CN1735270A

CN1735270A - 一种cdma系统上行包调度方法

Info

Publication number: CN1735270A
Application number: CNA2004100705738A
Authority: CN
Inventors: 赵瑾波
Original assignee: Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Current assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2024-08-10
Also published as: CN100369524C

Abstract

本发明公开了一种CDMA系统上行包调度方法，包括：A)获取系统当前的上行负荷信息；B)根据系统当前的上行负荷信息确定系统当前的负荷等级；C)将等待传输的包用户按其业务质量要求划分不同的调度优先级n；D)根据系统当前的负荷等级，选择当前负荷状态下允许传输的调度优先级最高的包用户，为其分配专用物理信道。本发明充分考虑了不同包用户的业务差异和CDMA系统上行干扰受限的特点，自适应的随着系统负荷情况的不同改变调度方案，有助于减小系统内的干扰，保证用户的通信质量，减少掉话和重传，并最终提高系统吞吐量和稳定性。

Description

一种CDMA系统上行包调度方法

技术领域

本发明涉及蜂窝移动通信领域的无线资源管理，特别是一种CDMA系统上行包调度方法。

背景技术

负荷控制和包调度是无线资源管理算法的两个重要组成部分。负荷控制要保证系统的工作稳定性，当系统负荷很重甚至出现拥塞的时候会减少包用户占用的资源，拒绝包用户的连接请求，甚至强行释放包用户占有的无线资源。包调度算法从保障包用户的QoS角度出发，当系统负荷较重时，由于干扰增加信道质量恶化，包用户的数据块出错重传的概率大大增加，而且数据量的增加会导致传输时延的增加，包调度必然要求尽可能多、尽可能快的发送数据。可见，在系统负荷较重时，负荷控制和包调度算法的决策往往出现会矛盾和冲突。

第一代移动通信系统支持的就是语音业务，第二代移动通信系统也是以语音业务为主，并开始出现了少量的数据业务；第三代移动通信系统中出现了大量的、多种类的数据业务，因此需要一种有效的包调度技术来调度这些业务以获取最高的资源利用率。

现有移动通信系统一般都是在保证系统吞吐量最大的准则下确定包调度方案，兼顾效率与公平。

传统的包调度方法在衡量效率与公平的过程中，一般用数据比特率来衡量，在基于小区吞吐量最大的前提下，将负荷限以下的所有空闲资源都分给包用户，并结合用户等待时间、缓冲区中的数据量大小等因素综合考虑各个用户的公平性，最终确定一种包调度方案，主要是确定各个包用户的传输速率。

现有包调度方法在衡量效率与公平的过程中，一般用数据比特率来衡量。但是，3G系统可以支持多种业务，尤其是数据业务占有很大的比重；不同的数据业务传输速率要求不同，而且即使相同速率的业务也具有不同的质量要求(时延和BLER)，因此即使都是传输数据业务的信道，其信噪比(SIR)要求也是不同的，信噪比的计算式如下

SI R_{i} = \frac{P_{i} / R_{i}}{(I_{int er} + β \cdot Σ_{j = 1}^{k} P_{j}) / w}

参数说明：

P_i 代表上行方向用户i在基站处的接收功率；

R_i 代表上行方向用户i的传输速率，单位比特/秒；

I_inter 代表上行方向基站处接收到的邻小区干扰

β 代表联合检测对小区内干扰的消除因子

w 代表系统的扩频带宽

P_j 代表上行方向基站处接收的用户j的功率，

CDMA系统是一个自干扰系统，某一个用户的有用信号就是对其他用户的干扰信号；在上行方向为了减小干扰，通常都进行功率控制，使具有相同信噪比要求的用户到达基站的功率近似相同。因此，信噪比不同的用户其基站接收功率是不同的，对其他用户的干扰也是不同的，如同下面所示

P_{i} / R_{i} = SI R_{i} \cdot (I_{int er} + β \cdot Σ_{j = 1}^{k} P_{j}) / w

也就是说不同用户传输每个比特数据对其他用户造成的干扰是不同的，质量要求(BLER)较高的用户，对应的信道信噪比(SIR)要求也较高，功率往往也较高，对其他用户的干扰也比较大。

