CN1667978A - 自适应无线通信系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于射频(RF)无线通信网中的业务自适应无线通信系统及其方法，能根据数据终端(DT)的业务情况动态地调整各终端占用的射频(RF)信道资源，以保障网络的服务质量并提高网络资源的利用率。所述系统包括一台或多台数据终端DT设备，一台或多台基站(BS)设备以及在BS和DT之间提供网络连接的RF信道。在本发明方法中，DT周期性或即时性地估算上行方向的业务量指标，并将此业务量指标发送给BS。BS周期性或即时性地收集从DT发来的业务量指标，同时周期性或即时性地预测下行方向的业务量指标，并根据上、下行方向的业务量指标对信道资源进行动态分配，将资源分配方案通知DT。
Description
技术领域
本发明涉及一种数字无线通信的方法和系统，特别是一种在无线通信过程中根据业务类型自适应地进行数据链路层介质访问控制(Media Access Control，MAC)的方法，以及采用这种方法进行通信的无线通信系统。
背景技术
在无线或移动通信网中，例如无线局域网或第三代(3G)移动通信网中，终端(或移动台)与基站(或接入点)之间通过射频(RadioFrequency，RF)进行通信。由于RF物理信道由所有的通信设备所共享，故需要协调各通信设备对RF物理信道的共享访问。数据链路层介质访问控制协议(以下简称MAC协议)就是规定各个终端如何解决冲突，共享物理信道进行通信的一套规则。例如，以太网(Ethernet)中采用载波侦听多路访问外加冲突检测(CSMA/CD)协议，802.11无线局域网中则采用载波侦听多路访问外加冲突避免(CSMA/CA)协议，早期的模拟移动通信网中采用频分多路复用(FDMA)的方法，数字移动通信网GSM中则采用基于时分多路复用(TDMA)的方法，而另外一种数字移动通信网IS-95移动通信网中则采用码分多路复用(CDMA)的方法。
基于随机接入的MAC方法，如CSMA/CD和CSMA/CA等协议是难以保证终端用户的服务质量，因而不适用于多媒体数据通信。正因如此，几乎所有面向的多媒体通信的MAC协议都是采用基于预约(Reservation)或采用需求申请(Demand Assignment)的方法。典型的例子是PRMA协议(详见D.J.Goodman，R.A.Valenzuela，K.T.Gayliard and B.Ramamurithi，Packet reservation multiple accessfor local wireless communications，IEEE Transaction on Communications，vol.37，no.8，pp.885-890，Aug.1989.)和DQRUMA协议(详见M.J.Karol，K.Y.Eng and Z.Liu，An efficient demand-assignment multipleaccess protocol for wireless packet(ATM)networks，Wireless Networks，vol.1，no.3，pp.269-279，1995.)。这类协议的显著特点是，终端先向基站提出带宽需求或预约请求，由基站进行资源调度分配，一旦申请被接纳，系统则预约资源以保证用户的带宽需求。显然，如果终端提供的带宽需求或预约请求是精确的，BS就能通过优化的资源调度算法最大限度地满足DT的服务质量要求并尽量提高系统利用率。这类MAC协议的需要考虑的一个重要问题是，带宽需求或预约请求是否精确地反映应用程序的真正需求。PRMA只考虑语音业务和数据业务，并假设语音业务具有周期型和具有开关(ON/OFF)特性。PRMA语音终端用通过语音活跃检测(SAD)技术预测语音业务的开启与关闭，当语音业务处于活跃状态时，PRMA协议则启动预约请求，而对数据业务则完全采用竞争方式发送。但是SAD技术不适合于预测其它的实时数据业务如实时视频数据。DQRUMA终端是根据数据链路层的发送缓冲区中是否有等待数据(检查发送缓冲区是否为空)来判断是否有带宽预约需求的，如果缓冲区不为空，DQRUMA协议则启动预约请求。
在实际应用中，仅仅依赖数据链路层发送缓冲区的占用情况而决定是否启动预约请求的方法具有一定局限性。另一方面，即使当前情况下数据链路层的发送缓冲区为空，应用程序仍然可能正确地预测到有大批数据即将需要发送。例如，视频编码器的编码缓冲区中可以暂存几帧刚刚编码好，正准备发送(或很快就需要发送)的视频数据。由此可见，高层模块(例如视频编码器或其它应用层实体)更能精确地预测具体应用程序的业务量或带宽需求。如果这种业务量预测信息能被即时，快速，甚至提前通知BS，则能减少BS处理预约请求的延时，减少实时数据的传输延时，并提高资源利用效率。在这种情况下，需要一种方法，使得DT高层模块能将业务量预测信息通知DT数据链路层模块，由DT数据链路层模块将业务预测信息转发给BS，并由BS数据链路层模块根据业务量信息对RF信道的资源进行动态分配。
