CN101142831A - 通信***和处理器以及其中使用的方法 - Google Patents

Abstract

一种处理器(108)，用于在通信***(100)的固定基础设施(101)中使用，该通信***还包括多个移动站(109、110)，该处理器在操作中用于基于优先排序，向移动站分配共享通信资源(PDCH)的接入。该处理器在操作中用于指配对与每个移动站待传送信息包长度相关的资源接入的优先级。

Description

通信***和处理器以及其中使用的方法

技术领域

本发明涉及一种通信***和一种处理器以及一种用于在其中使用的方法。特别地，本发明涉及一种具有处理器的***，其基于优先排序向移动站分配无线通信资源，例如，用于数据通信的共享信道的使用。

发明背景

移动无线通信***，例如，蜂窝电话或专用移动无线电通信***典型地经由***基础设施提供无线电电信链路，该无线电电信链路配置在常常被称为“移动站”MS的多个用户或订户终端之间，该***基础设施包括一个或多个基站收发信机(BTS)。存在用于在该***中同时传递信息的方法，其中通信资源由许多个用户共享。该方法被称为“多址”技术。存在许多种多址技术，由此有限的通信资源被分为许多物理参数。

在该多址技术中，配置了不同的双工(双向通信)路径。该路径可被配置为频分双工(FDD)设置，由此一个频率专用于上行链路通信，即从MS到其服务的BTS，而第二频率专用于下行链路通信，即从服务的BTS到一个或多个MS。可替换地，该路径可以配置为时分双工(TDD)设置，由此第一时间段专用于上行链路通信，而第二时间段专用于下行链路通信。

基于分区/小区的无线通信***的一个示例是TETRA(地面集群无线电)***，其是根据如欧洲电信标准协会(ETSI)定义的TETRA标准或协议操作的***。TETRA***主要集中用于紧急服务，这是因为TETRA提供调度和控制服务。TETRA***中的***基础设施通常被称为交换和管理基础设施(SwMI)，其基本上包含除了MS以外的所有通信元件。

该通信***可以提供基础设施和MS之间(或者经由基础设施的MS之间)的任何已知形式(其中该通信是可行的)的信息的无线电通信。特别地，信息可以表示话音、声音、数据、图像或视频信息。数据信息通常是表示写入字、数字等的数字信息，即，在个人计算机中处理的用户信息类型，其在网络通信中常常被称为“文本”信息或者“分组数据”信息。此外，还传递控制信令消息。这些消息是与通信***自身相关的消息，例如，用于控制在遵循诸如TETRA的选定工业标准协议的情况下传递用户信息的方式。不同的信道可用于不同形式信息的通信。特别地，请求来自MS、分组数据服务、PDS的分组数据信息的传输，并且通信经由分组数据信道、PDCH进行。

在TETRA***中，并且在某些其他的蜂窝***中，当用户需要进行新的请求以接入特定的***资源时(例如，接入例如PDCH的特定信道)，使用一种被称为随机接入过程的方法进行该请求。该方法还被称为预留ALOHA(Reservation ALOHA)。在该过程中，用户的MS向被称为BRC或“基站无线电控制器”的基础设施的处理器发送请求消息，指出所需的资源，例如，所需接入的诸如PDCH的特定通信***中的容量。依赖于该请求是否被随机接入过程选择，该请求可以是成功的或不成功的。如果其是成功的，则BRC可以通过预留所有或某些所需容量，完全地或者部分地授权该请求。

TETRA***使用TDMA操作协议。在该协议中，控制信令信道的定时过程中的某些时隙可被预留用于随机接入请求，或者该时隙可由***基础设施动态分配。基础设施通过其下行链路传输向用户的MS通知：接下来的例如N个时隙将专用于随机接入过程。这些时隙可用于如下MS，即该MS需要接入***资源，以有机会请求基础设施允许或预留对该资源的接入。MS将使用指定时隙之一中的随机接入机会，进行随机接入请求。如果该请求是成功的，则基础设施将为MS预留或授权MS接入适当的资源，如前面描述的。可以根据被识别为可用的时隙数目，来定义授权时的资源。

