DE602005003168T2

DE602005003168T2 - Verfahren zum Zuweisen von Ressourcen in einem Mehrträgerkommunikationssystem

Info

Publication number: DE602005003168T2
Application number: DE602005003168T
Authority: DE
Inventors: Young-June Choi; Sang-Bah Yun; Won-Hyoung Park; Sae-Woong Bahk; Jong-Tack Gwanak-gu Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd; Seoul National University Industry Foundation
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd; Seoul National University Industry Foundation
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2025-06-25
Also published as: CN1713561A; DE602005003168D1; US20050288030A1; US7542441B2; KR100943620B1; CN100574176C; KR20050123434A; EP1610573B1; EP1610573A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Mobilkommunikationssystem und insbesondere ein Ressourcen-Zuweisungsverfahren in einem Mehrfachträger-Kommunikationssystem.
1 veranschaulicht die Zuweisung von Ressourcen in einem herkömmlichen Schema der gemeinsamen Benutzung eines Einzelkanals. Unter Bezugnahme auf 1 priorisiert eine Ablaufsteuerung 103 in einer Basisstation (BS) Mobilstationen 105a bis 105d auf Basis ihrer Rückkanalstatus-Informationen. Die Ablaufsteuerung 103 bündelt Daten, die temporär in Übertragungspuffern 102a bis 102d gespeichert wurden, für die jeweiligen Mobilstationen 105a bis 105d entsprechend ihrer Stufen von Priorität unter Verwenden eines Kanalverteilers 104 und sendet die gebündelten Daten über eine Sendeantenne 106.
In dem obigen Kommunikationssystem der gemeinsamen Benutzung eines Einzelkanals hängt das Leistungsvermögen eines Systems von der Planung des zeitlichen Ablaufs ab. Trotz einer Zeitplanung mit guter Effizienz gibt es Beschränkungen für die Übertragung von Daten mit hoher Geschwindigkeit, da nur ein einzelner Kanal von einer Vielzahl von Benutzern gemeinsam benutzt wird.
Ein System, das auf einer Kommunikationstechnologie der nächsten Generation, OFDM (Orthogonl Frequency Division Multiple) basiert, kann mehrere Kanäle mit Hilfe einer Vielzahl orthogonaler Teilträger konfigurieren, was die Zuweisung von Ressourcen flexibler macht. Wenn ein MIMO (Multiple Input Multiple Output)-Schema oder ein Antennenfeld verwendet wird, können die Ressourcen auch gleichzeitig einer Vielzahl von Benutzern zugewiesen werden.
Ein neuer Trend im Bereich der Mobilkommunikationstechnologie ist auf die Rückmeldung der Kanalstatus-Informationen von jedem Kanal aus einer Mobilstation gerichtet.
In einem drahtlosen Hochgeschwindigkeitskommunikationssystem, wie beispielsweise CDMA HDR (Code Division Multiple Access High Data Rate) führt eine Mobilstation die Messung des Kanalstatus zu der Basisstation zurück. Auf Basis der Kanalstatus-Informationen plant eine Basistation einen Zeitablauf für die zu sendenden Daten und wendet eine geeignete Modulierung und Codierung an jedem Kanal an. Gleichzeitig mit der steigenden Anzahl an Kanälen nimmt das Volumen an Informationen, die von den Mobilstationen zu der Basisstation gerichtet sind, zu, und in dem drahtlosen Kommunikationssystem der nächsten Generation muss jede Basisstation, um eine Diversity (Verschiedenheit) zu erreichen, zwei oder mehr Kanäle zuweisen. Es besteht daher ein Bedarf danach, Ressourcen effizient zuzuweisen, wenn jeder Benutzer zwei oder mehr Kanäle anfordert.
Bei dem OFDM-System kann eine optimale Zuweisung der Ressourcen, die den Durchsatz des Systems maximiert, gefunden werden, indem alle möglichen Kombinationen ausprobiert werden. Die rechenbetonte Komplexität beim Herausfinden der optimalen Zuweisung der Ressourcen ist NP-schwer (Non-deterministic Polynomialtime hard) und ihre praktische Implementierung ist daher unmöglich.
Die US 2002/119781 A1 betrifft ein OFDM mit einer adaptiven Teilträger-Cluster-Konfiguration und selektiver Belastung. Ausführlich gesagt beschreibt sie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auswahl von Teilträgern für Systeme, die einen Orthogonal Frequency Division Multiplex-Zugriff verwenden. Ein beschriebenes Verfahren zur Auswahl von Teilträgern umfasst jeden der mehreren Teilnehmer messenden Kanäle und Störungsinformationen für Teilträger auf Basis von Bildzeichen in Form einer Probesendung, die von einer Basisstation empfangen werden, wobei wenigstens einer der Teilnehmer einen Satz von Kandidaten-Teilträgern auswählt, der Basisstation Rückmeldungsinformationen auf dem Satz von Kandidaten-Teilträgern bereitstellt und der eine Teilnehmer eine Meldung der Teilträger des Satzes von Teilträgern, die von der Basisstation für die Verwendung des einen Teilnehmers ausgewählt wurden, empfängt.
Die DE 198 00953 C1 betrifft die Zuweisung von Ressourcen in der Funkschnittschnittstelle eines Funkkommunikationssystems, dass das Anfordern von wenigstens eines bevorzugten Frequenzabschnitts, der dessen eigene Verbindung geeignet ist, durch jede Mobilstation, das Bewerten der Anforderungen in der Basisstation und das Zuordnen der Abschnitte einer jeweiligen Verbindung zu jeder Mobilstation umfasst.
