CN1802801B

CN1802801B - 为节点站与多个无线电终端之间通信调度数据的调度器和方法

Info

Publication number: CN1802801B
Application number: CN03826828.0A
Authority: CN
Inventors: A·纳辛贝尼; M·布斯卡托
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2023-05-27
Also published as: JP4391986B2; JP2006526304A; AU2003245895A1; US7729330B2; WO2004107605A1; US20070133498A1; CN1802801A; EP1627476A1; EP1627476B1; JP2009177826A

Abstract

本发明提供了一种在用于一个节点站与包括半双工终端的多个接入终端之间通信的帧中调度下行和上行数据突发的方法，它包括以下步骤：在具有下行和上行部分的当前帧中，在所述帧的上行部分中为每个接入终端分配Tx突发，每个接入终端的Tx突发在所述上行部分中的开始时间大于或等于对应Rx数据在所述下行部分中的开始时间加上所述Rx数据的持续时间。

Description

为节点站与多个无线电终端之间通信调度数据的调度器和方法

发明领域

本发明涉及用于在点到多点(PMP)系统上运行的半双工终端的基于时分复用(TDM)帧的媒体接入控制(MAC)调度体系结构。

发明背景

近年来，数据通信网络的快速增长及通过此类网络提供给用户的不断增加的业务量已导致通信流量的惊人增长，这严重影响网络性能。

因而预计具有动态容量分配功能的陆地宽带无线接入(BWA)点到多点系统会支持和提供越来越多的应用和业务，包括高需求的多媒体和最近一代移动网络基础结构。

例如，前者包括快速的因特网视频和在线点播(VoD)，后者包括2G/3G移动网络基础结构，尤其是涉及移动基站与交换机站点中的连接。

在典型系统中，PMP系统拓朴方案包括通过特殊媒体和通过使用特殊的多址方案连接几个接入终端的多个基站。

只是为了便于说明和清晰起见，拓朴方案这里仅仅限于一个基站。基站最好是无线节点站(RNS)，即通过一条无线电连接与一个或多个无线接入终端接口的站点。无线电节点站包括至少一个具有天线和调制解调器的无线电单元，以便无线接入终端可访问所述无线电基站连接到的网络所提供的服务。

无线接入终端(RAT)是一种用于经朝向无线电节点站的无线电连接将最终用户或移动基站连接到网络的终端装置。

在此类系统中，一个最关键的问题在于RAT的成本，这是影响每链路成本的主要原因。无线电节点的成本实际上分布到大量RAT上，因此不太重要。

在全双工(FDD)终端中，第一射频频带用于从RNS到RAT的下行业务，而第二射频频带用于从RAT到RNS的上行业务。另外，保护频带将上行和下行频带隔开。这使得可同时进行双向数据传送，但缺点是要使用昂贵的设备，这可能降低无线系统和服务的吸引力。

一种可用于降低成本的方法是采用半双工机制(H-FDD)。

在半双工系统中，不同的频带仍可使用，但RAT的发送器和接收器不同时操作。

半双工RAT与其全双工对应物相比，复杂度较低，且成本也较低，这是因为不再需要类似同向双工滤波器等专用技术组件，并且可将单个多芯片模块(MCM)用于接收和发送活动。

如在大多数通信系统中一样，在BWA/PMP系统中，信息以帧方式传送。帧是一种数据块，包含实际的数据和用于同步传输和提供传输数据到RAT的辅助信息。

BWA/PMP帧结构可动态支持FDD和H-FDD终端，并使用基于两种备选解决方案，即基于时隙的结构和基于帧的结构的数据结构。

然而，H-FDD终端对接入系统有相当大的影响。实际上，由于这种类型的终端无法同时接收和发送，因此，性能可能受影响。

在现有技术中，用于处理全双工和半双工终端的典型帧结构由ETSI BRAN HIPERACCESS标准提供，该标准提出了一种基于下行帧的结构，这种结构包括前置码、下行映射、上行映射、基于TDM的第一下行部分和基于TDMA(时分多址)的第二下行部分。各个区段的大小或持续时间是可变的，并且所述第二部分是可选的。广义地讲，在帧开始处的两个映射包含所谓的广播信道，那是与下行和上行帧结构有关的信息。要注意的是，按惯例，在点到多点无线宽带接入系统(PMP/WBA)中，术语“上行链路”表示从RAT到RNS的连接，而术语“下行链路”表示从RNS到RAT的连接。

