

6、根据权利要求4或5的方法，其中所述设定步骤基于等式：

其中j是1和n之间的终端索引，dk是分配给终端k的下行链路容量，T是在所述帧内上行链路和下行链路都可得到的容量的总量，s_i ^u是开始终端i的上行链路容量分配的时间偏置，而s_i ^d是开始终端i的下行链路容量分配的时间偏置。

7、根据权利要求5的方法，其中为每个连接连续执行所述步骤b2)至b4)。

8、根据权利要求5至7中任何一个的方法，其中首先将其传输定时为所述传输帧内第一定时的连接选择为所述参考连接，且其中如果所述调度并不导致可行的分配，则选择具有后续传输定时的连接。

9、根据权利要求8的方法，其中通过为每个连接确定在两个传输方向上为所述连接分配的容量的总值与一个容量值之和是否小于或等于所述预定容量，检查所述可行性，所述容量值对应于为所述一个传输方向所设置分配开始时间与为所述另一传输方向所设置分配结束时间之差。

10、根据上述权利要求中任何一个的方法，其中所述数据部分的所述容量是基于所述连接的对应质量要求确定的。

11、根据上述权利要求中任何一个的方法，其中所述传输帧是MAC帧。

12、一种设备，其用于调度经由至少两个半双工时分多址连接的传输的数据，所述设备包括：

a)分配装置，其用于为每个连接分配对应的传输帧的数据部分容量，从而使得所述传输帧的所有数据部分的总容量不超过每个传输方向的预定容量，且在两个传输方向上，所述传输帧的每个连接的数据部分容量之和不超过所述预定容量；以及

b)设定装置，其用于以这样一种方式设置所述传输帧内的所述数据部分的传输定时，即使得每个连接的传输和接收间隔在时间上不重叠。

13、根据权利要求12的设备，其中所述连接被设置为连接到无线通信系统的空中接口处的半双工终端。

14、根据权利要求13的设备，其中所述空中接口对应于IEEE802.16技术规范。

15、根据权利要求12至14中任何一个的设备，其中所述设备是所述无线通信系统的中央控制器或接入点(AP)。

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