CN101459590B

CN101459590B - 应用于通信***的带宽恢复方法

Info

Publication number: CN101459590B
Application number: CN2007101971686A
Authority: CN
Inventors: 周孜灿; 林钰翔; 吕礼仁
Original assignee: Institute for Information Industry
Current assignee: Institute for Information Industry
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2027-12-10
Also published as: CN101459590A

Abstract

本发明提供一种应用于一通信***的带宽恢复方法，包含有：传送一第一上传调度消息至该通信***的多个通信节点中至少一第一通信节点与一第二通信节点；检测一通信信道于一第一起始传送时间之后是否处于一闲置状态；以及当发现该通信信道于该第一起始传送时间之后处于该闲置状态，则传送一第二上传调度消息至该多个通信节点。

Description

应用于通信***的带宽恢复方法

技术领域

本发明有关于通信***，尤其指一种用来处理通信***中带宽恢复的方法。

背景技术

IEEE 802.16国际标准的无线接入技术，其主要目的在于解决“最后一哩”的问题：将长距离的有线通信(如利用缆线(cable)，数字用户回路(Digital Subscriber Loop，DSL))以无线传输的方式去取代。

不同于IEEE 802.11的无线接入技术，IEEE 802.16在媒介接入控制(Media Access Control，MAC)上会利用调度演算法(scheduling algorithm)来分配无线资源给用户通信台(Subscriber Station，SS)。根据IEEE 802.16的规范，时间会被切成许多固定大小的时间帧(frame)，而每个帧又被分为下传子帧(DL subframe)以及上传子帧(UL subframe)；而两个子帧的长度可以不相同。在下传子帧的期间内，通信流量主要是在于基地台(BaseStation，BS)传送数据给用户通信台；相对地，上传子帧的通信流量主要是在于用户通信台传送数据给基地台。在下传子帧一开头的部分会有一小段消息作为上传调度消息(于IEEE 802.16通信规格中亦称为UL-MAP)，其内容便含有基地台对于底下用户通信台传送消息时的调度规划；亦即上传调度消息当中会规定哪些用户通信台可以在何时传送多少长度的数据，再通过广播(broadcasting)的方式公告给其下的用户通信台。

然而在发生以下几种情况时，上传信道可能会产生闲置因而导致带宽的浪费：

1.上传期间的整段闲置：

当有干扰源靠近基地台，因而导致上传调度消息内的消息毁损，使得基地台底下的所有用户通信台均无法收到正确的调度消息；因此也无法得知该何时上传数据。如此便造成整个上传期间整段被闲置(因上传子帧期间内没有任何用户通信台上传数据)，而造成严重的带宽浪费。

2.上传期间的片段闲置：

当有干扰源靠近某些用户通信台时，将导致那些用户通信台无法正确接收上传调度消息的消息，若是此时上传调度消息正好含有告知那些用户通信台该于何时上传的消息，则原先基地台规划给那些用户通信台上传数据的时段便被闲置，因而造成带宽的浪费。

3.填充浪费(padding wasting)：

若按照IEEE 802.16的规格，当用户通信台被分配到的上传时间长度大于其真正传送数据所需的时间长度时，用户通信台须传送填充数据(paddingdata)以补足剩余的上传时间，有时这些填充数据的大小可高达2041个位元组，因而形成严重的浪费。

然而，在现行IEEE 802.16的规范当中，并没有对上述这些情况做任何处理，因此，亟需一种带宽恢复机制来解决上述的带宽浪费的问题。

发明内容

因此本发明的目的的一在于在一通信***中提供一种带宽恢复的方法来解决上述的问题。

本发明的一实施例提供一种应用于一通信***的带宽恢复方法，包含有：传送一第一上传调度消息至该通信***的多个通信节点中至少一第一通信节点与一第二通信节点，该第一通信节点与该第二通信节点共用一通信信道，该第一上传调度消息用以设定该第一通信节点与该第二通信节点于该通信信道中所分配的通信时段；检测该通信信道于一第一起始传送时间之后是否处于一闲置状态，其中该第一起始传送时间为该第一通信节点被允许可以开始传送数据的时间；以及当发现该通信信道于该第一起始传送时间之后处于该闲置状态，则传送一第二上传调度消息至该多个通信节点，其中该第二上传调度消息用以设定该第一通信节点与该第二通信节点中至少其一于该通信信道所分配的通信时段。

