CN1943180A - 用最低资源参数执行调度算法的方法和计算最低资源参数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在无线通信系统的调度器(12)中执行调度算法的方法，包括步骤：从通信单元(200)获得最低资源参数，其中所述最低资源参数表示在一个调度帧内为满足资源约束而分配给该通信单元的最少资源；按照该最低资源参数在调度帧内为该通信单元调度用于无线接入的分配单元。本发明还涉及一种在无线通信网络的通信单元中执行的用于产生调度算法中使用的最低资源参数的方法，该调度算法按照该最低资源参数在调度帧内将用于无线接入的分配单元调度给该通信单元(200)，该方法包括步骤：基于该通信单元内为处理该调度帧所耗费的能量来计算最低资源参数；将所计算的最低资源参数发送给调度器。

Description

用最低资源参数执行调度算法的方法和计算最低资源参数的方法
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资源的无线通信系统。具体地说，本发明涉及一种用于执行如独立权利要求1所述的调度算法的方法和如独立权利要求2所述的计算用于调度算法的最低资源参数的方法。
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和从基站接收信息。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和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的传输方向上，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的传输方向，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、0FDM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)的要求(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一种执行可以使接收器在合理消耗运行和处理能量的情况下经济地运行的调度算法的方法。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种产生用于可以有效调度帧的调度算法的最低资源参数的方法。
这些技术问题是通过在独立权利要求1和2中提出的方法来解决的。
本发明基于以下认识：由例如可以是移动终端或基站的通信单元提供最低资源参数的消息，从而向调度器提供关于处理数据的能量消耗的信息。该消息携带了关于应当由调度器在调度帧内分配来用以无线接入通信单元的最低信道资源量的信息。无线接入应当理解成为了在诸如蜂窝系统、蜂窝系统的区段或专门网络的无线通信网络内从第二通信单元或节点(如基站、移动终端、无线接入点)接收数据或向其发送或接收数据，第一通信单元访问至少一部分无线资源(如逻辑信道、物理信道、频带、时隙、码等等)。因此这样的消息可以在不同的信号阶段或同时携带关于下行链路无线接入的信息以及关于上行链路无线接入的信息。
根据优选实施方式，最低资源参数可以表示在调度帧中给用户或服务的最低分配单元数或最低信息位数。根据一种变形，最低资源参数表示已处理的信息位与其在无线接入过程中的活动所耗费的处理和运行能量之比。
根据另一优选实施例，最低资源参数定期地由通信单元报告。可替换的，该最低资源参数可以在满足诸如电池能量状态或针对通信的能量链预算等能量管理条件时由调度器请求或由通信单元启动。
优选的，可以在调度算法中考虑其它调度参数如信道条件、可用于传输的数据量、服务质量、延迟、数据率和载波与干扰之比。
根据另一优选实施方式，能量消耗的确定包括考虑处理每一位的能量单位(可变消耗)和/或处理调度帧所耗费的能量单位(固定消耗)。通过这种方式，可以非常准确地确定消耗的能量。
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，其中18个分配单元形成一个调度帧。
图5示出用于执行本发明方法的接收器和发射器的结构详情。
图6揭示了图5所示发射器的更多细节。
图7示出按照本发明的实施方式计算最低资源参数的流程图。
图8示出按照本发明的另一优选实施方式计算最低资源参数的流程图。
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。
通常调度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。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。
在图5中发射器一般地用附图标记100表示，接收器用标记200表示。从该图中可以看出仅示出说明本发明所需要的细节。发射器和接收器的其它功能单元对本领域的技术人员来说是公知的，因此为简明起见省略。
发射器包括在调度帧内调度资源(分配单元)的调度器120。如上所述，不管是从网络还是从移动接收器接收的调度参数都定义了调度算法来建立通信，从而通过发送数据分组服务用户。