这些随机接入机会可用于在给定小区中操作的所有合法MS。这可以包括，例如，小区中的所有MS或者如基础设施指明的小区中的给定的用户类中的所有MS。在发送请求时可能发生冲突。在这种冲突发生时，每个相关的MS将不从基础设施接收关于其请求成功的任何反馈，并且在一定延迟之后，可能需要尝试重复请求过程。

在当前可用的TETRA***中，用于由BRC对共享相同数据通信信道(PDCH)的不同用户的资源授权进行优先排序的唯一机制是，向已牵涉到通信中的并且请求另一信道接入时间的用户给出优先级。该请求通过被称为“预留接入过程”的过程进行，并且与用于通过前面描述的随机接入过程对接入时间进行新请求的其他用户的过程形成对比。BRC对经由预留接入过程进行的请求给出优先级。这是TETRA标准中定义的设计特征而非必需特征。因此，当一个用户具有大量数据要在PDCH上发送时，该用户可能占用该信道上的所有可用资源，阻碍任何其他用户共享该PDCH资源。本发明人认识到，对于仅具有少量待发送数据的用户，这是严重的问题。

发明内容

根据本发明，在第一方面中，提供了一种处理器，用于在通信***的基础设施中使用，该处理器如所附权利要求中的权利要求1定义。

根据本发明，在第二方面中，提供了一种通信***，该***如所附权利要求中的权利要求13定义。

根据本发明，在第三方面中，提供了一种通信***中的操作方法，该方法如所附权利要求中的权利要求15定义。

本发明的处理器可以例如包括基站无线电控制器(BRC)，该处理器在基础设施中操作，用于以新的方式，对关注信道(特别是诸如TETRA***中的PDCH)的数据信道上的资源授权进行优先排序。基于将占用该信道进行发送的时间信息(例如分组数据包)的长度，对资源授权进行优先排序。为了简化该优先排序，由此可以简单地和廉价地将其实现，可以将请求中指出的预期包的时间长度(例如所需时隙数目)与阈值进行比较，或者在具有两个或多个阈值的多个级中进行比较，其中每个级中的阈值的大小是增加的。使用本发明的处理器获得的一个显著益处是，对于仅具有小的待发送信息包(例如，发送不太频繁)的用户，资源授权更加容易。这样，总体上更加公平地对待用户，并且更多部分的用户将有机会接入相同的信道。下面给出了这些益处的说明。

现在参考附图，通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

附图简述

图1是体现了本发明的移动通信***的示意性框图。

图2是由图1中说明的***中基础设施操作的过程的流程图。

发明实施例描述

图1示出了根据本发明的实施例操作的通信***100。该***100可以是TETRA***。***100包括第一网络基础设施101和第二网络基础设施102。网络基础设施101包括作为已知的主要部件的(连同其他的部件一起)，(i)BTS(基站收发信机)103，其包括在BTS 103的范围中提供同移动站的无线电通信的一个或多个收发信机；(ii)路由器104，用于例如经由PSTN(公共交换电话网络)105，使通信路由进入和离开网络基础设施101，以及在网络基础设施101中路由通信和向由其服务的移动站路由通信；(iii)鉴权处理器106，其执行网络基础设施101的鉴权功能，和存储器107，其存储网络基础设施101的处理器在操作中需要的数据和程序。网络基础设施101还包括资源分配处理器108，例如基站无线电控制器，其控制网络基础设施101所服务的移动站可用的通信资源的分配。

***100还包括由网络基础设施101(特别是BTS 103)服务的多个MS(移动站)，示出了其中三个移动站，MS 109、110和111。

网络基础设施102包括：作为已知的主要部件的(连同其他的部件一起)，(i)BTS(基站收发信机)113，其包括在BTS 113的范围中提供同移动站的无线电通信的一个或多个收发信机；(ii)路由器114，用于例如经由PSTN(公共交换电话网络)115使通信路由进入和离开网络基础设施102，以及在网络基础设施102中路由通信和向由其服务的移动站路由通信；(iii)鉴权处理器116，其执行网络基础设施102的鉴权功能，和存储器117，其存储网络基础设施102的处理器在操作中需要的数据和程序。网络基础设施101还包括资源分配处理器118，其控制网络基础设施102所服务的移动站可用的通信资源的分配。