附图说明

图1所示为基地台遭受干扰时本发明的一实施例所提供带宽恢复方法的时序图。

图2所示为用户通信台遭受干扰时本发明的第一实施例所提供带宽恢复方法的时序图。

图3所示为用户通信台受到干扰以致无法正确接收基地台所发送的新上传调度消息时本发明的第一实施例所提供带宽恢复方法的时序图。

图4所示为用户通信台遭受干扰时本发明的第二实施例所提供带宽恢复方法的时序图。

图5所示为发生填充浪费情形时本发明的第一实施例所提供带宽恢复方法的时序图。

图6所示为发生填充浪费情形时本发明的第二实施例所提供带宽恢复方法的时序图。

主要元件符号说明

102、402、502、602、106、206、306、310、406、506、606上传调度消息104、404、408、108上传时间规划内容

BS基地台SS1-SS4用户通信台

具体实施方式

请参考图1，图1所示为基地台遭受干扰时本发明的一实施例所提供带宽恢复方法的时序图。如图1所示，基地台BS在下传子帧一开头的阶段会传送一段上传调度消息102(例如IEEE 802.16通信协定中所定义的UL-MAP，而在以下段落中，为了便于清楚说明本发明的技术特征，便以”UL-MAP”来作为上传调度消息的一个范例说明，但请注意，这并非用来限定本发明所揭露的上传调度机制仅能适用于IEEE 802.16通信***)至底下的用户通信台(亦即通信节点)SS1～SS4(在本例中为四个用户通信台，请注意，用户通信台的个数仅为范例说明的用，并未是本发明的限制)。上传调度消息(UL-MAP)102当中含有基地台BS对于底下用户通信台SS1～SS4上传时的调度规划，其主要内容为各用户通信台的识别码SSi、各用户通信台的起始传送时间ti、以及各用户通信台被分配到的传送时间长度(通信时段)x_i(i＝1～4)；其中，起始传送时间ti为用户通信台i被允许可以开始传送数据的时间，而t_i与x_i的关系如下所示：

x_i+1＝x_i+t_i

上传时间规划内容104即为原本基地台BS对底下用户通信台SS1～SS4上传时间分配的情形。当用户通信台SS1～SS4都能正确接收上传调度消息(UL-MAP)102时，则在上传子帧的时段内，各用户通信台便会根据上传时间规划内容104的规划，依照各自所分配到的通信时段进行上传。

此时若有干扰源靠近基地台BS时，上传调度消息(UL-MAP)102便无法被用户通信台SS1～SS4所正确接收，因而所有用户通信台于上传子帧的时段皆不会进行上传。本实施例中，基地台BS于上传子帧的时段会检测上传信道(请注意，上传信道由用户通信台SS1～SS4所共用)是否处于闲置状态；当发觉被分配要上传的用户通信台(在本例中为SS1)在起始传送时间(在本例中为t₁)之后，没有传送数据的时间超过一预定时间h₁时，则基地台BS会于(t₁+h₁)之后发送上传调度消息(UL-MAP)106至底下的用户通信台；其中，预定时间h₁不能小于信号传递时间(propagation time)(因为无线载波至少要经过这段在空气中传递的时间，用户通信台才能收到)。

本发明提供了两种带宽恢复的作法，分别简称为R1以及R2，以解决前述的带宽浪费问题。基地台BS于下传子帧时段传送上传调度消息(UL-MAP)的前，会先计算上传调度消息所分配的通信时段x_i是否皆超过一阈值；若所分配的所有通信时段x_i皆超过该阈值，则基地台BS可自由會决定该采用恢复方法R1或是恢复方法R2；否则基地台BS仅可采用恢复方法R1。而此判断式以及阈值将于后详述。