Es ist entsprechend die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ressourcen-Zuweisungsverfahren zum Verringern der rechenbetonten Komplexität der Zuweisung von Ressourcen und zum Ermöglichen einer effizienten Ressourcenverwaltung in einem drahtlosen Mehrfachträger-Kommunikationssystem, in dem jeder Mobilstation zwei oder mehr Kanäle zugewiesen werden, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das obige Ziel wird durch Bereitstellen eines Ressourcen-Zuweisungsverfahrens in einem Mehrfachträger-Kommunikationssystem erreicht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ressourcen-Zuweisungsverfahren für ein Mehrfachträger-Kommunikationssystem mit einer Basisstation, die einer Vielzahl von Mobilstationen gemäß Rückkanal-Informationen von den Mobilstationen Ressourcen zuweist, bereitgestellt. Die Basisstation empfängt eine Ressourcenanforderungs-Nachricht von jeder Mobilstation, wählt einen Satz von Mobilstationen, die eine maximale Systemverstärkung ohne überlappte Ressourcen zu einem Zeitpunkt bieten, auf Basis der Ressourcenanforderungs-Nachrichten von allen Mobilstationen aus und weist die durch die ausgewählten Mobilstationen angeforderten Ressourcen zu den Mobilstationen zu.
Es wird bevorzugt, dass die Ressourcenanforderungs-Nachricht wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz und eine Nutzungs-Effizienz enthält, die erreicht werden kann, wenn Ressourcen, die dem wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz entsprechen, zugewiesen werden.
Es wird bevorzugt, dass die Systemverstärkung die Summe von Nutzungen (utilities) ist und die Nutzungs-Effizienz unter Verwendung der Signal-Rausch-Verhältnisse (signal to noise ratio, SNR) der Bitfehler-Raten (bit error rate, BER) oder der Paketfehler-Raten (packet error rate, PER) der Ressourcen, die dem wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz entsprechen, berechnet wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung erzeugt die Mobilstation in einem Verfahren zum Senden Kanalinformationen in einer Mobilstation in einem Mehrfachträger-Kommunikationssystem, in dem eine Basisstation einer Vielzahl von Mobilstationen gemäß Rückkanal-Informationen von den Mobilstationen Ressourcen zuweist, wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz, der wenigstens eine Ressource enthält, unter Berücksichtigung der Dienstgüte-Anforderung eines laufenden Dienstes oder einer Diversity-Bedingung, berechnet eine Nutzungs-Effizienz, die erreicht werden kann, wenn Ressourcen, die dem wenigstens einen Ressource-Indexsatz entsprechen, der Mobilstation zugewiesen werden und sendet Informationen, die den wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz und die Nutzungs-Effizienz angeben, an die Basisstation.
Es wird auch bevorzug, dass die Nutzungs-Effizienz unter Verwenden der Signal-Rausch-Verhältnisse der Ressourcen, die dem wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz entsprechen, berechnet wird. In dem Schritt des Erzeugens des Ressourcen-Indexsatzes wird ein Schwellenwert des Signal-Rausch-Verhältnisses für jeden Kanal eingestellt und eine Ressource, die ein Signal-Rausch-Verhältnis unter dem Schwellenwert des Signal-Rausch-Verhältnisses hat, aus der Überlegung ausgeschlossen.
Es wird weiter bevorzugt, dass die Nutzungs-Effizienz unter Verwenden der Bitfehler-Raten der Ressourcen, die dem wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz entsprechen, berechnet wird. In dem Schritt zum Erzeugen des Ressourcen-Indexsatzes wird ein Schwellenwert der Bitfehler-Rate für jeden Kanal eingestellt und eine Ressource, die eine Bitfehler-Rate über dem Schwellenwert der Bitfehler-Rate hat, aus der Überlegung ausgeschlossen.
Es wird bevorzugt, dass die Nutzungs-Effizienz unter Verwenden der Paketfehler-Raten der Ressourcen, die dem wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz entsprechen, berechnet wird. In dem Schritt zum Erzeugen des Ressourcen-Indexsatzes wird ein Schwellenwert der Paketfehler-Rate für jeden Kanal eingestellt und eine Ressource, die eine Paketfehler-Rate über dem Schwellenwert der Paketfehler-Rate hat, aus der Überlegung ausgeschlossen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in einem Verfahren zum Zuweisen von Ressourcen in einem MIMO-Kommunikationssystem, in dem eine Basisstation einer Vielzahl von Mobilstationen gemäß Rückkanal-Informationen von den Mobilstationen Ressourcen zuweist, die Basisstation eine Kanalanforderungs-Nachricht von jeder Mobilstation empfängt, einen Satz von Mobilstationen, die einen maximalen Systemausgang ohne überlappte Kanäle zu einem Zeitpunkt bieten, auf Basis der Kanalanforderungs-Nachrichten von allen Mobilstationen auswählt und den ausgewählten Mobilstationen Kanäle zuweist, die den durch die ausgewählten Mobilstationen angeforderten Antennen entsprechen.
Es wird bevorzugt, dass die Kanalanforderungs-Nachricht wenigstens einen Antennen-Indexsatz und eine Nutzungs-Effizienz enthält, die erreicht werden kann, wenn Kanäle zugewiesen werden, die dem wenigstens einen Antennen-Indexsatz entsprechen.