因此在设计包调度方案的时候应该考虑信道的情况，如果在系统内用户较多、干扰较大的情况下传输质量要求较高的用户数据，一方面为了达到质量要求终端的发射功率会比较高，另一方面该用户的大功率发射必然造成对其他用户的干扰，引起其他信道的质量恶化，甚至造成非实时业务重传增加、实时用户掉话等恶果。

同时，如果把负荷限以下的空闲资源全部分给包用户，在分组数据业务较多的情况下系统内的干扰水平会发生剧烈变化，而且由于用户的移动和功率控制的效果，系统内的干扰水平还可能继续增加，从而造成系统过载、小区拥塞。一旦小区发生拥塞，网络端会自动修改广播信息阻塞该小区，此时无论实时用户还是非实时用户都无法接入或切换到该小区。拥塞严重时，网络端还可能直接释放一部分用户占用的无线资源，这些情形在专利03136667.8《移动通信系统中拥塞控制与恢复的处理方法》已经有明确的阐述，应该指出的是，上述调整动作都需要一系列的信令交互，且需要一段时间才能使小区从过载状态恢复到正常状态，这段时间内实时用户和非实时用户的通信质量都不能得到保证。

可见，包调度技术在分配无线资源过程中应该考虑系统负荷情况，既要最大化系统吞吐量又要留有一定余量，以减少小区发生拥塞的可能性，保持系统的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种CDMA系统上行包调度方法，通过适当的调整包调度方案以适应系统负荷的变化，消除负荷控制和包调度算法决策之间的矛盾，从而提高系统的数据吞吐量，保证各类业务的质量要求，并减少负荷过重引起的拥塞，保证系统工作的稳定性。

本发明所提供的CDMA系统上行包调度方法包括以下步骤：

A)获取系统当前的上行负荷信息；

B)根据系统当前的上行负荷信息确定系统当前的负荷等级；

C)将等待传输的包用户按其业务质量要求划分不同的调度优先级n；

D)根据所确定的系统当前的负荷等级，选择当前负荷状态下允许传输的调度优先级n最高的包用户，为其分配专用物理信道。

其中，在步骤D)中，当确定系统负荷等级为负荷较轻等级时，优先传输质量要求较高的业务；当确定系统负荷等级为负荷较重等级时，只允许传输一些信噪比要求较低的业务或不传输增加的包业务。

其中，在上述步骤C)中，按质量要求从高到低的顺序设定包用户的调度优先级n。

其中，所述质量要求是误码率、信噪比和时延要求。

其中，所述系统负荷等级至少分为正常、预警、拥塞三种等级；包用户的调度优先级n值设为1、2、3、4级，质量要求越高，n值越小。

其中，当系统负荷等级为正常级时，所有四级包业务都可以传输，并按优先级顺序进行调度；当系统负荷等级为预警级时，只允许优先级n＞2的包业务传输；当系统负荷等级为拥塞级时，不允许再增加任何一种包业务。

其中，对当前系统负荷状态下不允许传输的包用户进行排队，并且按照传输调度优先级将包用户分成多个队列，同一优先级的用户队列内部按到达先后顺序排队；如果某个包用户的等待时间超过预设门限T，则自动将其调度优先级提升一级，再发送。

其中，调度优先级越高，其n值越小。

其中，所述的调度顺序包括：

从优先级n值为1的包用户队列中选择进入队列最早的一个用户进行传输，为其分配专用物理信道；

如果优先级n值为1的包用户队列为空，则从优先级n为2的包用户队列中选择进入队列最早的一个用户进行传输，为其分配专用物理信道；

如果优先级n值为1和2的包用户队列为空，则从优先级n为3的包用户队列中选择进入队列最早的一个用户进行传输，为其分配专用物理信道；

如果优先级n值为、1、2和3的包用户队列为空，则从优先级为4的包用户队列中选择进入队列最早的一个用户进行传输，为其分配专用物理信道。

下面通过结合附图对本发明的详细说明，可以使本发明的上述和其它目的、优点和特点变得更加清楚。

附图说明

图1是显示本发明的系统初始化处理的流程图；

图2是显示执行本发明的包调度过程的流程图。

具体实施方式

数据包业务(数据分组业务)是第三代移动通信网络系统(3G)所要承载的重要业务，该业务的特点之一是对传输时延要求不敏感，特点之二是传输具有突发性。承载数据包业务的用户叫做包用户。