在恢复方法R1中，基地台BS会将剩余的上传时间重新分配规划。如图1所示，本实施例的上传调度消息(UL-MAP)106当中所含的内容即为各用户通信台新的起始传送时间t_i ^*以及各用户通信台被分配到新的传送时间长度x_i ^*，而上传时间规划内容108即为新的规划方式。而用户通信台SS2新的起始传送时间t₂ ^*＝(t₁+h₁+h₂)；时段h₂代表上传调度消息(UL-MAP)106传送出去的时间(t₁+h₁)至用户通信台SS2的起始传送时间t₂ ^*的间的时间差，且

h₂≥T_proc+T_UM+STTG+u；

其中，

T_proc：媒体接入处理控制(Media Access Control，MAC)所需的处理时间；

T_UM：传送上传调度消息(UL-MAP)106所需的时间；

STTG：用户通信台SS2由接收状态转为传送状态所需的操作时间；以及

u：信号传递时间。

换言的，上传调度消息106所规划的另一起始传送时间为上传调度消息106的传送时间之后间隔一特定时段(亦即上述的h₂)，而该起始传送时间为用户通信台SS2被允许可以开始传送数据的时间，以及该特定时段不小于上传调度消息106的传送时间起至用户通信台SS2可开始传输数据的一操作时间(亦即上述的T_proc+T_UM+STTG+u)。

请参考图2，图2所示为用户通信台遭受干扰时本发明的第一实施例所提供带宽恢复方法的时序图。与图1类似，基地台BS于上传子帧的时段若检测到上传信道闲置时间超过一预定时间h1时，基地台BS会重新分配规划上传时间并于(t₁+h₁)时发送上传调度消息(UL-MAP)206至底下的用户通信台。其余细节部分均与图1相同，故在此不在赘述。

请参考图3，图3所示为用户通信台受到干扰以致无法正确接收基地台BS所发送的新上传调度消息时本发明的第一实施例所提供带宽恢复方法的时序图。如图所示，其细节大致与图1以及图2相同；唯一不同的是，用户通信台SS2于基地台BS发送新上传调度消息(UL-MAP)306时受到干扰，以致无法正确接收該到上传调度消息(UL-MAP)306。由于检测到干扰，此时的用户通信台SS2并不会进行上传。类似于图1与图2所述，基地台BS于传送完上传调度消息(UL-MAP)306后，若检测到上传信道闲置时间仍超过一预定时间h1时，基地台BS会再重新分配规划剩余的上传时间，并于(t₁+h₁+h₂+h₁)时再发送新的上传调度消息(UL-MAP)310至底下的用户通信台。此时底下的用户通信台便根据上传调度消息(UL-MAP)310所规划的内容进行上传。

从以上实施例可知，恢复方法R1的特点在于基地台BS在重新发送一次上传调度消息(UL-MAP)时，会重新分配及规划用户通信台的上传时间。此外，当用户通信台在上传子帧的时段内还没有机会上传数据前，须处于倾听状态(listening state)，直到上传数据前的STTG时间才开始转为传送状态(transmitting state)。若用户通信台在等待上传的前无法正确解读上传调度消息(UL-MAP)的消息，则判定为冲突状态(collision state)，必须暂时停止上传数据的计画，直到重新正确接收到上传调度消息(UL-MAP)为止，并根据此一新的上传调度消息所设定的上传调度规划来将数据上传至基地台。