TDM帧通常对处理全双工终端更有效，而TDMA部分则提供更好的半双工终端处理。下行TDMA机制在处理上更复杂，因为它意味着RAT侧的不连续接收，这意味着RAT的接收器实现更复杂且成本更高。

说明现有技术中可用典型解决方案的这种解决方案因此无法完全令人满意，因为它仍需要无线接入终端上有很复杂的电路。

发明概述

本发明的目的是通过在无线电节点站与多个无线接入终端通信的数据通信系统中，提供一种降低成本，特别是无线接入终端侧的成本的方法，从而克服上述问题。

为此，本发明的目标是提供一种在帧的下行区段调度Rx数据的新方法和系统，以便在这类区段中无不连续性。

本发明的另一目标是提供一种无需添加或修改标准电路而安装在现有无线接入终端上的新方法和系统。

本发明提供了一种在用于一个节点站、n多个半双工无线接入终端及m多个全双工接入终端之间通信的帧中调度下行和上行数据的方法，包括在当前帧fr中的以下分配步骤：a)在时间t_i，在下行部分中为每第i个无线接入终端分配Rx突发，其中，l≤i≤n+m；b)在上行部分中为每第i个无线接入终端分配Tx突发，其中，l≤i≤n+m；c)将所述下行部分中的第一Rx数据分配给半双工无线接入终端；d)将所述下行部分中的最后Rx数据分配给全双工无线接入终端；e)从时间t_i+1开始，为每第i个半双工无线接入终端分配Tx突发，所述时间t_i+1为所述时间t_I加上所述RX突发的持续时间；f)在未分配给半双工无线接入终端或另一全双工终端的第一可用时间间隔中为每第i个全双工无线接入终端分配Tx突发；g)如果用于每第i个全双工无线接入终端的Tx突发不适合处于所述第一可用时间间隔中，则仅将该Tx突发的一部分分配在所述第一可用时间间隔中，并注意要分配该Tx突发的剩余部分。

本发明还提供了一种在用于一个节点站、n多个半双工无线接入终端及m多个全双工接入终端之间通信的帧中调度下行和上行数据的方法，它包括在当前帧fr中的以下分配步骤：a)在时间t_i，在第一下行部分中为每第i个半双工无线接入终端分配Rx突发，其中，l≤i≤n；b)在时间t_n+i，在第二下行部分中为每第i个全双工无线接入终端分配Rx突发，其中，l≤i≤m；“t_n”是分配发往半双工终端的所有Rx突发所需的总时间；c)在上行部分中为每第i个无线接入终端分配Tx突发，其中，l≤i≤n+m；d)将所述下行部分中的第一Rx数据分配给半双工无线接入终端；e)将所述下行部分中的最后Rx数据分配给全双工无线接入终端；f)在所述上行部分的开始部分中，首先为每第i个全双工无线接入终端分配Tx突发；g)然后，在所述上行部分中未分配给全双工终端的剩下的第一可用时间为每第i个半双工无线接入终端分配Tx突发。

此目标和这些目的还可通过在基站运行的、用于在用于所述节点站与包括半双工终端的多个接入终端之间通信的帧中调度下行和上行数据突发的调度器实现，所述调度器包括在具有下行和上行部分的当前帧中计算和分配每个接入终端在此帧的上行部分中的Tx突发的部件，每个接入终端的Tx突发在所述上行部分中的开始时间大于或等于对应Rx数据在所述下行部分中的开始时间加上所述Rx数据的持续时间。

在第一种情况下，所有接入终端为半双工终端，在这种情况下，最后半双工接入终端的Tx突发在对应于第一Rx数据的开始时间的时间上分配在下一帧的上行区段。

另一方面，如果接入终端包括半双工和全双工终端，则下行区段中的最后Tx突发最好与全双工终端相关，而下行区段中的第一Rx数据与半双工终端相关，以便无需将Tx突发延迟到下一帧。