接收器200包括能量管理单元210和下面将详细描述的用于计算最低资源参数的计算单元220。
基于最低资源参数，调度器判断当前可用资源是否可以满足最低资源参数，如果可以则调度器在调度帧内将分配单元调度给该特定用户。如果由于资源短缺调度器无法满足所要求的最低资源参数，则根本不为该特定用户调度分配单元。其优点是资源可以在剩余的用户之间共享。此外，还保证接收器经济和合理地工作，即避免了为接收包含低于最低信息量的数据而消耗能量。
此外在本申请人于2004年3月31日递交的同为未决国际专利申请“AMethod and Scheduler for Performing a Scheduling Algorithm with MinimumResource Scheduling”中，描述了关于在不满足最低资源约束的情况下在调度帧内释放分配单元的其它策略。
图6以框图形式示例性示出用于执行本发明调度算法的发射器(如基站或移动站)的某些结构细节。
从该图中看出，发射器100包括调度器120、控制单元130和检查与释放单元110。发射器的所有其它常见结构细节因为和本发明没有直接关系而被省略。调度器120和控制单元130一起实现调度算法。检查与释放单元4以图7和图8所示的方式接收在接收器200(图5)中产生的最低资源参数。该最低资源参数优选存储在由控制单元130存取并可以在系统初始化时或在从接收器或系统的网络控制器接收到对应的命令时更新的缓冲存储器150中。
最后，发射器100(以及接收器200)包括发射和接收电路140，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，涉及最低资源参数的数据发送给该系统的其它通信单元或从其它通信单元接收。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。
尽管上述描述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。
图7示出按照本发明的实施方式用于计算最低资源参数的基本步骤，其中最低资源参数可用于接收数据。因此最低资源参数由每调度帧内接收的信息位与接收该信息位所耗费的能量之比表示。
为了计算该比率，首先在步骤310中确定每调度帧的信息位的个数。此外，在步骤320确定接收该信息位所耗费的能量单位，包括每调度帧的处理和运行能量。该能量单位可以大致分为接收一个调度帧所耗费的能量单位，包括开销消息发送、接收器电路的有效运行、CRC校验和等等，用附图标记322表示。这些能量单位通常称为固定消耗，因为它们与每一调度帧内接收到的消息量没有什么直接关系。
此外，还考虑了代表可变消耗因素的、接收每一信息位所耗费的能量单位，以附图标记324表示。
基于步骤310和320的确定结果，所接收的信息位与耗费的处理和运行能量之比可以定义如下：
Figure A20048004266400091
显然，η越大，从经济观点来看移动终端运行得越好。为了判断接收器是否正经济上合理地工作，分配给该接收器的资源应当超过等于特定阈值ηth的最低资源阈值ρth。由于不同的移动终端使用不同的体系结构，因此在设计通信系统时有很多终端能力是无法预见的。因此需要利用空气接口将该阈值报告给网络。
通常所耗费的可变能量单位主要取决于已处理的位数。但是还可能存在可变消耗取决于其它量的情况。这样的量包括但不限于已处理的分配单位、调制符号、FEC码块或互联网协议分组的数量。
图8描述了用于计算针对调度帧的超过阈值比率的最低分配单元数的另一实施方式。为了计算已分配资源ρth的最低数量，首先获得由网络给出的每调度帧已接收的信息位与接收所耗费的能量之比ηth(步骤340)。此外在步骤350中需要确定接收、处理和运行每一调度帧所耗费的能量单位。基于步骤340和350的结果，在步骤360中根据下面给出的等式(2)计算超过阈值ηth所需要的最低分配单元数ρth。
分配的资源和接收的信息位之间的确切关系取决于通信系统。除了传输纯信息数据之外几乎总是会传送其它某种类型的消息。因此能量单位消耗可以分为固定消耗和可变消耗。
例子：
对该例子采用以下假设：
1.一个分配单元(au)可以发送1000个信息位。
2.CRC校验和附加在一个调度帧的信息数据之后，其大小为24位(＝固定消耗)。
3.对于相关的消息，在每个调度帧内需要发送另外48位开销(＝固定消耗)。
4.对于每个已接收的位，接收器需要耗费1个能量单位(pu)(可用于固定消耗和可变消耗)
5.对于全部有效操作，接收器对每一调度帧需要耗费2000个pu(＝固定消耗)。
第一种情况
每一调度帧所分配的资源ρalloc足以向用户发送一个分配单元，ρalloc＝1au/帧。因此，
Figure A20048004266400101
第二种情况
所分配的资源足以向用户发送16个分配单元，ρalloc＝16au/帧。
因此，
第三种情况
如果(例如由通信系统)给定阈值ηth＝0.5位/pu，则超过该阈值所需的最低分配单元数为：
Figure A20048004266400103