根据对现有技术的分析，为了保证系统运行的稳定性、避免或减少过载情况的发生，包调度算法应该充分考虑小区负荷情况，在留有一定裕度的情况下充分利用空闲资源、最大化系统吞吐量。考虑到未来3G系统的数据业务比例日益增加和包业务的突发性特点，当申请资源的用户很多而小区空余资源不足的情况下，应该尽可能保证高优先级用户的通信质量，优先为这些用户分配信道资源；当用户申请资源较少而系统资源足够的情况下，才能让所有包用户都得到无线信道资源，以避免出现过载后再释放低优先级用户的资源，减少信令交互，保持小区平稳运行，同时也保证了高优先级用户的服务质量要求(QoS)。

业务的QoS特性包括传输速率、时延、误码率、业务处理优先级、分配和保留优先级等多个方面。以3G系统的业务QoS为例，按最大速率从8Kbps--2048Kbps划分为9个等级；误码率要求有10^-3、10^-4、10^-5、10^-6等多个等级；交互类业务内部按业务处理优先级分为1、2、3三个等级，而背景类业务属于第4等级。

为了保证业务的QoS特性，系统往往为时延和误码率(BLER/BER)要求较高的业务赋予较高的信噪比。本发明提出在系统负荷较轻的情况下可以传输各种优先级的业务，优先传输质量要求(BLER/BER或SIR)较高的业务，而在系统负荷较重的情况下，考虑到用户间干扰可能较强，因此只允许传输一些信噪比要求较低的业务。

为了避免系统负荷均匀不变时，某些用户始终不能传输，设置一时间门限T，当用户等待时间超过T时，提高其调度优先级。概括地说，本发明的CDMA系统上行包调度方法包括以下步骤：

A)获取系统当前的上行负荷信息；

B)根据系统当前的上行负荷信息确定系统当前的负荷等级；

其中，在所述步骤D)中，当确定系统负荷等级为负荷较轻等级时，优先传输质量要求较高的业务；而当确定系统负荷等级为负荷较重等级时，只允许传输一些信噪比要求较低的业务或不传输增加的包业务。

在上述步骤C)中，按质量要求从高到低的顺序设定包用户的调度优先级n。

其中，所述质量要求是误码率、信噪比和时延要求。

其中，当系统负荷等级为正常级时，所有四类包业务都可以传输，并按优先级顺序进行调度；当系统负荷等级为预警级时，只允许优先级n＞2的包业务传输；当系统负荷等级为拥塞级时，不允许再增加任何一种包业务。

其中，对当前系统负荷状态下不允许传输的包用户进行排队，并且按照传输调度优先级将包用户分成多个队列，同一优先级的用户队列内部按到达先后顺序排队；如果某个包用户的等待时间超过预设门限T，则自动将其调度优先级提升一级，使其尽早发送。

其中，所述的调度顺序包括：

如果优先级n值为1、2和3的包用户队列为空，则从优先级为4的包用户队列中选择进入队列最早的一个用户进行传输，为其分配专用物理信道。

其中，上行负荷信息通过测量和统计获得，一方面测量基站接入端的总干扰功率和发送总功率，另一方面统计网络中的信道资源有多少已经分配出去，由此获取上行负荷信息。

下面结合附图详细说明本发明方法的具体实施过程：

首先是初始化过程，一般在布网的时候设置一些算法关键参数，由以下几个步骤组成：

1、按负荷从低到高的顺序将系统的负荷情况设为K级，L₁、L₂......L_K；

2、按质量要求(BLER或SIR)从高到低的顺序设定包用户的调度优先级n，质量要求越高，n值越小，调度优先级级别越高；

3、设定调度规则，即通过一种规则将负荷情况与调度优先级进行关联和对应，当负荷很轻时(L₁级)，允许所有包业务传输，按照优先级n从小到大的顺序依次对各个优先级的用户进行调度；当负荷加重时(L_i级)，只允许传输n值较大(n＞N)的几类包用户(1≤i≤K，1≤N≤M，)传输；其中，N是预先设定的调度优先级别门限，在负荷加重的情况，对于调度优先级n高于N的包业务进行传输；M是调度优先级n的最大值，也就是系统设定的调度优先级级数。