Es wird bevorzugt, dass der Systemausgang die Summe von Nutzungen ist und die Nutzungs-Effizienz unter Verwenden der Signal-Rausch-Verhältnisse, der Bitfehler-Raten oder der Paketfehler-Raten der Kanäle berechnet wird, die durch den wenigstens einen Antennen-Indexsatz angezeigten Antennen entsprechen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung empfängt die Basisstation in einem Ressourcen-Zuweisungsverfahren in einem OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)-Kommunikationssystem, in dem eine Basisstation einer Vielzahl von Mobilstationen gemäß Rückkanal-Informationen von den Mobilstationen Ressourcen zuweist, eine Teilkanalanforderungs-Nachricht von jeder Mobilstation, wobei ein Teilkanal durch eine Vielzahl von Teilträgern gebildet wird, wählt einen Satz von Mobilstationen, die einen maximalen Systemausgang ohne überlappte Teilkanäle zu einem Zeitpunkt bieten, auf Basis von Teilkanalanforderungs-Nachrichten von allen Mobilstationen, aus und weist den ausgewählten Mobilstationen Teilkanäle, die von den ausgewählten Mobilstationen angefordert werden, zu.
Es wird bevorzugt dass die Teilkanalanforderungs-Nachricht wenigstens einen Teilkanal-Indexsatz und eine Nutzungs-Effizienz enthält, die erreicht werden kann, wenn die dem wenigstens einen Teilkanal-Indexsatz entsprechen.
Es wird bevorzugt, dass die Systemausgabe die Summe von Nutzungen ist und die Nutzungs-Effizienz unter Verwenden der Signal-Rausch-Verhältnisse, der Bitfehler-Raten oder der Paketfehler-Raten der Teilkanäle, die dem wenigstens einem Teilkanal-Indexsatz entsprechen, berechnet wird.
Die obige Aufgabe und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlicher werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Figuren betrachtet wird, in denen:
1 den Aufbau eines Systems zum Zuweisen von Ressourcen in einem herkömmlichen Schema der gemeinsamen Benutzung eines Einzelkanals veranschaulicht;
2 ein drahtloses Kommunikationssystem veranschaulicht, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird;
3 einen Ressourcen-Zuweisungsgraphen für ein Ressourcen-Zuweisungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 die Formulierung eines Ressourcen-Zuweisungsgraphen in dem Ressourcen-Zuweisungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
5 ein Beispiel für einen Arbeitsablauf zum Erfassen einer 3er-Gruppe in dem Fall, in dem drei Spitzen eine Gruppe in dem Ressourcen-Zuweisungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden, veranschaulicht;
6 ein Beispiel für einen Arbeitsablauf zum Erfassen einer 4er-Gruppe in dem Fall, in dem vier Spitzen eine Gruppe in dem Ressourcen-Zuweisungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden, veranschaulicht;
7 ein Graph ist, der Ergebnisse einer rechnergestützten Simulation veranschaulicht, die Paketverwerfungs-Raten zwischen einer Ressourcen-Zuweisung aus dem Stand der Technik und der Ressourcen-Zuweisung der vorliegenden Erfindung mit vier Ressourcen vergleichen;
8 ein Graph ist, der die Ergebnisse einer rechnergestützten Simulation veranschaulicht, die die Verstärkungssummen zwischen der Ressourcen-Zuweisung und der Ressourcen-Zuweisung der vorliegenden Erfindung vergleichen;
9 ein Graph ist, der die Ergebnisse einer Simulation veranschaulicht, die die Paketverwerfungs-Raten zwischen verschiedenen Algorithmen zur Zuweisung von Ressourcen mit acht Ressourcen vergleichen; und
10 ein Graph ist, der die Ergebnisse einer Simulation veranschaulicht, die die Anzahl an Berechnungen in einem Algorithmus zum Durchsuchen einer Gruppe gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer eingehenden Suche, bei der alle möglichen Gruppen von Kandidaten-Ressourcen ausprobiert werden, vergleicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hierin im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben werden. In der folgenden Beschreibung werden allgemein bekannte Funktionen oder Konstruktionen nicht ausführlich beschrieben werden, da sie die Erfindung durch unnötige Details verschleiern würden.
2 veranschaulicht den Aufbau eines drahtlosen Kommunikationssystems, bei dem ein Ressourcen-Zuweisungsverfahren, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, angewendet wird. Eine Ablaufsteuerung 203 in einer Basisstation priorisiert Mobilstationen 205a bis 205d, bestimmt Kanäle, die diesen auf Basis der Rückkanalstatus-Informationen von diesen zugeordnet werden sollen und teilt einem Kanalverteiler 204 die Stufen von Priorität mit und ordnet die Kanäle der Mobilstationen 205a bis 205d zu. Der Kanalverteiler 204 ordnet den Kanälen Daten, die temporär in Übertragungspuffern 202a bis 202d, die den Mobilstationen 205a bis 205d entsprechen, gespeichert sind, gemäß den Stufen von Priorität und den von der Ablaufsteuerung 203 empfangenen Informationen über die Zuordnung der Kanäle zu. Die Daten werden dann über Antennen 206a bis 206d, die auch ihren jeweiligen Kanälen entsprechen, gesendet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung benachrichtigt jede Mobilstation die Basisstation über die Verstärkungen von einer Vielzahl von Kanälen. Die Basisstation analysiert die Informationen über die Kanalverstärkung und weist jeder Mobilstation zwei oder mehr Ressourcen zu. Der Effekt der resultierenden Diversity (Verschiedenheit) verbessert das Leistungsvermögen des Gesamtsystems.
