CN1813449A - 盲信令调度 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种调度在数据网络的多个信道上的数据传输的调度方法和设备，其中监控多个信道的至少一个信道的接收数据流中的分配的最大信道容量的使用，然后响应监控结果，控制最大信道容量的未来分配。由此，数据传输可以根据它们近瞬时传输容量需求进行调度，而不需要任何显式的上行信令。

Description

盲信令调度

技术领域

本发明涉及一种调度在一个数据网络，例如第三代移动通信系统的无线接入网络中的多个信道上的数据传输的调度设备和方法。

背景技术

对未来的无线网络而言，实现公正的带宽分配是一个相当重要的目标，并且已经成为最近许多研究的主题。特别地，在容易出错的无线链路中，保证每个用户有相同吞吐量是不实际的。随着信道条件发生变化，落后的流能够赶上以重新标准化每个流的累积的服务。在一个实际的连续信道模块下，任何用户可以在任何时刻传输，然而用户会得到不同的性能水平，例如吞吐量，并根据他们当前的信道条件要求不同的系统资源。人们针对提供时间或吞吐量公正性保证的连续信道，设计了多种调度算法。

已有设计的一个共同假设是，在一个给定时刻，只有单个用户能够接入信道，也就是时分多址复用(TDMA)。然而，扩频技术的采用越来越普遍，使得多个数据用户能够在数量相对较少的不同高速信道上同时地传输。具体来说，通过码分多址复用(CDMA)系统中的扩频码或者通过不同的跳频模式，可以创建多个近似正交或者正交信道。

信道条件的改变与三种基本现象相关：毫秒级的快衰落，数千毫秒级的阴影衰落，以及因用户移动而造成的长时间规模的变化。

根据通用移动通信系统(UMTS)版本6规范中的一个研究项目，正在开发一个数据速率更高的增强的上行专用信道(EUDCH)，用于分组数据业务量。增强是通过分配一些分组调度器功能给基站设备，或者在第三代术语中的节点B，从而使得与在无线网络控制器(RNC)处的传统的层3(L3)无线资源控制(RRC)相比，具有更快的突发的非实时业务量的调度来实现的。其思想在于，通过更快的调度，可以在分组数据用户之间更有效地共享上行功率资源。也就是说，当一个用户已经传输了分组时，调度的资源可以立即地为另一用户所用。当分配高数据速率给运行突发的高数据速率应用的用户时，这避免了噪声增加的峰值变化。

在当前的体系结构中，分组调度器位于RNC中，从而受限于它适应瞬间业务量的能力，因为RNC和终端设备，或者第三代术语中的用户设备(UE)之间的RRC信令接口的带宽限制。这样，为了包容变化，分组调度器在分配上行功率时必须有所保留，以考虑后续调度周期中的非激活用户的影响。但是，这种方案对高分配数据速率和长释放定时器值而言频谱效率不好。

对数据传输而言，UE选择适合在其无线链路控制(RLC)缓冲器中待传输数据量的传输格式组合(TFC)，遵从UE的最大传输功率和最大允许的TFC的限制。后者主要是集中分组调度器的输出。UE可以采用任何TFC直至允许的最大值，因此该参数用作控制变量，集中调度通过它对分组数据用户施加控制。

对于快速集中调度的实现，UE和节点B之间通常需要有一个同样快的上行链路(UL)握手机制，用以通知瞬间传输需求。但是，这种信令信息占据物理层资源，例如带宽，使得实际数据传输的资源变少。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种调度机制，通过它来避免集中调度功能和调度的数据源之间的显式信令。

这种目的通过一种调度在数据网络中的多个信道上的数据传输的调度设备来实现，所述设备包括：

—监控装置，用来监控所述多个信道的至少一个信道的接收数据流中的分配的最大信道容量的使用；以及

—调度装置，用于响应所述监控装置，控制给所述多个信道的所述至少一个信道的所述最大信道容量的分配。

此外，上述目的通过一种调度在数据网络中的多个信道上的数据传输的调度方法来实现，所述方法包括以下步骤：

—监控所述多个信道的至少一个信道的接收数据流中的分配的最大信道容量的使用；以及

—响应所述监控步骤的结果，控制给所述多个信道的所述至少一个信道的所述最大信道容量的分配。

因此，例如在节点B处分配的调度功能或机制基于它们信道的接收数据流，监控调度的数据源的容量使用，并且根据这种使用准予资源。这样，可以避免从数据源到调度功能的显式容量请求信令，以及物理层资源可以增加，从而改善数据传输。调度机制通过监控装置捕获，因为传输功率不足，UE不得不降低其数据传输速率，也就是UE中的TFC消除算法(elimination algorithm)的影响。

