TWI238629B - Method and apparatus for scheduling packet data transmissions in a wireless communication system - Google Patents

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TWI238629B TW091118246A TW91118246A TWI238629B TW I238629 B TWI238629 B TW I238629B TW 091118246 A TW091118246 A TW 091118246A TW 91118246 A TW91118246 A TW 91118246A TW I238629 B TWI238629 B TW I238629B
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Description

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發明領域 本發明係有關於無線資料通信。更明確而言，本發明係 有關用以在無線通信系統中排程封包資料傳輪之新改良方 法及裝置。 ~ 又 發明背景 在一無線通信系統中，一基地台能多重行動使用者通 信。無線通信包括低延遲資料通信，例如語音或視訊傳 輸、或例如封包資料傳輸的高資料率通信，此已在…”年 11月3日所申請的美國專利案號08/963,386名稱“METH〇D AND APPARATUS FOR HIGH RATE PACKET DATA TRANSMISSION，，中揭示，在此僅列出供參考。 封包 > 料傳輸不需要低延遲傳輸，因此允許基地台彈性 在系統中排程行動使用者傳輸。只要排程，基地台便可在 一特定時間時期儘可能將資料傳送給單一行動使用者。大 體上，一系統的封包資料行動使用者的排程具有兩個目 “。第一目標是將每個通道的利用最佳化。第二目標是平 均分派行動使用者的傳輸。兩目標有時會衝突。例如，通 道品質情況與一特定使用者的未決定資量會以其他使用者 為犧牲代價以過度時間配置給該使用者。 因此，需要的是用以排程行動使用者的通道敏感封包資 料傳輸之一合理方法。 發明概述 揭示的具體實施例係提供用以在無線通信系統中將封包 貝料傳輸排程之一新改良方法。在一觀點方面，在適於封 本紙張尺度適用巾國國家標準(CNS) A4規格(2lf 297公釐）
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五、發明説明（ 包資料傳輸的一無線通信系統中，一方法包括複數個行動 台的接收資料率請求指示符，反應該等資料率請求指示符 而计异複數個行動台的優先權函數值，及根據該優先權函 數值而排程該等行動台的傳輸。 根據另一觀點，一無線裝置包括··一優先權因素計算單 元’其能從行動台接收資料率請求，並且反應而產生功率 因素值；及一棑程單元，其係耦合到該優先權因素計算單 元，該排程單元適於排程資料傳輸。 根據仍然另一觀點，用以在無線通信系統中排程封包資 料交易之方法包括決定一群使用者；計算至少一部分使用 者群的優先權函數；排程據具有來自一部分使用者群的未 決定資料傳輸的一第一組使用者；及反應該資料率請求指 示符而更新該第一組使用者的優先權函數。 圖式之簡單說明 目則揭示的方法及裝置的特徵、目的、與優點可從下列 連同附圖的詳細描述而變得更顯然，相同參考數字是表示 類似元件，而且其中： 圖1係根據一具體實施例而描述形式一無線通信系統的方 塊圖； 圖2係根據一具體實施例而描述形式用以排程在圖1系統 中的封包資料傳輸的方法流程圖； 圖3係根據-具體實施例而描述形成如圖又所 台 方塊圖；及 圖4係根據一具體實施例而描述形成分