Unter der Annahme, dass die Mobilstation einen oder mehrere gewünschte Kanalsätze auswählt und die Verstärkungen der ausgewählten Kanäle an die Basisstation meldet, ordnet die Basisstation der Mobilstation unter Berücksichtigung der gewünschten Kanäle Ressourcen zu. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nur ein Kanalsatz ausgewählt und der Basisstation gemeldet, dies stellt jedoch keine Einschränkung dar, und die Mobilstation kann der Basisstation auch zwei oder mehr Kanalsätze oder alle möglichen Kanalsätze zusammen mit ihren Inhalten und/oder Bitfehler-Raten melden.
Für ein besseres Verständnis des Ressourcen-Zuweisungsverfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass der Benutzer 1 mit den Ressourcen 1 und 2 eine 4-fache Verstärkung erreicht; der Benutzer 2 mit den Ressourcen 1 und 3 eine 6-fache Verstärkung erreicht; der Benutzer 3 mit den Ressourcen 2 und 3 eine 5-fache Verstärkung oder mit der Ressource 4 eine 4-fache Verstärkung erreicht; und der Benutzer 4 mit de Ressourcen 2 und 4 eine 5-fache Verstärkung oder mit der Ressource 3 eine 2-fache Verstärkung erreicht. Die gesamte Verstärkung wird ohne überlappte Ressourcen maximiert, indem die Ressourcen 1 und 3 dem Benutzer 2 zugeordnet werden und die Ressourcen 2 und 4 dem Benutzer 4 zugeordnet werden, wie in der Tabelle 1 veranschaulicht ist. Tabelle 1 – Ressourcen-Zuweisungstabelle

Ressourcenindex Verstärkung

Benutzer 1 1, 2 4

Benutzer 2 1, 3 6

Benutzer 3 2, 3 5

4 4

Benutzer 4 2, 4 5

3 2
Die vorliegende Erfindung stellt einen Algorithmus bereit, der einen speziellen Wert durch Zuordnen von speziellen Ressourcen zu speziellen Mobilstationen in Abhängigkeit einer Anforderung durch eine Mobilstation maximiert. Wenn die Verstärkung für jeden Benutzer gleich ist, entsteht die Schwierigkeit, so vielen Mobilstationen wie möglich Ressourcen zuzuweisen.
Unter Berücksichtigung der realen Qualität einer Kommunikation können die Werte Paketfehler-Raten sein. In der vorliegenden Erfindung wird das Problem einer optimalen Zuweisung von Ressourcen mit Hilfe eines theoretischen Ansatzes der graphischen Darstellung auf eine Weise, die die rechenbetonte Komplexität verringert, gelöst.
In der in Tabelle 1 beschriebenen Kanalumgebung berechnet jede Mobilstation die Nutzungs-Effizienz von zwei oder mehr, der Mobilstation zugeordneten Ressourcen und meldet die Indices und die Nutzungs-Effizienz der ausgewählten Ressourcen an die Basisstation. Die Anzahl der ausgewählten Ressourcen liegt insbesondere bei wenigstens 2. In einem Extremfall kann die Mobilstation die Nutzungen für alle Kombinationen an Ressourcen berechnen und die Informationen über die Nutzungs-Effizienz an die Basisstation senden. Die Nutzungs-Effizienz kann, je nach dem Zweck des Systems, ein Durchsatz an Benutzer oder eine Paketfehler-Rate sein. Zum Beispiel ist in einem MIMO-System die Paketfehler-Rate mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis als P_e(SNR) = b·SNR^aα, wobei α eine Verstärkung der Diversity ist und a und b Modulationsvariablen sind.
Nach dem Empfangen der Kanalinformationen von der Mobilstation erzeugt die Basisstation in Abhängigkeit von den Kanalinformationen einen Graph für die Mobilstation.
Die gesamte Nutzungs-Effizienz des Systems wird entsprechend der Zuweisung von Ressourcen an Benutzer bestimmt. Daher wird ein theoretischer Ansatz der graphischen Darstellung, der Ressourcen zuweist, verwendet, um die Nutzungs-Effizienz des Gesamtsystems zu maximieren. Die Tabelle 1 kann daher als Ressourcensätze ausgedrückt werden: (1, 2)1 = 4, (1, 3)2 = 6, (2, 3)3 = 5, (4)3 = 4, (2, 4)4 = 5 und (3)4 = 2.
Die Schreibweise (a_n1, ..., a_ni) = w definiert die Gewichtung (d.h. die Nutzungs-Effizienz) wobei w durch Auswählen einer Ressourcengruppe {a_n1, ..., a_ni) für den Benutzer j erhalten werden kann. Mit Kenntnis der Zuordnungssätze erzeugt die Basisstation einen Ressourcen-Zuweisungsgraphen, wie er in der 3 gezeigt ist, der einen Ressourcen-Zuweisungsgraphen veranschaulicht, der auf die Beschreibung eines Ressourcen-Zuweisungsverfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezogen werden soll.