发明内容
本发明针对上述问题提供一种业务自适应的无线通信系统和方法，DT高层模块能将业务量预测信息以本发明所提供的方法通知BS数据链路层模块，BS数据链路层模块根据业务情况自适应地调整信道的资源分配，从而保障网络的服务质量并提高网络资源的利用率。
根据本发明的一个方面，提供一种业务自适应无线通信系统，该系统包括一台或多台数据终端(DT)设备，为用户提供数据或多媒体通信服务；一台或多台基站(BS)设备，用于为DT提供网络接入和数据转发服务；以及在BS和DT之间提供网络连接的射频(RF)信道。
本发明所述的DT可以是卫星发送和接收设备，也可以是个人数字助理(PDA)，也可以是手机，还可以是计算机。
本发明所述的BS可以是卫星，也可以是无线移动通信网中的基站，也可以是无线城域网(WMAN)中的基站，还可以是无线局域网(WLAN)中的接入点(AP)。
本发明所述的RF信道可以是无线电信道，微波信道，或者红外线信道。
本发明所述的RF信道可以采用时分复用(TDMA)，频分复用(FDMA)，码分复用(CDMA)，或者正交频分多路复用(OFDMA)来实现多路复用。
根据本发明的另一个方面，提供本发明所述的业务自适应无线通信系统中DT的一种实现方式，包括一个或多个DT高层模块，用于实现DT的用户应用程序功能或高层通信功能；DT数据链路层模块，用于实现DT的逻辑链路控制及介质访问控制功能；DT物理层模块，用于实现与DT最低层通信相关的物理接口和信号处理功能。
本发明所述的DT高层模块，可以是DT的用户应用模块，也可以是运行DT应用程序的硬件芯片或芯片组件，也可以是DT数据链路层模块以上的高层通信模块，还可以是运行DT数据链路层模块以上的高层通信协议的硬件芯片或芯片组件。
本发明所述的DT数据链路层模块，可以是DT实现逻辑链路控制和介质访问控制的功能模块，也可以是实现DT逻辑链路控制和介质访问控制功能的硬件芯片或芯片组件。
根据本发明的另一个方面，提供本发明所述的业务自适应无线通信系统中BS的一种实现方式，包括BS高层模块，用于实现BS的高层通信功能或附加功能；BS数据链路层模块，用于实现BS的逻辑链路控制，信道资源分配管理，以及介质访问控制功能；BS物理层模块，用于实现与BS最低层通信相关的物理接口和信号处理功能。
本发明所述的BS高层模块，可以是BS的高层通信模块，也可以是运行在BS之上的高层通信协议的硬件芯片或芯片组件，也可以是BS的附加功能模块，还可以是运行在BS之上的附加功能模块的硬件芯片或芯片组件。
本发明所述的BS数据链路层模块，可以是BS实现逻辑链路控制，接入控制(admission control)，信道资源分配管理，以及介质访问控制的功能模块；也可以是实现BS逻辑链路控制，接入控制，信道资源分配管理，以及介质访问控制功能的硬件芯片或芯片组件。
根据本发明的另一个方面，提供一种业务自适应无线通信方法，所述方法包括以下两个方面：DT业务自适应通信方法；BS业务自适应通信方法。按照所述方法，DT及BS高层模块将业务量指标(以下简称E指标)通知BS的资源管理模块，由BS进行信道资源分配，并将信道资源的分配指标(以下简称A指标)发送给DT；DT及BS按照信道资源分配方案使用无线信道。
本发明所述的E指标可以包含时间及以比特每秒为单位的数据速率信息，还可以包含时间间隔及以比特为单位的数据量信息。
本发明所述的A指标包含BS对信道资源进行分配的方案，包括频率，时间片，码字，子载波，或者它们的组合。
本发明所述的DT业务自适应通信方法包括以下步骤：DT预测E指标，DT高层模块周期性或即时性地估算上行方向的业务量；DT下传E指标，DT高层模块将E指标通知DT数据链路层模块；DT发送E指标，DT数据链路层模块将E指标发送给BS；DT接收A指标，DT数据链路层模块接收从BS发送过来的信道资源分配方案；DT使用信道，DT数据链路层模块按照信道资源分配方案发送和接收数据。
本发明所述的BS业务自适应通信方法包括以下步骤：BS预测E指标，BS数据链路层模块周期性或即时性地估算下行方向的业务量；BS收集E指标，BS数据链路层模块周期性或即时性地收集从DT发送来的E指标；BS分析E指标并进行资源分配，BS数据链路层模块根据上、下行方向的E指标进行信道资源的分配；BS发送A指标，BS数据链路层模块将信道资源的分配方案发送给DT；BS使用信道，BS数据链路层模块按照信道资源分配方案接收和发送数据。
