CN1926821A - 以最低资源参数执行调度算法的方法和调度器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在移动通信系统中以最低资源调度执行调度算法的方法，包括步骤：在调度帧中为用户或服务调度分配单元(10)，检查在特定调度帧中调度给用户或服务的分配单元是否满足至少一个资源约束(20)，基于针对资源约束的检查步骤的结果释放在该特定调度帧中调度给用户或服务的分配单元(40)。本发明还涉及移动通信系统中的调度器、包含这种调度器的基站和移动终端以及移动通信系统。

Description

以最低资源参数执行调度算法的方法和调度器
技术领域
本发明涉及一种通信系统。尤其是可用于采用调度算法为用户分配发送和接收数据的信道的无线通信系统。具体地说，本发明涉及一种用于执行如独立权利要求所述的调度算法的方法和调度器。
背景技术
在蜂窝移动通信系统中，移动站通常利用诸如时隙、频率带宽、代码序列或其组合等信道资源向基站发送信息并从基站接收信息。这些资源一般在通信系统的用户之间共享。
在专门的移动通信系统中，无线接入点通常利用诸如时隙、频率带宽、代码序列或其组合的信道资源向在同一个专门网络中的其它无线接入点发送信息并从其它无线接入点接收信息。这些资源一般是在通信系统的用户之间共享的。在这样的专门网络中，可能存在专用主接入点来管理该专门网络，或者是由一个无线接入点采取该主接入点的功能管理该专门网络。
对本领域的技术人员来说，很明显蜂窝基站和专门主接入点至少要共享部分管理资源及其覆盖范围内的用户的责任。专门网络中的无线接入点的角色与蜂窝无线系统中的移动设备的角色有很多共同之处。为简单起见，下面的描述将针对蜂窝无线网络。本领域的技术人员根据该说明很容易做出将本发明应用于专门网络所需要的修改。
在无线通信的环境中，所有涉及发送或接收数据的操作都被称为处理数据。为了对数据进行处理，移动设备必须为其装备消耗操作和处理的能量。从经济的观点来看，如果移动接收器在消耗该能量时处理了大量数据则该能量的消耗就是最合理的。另一方面，如果在消耗能量时没有处理或只处理很少的数据则这样的能量就会被浪费。
通过信道资源向用户分配数据通常是由调度算法来完成的。至少对于下行链路、即从基站向移动终端传输的方向上，这种调度算法通常在基站或通信系统的其它非移动实体中运行。这样的调度算法通常评估诸如服务数据率、信道状态的参数，但不会考虑如上所述的经济因素。即使对于上行链路、即从移动终端向基站传输的方向，调度算法也可以在中央节点(例如蜂窝系统中的基站、专门网络中的主站)中运行以分配资源。然后该中央节点调度的结果可以发送给移动实体。
在采用动态信道分配(DCA)机制的无线通信系统中，空气接口资源被动态地分配给基站(BS)和多个移动终端(MT)之间的链路。图1示出典型通信系统的布局，其中BS为服务区中的若干MT服务。空气接口资源通常由逻辑信道定义，而逻辑信道对应于例如CDMA系统中的一个或多个代码、OFDM系统中的一个或多个子载波、TDMA系统(如GSM)中的一个或多个时隙、或它们在例如OCDMA或MC-CDMA系统中的组合。DCA可应用于上行链路和下行链路。
采用自适应调制和编码(AMC)，可以通过动态改变调制和编码机制将用于调度MT的调度帧内的数据率适应于相应链路的瞬时信道质量。AMC通常与DCA一起使用。
在采用DCA和AMC的系统中，所谓的调度器决定将哪些资源分配给哪个MT。通常采用的方法是采用集中调度，其中调度器位于BS内并基于下面的信息做出其决定，如至MT的链路的信道质量信息或为特殊链路提供的通信量、如向特殊MT发送时可用的数据量。
调度器的共同目标是在用户之间实现公平，最大化系统的总处理能力和/或满足针对由被调度移动终端运行的服务的服务质量(QoS)要求(例如延迟、数据率、丢失率、抖动)。在现有技术的无线通信系统中，调度器基于分组工作。
下面的调度器是无线通信领域公知的例子：
·循环(RR)调度器：
该调度器与信道条件无关地向所有MS分配相等的空气接口资源，由此实现对资源的公平共享。
·最大速率(MR)或最大C/I(MC)调度器：
该调度器选择具有最大可能瞬时数据率(载波-干扰C/I之比)的用户。其实现了最大的系统总处理能力但忽视了用户之间的公平。
·按比例公平(PF)调度器：
该调度器在限定的时间窗内保持向每位用户发送的平均数据率，检查不同用户经历的瞬时信道条件和平均信道条件之比(或可能的瞬时数据率与平均数据率之比)，并选择具有最大比率的用户。该调度器比RR增加了系统总处理能力，同时保持了一定程度的长期公平。