4、设定等待时间门限T，如果某个包用户的等待时间超过预设门限T，则自动对其调度优先级n的取值执行减1操作，即，提高调度优先级；

这里不必要求K和M一一对应，K和M的取值可以根据实现复杂度和算法精细程度的要求来确定。一般说来，当K和M大于5时算法实现复杂度较高，而且由于无线环境的变化和测量的误差，并不能保证算法的性能获得线性程度的改善。

然后，进入网络运行阶段，包用户请求到达时，如果系统内有充足资源则可以立即分配专用或共享信道进行数据传输；当系统内资源比较紧张时，根据包用户可以容忍一定限度时延的特点，将用户接入系统，并建立在CELL_FACH状态，没有为其分配专用物理信道，用户等候系统信令的进一步指示；在网络端，系统将正在等候的用户排队，并且按照传输调度优先级将用户分成多个队列，同一优先级的用户队列内部按到达先后顺序排队。

接着，需要根据一定的触发条件执行包调度过程，比如周期调度或者在每个包用户请求到达的时候进行调度，调度过程需要由下面几个步骤组成，

1、当包调度过程被触发时，需要获取系统当前的上行负荷信息L，并将其对应到预设等级Li；

2、根据调度规则，选择现有负荷情况下允许传输的调度优先级最高的一类包用户进行调度；

3、从该类包用户队列中选择一个合适的用户进行传输，系统为其分配专用物理信道，此时用户终端从CELL_FACH状态转为CELL_DCH状态；这里可以根据用户到达早晚、等待时间及缓冲区内数据量的大小等准则在该类包用户队列中选择一个，而不必局限于某一具体准则。这个准则也可以应用各种已有的研究成果和成熟技术，从而保证系统具有较高的吞吐量。具体的实现流程图如图1所示。

下面举一个简单的实例来说明初始化过程。

1、按负荷从低到高的顺序将系统的负荷情况设为三级，即正常、预警、拥塞三种状态；

2、按质量要求(BLER/BER或SIR)从高到低的顺序将包用户的调度优先级设为1、2、3、4四类；其中前三类对应3G系统中交互类业务的三个优先级，背景类业务对应第4优先级；交互类业务的处理优先级最高，对BLER/BER的要求也较高，其时延要求比起背景类业务来说相对较高，SIR值也设置较高；背景类包业务的处理优先级最低，但是其时延要求较低，可以设置较低的信噪比；

3、设定调度规则，当负荷正常时所有四类包业务都可以传输，但是需要按照优先级顺序进行调度；当负荷预警时只允许优先级n＞2的包业务传输；当系统负荷很重、达到拥塞时，不允许再增加任何一种包业务，避免系统过载；

4、设定等待时间门限T，如果包用户等待时间超过门限，则调度优先级提升一级；

系统运行阶段，包用户请求到达时，如果系统内有充足资源则可以立即分配专用物理信道进行数据传输；当系统内资源比较紧张时，先将用户接入系统，只保持信令连接，而没有为其分配专用物理信道，用户等候系统信令的进一步指示；在网络端，系统将正在等候的用户排队，并且按照传输调度优先级将用户分成多个队列，同一优先级的用户队列内部按到达先后顺序排队；如果某个包用户的等待时间超过预设门限T，则自动将其调度优先级提升一级，即把该用户转入优先级更高一级的队列中。