附图说明
图1是本发明所述的业务自适应无线通信系统的结构示意图。
图2是本发明所述的业务自适应无线通信系统中DT实现方法的示意图。
图3是本发明所述的业务自适应无线通信系统中BS实现方法的示意图。
图4是本发明所述的业务自适应无线通信方法中DT业务量管理过程的操作流程图。
图5是本发明所述的业务自适应无线通信方法中BS业务量管理过程的操作流程图。
具体实施方式
通过下面结合附图对本发明所述的业务自适应无线通信系统及其实现方法的实施例进行详细描述，可以更好地理解本发明的其他目的、特性和优点。
参见图1描述本发明所述的业务自适应无线通信系统。如图1所示，该系统由BS 101，DT 102a、102b、102c和102d以及连接BS和DT的RF信道103组成。BS 101负责为DT 102a、102b、102c和102d提供无线接入及数据转发服务，DT 102a、102b、102c和102d则分别为不同的用户提供数据通信或多媒体通信服务。
下面参考图2描述本发明所述的业务自适应无线通信系统中DT的实现方式。如图2所示，DT包含3个层次的模块：DT高层模块203，DT数据链路层模块202，以及DT物理层模块201。其中DT高层模块203可以是DT的用户应用模块，例如视频编码器；也可以是运行DT应用程序的硬件芯片，例如语音编码芯片；也可以是DT数据链路层模块以上的高层通信模块，例如PPP或IP高层协议模块。DT数据链路层模块202可以是DT实现逻辑链路控制和介质访问控制的数据链路层功能模块，也可以是实现DT逻辑链路控制和介质访问控制功能的芯片或芯片组。DT物理层模块201是与DT进行最低层通信相关的物理接口及信号处理部件，例如RF收发天线。
下面参考图3描述本发明所述的业务自适应无线通信系统中BS的实现方式。如图3所示，BS包含三个层次的模块：BS高层模块303，BS数据链路层模块302，以及BS物理层模块301。其中BS高层模块303可以是BS的高层通信模块，例如PPP或IP高层协议模块。BS高层模块303还可以是BS的附加功能模块。BS数据链路层模块302是BS实现逻辑链路控制，接入控制，信道资源分配管理，以及介质访问控制功能的功能模块。BS数据链路层模块302还可以是实现BS逻辑链路控制，接入控制，信道资源分配管理，以及介质访问控制功能的芯片或芯片组。BS物理层模块301是与BS进行最低层通信相关的物理接口及信号处理部件，例如RF收发天线。
下面参考图4描述本发明所述的DT业务自适应通信方法。如图4所示，DT的业务自适应通信方法包含5个步骤。在步骤S401中，DT预测E指标，DT高层模块203根据所执行的应用，周期性或即时性地估算出需要发送的上行方向业务量E指标。例如，E指标的自变量可以是时间，函数值可以是以比特每秒(bit/s)为单位的数据速率。又例如，E指标的自变量还可以是时间间隔[t1-t2]，函数值可以是以字节为单位的业务量，其中，t1是这批业务到达的时间，t2是这批业务必须发送完成的时间。在步骤S402中，DT下传E指标，DT高层模块203将E指标通知DT数据链路层模块202，这可以通过特定的功能调用，函数接口，或协议元语来实现。在步骤S403中，DT发送E指标，DT数据链路层模块202将E指标发送给BS，这可以通过DT数据链路层模块202和BS数据链路层模块302之间的消息交换来实现。在DT高层模块203未提供E指标的情况下，DT数据链路层模块202可以采用缺省E指标作为上行方向的业务量预测值。在步骤S404中，DT接收A指标，DT数据链路层模块202接收从BS发送过来包含信道资源分配方案的A指标。在步骤S405中，DT使用信道，DT数据链路层模块202根据A指标中包含的信道资源分配方案来发送和接收数据。
下面参考图5描述本发明所述的业务自适应无线通信方法中BS的业务管理过程。如图5所示，BS的业务管理过程包含5个步骤。在步骤S501中，BS预测E指标，BS数据链路层模块302根据各DT的连接建立或接入控制信息估算出需要发送的下行方向业务量E指标。在DT未提供连接建立或接入控制信息的情况下，BS可以采用缺省E指标作为下行方向的业务量预测值。同时，在步骤S502中，BS收集E指标，BS数据链路层模块302周期性或即时性地收集由DT发送来的E指标。在步骤S503中，BS分析E指标并进行资源分配，BS数据链路层模块302分析上、下行方向的E指标，对上、下行信道进行资源分配。在步骤S504中，BS发送A指标，BS数据链路层模块302将资源分配方案发送给DT，这可以通过BS数据链路层模块302和DT数据链路层模块202之间的消息交换来实现。在步骤S505中，BS使用信道，BS数据链路层模块302按照信道资源分配方案来接收和发送数据。