该***还包括由网络基础设施102(特别是BTS 113)服务的多个MS(移动站)，示出了其中三个移动站，MS 119、120和121。

链路122存在于网络基础设施101和网络基础设施102之间。链路122可以通过现有技术中已知的一种方式形成。链路122可以例如，由无线电或微波通信、硬连线电气或光学通信、或者互联网提供。

如果假设MS 109将同另一移动站通信，则MS 109首先通过已知的过程注册到网络基础设施101，该已知的过程包括，在MS 109和BTS103之间发送无线电消息，并且该消息在BTS 103和鉴权处理器108之间传递。鉴权处理器108验证该MS将由网络基础设施101服务。当注册已经建立时，在BTS 103处接收到来自MS 109的通信建立请求无线电信号，并且该信号被传递到资源分配处理器108。处理器108以下面所将描述的方式分配用于通信的资源。当资源可用时，路由器104适当地路由通信。例如，如果通信将被导向MS119，则路由器104经由网络基础设施102(特别是路由器114和BTS 113)，经由链路122，路由通信。可替换地，如果通信将被发送到远端位置中的另一终端(未示出)，则路由器104可以经由PSTN 105路由该通信。

现将更加详细地描述资源分配处理器108的操作。资源分配处理器118以相似的方式操作。在遵循TETRA标准的分组数据信道(PDCH)的接入分配方面，描述了该操作。这仅用于说明的目的。操作没有必要限于该特定的操作形式。分组数据信道用于针对和来自移动站的分组数据通信，即包括文本信息的数据分组，该文本信息例如是例如由用户在用户终端处使用键盘等输入的字母数字字符等。

希望发送分组数据通信的由网络基础设施101服务的每个移动站的用户在最初时请求分组数据服务(例如，通过从移动站的显示器上显示的菜单中选择)，并且由此经由BTS 103连接到资源分配处理器108。下一步，用户输入资源预留请求，以发送分组数据通信(例如，再一次通过从菜单中选择)。该请求从移动站，假设MS 109，发送到BTS 103，并且由BTS 103传递到处理器108。该请求包括待发送的数据包的大小(时间长度)指示。实际上，在资源请求数据消息(“PDU”)中发送请求，其中存在指出需要多少时隙的字段。移动站的层2寻址软件自动地计算该大小。处理器108接收正在进行的许多个资源预留请求。某些接收的请求是通过前面提及的预留接入过程进行的，而某些请求是通过前面提及的随机接入过程进行的。在申请“WO-A-2004/086797”中描述了随机接入过程的一个示例。资源分配处理器108以图2中说明的方式，基于优先排序向分组数据信道分配接入。

首先，在图2中示出的方法200中，在步骤201中，接收分组数据资源分配请求。在步骤202中，处理器108确定已经通过预留接入过程接收到请求，即，“RES”请求，还是确定已经通过随机接入过程接收到请求，即“RAN”请求。RAN请求被认为具有较高的优先级(与已知***中的优先排序形成对比)，并且被传递到步骤203。RES请求被认为具有较低的优先级，并且被传递到步骤204。在每个步骤203和204中，将请求中指出的待传送数据包的大小S与存储在存储器107中的第一预定大小阈值进行比较。如果步骤203中的待传送数据包的大小S小于第一阈值T1，则该请求具有较高的优先级，并且被传递到步骤205。如果在步骤203中确定待传送数据包的大小S等于或者大于第一阈值T1，则该请求具有较低的优先级，并且被传递到步骤206。

如果在步骤204中确定待传送的数据包的大小S小于第一阈值T1，则该请求具有较高的优先级，并且被传递到步骤206，并且如果在步骤204中确定待传送数据包的大小S等于或者大于第一阈值T1，则该请求具有较低的优先级，并且被传递到步骤207。

在每个步骤205、206和207中，将请求中指出的待传送数据包的大小S与第二预定大小阈值T2进行比较，其值存储在存储器107中。第二阈值T2可以例如是第一阈值T1的两倍。实际上，可以存在并入在处理器108中的设计参数，或者存在存储器107中的设计参数，用于同处理器108结合使用。该设计参数定义了阈值T1和T2。该设计参数可以是每个授权的最大时隙数目，其由处理器108使用，用于确定处理器108一次可以将TDMA定时结构中的多少个时隙授权给MS。典型地，T1可以是等于每个授权的最大时隙数目一半的时间长度，而T2可以是等于每个授权的最大时隙数目的时间长度。