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-5- 1238629 A7 -_______Β7 __ 五、發明説明（3 ) 基地台方塊圖。 圖5係描述在封包資料傳輸系統中將使用者排程的一方法 100 〇 較佳具體實施例之詳細說明 在本發明的一具體實施例中，一展頻無線通信系統的基 地台是根據一每使用者優先權函數（pF)瞬間值而排程行動 使用者的封包資料傳輸。使用者排程優先權是與pF值有 關’其中一高PF值係表示一高排程優先權，而且一低pF值 係表示一低優先權。在一觀點方面，用以決定pF值的一方 法疋根據一資料率請求指示符（RRI)所表示的一通道情況。 该方法亦認為是服務品質（q〇s)需求所要求的一合理標 準。此一方法是在發射器端執行下提供防止非零緩衝的健 全保濩。在一具體實施例中，資料率請求指示符是一資料 率請求（DRR)。在另一具體實施例中，資料率請求指示符 疋載波-干擾（C/1)資訊。另一具體實施例可實施其他類型的 資料率請求指示符或預測者。在具體實施例中，基地台可 計算多重行動使用者的一優先權函數（PF)。每個pF是一特 定行動使用者的資料率請求指示符與計畫輸貫量的一函 數。優先權函數值允許基地台排程具有未決定資料的主動 行動單7L。排程可產生多重行動台的配置傳輸時間的大約 相等共用到。 排程配置可透過減少與指定資料率有關的不利影響而改 良通道敏感度。實際資料率指定可提供量化的傳輸率。此 會在系統中造成資料率的大略調整。實際資料率可被切除 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1238629 A7 B7 五、發明説明（4 ) 或處理，以符合指定與可用的資料率。透過使用一資料率 請求指示符來決定一傳輸資料率，資料率可根據系統的實 際需求與操作環境調整。 在圖1的描述具體實施例中’無線通信系統10包括一基地 台12，其可經由傳播介面或無線電鏈路而與行動台14與行 動台16通k。基地台12可處理该荨行動台16每一者的個別 傳輸。如前述，行動台14是採用例如語音通信的低延遲資 料通信類型服務，而行動台16是採用高率封包資料通信。 在基地台12與行動台14之間的通信是以即時執行，因此所 有主動通信可同時與同步執行。對照下，與行動台16的封 包資料通#可配排程’其中多重行動台16的通信能在一特 定時間上同時傳輸。其他具體實施例允許超過該等行動台 16之一的同時傳輸，以尋找最佳化通道利用。 圖2係描述在系統10中用以排程行動台16的一方法18。在 步驟2 0 ’處理是透過決定在系統1 〇中的一群主動行動使用 者而開始。在群中的行動台16、或使用者的總數是指定為 “ N”。如果N等於0 ’在步驟22，處理便會結束，否則處理 會持續步驟24，以計算在該群中‘‘ μ”位使用者的一部分中 的每位使用者的PF，其中Μ位主動使用者具有未決定的資 料。PF計算是根據下列方程式執行： PF(j) =~PRR(J)，f〇r j = l, ..., Μ, (i) T’(j) 其中j是對應具未決定資料的Μ位主動使用者的一使用者索 引。在具體實施例中，一資料率請求指示符是以DRR(j)實 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1238629 A7 --------B7__一 五、發明説明（5 ) ' - 施，資料率請求（DRR)是從使用者j接收，其中j=i，…，％。 在分子的通道敏感率請求指示符可提供比例將系統ι〇的使 用者排程。資料率請求指示符然後除以與每位使用者』有關 的-預估輸貫量T，(j)。雖然實際輸貫量不是直接使用在此 方程式（1)的計算，但是每位使用者j的實際輸貫量能以T(j) 表示。 從一部分具未決定資料的Μ位主動使用者，在步驟26，一 進一步部分是由排程傳輸的“Κ”位使用者決定。在具體實 施例中，一部分Κ位使用者是根據系統建構與一預定排程策 略决疋。時常Κ- 1、或κ疋限制在單一使用者。然而，κ可 以是小於或等於Μ的任何數值。根據計算的pF值，基地台 是步驟28排程“K”位使用者。注意，K位排程的使用者係構 成一部分N位主動使用者，即是，（KsM<N)。