每个全双工终端的Tx突发可方便地分配在所述帧的上行部分中的任一可用时间间隔，即未被与半双工终端相关的数据填充的任一时间间隔内，甚至落在所讨论全双工终端的Rx数据的下行区段中对应Rx分配时间之前的某个时间。

有利的是，在全双工终端的Rx数据之前可分配半双工终端的所有Rx数据。半双工终端的Tx突发可在全双工终端的Rx数据之后分配。

附图简述

从下面以非限制性示例方式给出并且在附图中图解的以下详细说明，可明白本发明的其它特征和优点，这些附图中：

图1是表示包括无线电节点站和多个无线接入终端的示范通信网络的示意图；

图2是表示典型通信帧的各个区段的方框图；

图3是表示根据本发明第一实施例，在包括与H-FDD RAT相关的数据的帧中分配的信息的方框图；

图4是表示根据生成图3所示帧信息的实施例的方法步骤的流程图；

图5是表示根据本发明第二实施例，在包括与H-FDD和FDDRAT相关的数据的帧中分配的信息的方框图；

图6是表示根据生成图5所示帧信息的实施例的方法步骤的流程图；

图7是表示根据本发明第三实施例，在包括与H-FDD和FDDRAT相关的数据的帧中分配的信息的方框图；

图8是表示根据生成图7所示帧信息的实施例的方法步骤的流程图。

本发明的详细说明

图1是表示示范通信网络的示意图，所述网络包括通用通信网络1 2、无线电节点站11和标记为1到7的多个无线接入终端10。RAT(无线接入终端)可以是H-FDD或FDD终端，并且可通过无线连接接收RNS 11的数据和发送数据到该RNS。

从RNS 11到RAT 10的通信本文称为“下行通信”，而从RAT10到RNS 11的通信称为“上行通信”。

RNS配备有常规的硬件和/或软件计算部件，用于处理在一侧与RAT 10的通信和在另一侧与通信网络12的通信。更具体地说，此类计算部件通过根据本发明所公开的MAC调度算法的常规技术进行编程。

图2表示典型通信帧20的结构和区段。帧20包括前置码和广播区段21、TDM下行区段25和TDMA下行区段26。前置码和广播区段21又包括标记为“P”、存储例如同步数据等常规前置码数据的第一部分22和标记为“DL”、存储下行映射的第二部分23及标记为“UL”、存储上行映射的第三部分24。区段21的内容遵循常规技术，因此不作详细描述。

TDM下行区段25包含时分复用(TDM)数据，并存储定址到多个RAT 10的数据部分。RAT要接收的数据部分在此处称为“RAT Rx数据”。在如下描述和附图中，涉及RAT编号i的Rx数据由表达式Rx(RAT(I))标识。

TDMA下行区段26包含时分多址(TDMA)数据，并存储由RNS 20发送到多个RAT 10的其它数据。本发明避免了使用帧的TDMA部分。

由RAT发送到RNS的数据部分在此称为“RAT Tx突发”。在如下描述和附图中，涉及RAT编号i的Tx突发由表达式Tx(RAT(I))标识。

Tx突发通常在大小或持续时间上很小，特别是它们通常比对应的Rx数据小得多。因此，为清楚起见，假定Tx突发的大小从不超过Rx数据的大小。然而，本领域的技术人员会理解，Tx突发超过Rx数据的罕见情况可通过现有技术中的几种熟知技术作通常的处理。

图3进一步详细示出了根据本发明的帧的帧结构。为清楚起见，帧以二维表示，其中，水平轴展示区段21和25，而上行区段28沿垂直轴分割。标识7个RAT 10中每个RAT的标签也显示在垂直轴上。最后，标号t1-t7指示帧区段25中对应于标记Rx数据开始的累进时间的点。一行中两个时间之差最好但不一定是时间单位的倍数。