Unter Bezugnahme auf die 3 wird der Ressourcen-Zuweisungsgraph durch eine Spitze (d.h. einen Knoten) für eine Kandidaten-Zuweisungsgruppe erzeugt. Der Spitze wird eine Gewichtung zugeordnet, und dann wird zwischen zwei beliebigen Spitzen ein and mit vollständig verschiedenen Ressourcen und Benutzern gezeichnet. Daher sind ein Knoten 302 des Benutzers 1, der die Ressource 1 und die Ressource 2 anfordert, über eine Verknüpfung 33 mit einem Knoten 303 für den Benutzer 4, der die Ressource 3 anfordert, verbunden. Der Knoten 302 ist über eine Verknüpfung 34 auch mit einem Knoten 304 für den Benutzer 3, der die Ressource 4 anfordert, verbunden. Der Knoten 303 ist über eine Verknüpfung 35 mit einem Knoten 304 verbunden, da sie verschiedene Ressourcen und verschiedene Benutzer aufweisen können. Der Knoten 304 ist über eine Verknüpfung 36 auch mit einem Knoten 302 für den Benutzer 2, der die Ressource 1 und die Ressource 3 anfordert, verbunden. Schließlich ist der Knoten 306 über eine Verknüpfung 37 mit einem Knoten 305 für den Benutzer 4, der die Ressource 2 und die Ressource 4 anfordert, verbunden.
Aus dem erzeugten Ressourcen-Zuweisungsgraphen werden Gruppen gefunden und eine Gruppe mit einer maximalen Summe an Gewichtungen wird als eine optimale Ressourcen-Zuweisung ausgewählt.
Mit der gegebenen maximalen Anzahl von mehreren Ressourcen innerhalb eines Bereichs, den das System berechnen kann, wird ein paralleler Divisionsalgorithmus oder ein serieller Divisionsalgorithmus zum Durchsuchen einer Gruppe verwendet.
Eine optimale Ressourcen-Zuweisung, die eine maximale Nutzungs-Effizienz des Systems anbietet, kann unter Verwenden des in der oben beschriebenen Weise gezeichneten Ressourcen-Zuweisungsgraphen bestimmt werden. Wenn die Anzahl an Ressourcen zunimmt, nimmt jedoch auch die Komplexität des Prozesses, die optimale Ressourcen-Zuweisung zu finden, zu. In diesem Zusammenhang wird angenommen, dass die maximale Anzahl von mehreren Ressourcen n gegeben ist, so dass das System die optimale Ressourcen-Zuweisung in Echtzeit finden kann. Wenn die Anzahl an Ressourcen n übersteigt, wird ein angenähertes, optimales Zuweisungsverfahren verwendet, in dem die Ressourcen durch n geteilt werden. Ein paralleler Divisionsalgorithmus oder ein serieller Divisionsalgorithmus werden für die angenäherte, optimale Zuweisung verwendet.
Der parallele Divisionsalgorithmus teilt die gesamten Ressourcen und Benutzer in Gruppen auf und wendet auf jede Gruppe den optimalen Zuweisungsalgorithmus an, so dass ein Benutzer nur über die Ressourcen innerhalb seiner Gruppe verfügt. Wenn jede Gruppe m_i Ressourcen hat, is m_i gleich oder kleiner als m_p, as eine optimale Ressourcen-Zuweisung erlaubt, wobei die Gesamtanzahl von Ressourcen mit der Gleichung (1) berechnet wird:
A_j=(S, A_i) sei eine Funktion zum Erhalten eines zugewiesenen Ressourcensatzes A_j, wenn eine Zuweisungsstrategie S angewendet wird, die eine Obermenge einer Gruppe von Sätzen von Spitzen in einer Ressourcengruppe A_i ist. De Algorithmus ist dann als Gleichung (2) angegeben:
Indessen verwendet der serielle Divisionsalgorithmus wiederholt den optimalen Zuweisungsalgorithmus, bis alle Ressourcen zugewiesen sind. Subopt(n) bezeichnet ein Verfahren zum Finden einer optimalen Zuweisung von m_p Ressourcen von Ressourcen, die einem Benutzer gerade zur Verfügung stehen. in diesem Ansatz wird Subopt(n) wiederholt auf die restlichen Ressourcen angewendet, wodurch ein angenähertes, optimalen Ergebnis erreicht wird. Der Algorithmus ist durch die Gleichung (3) beschrieben:
Opt und Subopt(n) in den Gleichungen (2) und (3) werden unten beschrieben werden.

1) Schritt 1: Unter Verwenden aller verfügbaren Ressourcen wird entsprechend der Dienstgüte eines Benutzers ein Graph erzeugt, wie er in der 3 gezeigt ist. Da der Rand zwei beliebige Spitzen nur dann miteinander verwendet, wenn die BS zwei Ressourcensätze gleichzeitig zuweisen kann, erfährt eine Spitze c die Anzahl der Nachbarspitzen um c, N(c).
2) Schritt 2: C₀ und C₁ seien die Sätze der Spitzen, deren N(/ C) entsprechend gleich 0 und 1 sind. Dann wird die Obermenge S der Sätze an Spitzen c der durch de Algorithmus erhaltenen, maximalen Gruppen in der Gleichung 4 angegeben: ∀c ∊ C0, S ← S∪{{c}} ∀c ∊ C1, S ← S∪{c, bc}}, N(c) ← N(c) – 1 (4)wobei das Zeichen einen Aktualisierungsprozess angibt.