此外，由于它本质上监控分配的速率，该调度机制提供了一种差错恢复。更具体地，如果UE因为传输差错，将分配的速率解释成比实际分配的高时，这种情况通过监控装置而变得明显。采用反馈机制，调度机制可以明了它的分配。

最大信道容量可以对应于最大允许的数据速率。具体而言，最大允许的数据速率可以由最大传输格式组合来设置。该传输格式组合被定义成移动终端或用户设备的所有传输信道上当前有效传输格式的组合，也就是包含来自每个传输信道的一个传输格式。传输格式定义为由物理协议层L1提供给媒体访问控制(MAC)协议用于在传输信道上在传输时间间隔(TTI)期间传送传输块集的格式。该传输格式包括动态部分和半静态部分。传输块集被定义为在同一时刻利用同一传输信道，从MAC传送给L1的传输块的集合。与传输块集等价的一个术语是MAC分组数据单元(PDU)集。

监控装置可以被配置成通过解码在接收数据流中提供的传输格式组合指示(TFCI)信息，得到最大传输格式组合。TFCI信息是当前传输格式组合的表现。

此外，监控装置可以配置成执行预定时间段的监控，以及确定在其期间接收数据流中使用最大信道容量的传输时间间隔的数量。该传输时间间隔可以定义成传输块集的到达时间的间隔，也就是传输一个传输块集所需的时间。这种情况下，如果由监控装置所确定的传输时间间隔的数量超过预定数量，则调度装置可以配置成增加最大信道容量，以及如果那相同数量的传输时间间隔没有超过预定数量，则减少最大信道容量。具体地说，预定时间段可以对应于8个传输时间间隔。

该多个信道可以是无线接入网络，例如UMTS陆地无线接入网络(UTRAN)的专用上行信道。调度设备可以是基站设备，例如节点B，或者无线网络控制器设备，例如RNC。

附图说明

下面将参考附图，基于优选实施方式来描述本发明，在附图中：

图1示出了在其中本发明可以实现的网络体系结构的示意图；

图2示出了在其中本发明可以应用的用于数据传输的物理信道结构的示意图；

图3示出了比特速率随时间的变化，以及根据优选实施方式的盲数据速率信令的工作原理；

图4示出了根据优选实施方式的调度功能的示意框图；以及

图5示出了根据优选实施方式的调度过程的示意流程图。

具体实施方式

下面基于图1所示的第三代宽带CDMA(WCDMA)无线接入网络体系结构来描述优选实施方式。

第三代移动系统，例如UMTS设计成为移动用户提供各种类型的业务和应用。支持高用户比特速率可能是UMTS最为众所周知的特征。此外，提供适当的服务质量(QoS)是UMTS的关键成功因素之一。移动用户通过基于WCDMA的UTRAN来接入UMTS。基站或节点B20、22终结L1空中接口，它们将上行业务量从UE 10转发给RNC 30、32。RNC 30、32负责无线资源管理(RRM)，并控制在UTRAN的它们部分内的所有无线资源。RNC 30、32是UE 10的关键接口伙伴，构成面向核心网络40的接口实体，例如通过UMTS移动交换中心或服务GPRS(通用分组无线服务)支持节点(SGSN)。在UTRAN内，异步传送模式(ATM)用作UTRAN节点，也就是RNC和节点B的陆地互连的主要传输技术。

在图1所示的简化示例体系结构中，UE 10通过空中接口连接到第一节点B20和/或第二节点B22。第一和第二节点B20、22通过各自lub接口连接到第一和第二RNC 30、32，它们通过lur接口彼此互连。节点B20、22是在一个或多个小区中负责到UE 10的无线发送和从UE 10的无线接收的逻辑节点，并终结面向各自RNC 30、32的lub接口。RNC 30、32通过lu-CS接口为电路交换的业务量提供了到核心网络40的连接，通过lu-PS接口为分组交换的业务量提供了到核心网络40的连接。应当注意到，在典型情况下，许多节点B连接到同一RNC。