为清楚起见，术语“帧”在此处用于表示通过下行信道发送的、包括从RNS发送到RAT的数据的信息和在对应时间通过上行信道从RAT发送到RNS的信息。更详细地说，帧fr在逻辑层次被视为包括TDM下行部分25和对应的TDMA上行部分28。每第fr个帧的下行部分包含从RNS广播到RAT的前置码和Rx数据。另一方面，同一帧fr的上行部分是从RAT发送到RNS并可聚集到同一帧中的逻辑组内的那些Tx突发的虚拟表示，这将在如下说明中阐明。

图4的数据流程图400中示出了根据本发明第一实施例的方法和系统的操作，它引用了图3的帧结构。

此流程图涉及本发明的第一实施例，它仅参照多个半双工无线电终端解释所公开的调度方法。

在方框400，调度器准备好开始新帧20的分配。在方框405，值N设为必须在当前帧中处理的RAT数量，例如，如图3所示设为7个RAT，并且计数器I设为值1。

在步骤410，检查计数器I的值是否小于或等于变量N中存储的RAT数量。

如果是这样的话，则在步骤415，调度器在当前帧21的下行部分25中，从时间T(I)开始，为第I个RAT分配突发Rx。

在步骤420，检查当前在处理的RAT是否为列表中的第一个RAT。如果是这样的话，则在步骤425，检查列表中最后RAT的Tx突发是否从前一帧发送后仍未决。如果是这样的话，则在步骤430，调度器于时间T(1)在当前帧的上行部分28中分配仍未决的Tx突发。

如果所述RAT不是列表中的第一个RAT，则在时间T(I)分配与前一RAT即RAT(I-1)相关的Tx突发(步骤435)。

计数器I随后递增一个单位，并且循环在步骤410继续并重复直至所有RAT已被处理。

调度器随后准备好跳到下一帧。

上述实施例处理所有RAT均为半双工类型的情况。然而，无线电节站点11的调度器有可能要处理半双工RATS(H_RAT)与全双工RAT(F_RAT)的混合。

实施本发明所公开方法的发明概念的两个准则在分别涉及图5和图7所示帧结构的图6和图8所示数据流中说明。

参照图6，在无线电节点站11上运行的调度器在步骤600开始处理新帧20。假设在图1和图5所示的7个RAT的示范列表中，至少存在一个半双工RAT和至少一个全双工RAT。

在步骤605，变量N设为半双工RAT的数量，而变量M设为全双工RAT的数量。

计数器I设为1，并且与对应RAT关联的7个标志中的每个标志均复位为零。这些标志记录哪些全双工Tx突发已分配在上行区段28中，下面将对此作更好的解释。

在步骤610，调度器检查变量I的值是小于还是等于列表中RAT的总数N+M。

如果是这样的话，则在步骤615，在时间T(I)在当前帧的下行部分中分配Rx数据，并且变量T′设为实际分配给Rx数据的总时间。

在步骤620，检查RAT是否为半双工终端。在这种情况下，并且如果RAT不是列表中的第一个RAT，则在时间T(I)分配与前一RAT即RAT(I-1)相关的Tx突发(步骤625)。

同时，新时间值T′会通过将刚分配的Tx突发所需时间减去T′的当前值而计算得出。

剩余T′时间现在可用于分配与全双工终端相关的Tx突发。为此，计数器J在步骤630设为1，并启动循环以填充T′的长帧部分。

在步骤635，检查第j个无线接入终端RAT(J)是否为全双工终端。还检查其标志以查看其Tx突发是否已在当前帧的前一上行部分28中分配。

如果RAT(J)是全双工终端，并且其标志仍归零，则在步骤640，调度器检查RAT(J)的Tx突发是否适合T′。当然，调度器也可决定只在可用时间T′内分配Tx突发的一部分，并且注意该Tx数据的剩余部分要被分配在接下来的Tx突发中。这在图5中通过例如有关指示上述列表中第三个RAT的Tx突发的Tx(3)表示。对本领域技术人员而言，很容易扩展所述方法以分割Tx突发，并从本文所述“清零/置位”标志机制切换为为每个RAT，特别是为每个全双工RAT存储实际剩余时间的类似离散机制。