假设进行周期性触发包调度，则包调度过程包括如图2所示的几个步骤：

步骤1.当调度周期到来时，需要获取系统当前的上行负荷信息L，并将其对应到预设等级L_i；小区的负荷信息主要通过测量和统计的方法获得，一方面测量基站接入端的总干扰功率和发送总功率，另一方面统计网络中的信道资源有多少已经分配出去，所有这些信息都会存储在无线网络控制器(RNC)的数据库中，要想获取该信息只需查询数据库就可以了。各个预设等级的区分主要依靠一些门限值，也就是说负荷信息在一系列门限值中进行比较，落在哪个取值范围内，就对应到哪个等级上。

步骤2.根据调度规则，选择现有负荷情况下允许传输的调度优先级最高的一类包用户进行调度；

如果负荷正常时，选择优先级为1-4的包业务用户队列按优先级顺序依次进行调度，进入步骤3；

如果负荷处于预警状态时，选择优先级为3-4的包业务用户队列按优先级顺序依次进行调度，进入步骤4；

如果系统负荷很重，处于拥塞状态，则不再为包用户增加资源，进入步骤5；

步骤3.从优先级为1的包用户队列中选择进入队列最早的一个用户进行传输，为其分配专用物理信道，进入步骤5；如果该队列为空，则从优先级为2的包用户队列中选择进入队列最早的一个用户进行传输，以此类推；如果该负荷状态下允许传输的用户队列均为空，则进入步骤5；

步骤4.从优先级为3的包用户队列中选择进入队列最早的一个用户进行传输，为其分配专用物理信道，进入步骤5；如果该队列为空，则从优先级为4的包用户队列中选择进入队列最早的一个用户进行传输，以此类推；如果该负荷状态下允许传输的用户队列均为空，则进入步骤5；

步骤5.结束本次调度，等待下次调度周期到来。

和现有技术相比，本发明充分考虑了不同包用户的业务差异和CDMA系统上行干扰受限的特点，自适应的随着系统负荷情况的不同改变调度方案，有助于减小系统内的干扰，保证用户的通信质量，减少掉话和重传，并最终提高系统吞吐量和稳定性。同时，本发明可以作为绝大多数包调度方案的增强级版本，适用范围广阔。

Claims

1、一种CDMA系统上行包调度方法，包括以下步骤：

A)获取系统当前的上行负荷信息；

B)根据系统当前的上行负荷信息确定系统当前的负荷等级；

2、根据权利要求1所述的方法，其中在上述步骤D)中，当确定系统负荷等级为负荷较轻等级时，优先传输质量要求较高的业务；当确定系统负荷等级为负荷较重等级时，只允许传输一些信噪比要求较低的业务或不传输增加的包业务。

3、根据权利要求1所述的方法，其中在上述步骤C)中，按质量要求从高到低的顺序设定包用户的调度优先级n的取值。

4、根据权利要求3所述的方法，其中所述质量要求是误码率、信噪比和时延要求。

5、根据权利要求2所述的方法，其中所述系统负荷等级至少分为正常、预警、拥塞三种等级；包用户的调度优先级n值设为1、2、3、4级，质量要求越高，n值越小。

6、根据权利要求5所述的方法，其中当系统负荷等级为正常级时，所有四类包业务都可以传输，并按优先级顺序进行调度；当系统负荷等级为预警级时，只允许优先级n＞2的包业务传输；当系统负荷等级为拥塞级时，不允许再增加任何一种包业务。

7、根据权利要求2所述的方法，其中对当前系统负荷状态下不允许传输的包用户进行排队，并且按照传输调度优先级将包用户分成多个队列，同一优先级的用户队列内部按到达先后顺序排队；如果某个包用户的等待时间超过预设门限T，则自动将其调度优先级提升一级，再发送。

8、根据权利要求7所述的方法，其中调度优先级越高，其n值越小。

9、根据权利要求8所述的方法，其中所述按照传输调度优先级将包用户分成多个队列，同一优先级的用户队列内部按到达先后顺序排队发送，包括：

10、根据权利要求1所述的方法，步骤A)中，所述上行负荷信息通过测量和统计获得，一方面测量基站接入端的总干扰功率和发送总功率，另一方面统计网络中的信道资源有多少已经分配出去，由此获取上行负荷信息。