如果在步骤205中确定待传送数据包的大小S小于第二阈值T2，则该请求具有较高的优先级，并且被传递到步骤208。如果在步骤205中确定待传送数据包的大小S等于或者大于第二阈值T2，则该请求具有较低的优先级，并且被传递到步骤209。

如果在步骤206中确定待传送数据包的大小S小于第二阈值T2，则该请求具有较高的优先级，并且被传递到步骤209。如果在步骤206中确定待传送数据包的大小S等于或者大于第二阈值T2，则该请求具有较低的优先级，并且被传递到步骤210。

如果在步骤207中确定待传送数据包的大小S小于第二阈值T2，则该请求具有较高的优先级，并且被传递到步骤210。如果在步骤207中确定待传送数据包的大小S等于或者大于第二阈值T2，则该请求具有较低的优先级，并且被传递到步骤211。

四个步骤208、209、210和211指配了多种请求的输出优先级级别。因此到达步骤211的请求具有最低的优先级，假设为优先级级别1，PR1。到达步骤210的请求具有次最低的优先级，假设为优先级级别2，PR2。到达步骤209的请求具有次较高的优先级，假设为优先级级别3，PR3。到达步骤208的请求具有最高的优先级，假设为优先级级别4，PR4。

最后，在步骤212中，按照优先级级别次序，存储在步骤208～211的每一个中给出优先级级别的请求。处理器108对按照步骤212中形成的次序的请求，授权对分组数据信道的接入。

实际上，如果***100进行的通信使用TDMA定时结构，如TETRA***中的，则根据所需的时隙数目，定义所需用于数据包通信的时间长度，并且根据可用的特定的定义时隙的数目，指明授权的资源。向被授权接入的MS通知对这些MS来说是可用的特定时隙，并且这些MS在操作中仅在这些时隙中发送数据。每个MS将不了解关于已经选择了可用时隙的次序的任何信息。

在MS请求比每个授权的最大时隙数目更多的时隙时，可用的时隙数目限于该最大数目。需要由MS进行进一步请求，以完成数据分组的通信。MS可以计算和指明需要多少额外时隙来完成整个数据包的通信。

为了将目前可用的BRC使用的已知优先排序算法的行为同体现本发明的以参考图2描述的方式操作的优先排序算法比较，在仿真模型中定义和使用了通信业务量剖析(traffic profile)。业务量剖析由下列内容组成。(1)存在须使用相同PDCH的五个移动站MS-1、MS-2、MS-3、MS-4和MS-5，该PDCH具有的每个授权的最大时隙数目为68。(2)MS-1、MS-2和MS-3分别具有每隔36秒发送的150字节、160字节和170字节的数据包，而MS-4和MS-5分别具有每隔2.5秒发送的1472字节和1440字节的数据包；(3)在信道未加载的情况下，MS-1、MS-2和MS-3将需要小于0.5秒来结束事务，而MS-4和MS-5将需要多于3秒来结束事务。(4)因此，由MS-4、MS-5对PDCH施加了非常重的负载，并且MS-1、MS-2和MS-3将具有被完全阻止共享PDCH的风险。

在下面的表格中总结了使用两种算法获得的结果：

表1：使用目前实现的已知算法获得的结果

性能项	MS-1	MS-2	MS-3	MS-4	MS-5	所有MS的结果
							消息拒绝率(％)	99.8	100.0	99.8	67.02	50.02	62.39
平均吞吐量(bps)	0.07	-	0.08	1553.45	2302.40	3855.99
							平均延迟(秒)	20.15	-	1.72	368.11	356.72	361.13

吞吐量是在SwMI侧成功接收的总数据量(以bps为单位)。

表2：使用体现本发明的新算法获得的结果

性能项	MS-1	MS-2	MS-3	MS-4	MS-5	所有MS的结果
							消息拒绝率(％)	0.41	0.20	0.30	61.58	60.36	55.29
平均吞吐量(bps)	32.53	35.66	37.17	1809.91	1825.92	3741.19
							平均延迟(秒)	6.01	5.91	5.94	1112.21	1074.96	866.44