如果RAT(J)所需时间小于或等于一个可用T′，则在步骤645在当前时间T(I)分配这种Tx突发。

在步骤650，时间T(I)随后增加RAT(J)的Tx突发所需的时间，而剩余可用时间被减去相同数量，并且RAT(J)的标志设为1以指示该RAT已被处理。

在步骤655，调度器检查计数器J是否已涵盖列表中的所有RAT。不然的话，在步骤660使计数器J递增，并且内部循环跳回步骤635。

一旦所有RAT经过检查，则在步骤665使计数器I递增，并且主循环跳回测试610，直至在当前帧中分配了所有Tx RAT。

要注意的是，在这种情况下，调度器务心将半双工RAT置于RAT列表的顶部，并且最重要的是，将全双工RAT置于列表底部。这样，任何Tx突发不会延迟到下一帧，因为对应于分配给第一RAT的下行部分25的上行区段28第一部分装载有在发送前无需等待其Rx数据的全双工RAT的Tx突发，并且没有H-FDD RAT的Tx突发被阻止以便在当前帧中发送Tx突发，这种情况只在最后RAT是无法在收到其Rx数据前发送的半双工RAT时才会发生。

图5给出了上述流程的应用示例，图5示出帧20，帧20包括：前置码和广播区段21；下行区段25，按从1到7的实际RAT顺序的所有RAT数据分配在此区段中，其中第I个RAT的Rx数据由Rx(I)表示；以及为清楚起见显示在垂直轴上的上行区段28，图5说明了如何分配每个Tx突发。如上所述，为便于说明，假定编号为3的RAT需要特别长的Tx突发，因此，把要发送到无线电节点站11的数据分成两个部分，一个在时间T(1)，即帧区段的开始处，一个在时间T3+T(Tx(RAT(2)))，即分配H-FDD RAT-3 Rx数据的时间加上RAT-2的Tx突发所需时间。

针对图8的数据流应用第二准则，图8所示数据流参照了图7所示框图。

这种情况下，调度器扫描整个RAT列表，并如图7所示在下行区段25的开始处放置半双工RAT的Rx数据，并在同一下行区段的结尾处放置全双工RAT的Rx数据。

与此相反，为了优化帧上行区段28中的Tx突发分配以及为了在两个相邻Tx突发之间不留下空洞，在上行区段28中先分配与全双工终端相关的所有Tx突发。

因此，同样如图7所示，全双工终端的Rx数据在下行区段25的结尾部分组合成组27，而对应的Tx突发在上行区段28的开始部分组合成组28。

现在更详细地参照图8，调度器在步骤800开始处理新帧。

在步骤805，变量N设为半双工终端的数量，变量M设为全双工终端的数量，第一计数器I和第二计数器C均设为1。最后，如前述情况中一样，关联到对应RAT的7个标志中的每个标志均复位为零。这些标志记录哪些Tx突发已在上行区段28中分配。

在步骤810，调度器检查计数器I的值是小于还是等于列表中RAT的总数N+M，即是否已扫描所有RAT。

如果更多RAT可用，则在步骤815检查RAT(I)，即第I个RAT是否为半双工RAT。如果是这样的话，则在步骤820，在时间T(C)在帧的下行区段25中分配RAT(I)的Rx数据，并且计数器C递增一个单位以指示Rx数据要放置到的下一位置。

在步骤825，计数器I又递增，并且循环跳回测试810。

在首次扫描所有RAT后，下行区段25的第一部分被填充。参照图7，已在帧的下行区段中正确分配了Rx(1)、Rx(2)、Rx(4)和Rx(6)。

在从步骤830开始的第二循环中，再次扫描RAT列表以便分配全双工终端的Rx和Tx突发。

在步骤830，计数器I设为1以指示列表中的第一个RAT，而T′设为T(1)，即上行区段28的起始点，在这种情况下，T′不表示适合Tx突发的可用时间量，而是指示可分配下一Tx突发的第一空闲可用点。

在步骤835，调度器检查计数器I的值是小于还是等于列表中的RAT总数N+M，即是否已扫描所有RAT。

如果存在RAT未扫描，则在步骤840检查RAT(I)，即第I个RAT是否为全双工RAT。如果是这样的话，则在步骤845，在时间T(C)在帧的下行区段25中分配RAT(I)的Rx数据，并且计数器C的值递增1。