基地台12然 後根據步驟2 8的排程而在步驟3 0傳送封包資料傳輸。傳輸 包括傳輸功率、功率控制、資料傳輸率、調變、及其他傳 輸參數的決定。同時注意，基地台12能將低沿遲傳輸傳送 給行動台14。 在步驟3 2，基地台12能夠以從每個排程使用者接收的一 對應率請求指示符的一函數而更新K位排程使用者每位的每 個預估輸貫量Τ’。下列公式係根據具體實施例而描述排程 使用者的Τ’更新計算： Τ丨(j，η+1) = (ΐ-α) · T，(j，η) + α · DRR(j)， (2) 其中對於具有索引η的數位取樣而言，α是用於排程的一平 滑濾波器的時間常數。在一具體實施例中，時間常數是與 -8 - 本紙張尺㈣M ® g家標準(CNS) Α4规格(210 X 297公爱) ' " 1238629 A7 ___B7__ 五、發明説明（6 ) 每個行動台16的目標QOS及/或速度有關。在具體實施例 中’ 一資料率請求指示符是以從使用者j接收的資料率請求 (DRR) DRR(J)貫施’其中J=;[，…·，N。分子的通道敏感率 請求指示符是將比例提供給系統1 〇的使用者排程。資料率 請求指示符然後除以與每位使用者j有關的預估輸貫量 Τ’（ j)。雖然實際輸貫量不是直接使用在此方程式（1),但是 母位使用者j的實際輸貫量是以T (j)表示。而是，排程方法 是根據從該使用者接收的資料率請求指示符而預測或預估 每位使用者的輸貫量。資料率請求指示符可以是經由一資 料率控制（DRC)通道傳輸的DRR，其中使用者可決定傳輸通 道品質’及決定一對應的資料率請求。傳輸通道的品質可 以是使用者接收的傳輸C/1測量，其中一對應DRR是與例如 經由一查表的C/Ι有關。在一具體實施例中，使用者可將 C/1率傳送給基地台12，而且基地台12可根據c/1而決定一 資料率。或者，使用者可根據使用者接收的傳輸資料錯誤 而決定請求的資料率。使用者可使用多種方法來決定請求 基地台的資料率。同樣地，使用者可實施用以從基地台請 求一資料率的資料率請求指示符。此外，在一具體實施例 中，不同行動台16可實施不同資料率請求指示符。 在步驟34，如果K<M，處理便會持續步驟36，以更新在1^ 位主動使用者群中非排程使用者的每個丁，，即是使用者不 包括在Μ位排程使用者。非排程使用者的預估輸貫量是以 下式提供： Τ·(ί，η+1)=(1，α) · Τ丨(i，n)， （3) _______________- 9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 1238629 A7 B7 五、發明説明（7 ) 其中1= 1，···，（M-K)。在此，對於使用在更新與非排程使用 者有關的每個PF的預估輸貫量計算而言，資料率請求指示 符係假設為零。處理然後會返回步驟26，其中更新的pF值 可用來持續排程仍然具有未決定資料的任何使用者。 具體實施例可更新每位使用者的PF值，好像每個行動台 16始終具有足夠量的未決定資料，而且每行動台16所請求 的資料率可實現。因此，只要緩衝器具有傳送的至少一位 元資料’經由如方程式（1)-( 3)計算的PF所產生的排程序列 對於傳輸緩衝器的任何不可預測狀態是不敏感。 圖3係進一步詳細描述基地台12，包括接收的信號、處 理、與傳輸。如前述，基地台12是從多重行動台16接收例 如DRR或C/1的一資料率請求指示符。控制資訊是從至少行 動台1 6接收，而且亦從例如一基地台控制器（未在圖顯示） 的中央控制器接收。基地台是從例如網際網路的一網路（未 在圖顯示）接收視為“中樞交通，，的路由。基地台12係反應這 些信號而將資料傳送給行動台16。 圖4係進一步描述基地台12的一排程器部分。基地台12包 括一群計算單元4〇，用以決定在一特定時間主動的行動台 編號與識別16。主動行動台16是與基地台12通信，但是不 具有任何未決定資料傳輸。群計算單元4〇是從行動台16與 BSC (未在圖顯示）接收控制資訊，而且亦從一網路（未在圖 顯示）接收路由。