3) Schritt 3: Einordnen aller Spitzen in C-C₀-C₁ durch die zunehmende Ordnung von N(/ C). Wenn alle N(/ C) gleich sind, werden zu zufällig angeordnet. Für eine Spitze c in der Reihenfolge der Einordnung wird ein gerichteter Graph von einer der Nachbarspitzen c, b_c bis c so erzeugt, wie in Fig. veranschaulicht ist. c ist hier als Nachfolger von b_c und b_c als Vorgänger von c definiert. Um der Einfachheit willen wird der gerichtete Graph einfach durch b_c → c dargestellt. Wenn ein gerichteter Graph erzeugt wird, wird de Rand zwischen c und b_c in dem ursprünglichen Graphen und N'(b_c) ← N'(b_c) + 1, in dem N'(x) die Anzahl von Nachfolgern der Spitze x angibt.
4) Schritt 4: Für eine Spitze c in der sortierten Ordnung und einem ersten Nachfolger von c, der mit c_f bezeichnet ist, wird ein gerichteter Graph durch c → c_f dargestellt. c_f kann bereits seinen eigenen Nachfolger c_f,s haben, das heißt c_f → c_f,s. Dann kann ein Teilgraph um c → c_f → c_f,s erweitert werden, wobei c als Hauptgruppe, c_f als eine erste Teilspitze und c_f,s als eine zweite Teilspitze definiert ist. Die Hauptspitze kann viele erste Teilspitzen haben und jede erste Teilspitze kann ebenso viele zweite Teilspitzen haben. Eine erste Spitze kann mit einer zweiten Spitze einer anderen ersten Spitze von der gleichen Hauptspitze identisch sein.

Zum Beispiel werden zwei gerichtete Graphen c_f → c_f' und c_f → c_f' → c_f,s betrachtet. Wenn c_f' und c_f,s die gleiche Spitze sind, bilden diese drei Spitzen (c, c_f, c_f') eine Gruppe.
5 veranschaulicht eine Vorgehensweise zum Durchsuchen von 3er-Gruppen, die jeweils aus drei Spitzen gebildet wurden.
Unter Bezugnahme auf 5 bilden die Spitzen (c, c₁, c₂), wenn ein Rand eine erste Teilspitze c₂ 52-2 einer Hauptspitze c 52 mit einer zweiten Spitze c_1,2 54-2 einer anderen ersten Spitze c₁ 52-1 der Hauptgruppe c 51 verbindet. Auf diese Weise werden die Gruppen für alle Hauptspitzen durchsucht und in S eingesetzt.

5) Schritt 5: Bei größeren Gruppen ist eine weitere Suche erforderlich, wenn min(N(c₁), N(c_f,s)) > 2.

6 veranschaulicht eine Vorgehensweise zum Durchsuchen von 4-er Gruppen, die jeweils aus vier Spitzen gebildet wurden.
Unter Bezugnahme auf 6 werden für eine erste Teilspitze c_f, einer Hauptspitze c Sätzen von 3-er Gruppen {c, c_f1, c_fi), ..., {c, c_f1, c_fz} gefunden. Wenn c_f1
{C_f1, ..., c_fz} werden maximale Gruppen unter c_f1, ..., c_fz gefunden. Um dies durchzuführen wird die Beziehung zwischen c_f1, ..., c_fz in den vorherigen, gerichteten Graphen gefunden.
Auf die gleiche Weise können große Gruppen weiter durchsucht werden. Die Komplexität des Algorithmus zum Durchsuchen von Gruppen nimmt mit der Größe der Gruppen zu. Daher wird in dem oben angenäherten, optimalen Zuweisungsverfahren die Größe einer Bezugsgruppe festgelegt und der Algorithmus zum Durchsuchen der Gruppen sucht nach einer optimalen Lösung innerhalb der Größe der Bezugsgruppe.
In dem Ressourcen-Zuweisungsverfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Algorithmus zum Durchsuchen von Gruppe so wie in Tabelle 2 aufgebaut. Tabelle 2 – Pseudo-Code des Algorithmus
Die 7 veranschaulicht die Ergebnisse einer computergestützten Simulation, die Paketverwerfungs-Raten zwischen einer herkömmlichen, auf dem Round Robin-(RR-)Verfahren basierten Ressourcen-Zuweisung und der Ressourcen-Zuweisung der vorliegenden Erfindung mit vier Ressourcen.
Es wird angenommen, dass für vier Ressourcen eine angestrebte Bitfehler-Rate 10^–4 beträgt und Pakete, die eine Verzögerungsgrenze von 20 msec in einer Warteschlange überschreiten, verworfen werden, wenn Sprachpakete von einer G.739-Kodiereinrichtung, die 8kbps unterstützt, erzeugt werden.
Wie in der 7 veranschaulicht ist, können viele Benutzer mit einer gegenüber dem RR-Verfahren verringerten Paketverwerfungs-Rate in den optimalen Ressourcen-Zuweisungen (Opt) der vorliegenden Erfindung bedient werden. In dem dem RR-Verfahren meldet Benutzer Kanäle, die eine angestrebte Bitfehler-Rate erfüllen, an die BS und die BS wählt der Reihe nach zufällig einen Kanal mit der angestrebten Bitfehler-Rate für jeden Benutzer aus. Zum anderen benutzt jeder Benutzer in dem optimalen Ressourcen-Zuweisungsverfahren, Opt (kein Div.), der vorliegenden Erfindung einen Kanal und teilt der BS die Kanäle mit, die eine angestrebte Bitfehler-Rate erfüllen. Dann wählt die BS Ressourcen aus, so dass die meisten Benutzer bedient werden können. In dem optimalen Ressourcen-Zuweisungsverfahren, Opt (Div.), der vorliegenden Erfindung teilt jeder Benutzer der BS einen oder mehrere Kanalsätze mit, die eine angestrebte Bitfehler-Rate erfüllen und die BS wählt Ressourcen aus, so dass die meisten Benutzer bedient werden können. Es wird angemerkt, dass die Verwendung einer Vielzahl von Kanälen bezüglich der Dienstgüte effizienter ist. In der Simulation wird nur der Algorithmus zum Durchsuchen von Gruppen verwendet. 8 veranschaulicht die Ergebnisse einer Simulation, die die Summen von Verstärkungen zwischen dem herkömmlichen RR-Verfahren und dem Ressourcen-Zuweisungsverfahren der vorliegenden Erfindung vergleichen, wenn eine Zielfunktion Σ-log(Pe) für die Bitfehler-Rate ist.