关于调度器的结构和功能的更详细的信息例如可以从US2003/0104817中获得，该文献公开了一种用于调度多个共享通信资源的用户的方法，尤其是涉及将重点放在QoS因素上的高数据率无线传输。
在目前的系统中，终端可以发送信号以告之调度器需要什么样的数据率来满足用户或服务。在其它参数中，这可以包括平均连接(或服务)数据率和最大容许延迟。但是BS上的调度不能根据用于接收数据的能耗了解MT是否正有效地工作。
发明内容
本发明的技术问题是提供用于采用最低资源调度执行调度算法的方法和调度器。
该技术问题是通过在独立权利要求中提出的方法和调度器来解决的。
本发明基于以下认识：从MT致力于合理经济地工作的观点来说，优选这样将分配单元调度给用户或服务，使得满足最低资源约束或者调度给该用户的分配单元是针对特定调度帧分发的，也就是说为了启动MT不向该特定用户发送数据，例如为节省能量资源而关闭接收电路。
调度器具有关于QoS参数的信息以及其它对将分配单元(AU)分配给MT产生影响的限制。在这些参数中，有满足全部待满足要求的长期平均资源数或最低资源数，以及表示在调度帧内至少要分配给用户的多个资源的短期最低资源数。如果该短期个数没有被调度算法满足则优选方案是在该特定调度帧内为用户释放AU，并在有更多资源可分配给该用户时等待后面的调度帧。
根据优选实施例，调度步骤包括考虑至少一个调度参数或其组合，即信道条件、可发送给特定用户的数据量、服务质量、延迟数据率或载波与干扰之比。
优选的，所述调度帧具有时分帧结构、频分帧结构或码分帧结构中的至少一种或其组合。
根据一种实施方式，资源约束是可以针对若干调度帧被监控的基于用户或服务的长期要求。
根据另一实施方式，资源约束是基于帧的短期要求，因此监控瞬时资源约束。
优选的，调度给用户或服务的分配单元具有若干可传输信息位、互联网协议分组、代码块或调制符号中的任意一个。
根据优选实施例，调度算法还包括检查是否存在至少一个其它资源约束没有因为释放调度单元而被违反的步骤。仅在没有发生被这样的释放违反的情况下，调度单元才被释放。通过这种方式，即使基于帧的短期要求没有得到满足也能确保符合其它更急迫的基于长期的要求。
根据优选的实施方式，确定至少一个其它约束是否被违反的步骤包括确定诸如最大容许延迟或长期数据率的服务参数的质量。
根据优选的实施方式，所释放的分配单元用于在特定帧中将可用的调度单元重新调度给其它用户或服务。通过这种方式，可以最佳方式利用资源。
根据优选实施方式，将调度算法的结果通知MT，以便MT使自己适应分配单元的可能释放并采取适当的措施，如关闭至少部分其接收电路以节省能量。优选的，该通知在相关的控制信道或广播信道上进行，以免阻塞逻辑数据信道。
根据另一实施方式，为所有用户检查并释放分配单元的步骤是以连续的方式(time sequential manner)而不是对所有用户同时进行的。其优点是特定用户的已释放的分配单元可以在为其它用户检查资源约束之前首先分配给其它用户。由此可以获得对所有已释放分配单元的最佳的分布和即时利用。
本发明还提供移动通信系统中的调度器、基站控制器和移动通信系统，它们都具有用于执行上述调度算法的装置。
附图说明
下面参照借助附图说明的优选实施方式描述本发明。
图1示出由一个基站和6个移动终端组成的蜂窝系统概念。
图2示出时分帧结构的例子，其中两个分配单元形成一个调度帧。
图3示出时分/频分帧结构的例子，其中10个分配单元形成一个调度帧。
图4示出时分/频分/码分帧结构的例子，其中18个分配单元形成一个调度帧。
图5示出本发明的调度算法的流程图。
图6示出通过现有技术的调度算法将AU调度给用户的例子。
图7示出按照本发明的调度算法的示例步骤。
图8示出时-频分帧结构的例子，其中45个分配单元通过现有技术的调度算法为4个用户形成一个调度帧。
图9示出按照本发明的用于图8所示调度帧的调度算法。
图10以框图的形式示出实施按照本发明的调度算法的基站的结构细节。
具体实施方式
图2至图4示出在时域(图2)、时间-频率域(图3)或时间-频率-码域(图4)中基于任意数量的分配单元来调度帧的概念。
如上所述，该调度是在基站或通信系统的其它非移动实体通常包含的调度器中执行的。
在图5中示出该调度算法。
在第一步骤10中，调度器在图2至图4所示的调度帧中为用户或服务调度分配单元。资源的调度是在考虑诸如长期最小数据率、延迟约束等调度参数的情况下用传统方法进行的。图6和图8示出调度资源的例子。
在步骤20，检查在特定调度帧中调度给用户的分配单元是否足以满足资源约束，如针对一个或多个移动终端的短期最低资源阈值。
如果足够，则该调度是恰当的，可以为下个用户或帧重新开始该算法。另一方面，如果检查结果是否定的，也就是分配单元不满足该资源约束，则算法跳至步骤30。