反應上，群計算單元4〇可將使用者識別資 訊提供給PF計算單元42，而使用者識別資訊是使用者 ID(j) ’其中及=1，. ··，N。使用者識別資訊是提供給系統10 ____-10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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的所有N位主動使用者。 PF計算單元42是從例如DRR(必的行動台16接收資料率靖 求指示符。PF計算單元42是根據方程式（1)而使巧i資料率= 求指示符來決定每位使用者的一 pF。具有未決定資料 j=l，…，K的所有使用者的1>1：(])是提供給一排程單元仏。排 程單元46可決定在與PF(j.)有關的各種不同使用者之中的一 排程。排程單元46可將排程資訊提供給傳輸電路48。膽八 IN亦提供給傳輸電路48，以根據產生Dat‘〇u 丁的排程資 訊來傳輸資#。排程資訊亦提供給一言十算單元5〇 ,以更新 主動N位使用者的預估輸貫量。排程的使用者可根據方程式 (2)更新，而非排程的使用者可根據方程式（3)更新。對於 更新該預估的輸貫量值而言，計算單元5〇可接收行動台16 的資料率請求指示符。具未決定資料㈣位使用者的―部 分使用者的更新預估輸貫量值然後提供 4 以更新PF值。計算單元5。包括一平滑渡波器=:;2窮 脈衝響應(HR)濾波器。平滑濾波器的搭接係數濾是可建 在一範例中，一行動台丨6具有每】主 3 ^ h時3公里的速度，且遇
到5 · 4赫茲的督·卜勒頻率f 。預Y士仏I PP預估輪貫量係根據具有近 似2 日才間常數T w的方程式（2)和（3)而、仓v ^ ^ V ^ 1 而進行IIR平滑濾波。 IIR濾波器搭接係數α如下列關係，糾_ T關係;切不是與時間常數Tw有 關：
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秒訊框持續時間的的時間常數，即是每 y Λ c大體上，α的計算包括先決定反映一合理限制 的傳，服務品質’丨中每個行動台16是配置在—容許量中 的微量時間。計算然後可脾田 ° 統輸貫量。〜、後了將α取佳化，以達成最佳的真正系 、在另-具體實施例中’比例合理演算法係實施結合一延 遲項的合理標準1確而言’延遲是從—資料封包到達的 時間而在基地台上測量’直到資料從Bs傳送給使用者或⑽ 為止。延遲可被測量，直到傳輸開始或傳輸結束為止。延 遲可有效測量傳輸前的的資料在BS維持的時間。資料是儲 存在4丁歹J或在基地台！ 2 (未在圖帛示）的其他記憶體儲存 裝置。 通㊉比例合理演异法係維繫在一組使用者之中最大輸 貫量之間的平衡，及將輸貫量合理配置給個別使用者。然 而，演算法不保証可滿足個別使用者的特殊延遲需求。透 過修改比例合理優先權函數pF來包括一延遲敏感項，結果 便可提供與延遲需求一致的排程。注意，延遲需求典型是 由一作業標準所指定。 在具體K施例中，系統使用者的延遲需求是以時間函數 (例如d，以秒為單位）提供給基地台12。基地台然後將一時 間延遲臨界值τ提供給每位使用者。明確而言，基地台是儲 存使用者的i=l，··，Ν的值Ti，其中Ν是在一特定時間的使用 者總數。計算使用者的傳統比例合理優先權是如下式所 示： ____-12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1238629 A7 B7 五、發明説明（1〇 )
DRC "~T~ (5) 其中DRC是一特定MS持續的資料率 貫量。 透過將方程式（5)修改成 而且T是使用者的輪