图2示出了一个专用物理数据信道(DPDCH)的物理信道结构的示意图。在WCDMA系统中，每个长度为10ms的正常无线帧包括15个时隙S。在上行方向上，数据和控制部分是IQ复用的，也就是DPDCH的用户数据使用I支路传输，专用物理控制信道(DPCCH)的控制数据使用Q支路传输。这两个支路都是BPSK(二进制相移键控)调制的。图2并行地给出了DPDCH和DPCCH。每个DPCCH时隙包括两个传输格式组合指示(TFCI)比特，连同来自帧的其他时隙的TFCI比特，表示当前传输格式组合，也就是该UE 10的所有传输信道上当前有效的传输格式的组合。具体来说，传输格式组合包含每个传输信道的一种传输格式。此外，在UE 10和节点B20、22之间的时间复用传输信号的帧结构的每个DPCCH时隙包括一个用于功率控制功能的传输功率控制命令(TPC)字段，以及用于指示导频信息的导频字段。此外，提供了反馈信息(FBI)字段用于反馈信令。上行DPDCH字段一般只包含来自许多传输信道的数据比特。有关WCDMA帧结构的更多细节在第三代伙伴项目(3GPP)规范TS 25.211和TS 25.212中描述。

此外，根据图2的结构，每个传输时间间隔(TTI)，其定义了传输块集的传输时间，具有例如2ms的长度，因此对应于三个时隙S。该较短的TTI用于增强的上行专用信道(EUDCH)，用于增加小区和用户吞吐量和减小时延。这种较短的TTI可以通过使它在不同的码信道上，也就是通过码复用它，或者通过在无线帧层次将它纳入到传统时间复用方案来引入。需要注意到，调度机制不一定限制在2msTTI，任何其他TTI值都可以采用。

图3示出了指示共享各自传输信道的5个用户U1到U5的实际和分配的速率的数据速率相对于时间的示意图。具体来说，图3以白框形式示出了分配的比特速率ALR，以白框内部的阴影框形式示出了实际使用的比特速率ACR。示出的水平时间轴以TTI为单位。

根据优选实施方式，基于预定观察周期，也就是图3中所示盲探测间隔BDI进行数据速率需求或容量需求的盲探测，也就是没有控制或握手信令的探测。在当前的例子中，BDI的长度为8个TTI。当然，可以选择任何其他适合的BDI长度。

BDI用于确定或决定当前准予的比特速率分配是否需要最大允许的比特速率，例如TFC值的升级或降级。因此，BDI决定资源使用改变的响应时间。在图3的例子中，各个调度器或调度功能分配可用的资源，也就是比特速率，直到恒定的负荷限制L_max。

阴影框的模式指示了传输各数据流的各个用户。在图3左侧的第一个BDI期间，用户U2和U3没有完全使用它们的分配的最大容量或者最大比特速率，因为阴影框表明它们使用的容量分配小于表明调度的最大容量分配的白框。在这方面，需要注意到，如图3的上面部分所示，白框和阴影框是以重叠的方式示出的，这样，如果在阴影框上方没有示出白框的剩余部分，则分配的最大比特速率是完全使用的。因此，在图3的第二个BDI期间，用户U2和U4没有完全使用它们的调度的容量分配，而用户U1最初在头5个TTI完全使用了它的分配的最大比特速率，然后在剩余的TTI只使用它的分配的最大比特速率的一小部分。最后，在图3右边部分所示的第三个BDI中，新的第五个用户U5共享信道容量，但并没有完全使用它的分配的最大容量或比特速率。用户U1在整个BDI期间保持它的小的使用，而用户U3最初完全使用它的分配的最大比特速率，直至第三个TTI开始，然后在剩余的6个TTI中不传输任何数据。