由表2可以容易地观察到，相比于表1呈现的目前实现的算法，新的算法如何显著地提高了仿真信道性能。特别地：

(1)消息拒绝率(MRR)：对于MS-1、MS-2和MS-3，表2中示出的结果非常接近于零，而对于这些MS，表1中示出的使用当前实现的算法的结果非常接近于100％。这是几乎100％的MRR提高。

(2)吞吐量：使用如表2中说明的新的算法，传送了几乎100％的最先的3个MS，MS-1、MS-2和MS-3提供的负载(待传送的数据包)。相反地，使用当前实现的算法，自这些MS传送的量接近于零。这是接近100％的提高。

所描述的本发明的实施例的目的在于提高作为不太频繁用户的MS(即MS-1、MS-2和MS-3)的数据通信的性能。因此，重负载用户的MS(即MS-4和MS-5)的性能稍微降低了。然而，由于这两个重负载的用户均预先使信道过载，因此如果获得了所有用户的更加令人满意的整体性能，则它们性能的降低是不太引人注意的。

Claims (17)

1.一种处理器，用于在通信***的固定基础设施中使用，所述通信***还包括多个移动站，所述处理器在操作中用于基于优先排序向移动站分配对共享通信资源的接入，其中所述处理器在操作中用于指配对与待发送的通信长度相关的所述资源接入的优先级。

2.如权利要求1所述的处理器，其中所述资源包括无线电通信信道。

3.如权利要求1或权利要求2所述的处理器，其中所述资源包括分组数据通信信道。

4.如权利要求1～3中任何一个所述的处理器，其中所述处理器在操作中用于，根据来自接入到所述资源的移动站的请求中指出的待传送信息包的大小是小于还是大于预定的大小阈值，向所述请求指配优先级级别。

5.如权利要求4所述的处理器，其中所述处理器还在操作中用于，根据所述请求中指出的待传送信息包的大小是小于还是大于另一预定的大小阈值，指配优先级级别。

6.如权利要求5所述的处理器，其中所述处理器在操作中用于，根据所述请求中指出的待传送包大小是小于还是大于第一预定的大小阈值，指配第一优先级级别，并且随后根据所述请求中指出的通信大小是小于还是大于第二预定的大小阈值，指配第二优先级级别，其中所述第二预定的大小阈值大于所述第一预定的大小阈值。

7.如权利要求前述任何一个权利要求所述的处理器，其中根据时分多址(TDAM)定时结构中需要的时隙数目，定义待发送的通信长度。

8.如权利要求4～7中任何一个所述的处理器，其还在操作中用于，根据所述处理器接收所述请求的过程，指配优先级级别。

9.如权利要求8所述的处理器，其中接收所述请求的过程是预留接入过程或者随机接入过程，并且向利用所述随机接入过程的接收给出了较大的优先级级别。

10.如权利要求1～3中任何一个所述的处理器，其在操作中用于，根据(i)来自接入到所述资源的移动站的请求中指出的待传送信息包的大小是小于还是大于预定的第一大小阈值；以及(ii)所述请求中指出的待传送信息包的大小是小于还是大于第二预定的大小阈值；以及(iii)所述请求是通过预留接入过程还是随机接入过程接收的，向所述请求指配优先级级别。

11.如权利要求10所述的处理器，其在操作中用于向请求指配优先级级别，其中所述优先级级别是至少四个优先级级别中的一个。

12.如权利要求4～11中的任何一个所述的处理器，其在操作中用于对所述请求进行分类，并且基于所述指配的优先级级别，以分类的次序对接入进行授权。

13.一种通信***，包括基础设施和多个移动站，其中所述基础设施包括根据前面权利要求中的任何一个所述的处理器。

14.如权利要求13所述的通信***，其可根据TETRA标准过程操作。

15.一种操作方法，用于提供通信***中的共享资源的分配，所述通信***包括固定基础设施和多个移动站，所述方法包括，所述***的所述移动站向所述基础设施的处理器发送请求，以请求接入所述资源，并且所述处理器基于优先排序，向所述移动站分配对所述共享通信资源的接入，其中所述处理器指配对与待发送信息包长度相关的所述资源接入的优先级。

16.如权利要求15所述的、并且基本上如此处参考附图描述的方法。

17.如权利要求1～12中的任何一个所述的、并且基本上如此处参考附图描述的处理器。

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