DRC T g(d) 下示：(6) PF計算係合併使用者延遲函數的一延遲函數g(d)。 如此，當他的延遲透過方程式（6)的應用超過一預定臨界 值時’排程方法便可將優先權提供給使㈣。當延遲減少 到低於臨界值時，使用者的優先權便可依方程式（5)計算。 圖5係描述用以在一封包資料傳輸系、統中排程使用者之方 法100。該處理係計算如在步驟1〇2的山所指定使用者丨的延 遲。延遲山然後與臨界值T i相比較。臨界值τ i是對於使用者i 是特殊的。另一具體實施例可實施所有使用者的單一臨界 值。此外，臨界值^可以是在系統操作期間更新的一動態 臨界值。如果使用者延遲是大於在判斷菱形方塊1〇4的臨界 值，處理便會在步驟106計算di的一延遲函數g(d)，其中該 函數是定義為： Λ g(di) = l+k*MAX(〇3 (di-ii)) ⑺ 如果使用者延遲是小於或等於臨界值，延遲函數g( d)是 在步驟10 8計异’且如下式提供： g(d〇 == 1 (8) 處理然後使用在步驟1 〇 6或1 〇 8計算的延遲函數而在步驟 110應用一 PF。該PF是依下式提供： PFj = (DRCj/Ti) *g(dj) (9) 在步驟112，該處理是根據PFi而排程使用者丨。另一具體 ____-13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1238629 A7
實施例可實施與一特定通信系統的需求、效率 致的多種延遲函數之中任-者。在另-具體實施例；: 遲函數是如下式定義： 、 (10) 或明確而言 g(di) = I+k*MAX(0, f(drTi)) 其中f()係表示延遲的一遞增函數 遞增函數。 另 數： 具體貫施例係實施如下列方程式所定義 的延遲函 g(d丨）^ 1，其中山<\ ;及 (11) gWO = drcmax/drcave，其中山^ (12) 裝 訂
線 其中DRCMAX是所有使用者的1；)11(：3最大值，而且 使用者i的DRC的平均值。方程式（11)和（12)的延遲函數E = 調整如同與其他使用者有關的使用者延遲函數的一特定使 用者的PF。因此，如果使用者丨的DRC的平均請求資料率實 質小於在具有未決定資料的主動組中所有使用者的最大 DRC，及如果使用者遇到違背臨界值的一延遲，使用者丨便 會接收一增加的優先權。 在仍然是另一具體實施例中。方程式（5)的PF是被修改成 如取代延遲的輸貫量函數的優先權，其中pF是依下式計 算·· DRC 丁 g(Ti) (13) 合併一輸貫量函數g(Ti)。輸貫量函數係反映使用者丨的輸貫 量。明確而言，如果輸貫量几是大於一輸貫量臨界值，那 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 1238629 A7 B7
麼 (14) 那麼 g(Ti) =1 ;及 如果輸貫量Ti是小於或等於輸貫量臨界值 g(Ti)=DRCMAX/DRCAVE (15) 如此，使用者優先權可反應接收的輸貫量而修改。當輸貫 量太低，即是，在或低於臨界值時，PF會增加。否則，停 先權函數便依方程式（5)計算。因此，如果平均的請求資^ 率，即是使用者i的DRC實質小於在具有未決定資料的主動 組中所有使用者上的最大DRC，且如果使用者遇到達背輸 貫量臨界值的一輸貫量，使用者i便會接收一增加優先權。別 此外，另一具體實施例可實施例如在2〇〇ι年2月由 Matthew Andrews 等人在 IEEE Communicati〇ns 乂叫如以第 150-1 54 頁名稱 “Providing Quality of Service 〇ver a Shared
Wireless Link”中指定的多種延遲函數，其在此僅列出供參 考。 因此’用以在無線通信系統中排程封包資料傳輸的一新 改良方法及裝置已描述。在技藝中熟諳此技者可了解到上 述的資料、指令、命令、資訊、信號、位元、符號、與晶 片能以電壓、電流、電磁波、磁場或粒子.、光域或粒子、 或任何組合表示。仍然是另一具體實施例可實施例如在由
Niranjan Joshi 等人於 ACM Mobicom 2000 名稱 “Downlink Scheduling in CDMA Data Networks” 中指定的延遲函數， 其在此僅列出供參考。 熟諳此技者可進一步了解到在此揭示具體實施例描述的 • 15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公董) 1238629