在步骤30中，判断分配单元是否违反了至少一个其它资源约束，也就是可能由于释放AU而被违反的更为重要的约束或服务参数质量。这种更为重要的约束的例子可能是长期参数，如延迟、数据率等等。因此优选的，另外通过一个滑动的或固定的时间窗来监控该约束的满足状态。
如果在步骤30确定由于释放而发生了违反，则为下个用户或帧重新开始该调度算法，否则跳至步骤40。
在步骤40，如果在步骤30没有违反其它约束或服务参数质量，则调度器可以针对特定帧为用户或服务释放已分配的资源。
最后在步骤50中，调度器针对该特定帧将释放的分配单元重新调度给其它用户。
应当理解图5所示的上述调度算法只是个例子。实际上短期和长期资源约束的任意组合都可以用来判断用于特定用户或服务的分配单元是否应当针对调度帧而被释放。对是否满足资源约束的检查和判断步骤可能具有正面或负面结果，即满足还是不满足资源约束。例如在步骤30，是否违反了其它资源约束的判断可以被是否另外满足了诸如长期资源约束的其它资源约束的检查所代替，并且如果满足了则在步骤40释放分配单元。
本领域的技术人员可以根据用户类型、系统架构或瞬时信道或通信量条件来定义需要被满足或违反的合适的资源约束。作为一个例子，在一种简单的方法中在于步骤40释放资源之前就同时为多个用户执行步骤20。一种更复杂的方法是在为第二用户重复步骤20至40之前为第一用户执行步骤20至40。
步骤20至40的例子在图7和图9中给出。在开始时(左部)，所有AU都分配给一个小区中的4个用户。现在执行步骤20，调度器发现分配给用户4的AU不足以满足最低资源约束。遵照步骤40给出的规则，先前分配给用户4的AU被再次释放以重新调度(中间部分)。重新调度将新释放的AU分配给任意其它用户，这导致按照该图右部的AU被分配给用户1-3。
要说明的是，在本说明书中大多称为调度用户。但还可以将相同的思想应用于面向服务(而不是面向用户)的调度情况。
本发明还包括并非对所有可用调度单元执行所建议的调度方法的情况。某些AU(或用户)可以被免除上述步骤20和30中描述的检查。
虽然以上描述了由实施在基站中的调度器来判断资源约束，但本发明还涵盖资源约束通过通信系统设计给出或由MT告知的情况。在任一情况下，在正在进行的发送或连接过程中资源约束可以改变其值，并且随时都可以启动重新调度。
优选的，最低资源约束检查应用于具有可传输信息位的分配单元(例如在时域/频域/码域)。但是，为了实施的目的其它量可能更容易获得、计算或估计，或可能比位数更具有代表性。这样的量包括但不限于多个调制符号、FEC代码块或互联网协议分组。
通常优选将大量相邻分配单元调度给一个用户。这在图8以与图6比较的方式示出。典型的，为了减少需要从基站发送给移动终端的通信量将一个完整的频带分配给一个用户。
如上所述，图5的步骤20和30中获得的调度算法结果优选通过相关控制信道发送给移动终端。因此该终端可以调整自己以适应在当前调度帧中不接收已调度的分配单元的状况。为了对此作出响应，移动终端例如可以关闭其部分接收电路以节省能量。
图10以框图形式示例性示出实施在发射器(例如基站或移动站)中的用于执行按照本发明的调度算法的调度器的结构细节。
从该图中可以看出，发射器1包括调度器2、控制单元3、检查与释放单元4、以及缓存器5和收发器电路6。发射器的所有其它传统结构细节由于与本发明没有直接关系而被省略。调度器2与控制单元3一起实现调度算法10，并在必要时执行图5所示的步骤50。在检查与释放单元4中执行对满足或违反资源约束30的检查以及随后对分配单元40的可能释放。资源约束值优选存储在由控制单元3访问的存储器5中，以供调度器2和检查与释放单元4使用。可替换地，调度器2和检查与释放单元4可以直接访问存储器5。可以在启动系统、建立连接的时候或在从系统的网络控制器接收对应的命令时更新资源约束值。
最后，该发射器包括发射和接收电路6，用于利用其天线通过空气接口发送和接收数据及控制信号。如上所述，涉及释放分配单元的数据优选发送给该系统的其它发送和接收单元或从其它发送和接收单元接收。利用逻辑数据信道和控制信道进行发送和接收操作的细节对通信领域的技术人员也是公知的。
尽管上述说明强调调度器实施在作为发射器工作的基站中，本发明的原理可由本领域的技术人员应用于作为发射器工作的移动终端，该发射器向作为接收单元的基站发射数据，即上行链路。在这种情况下，调度器实施在移动站中用以执行上述调度算法。资源约束由移动站本身定义，或者根据来自该通信系统的基站或网络控制器的预先指令定义。

Claims (22)

1.一种用于在移动通信系统中以最低资源调度执行调度算法的方法，包括步骤：
在调度帧中为用户或服务调度分配单元(10)，