Figure A20048004266400111
因此在一个调度帧内分配的最低资源数ρalloc≥ρth应当是3或更多。
应当注意阈值ηth可以在设计通信系统时给定，也就是从BS(或网络)发送给移动终端，或由移动终端例如根据电池状态自动确定。
还要注意本方法扩展到数据的发送(例如在上行链路上)对本领域的技术人员是显而易见的，而不管调度器是驻留在基站还是移动终端内。
通过移动终端的消息发送可以定期地(例如每一帧、每个指定时间间隔一次等等)或在网络或基站特殊请求时进行。另一机制可以是在由移动终端启动时——例如当电池容量下降到特定水平之下——发送最低资源参数的消息。按照这种方式，可以定义经济等级值来表示资源或位数范围(例如等级I可以表示一到两个分配单元，等级II可以表示3到5个分配单元；等级A表示1000到1500个位，等级B可以表示1501到3800个位等等)。
另一个使消息发送成为必需的可能条件是在建立连接过程中或在基站和移动终端之间的呼叫过程中。
最后，上述示例性计算或获得的阈值可能受到移动终端的实际电池能量状态、与固定能量链网络的可能能量连接、连接的持续时间、或基站和移动终端之间通信的能量链预算的影响。

Claims (17)

1.一种用于在无线通信系统的调度器中执行调度算法的方法，包括步骤：
从通信单元获得最低资源参数，其中所述最低资源参数表示在一个调度帧内为满足资源约束而分配给该通信单元的最少资源，
根据该最低资源参数在调度帧内将用于无线接入的分配单元调度给该通信单元。
2.一种在无线通信网络的通信单元中执行的用于产生在调度算法中使用的最低资源参数的方法，所述调度算法根据该最低资源参数在调度帧内将用于无线接入的分配单元调度给该通信单元，该方法包括步骤：
基于对该通信单元内为处理该调度帧所耗费的能量的确定来计算最低资源参数，
将所计算的最低资源参数发送给调度器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述最低资源参数表示在调度帧中调度给用户或服务的最低分配单元数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述最低资源参数表示每一调度帧中给用户或服务的最低信息位数。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述最低资源参数表示已处理的信息位与通信单元在无线接入过程中所耗费的处理和运行能量的最低比率。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述最低资源参数表示在调度帧中足以超过能量效率阈值的量。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述最低资源参数被定期地由通信单元向调度器发送。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述最低资源参数在调度器请求时由通信单元发送给调度器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述最低资源参数的发送在满足能量管理条件时由通信单元启动。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述调度步骤包括考虑至少一个以下调度参数：信道条件、可用于传输的数据量、服务质量、延迟、数据率和载波与干扰之比。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，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。
12.根据权利要求1至11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、代码块或调制符号中的任一个。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，所述最低资源参数由通信单元在一个与发送分配单元的数据信道相关的单独的控制信道上发送。
14.根据权利要求2所述的方法，其中，所述计算步骤还包括考虑附加在调度帧的信息位后的相关开销消息。
15.根据权利要求2所述的方法，其中，能量消耗的确定包括处理每一位的能量单位和/或处理调度帧所耗费的能量单位。
16.一种移动终端，包括：
用于计算在调度算法中使用的最低资源参数的装置，所述调度算法根据该最低资源参数在调度帧内将用于无线接入的分配单元调度给通信单元，该装置基于对该通信单元内为处理该调度帧所耗费的能量的确定来计算最低资源参数，
用于将所计算的最低资源参数发送给无线通信系统的基站或网络资源控制器的装置。
17.一种无线通信网络的基站，包括：
用于获得最低资源参数的装置，其中所述最低资源参数表示在一个调度帧内为满足资源约束而分配给该通信单元的最少资源，以及
用于根据该最低资源参数将进行发送和接收至少其中之一的分配单元调度给移动终端的装置。
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