各種不同說明邏輯方塊、模組、電路、與演算法步驟能以 電子硬體、電腦軟體、或組合實施。各種不同說明元件、 方塊、模組、電路、與步驟通常是從他們的功能描述。功 能是否以硬體或軟體實施是因整個細統的特殊應用與設計 限制而疋。熟諳此技者可確認在這些環境下的硬體與軟體 疋可互換性，而且可最佳實施每個特殊應用的描述功能。 如範例所示，在此揭示具體實施例中描述的各種不同說 明邏輯方塊、模組、電路、與演算法步驟能夠以一數位信 號處理器（DSP)、一應用特殊積體電路（ASIC)、一場程式 化閘陣列（FPGA)或其他可程式邏輯裝置、非連續閘或電晶 體邏輯、例如暫存器與FIF0的非連續硬體元件、執行一組 韌體指令的處理器、任何傳統程式化軟體模組與一處理 器、或執行在此描述功能的任何組合來實施或執行。處理 器可以是一微處理機；或者，處理器可以是任何傳統處理 器、控制器、微控制器、或狀態機器。軟體模組可儲存在 RAM记憶體、快閃記憶體、^^“記憶體、EpR〇M記憶體、 EEPROM §己憶體、暫存器、硬碟、一可移除磁碟片、一 cD_ ROM、或在技藝中已知的任何其他形式的儲存媒體。處理 器可以是在一 ASIC (未在圖顯示）。ASIC可以在一電話（未 在圖顯示）。或者’處理器可以在一電話。處理器能以一 DSP與一微處理機的組合、或兩微處理機連同一 Dsp核心等 實施。 較佳具體貫施例的先前描述的提供允許在技藝中熟諳此 技者可製造或使用本發明。這些具體實施例的各種不同修 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公聲)
訂
k 1238629 A7 B7 五、發明説明（14 ) 改對於在技藝中熟諳此技者是顯然的，而且在此定義的一 般原理可運用在其他具體實施例，而無需使用創作性設 施。因此，本發明並未侷限於在此顯示具體實施例，而是 符合在此揭示原理與新特徵的廣泛範圍。
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線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

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A BCD ι· 一種於適於封包資料傳輪之一無線通信系統中之方法， 該系統在發射器上具有未決定資料的至少一行動台，此 方法包含： 计异具未決定資料的該至少一行動台的一第一接收器 的封包延遲時間； 將該封包延遲時間與一第一臨界值相比較； 如果該封包延遲時間違背該第一臨界值，計算一第一 延遲項； 使用該第一延遲項來計算該第一接收器的一優先權函 數；及 根據該優先權函數來排程接收器的傳輸。 2.如申叫專利範圍第1項之方法，其中該封包延遲時間是 以下列計算：g( d) = k，其中封包延遲時間是大於該第一 臨界值。 3·如申請專利範圍第1項之方法，其中該封包延遲時間是 以下列計算： 對於封包延遲時間是大於該第一臨界值而言， g(d) = DRCMAX/DRCAVE，其中DRCmax是在一主動組發射 器中的接收器DRC值的一最大值，而且其中DRCav是談 第一接收器的一平均DRC值。 4. 一種於適於封包資料傳輸之無線通信系統中之方法，此 方法包含： 識別具有封包延遲高於一臨界值的使用者；及 當該封包延遲高於該臨界值時，調整使用者的優先 權0 -18- I紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) " --------
TW091118246A 2001-08-14 2002-08-14 Method and apparatus for scheduling packet data transmissions in a wireless communication system TWI238629B (en)

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