Während die Zielfunktion in 7 so vielen Benutzern wie möglich Ressourcen zuweist, wird das RR in der 8 mit der erfinderischen Ressourcen-Zuweisung hinsichtlich der Summe von Verstärkungen, wenn eine Zielfunktion Σ-log(Pe) für die Bitfehler-Rate ist, verglichen. Wie angegeben wurde, bietet die Ressourcen-Zuweisung der vorliegenden Erfindung größere Verstärkungen als der RR-Algorithmus.
9 ist ein Graph, der Paketverwerfungs-Raten unter Algorithmen zum Zuweisen von Ressourcen für acht Ressourcen vergleicht.
Die Paketverwerfungs-Raten sind für einen teiloptimalen, parallelen Divisionsalgorithmus mit m_p = 4, einen teiloptimalen, seriellen Divisionsalgorithmus und eine optimale Auswahl durch den Algorithmus zum Durchsuchen von Gruppen, der bis zu 8 Gruppen durchsucht, abgebildet. Beide heuristischen Algorithmen zeigen ähnliche Leistungsvermögen und führen eine vergleichbar optimale Auswahl durch.
10 ist ein Graph, der die Anzahl von Berechnungen zwischen einer eingehenden Durchsuchung und dem Algorithmus zum Durchsuchen von Gruppen ohne den parallelen und den seriellen Divisionsalgorithmus, die mit einer Analyse erhalten werden, vergleicht. Wie in der 10 veranschaulicht ist, erfordert der Algorithmus zum Durchsuchen von Gruppen der vorliegenden Erfindung weit weniger Berechnungen als die eingehende Suche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden, wie oben beschrieben ist, Ressourcen so zugewiesen, dass, wenn Benutzer mehrere Kanäle anfordern, die maximale Anzahl von Benutzern in Abhängigkeit von den Anforderungen der Benutzer bedient werden kann oder dass die gesamte Bitfehler-Rate oder die Paketfehler-Rate verringert wird.
Die Verwendung des erfinderischen Ressourcen-Zuweisungsverfahren für ein Mehrfach-Antennensystem, dass Kanäle für die jeweiligen Antennen einstellt, bewirkt eine Diversity der Sende- und Empfangsantennen und verbessert ebenso das Leistungsvermögen des Systems.
Ferner kann, wenn eine Vielzahl von Kanälen gleichzeitig verwendet wird und jedem Benutzer einer oder mehrere Kanäle zur Verfügung stehen, das Ressourcen-Zuweisungsverfahren die rechenbetonte Komplexität in einem System, in dem mehrere Benutzer die vorhandenen Kanäle gleichzeitig auswählen können, verringern.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf eine bestimmte bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde, versteht ein Fachmann, dass verschiedene Änderungen bezüglich der Form und der Einzelheiten daran vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er von den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Verfahren zum Zuweisen von Ressourcen in einem Mehrfachträger-Kommunikationssystem, in dem eine Basisstation einer Vielzahl von Mobilstationen (205a bis 205d) in Abhängigkeit von Rückkanal-Informationen von den Mobilstationen Ressourcen zuweist, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Empfangen einer Ressourcenanforderungs-Nachricht von jeder Mobilstation; Auswählen eines Satzes von Mobilstationen, die eine maximale System-Verstärkung ohne überlappte Ressourcen zu einem Zeitpunkt bieten, auf Basis der Ressourcenanforderungs-Nachrichten von allen Mobilstationen; und Zuweisen der durch die ausgewählten Mobilstationen angeforderten Ressourcen zu den ausgewählten Mobilstationen.
Ressourcen-Zuweisungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Ressourcenanforderungs-Nachricht wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz und eine Nutzungs-Effizienz enthält, die erreicht werden kann, wenn Ressourcen, die dem wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz entsprechen, zugewiesen werden.
Ressourcen-Zuweisungsverfahren nach Anspruch 2, wobei die Systemverstärkung die Summe von Nutzungen (utilities) ist.
Ressourcen-Zuweisungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Nutzungs-Effizienz unter Verwendung der Signal-Rausch-Verhältnisse der Ressourcen berechnet wird, die dem wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz entsprechen.
Ressourcen-Zuweisungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Nutzungs-Effizienz unter Verwendung der Bitfehler-Raten der Ressourcen berechnet wird, die dem wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz entsprechen.
Ressourcen-Zuweisungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Nutzungs-Effizienz unter Verwendung der Paketfehler-Raten der Ressourcen berechnet wird, die dem wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz entsprechen.