检查在特定调度帧中调度给用户或服务的分配单元是否满足至少一个资源约束(20)，
基于该针对资源约束的检查步骤的结果释放在该特定调度帧中调度给用户或服务的分配单元(40)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调度步骤(10)包括考虑至少一个下列调度参数：信道条件、可发送给指定用户的数据量、服务质量、延迟、数据率和载波与干扰之比。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述调度帧具有时分帧结构、频分帧结构或码分帧结构中的至少一种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，至少一个资源约束是基于用户或服务的请求。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，至少一个资源约束是基于调度帧的请求。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，至少一个资源约束是基于可用调度帧资源的比例定义的。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，至少一个资源约束由调度给用户或服务的最低分配单元数表示。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述分配单元具有若干可传输信息位、互联网协议分组、代码块或调制符号之一。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，还包括检查是否有至少一个其它资源约束没有因为释放调度单元而被违反的步骤(30)，并且仅在该其它资源约束没有被这样的释放违反时才为用户或服务释放分配单元。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，判断至少一个其它约束是否被违反的步骤包括确定诸如最大容许延迟或长期数据率的服务参数的质量。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，还包括将已释放的分配单元在该特定帧中重新调度给其它用户或服务的步骤。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，还包括将调度算法的结果、特别是是否释放了分配单元的结果通知用户。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述通知在相关的控制信道上传输。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，由调度算法为所有用户或服务检查并释放分配单元的步骤以连续的方式进行。
15.一种在移动通信系统中用于以最低资源调度执行调度算法的调度器，包括：
用于在调度帧中为用户或服务调度分配单元的装置(2)，
用于检查在特定调度帧中调度给用户或服务的分配单元是否满足至少一个资源约束的装置(4)，以及
用于基于针对资源约束的检查步骤的结果释放在该特定调度帧中调度给用户或服务的分配单元的装置(4)。
16.根据权利要求15所述的调度器，还包括用于确定是否有至少一个其它资源约束没有因为释放调度单元而被违反的装置(4)，并且仅在该其它资源约束没有被这样的释放违反时才为用户或服务释放分配单元。
17.根据权利要求15或16所述的调度器，还包括用于将调度算法的结果、特别是是否释放了分配单元的结果通知用户的装置(6)。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的调度器，还包括将已释放的分配单元在所述特定帧中重新调度给其它用户或服务的装置。
19.一种包含根据权利要求15至18中任一项所述调度器的基站。
20.一种包含根据权利要求15至18中任一项所述调度器的移动终端。
21.一种包含发射器、根据权利要求15至18中任一项所述调度器和接收器的移动通信系统，该接收器还包括：
用于处理关于调度算法结果的信息的装置，以及
用于在没有分配单元被调度给接收器的调度帧的持续时间内关闭至少部分其接收电路的装置。
22.一种包含根据权利要求15至18中任一项所述调度器和发射器的移动通信系统，该发射器还包括：
用于处理关于调度算法结果的信息的装置，
用于在没有分配单元被调度给发射器的调度帧的持续时间内关闭至少部分其发射电路的装置。
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