在步骤850，在时间T′，在帧的上行区段28中分配RAT(I)的Tx突发，并且T′增加了该Tx突发所需的时间量T(Tx(RAT(I)))。

在步骤855，计数器I增加，并且循环跳回测试步骤835。

第二次扫描所有RAT后，下行区段25已就绪，并且上行区段28的第一部分已填充到T′。参照图7，已在帧的上行区段中正确分配了Rx(3)、Rx(5)和Rx(7)。

调度器现在准备好执行在步骤860开始的最终循环，其中，计数器I再次设为1以分配剩余的Tx突发，即，与半双工RAT相关的Tx突发。

在步骤865，调度器检查计数器I的值是小于还是等于列表中RAT的总额N+M，即是否已第三次扫描所有RAT。

如果存在RAT未扫描，则在步骤870检查RAT(I)，即第I个RAT是否为半双工RAT。如果是这样的话，则在步骤875，在时间T′，在帧的上行区段25中分配RAT(I)的Tx突发，并且T′增加了该Tx突发所需的时间量T(Tx(RAT(I)))。

在步骤880，计数器I递增并且循环跳回测试865。

第三次扫描所有RAT后，上行区段28完成，并且调度器准备好处理下一帧。

这样，已证明了部分明实现了所提出的目标和目的。在不脱离本发明范围的前提下，本领域技术人员显然清楚并将容易地实施若干修改。因此，权利要求的范围不应受限于本说明书中以示例形式给出的图示或优选实施例，相反，确却地说，权利要求应包括属于本发明的可专利新颖性的所有特征，包括本领域技术人员会视为等同物的所有特征。

Claims

1.一种在用于一个节点站、n多个半双工无线接入终端及m多个全双工接入终端之间通信的帧中调度下行和上行数据的方法，包括在当前帧fr中的以下分配步骤：

a)在时间t_i，在下行部分中为每第i个无线接入终端分配Rx突发，其中，1≤i≤n+m；

b)在上行部分中为每第i个无线接入终端分配Tx突发，其中，1≤i≤n+m；

c)将所述下行部分中的第一Rx数据分配给半双工无线接入终端；

d)将所述下行部分中的最后Rx数据分配给全双工无线接入终端；

e)从时间t_i+1开始，为每第i个半双工无线接入终端分配Tx突发，所述时间t_i+1为所述时间t_i加上所述Rx突发的持续时间；

f)在未分配给半双工无线接入终端或另一全双工终端的第一可用时间间隔中为每第i个全双工无线接入终端分配Tx突发；

g)如果用于每第i个全双工无线接入终端的Tx突发不适合处于所述第一可用时间间隔中，则仅将该Tx突发的一部分分配在所述第一可用时间间隔中，并注意要分配该Tx突发的剩余部分。

2.一种在用于一个节点站、n多个半双工无线接入终端及m多个全双工接入终端之间通信的帧中调度下行和上行数据的方法，它包括在当前帧fr中的以下分配步骤：

a)在时间t_i，在第一下行部分中为每第i个半双工无线接入终端分配Rx突发，其中，1≤i≤n；

b)在时间t_n+i，在第二下行部分中为每第i个全双工无线接入终端分配Rx突发，其中，1≤i≤m；“t_n”是分配发往半双工终端的所有Rx突发所需的总时间；

c)在上行部分中为每第i个无线接入终端分配Tx突发，其中，1≤i≤n+m；

d)将所述下行部分中的第一Rx数据分配给半双工无线接入终端；

e)将所述下行部分中的最后Rx数据分配给全双工无线接入终端；

f)在所述上行部分的开始部分中，首先为每第i个全双工无线接入终端分配Tx突发；

g)然后，在所述上行部分中未分配给全双工终端的剩下的第一可用时间为每第i个半双工无线接入终端分配Tx突发。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述上行部分的最后部分分配无需发送的半双工无线接入终端。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述下行部分的第一部分分配无需接收的半双工无线接入终端。