由可以是各个节点B的调度设备基于上述最大分配容量或比特速率的使用来分配可用资源。这意味着，使用的容量分配和调度的容量分配之间的不同对将来调度的容量分配是决定性的。因此，通过根据UE的近瞬时传输容量需求来调度它们的传输，可以避免上行噪声增加的较大变化，从而实现分配的和实际需要的上行资源之间的符合，而不需要任何显式的上行信令需求。因此，使用了术语“盲信令”。分配的和使用的容量的这种符合对小区容量也有好处，因为它有助于释放尽可能多的资源分组数据使用。

具体来说，节点B20、22连续地监控UE的当前分配的最大TFC的使用，节点B20、22例如从对上行链路数据帧中TFCI信息的解码，可以知道这一点。基于监控到的使用，节点B20、22处的调度功能准予资源，也就是分配新的最大TFC。如果使用较高，也就是较大部分的帧使用了最大TFC，节点B20、22可以调度给各个用户更高的最大TFC，而较低的使用会导致较低的调度的最大TFC。这也可以在图3中看出，其中用户U4在第一个BDI中完全使用了它的调度的最大比特速率，它在第二个BDI中得到更大的最大比特速率。另一方面，用户U3没有完全使用它的最大比特速率，它在第二个BDI期间被调度给较低的最大比特速率。对用户U2而言，保持了最大比特速率，虽然它对用户U1已经有所增加。在图3的第三个BDI中，用户U2的最大比特速率已经减小，虽然它对其他用户U1、U3和U4而言仍然保持。未使用或空闲的容量已经被分配给新的第五个用户U5。

但是，需要注意，由调度功能所采取的确切行动可能依赖于其他参数，例如调度策略、当前小区负荷、QoS描述性参数例如用户的分配保持优先级(ARP)、业务量类型(TC)、业务量处理优先级(THP)。此外，调度决定可能取决于最小和最大数据速率分配和/或上行无线链路条件，例如估计的路径损耗，从而，只有在信道条件有利时，才调度较高的最大TFC，从而避免了不必要的重传输，为UE提供了更好的功率效率。调度中这些附加信息的使用可以包括下行(DL)功率控制(PC)命令，因为它们指示信道质量是改进还是恶化。

为简单起见，下面的描述中忽略了影响准予最大TFC的所有其它问题，并假定调度决定只是基于当前分配的最大TFC的使用因素。因此，准予的最大TFC适于各个UE 10的容量要求。

图4示出了调度功能的示意性框图，调度功能可以在图1的每个节点B20、22处实现。调度决定做出块或调度块202根据由相应的使用监控块204监控的当前分配的最大TFC的使用因素，做出调度决定。相应地，调度决定可以基于其他一般信道信息CI或者信道条件CC，但是前面已经说过，这些在优先实施方式的描述中忽略。

调度块202接收入数据流IF，输出相应的调度决定或资源分配RA，后者可以代表多个用户的同时传输的最大数据速率或最大TFC的集合。该调度决定输出到物理层，后者相应地传输分组。这可以通过某种显式信令来实现，例如通过定义新的信令信道，通过穿刺来盗取比特，或者任何其他适当的信令选择来实现。

但是，适于各个使用可能会导致与理想公正性的短期偏离。因此，为了在以后可以对在服务之下的流进行服务补偿以及可以提供更适宜的时间，调度决定可选地可反馈回使用监控块204，如图4中的虚箭头所示。之后，使用监控块204可以以某种方式更新其输出值，使得调度块202的输出在较长时间规模上满足公正性标准。作为一种替换，该长期公正性控制可以在调度块202本身内实现。

调度和使用监控块202和204可以通过具体的硬件结构实现，或者可选地通过控制在节点B20、22处的例如用于MAC层处理的相应处理单元的软件例行程序来实现。

图5示出了根据该优选实施方式的调度过程的一个特定例子的示意流程图。最初在步骤101，在BDI期间监控最大TFC的使用，例如通过将用户的实际数据速率ACR与该用户的分配的数据速率ALR相比较。之后，在步骤102，确定在其期间使用了最大比特速率或TFC的TTI的数量，并与预定阈值x相比较。如果y个最近TTI中多于x个已经使用了最大当前分配的TFC，那么过程前进到步骤104，以及图4的调度块202发出一个调度决定来触发“上”请求，也就是分配更大的最大比特速率或TFC。另一方面，如果步骤102中确定各UE已经使用了来自y个最近TTI的少于或至多x个最大当前分配的TFC或比特速率，那么发出调度决定来触发“下”请求，也就是分配较低的最大比特速率或TFC(步骤103)。之后，过程可以返回步骤101，从而继续使调度的最大容量适应于各个用户或UE的容量要求。