以上所描述的仅是本发明的部分应用实例，而不应该被视为对本发明的局限。根据本发明所公开的概念，本领域的技术人员可以很容易地设计出其他类似的实施方案。本发明的权利要求书应被视为包含那些不背离本发明宗旨的类似设计。
Claims (10)
1.一种业务自适应无线通信系统，其特征在于，所述系统包括
一台或多台数据终端(DT)设备，为用户提供数据或多媒体通信服务；
一台或多台基站(BS)设备，用于为DT提供网络接入和数据转发服务；
以及在BS和DT之间提供网络连接的射频(RF)信道。
2.如权利要求1所述的业务自适应无线通信系统，其特征在于，所述DT的实现方式包括：
1)一个或多个DT高层模块，用于实现DT的用户应用程序功能或高层通信功能；
2)DT数据链路层模块，用于实现DT的逻辑链路控制及介质访问控制功能；
3)DT物理层模块，用于实现与DT最低层通信相关的物理接口和信号处理功能。
3.如权利要求1、2所述的业务自适应无线通信系统，其特征在于，所述的DT可以是卫星发送和接收设备，也可以是个人数字助理(PDA)，也可以是手机，还可以是计算机。
4.如权利要求1所述的业务自适应无线通信系统，其特征在于，所述BS的实现方式包括：
1)BS高层模块，用于实现BS的高层通信功能或附加功能功能；
2)BS数据链路层模块，用于实现BS的逻辑链路控制，接入控制，信道资源分配管理，以及介质访问控制功能；
3)BS物理层模块，用于实现与BS最低层通信相关的物理接口和信号处理功能。
5.如权利要求1、4所述的业务自适应无线通信系统，其特征在于，所述的BS可以是卫星，也可以是无线移动通信网中的基站，也可以是无线城域网(WMAN)中的基站，还可以是无线局域网(WLAN)中的接入点(AP)。
6.如权利要求1所述的业务自适应无线通信系统，其特征在于，所述的RF信道可以是无线电信道，微波信道，或者红外线信道。
7.如权利要求6所述的业务自适应无线通信系统，其特征在于，所述的RF信道可以采用时分复用(TDMA)，频分复用(FDMA)，码分复用(CDMA)，或者正交频分多路复用(OFDMA)来实现多路复用。
8.一种业务自适应无线通信方法，其特征在于，该方法包括以下两个方面：
1)DT业务自适应通信方法；
2)BS业务自适应通信方法。
9.如权利要求8所述的业务自适应无线通信方法，其特征在于，所述DT业务自适应通信方法包括以下步骤：
1)DT预测E指标，DT高层模块周期性或即时性地估算上行方向业务量的E指标；
2)DT下传E指标，DT高层模块将E指标通知DT数据链路层模块；
3)DT发送E指标，DT数据链路层模块将E指标发送给BS；
4)DT接收A指标，DT数据链路层模块接收从BS发送过来的A指标；
5)DT使用信道，DT数据链路层模块根据所接收的A指标中所包含的信道资源分配方案来发送和接收数据。
10.如权利要求8所述的业务自适应无线通信方法，，其特征在于，所述的BS业务自适应通信方法包括以下步骤：
1)BS预测E指标，BS数据链路层模块周期性或即时性地估算下行方向的业务量；
2)BS收集E指标，BS数据链路层模块周期性或即时性地收集从DT发送来的E指标；
3)BS分析E指标并进行资源分配，BS数据链路层模块根据上、下行方向的E指标对信道资源进行动态分配；
4)BS发送A指标，BS数据链路层模块将信道资源的分配方案发送给DT。
5)BS使用信道，BS数据链路层模块根据信道资源分配方案来接收和发送数据。
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| CN 200410006194 CN1667978A (zh) | 2004-03-08 | 2004-03-08 | 自适应无线通信系统和方法 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN101442807B (zh) * | 2008-12-30 | 2012-09-05 | 北京邮电大学 | 通信系统中资源分配的方法及系统 |
| CN104584628A (zh) * | 2012-08-31 | 2015-04-29 | 高通股份有限公司 | 基于链路上的所预测的业务活动对服务质量的调整 |
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- 2004-03-08 CN CN 200410006194 patent/CN1667978A/zh active Pending
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