Verfahren zum Senden von Kanalinformationen in einer Mobilstation (205a bis 205d) in einem Mehrfachträger-Kommunikationssystem, in dem eine Basisstation einer Vielzahl von Mobilstationen gemäß Rückkanalinformationen von den Mobilstationen Ressourcen zuweist, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Erzeugen wenigstens eines Ressourcen-Indexsatzes, der wenigstens eine Ressource enthält, unter Berücksichtigung einer Dienstgüte-Anforderung eines laufenden Dienstes oder einer Diversity-Bedingung; und Berechnen einer Nutzungs-Effizienz, die erreicht werden kann, wenn Ressourcen, die dem wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz entsprechen, der Mobilstation zugewiesen werden; und Senden einer Ressourcen-Anforderungsnachricht, die den wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz und die Nutzungs-Effizienz anzeigt, zu der Basisstation.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Nutzungs-Effizienz unter Verwendung der Signal-Rausch-Verhältnisse der Ressourcen berechnet wird, die dem wenigstens einen Ressourcen-Indexsatz entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Erzeugungsschritt des Weiteren umfasst: Einstellen eines Schwellenwertes des Signal-Rausch-Verhältnisses für jeden Kanal; und Ausschließen einer Ressource, die ein Signal-Rausch-Verhältnis unter dem Schwellenwert des Signal-Rausch-Verhältnisses hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Nutzungs-Effizienz unter Verwendung der Bitfehler-Raten der Ressourcen berechnet wird, die dem wenigstens einem Ressourcen-Indexsatz entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Erzeugungsschritt des Weiteren umfasst: Einstellen eines Schwellenwertes der Bitfehler-Rate für jeden Kanal; und Ausschließen einer Ressource, die eine Bitfehler-Rate über dem Schwellenwert der Bitfehler-Rate hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Nutzungs-Effizienz unter Verwendung der Paketfehler-Raten der Ressourcen berechnet wird, die dem wenigstens einem Ressourcen-Indexsatz entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Erzeugens des Weiteren umfasst: Einstellen eines Schwellenwertes der Paketfehler-Rate für jeden Kanal; und Ausschließen einer Ressource, die eine Paketfehler-Rate über dem Schwellenwert der Paketfehler-Rate hat.
Verfahren zum Zuweisen von Ressourcen in einem MIMO (Multiple Input Multiple Output)-Kommunikationssystem, in dem eine Basisstation einer Vielzahl von Mobilstationen (205a-205d) gemäß Rückkanal-Informationen von den Mobilstationen Ressourcen zuweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen einer Kanalanforderungs-Nachricht von jeder Mobilstation; Auswählen eines Satzes von Mobilstationen, die einen maximalen Systemausgang ohne überlappte Kanäle zu einem Zeitpunkt bieten, auf Basis von Kanalanforderungs-Nachrichten von allen Mobilstationen; und Zuweisen von Antennen zu dem ausgewählten Satz von Mobilstationen entsprechend durch den ausgewählten Satz von Mobilstationen angeforderten Kanälen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Kanalanforderungs-Nachricht wenigstens einen Antennen-Indexsatz und eine Nutzungs-Effizienz enthält, die erreicht werden kann, wenn Kanäle zugewiesen werden, die dem wenigstens einen Antennen-Indexsatz entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Systemausgang die Summe von Nutzungen (utilities) ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Nutzungs-Effizienz unter Verwendung der Signal-Rausch-Verhältnisse der Kanäle berechnet wird, die den durch den wenigstens einen Antennen-Indexsatz angezeigten Antennen entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Nutzungs-Effizienz unter Verwendung der Bitfehler-Raten der Kanäle berechnet wird, die durch den wenigstens einen Antennen-Indexsatz angezeigten Antennen entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Nutzungs-Effizienz unter Verwendung der Paketfehler-Raten der Kanäle berechnet wird, die durch den wenigstens einen Antennen-Indexsatz angezeigten Antennen entsprechen.
Verfahren zum Zuweisen von Ressourcen in einem OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)-Kommunikationssystem, in dem eine Basisstation einer Vielzahl von Mobilstationen (205a-205d) gemäß Rückkanal-Informationen von den Mobilstationen Ressourcen zuweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen einer Teilkanalanforderungs-Nachricht von jeder Mobilstation, wobei ein Teilkanal durch eine Vielzahl von Teilträgern gebildet wird; Auswählen eines Satzes von Mobilstationen, die einen maximalen Systemausgang ohne überlappte Teilkanäle zu einem Zeitpunkt bieten, auf Basis von Teilkanalanforderungs-Nachrichten von allen Mobilstationen; und Zuweisen von Teilkanälen zu dem ausgewählten Satz von Mobilstationen als eine Funktion von Anforderungen von dem Satz von Mobilstationen.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Teilkanalanforderungs-Nachricht wenigstens einen Teilkanal-Indexsatz und eine Nutzungs-Effizienz enthält, die erreicht werden kann, wenn Teilkanäle, die dem wenigstens einen Teilkanal-Indexsatz entsprechen, zugewiesen werden.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei der Systemausgang die Summe von Nutzungen (utilities) ist.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Nutzungs-Effizienz unter Verwendung der Signal-Rausch-Verhältnisse der Teilkanäle berechnet wird, die dem wenigstens einen Teilkanal-Indexsatz entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Nutzungs-Effizienz unter Verwendung der Bitfehler-Raten der Teilkanäle berechnet wird, die dem wenigstens einen Teilkanal-Indexsatz entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Nutzungs-Effizienz unter Verwendung der Paketfehler-Raten der Teilkanäle berechnet wird, die dem wenigstens einen Teilkanal-Indexsatz entsprechen.