前面提过，根据图4和5的调度功能可以在节点B20、22的MAC层功能中实现。还可能存在其他因素来确定节点B20、22处的调度功能准予特定UE的最大TFC。

因此，可以提供一种增强的上行信道分组调度，其中调度设备可以不需要显式的上行信令，例如速率请求，来做出调度决定。这提供的好处是上行方向上需要的上行信令开销较少。

需要注意，本发明并不局限于上述优选实施方式，而是可以在任何多信道数据传输中实现，从而提供了一种具有改进的吞吐量和减少的信令需求的容量分配。具体来说，本发明并不局限于蜂窝网络的上行方向，而是可以在任何数据传输链路上实现。信道容量可以由其他参数，例如频率复用系统中的分配的最大带宽或者时间复用系统中分配的时间段决定。因此，适合控制分配的信道容量的任何参数都可以使用。该优选实施方式可以在后附权利要求书的范围内变化。

Claims (16)

1.一种调度在数据网络中的多个信道上的数据传输的调度设备，所述设备包括：

a)监控装置(204)，用于监控所述多个信道的至少一个信道的接收数据流中的分配的最大信道容量的使用；以及

b)调度装置(202)，用于响应所述监控装置(204)，控制给所述多个信道的所述至少一个信道的所述最大信道容量的分配。

2.根据权利要求1的设备，其中所述最大信道容量对应于最大允许的数据速率。

3.根据权利要求2的设备，其中所述最大允许的数据速率由最大传输格式组合来设置。

4.根据权利要求2或3的设备，其中所述监控装置(204)配置成通过解码所述接收数据流中提供的传输格式组合指示信息，得到所述最大传输格式组合。

5.根据任一前述权利要求的设备，其中所述监控装置(204)配置成执行预定时间段的所述监控，并确定在其期间在所述接收数据流中使用所述最大信道容量的传输时间间隔的数量。

6.根据权利要求5的设备，其中所述调度装置(202)被配置成如果由所述监控装置(204)所确定的所述传输时间间隔的所述数量超过预定数量，则增加所述最大信道容量，以及如果所述传输时间间隔的所述数量没有超过所述预定数量，则减少所述最大信道容量。

7.根据权利要求5或6的设备，其中所述预定时间段对应于8个传输时间间隔。

8.根据任一前述权利要求的设备，其中所述多个信道是无线接入网络的专用上行信道。

9.根据任一前述权利要求的设备，其中所述调度设备(202)是基站设备。

10.一种调度在数据网络中的多个信道上的数据传输的调度方法，所述方法包括以下步骤：

a)监控所述多个信道的至少一个信道的接收数据流中的分配的最大信道容量的使用；以及

b)响应所述监控步骤的结果，控制给所述多个信道的所述至少一个信道的所述最大信道容量的分配。

11.根据权利要求10的方法，其中所述最大信道容量对应于最大允许的数据速率。

12.根据权利要求11的方法，还包括通过最大允许的传输格式组合设置所述最大允许的数据速率的步骤。

13.根据权利要求12的方法，其中所述监控步骤包括通过解码在所述接收数据流中提供的传输格式组合指示信息，得到所述最大传输格式组合的步骤。

14.根据权利要求10-13中任意一项的方法，其中所述监控步骤执行预定的时间段，并且包括确定在其期间在所述接收数据流中使用所述最大信道容量的传输时间间隔的数量的步骤。

15.根据权利要求14的方法，其中所述控制步骤包括如果在所述监控步骤所确定的所述传输时间间隔的数量超过预定数量，则增加所述最大信道容量，如果所述确定的传输时间间隔的数量没有超过所述预定数量，则减少所述最大信道容量的步骤。

16.根据权利要求14或15的方法，还包括将所述预定时间段设置成对应于8个传输时间间隔的值的步骤。

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