而若要能够执行恢复方法R2，必须要满足以下的条件：

X_i≥h₁+h₂+D+T_BR，对所有1≤i≤4都须成立。

其中，

D：前导同步时间+STTG；

T_BR：传送带宽要求(bandwidth request)所需的时间。

也就是说，基地台BS于下传子帧的一开始会先对底下所有的用户通信台(若用户通信台的个数为N，则i＝1-N)检查下列条件是否均成立：x_i-(h₁+h₂)≥D+T_BR；亦即先检查是否所有用户通信台所分配到的通信时段x_i，在扣掉传送暨处理上传调度消息所需的时间h₁+h₂之后，所剩余的可传送数据时间是否仍大于传送一最小数据单元所需的时间(D+T_BR)；其中，前导同步位(Preamble)加上STTG再加上带宽要求(Bandwidth Request)为一最小可传送的数据单元。由于恢复方法R2不会对通信时段x_i重新规划(除了于下传子帧时段没收到上传调度消息的用户通信台以外)，因此此条件式为执行恢复方法R2的必要条件。

请参考图4，图4所示为用户通信台遭受干扰时本发明的第二实施例所提供带宽恢复方法的时序图。如图4所示，基地台BS在下传子帧一开头的阶段会决定采用恢复方法R2(若x_i≥h₁+h₂+D+T_BR，对所有1≤i≤4都成立)，并传送上传调度消息(UL-MAP)402至底下的用户通信台SS1～SS4，而用户通信台SS1～SS4便会依照上传时间规划内容404来进行上传。如图所示，由于用户通信台SS1无法正确接收上传调度消息(UL-MAP)402，因此在起始传送时间t1开始时，并没有任何数据上传至基地台BS。当基地台BS于上传子帧的时段检测到上传信道闲置时间超过一预定时间h₁时，基地台BS会先检查所剩的上传时间是否大于h₂+D+T_BR，若是则发送上传调度消息(UL-MAP)406至底下的用户通信台SS1～SS4。此一实施例中，上传调度消息(UL-MAP)406的上传时间规划内容408与上传调度消息(UL-MAP)402的上传时间规划内容404相比，除了用户通信台SS1外，其余用户通信台SS2～SS4的起始传送时间ti以及被分配到的传送时间长度xi(i＝2～4)皆维持不变。至于用户通信台SS1原本所分配到的通信时段x1，此时便仅剩下x₁-(h₁+h₂)的时间可用来传送数据。

请注意，于此一实施例中，上传调度消息(UL-MAP)402亦可利用用户通信台SS1原本分配的通信时段的剩余可用时段，设定一额外通信时段给后续其他的用户通信台，例如分配予用户通信台SS4，因此，用户通信台SS4便有两个通信时段可进行上传作业，此一设计变化亦属本发明的范畴。

恢复方法R2与R1的不同处在于：若使用R2的恢复方法，则基地台BS并不会重新分配及规划用户通信台的上传时间，此外，用户通信台只要在上传数据前收到一次正确的上传调度消息(UL-MAP)即可。如图4所示，尽管用户通信台SS2并没有收到基地台所发出的上传调度消息(UL-MAP)406，但由于用户通信台SS2已于下传子帧的开头正确收到上传调度消息(UL-MAP)402，因此用户通信台SS2仍会依照规定的起始传送时间t₂开始传送数据。

请参考图5，图5所示为发生填充浪费情形时本发明的第一实施例所提供带宽恢复方法的时序图。于此一实施例中，当用户通信台SS2所分配到的传送时间长度x₂大于用户通信台SS2传送数据所需的实际时间长度时，则当用户通信台SS2传送数据完毕之后，并不传送任何填充(padding)数据；因而之后多出来的上传时间便发生闲置。如图5所示，基地台BS如同的前所述，先进行检测，然后发送上传调度消息(UL-MAP)506。基地台BS会采用恢复方法R1的方式，将用户通信台SS2没用完的上传时间分配给用户通信台SS3与SS4。若剩余可用的上传时间为(T₃+T₄)，因此在上传调度消息(UL-MAP)506中，用户通信台SS3新的传送时间长度x₃ ^*可以是(x₃+T₃)，而用户通信台SS4新的传送时间长度x₄ ^*则为(x₄+T₄)。在此请注意，图5所示的实施例将用户通信台SS2没用完的上传时间均分给用户通信台SS3与SS4，然而，此仅作为范例说明，于其他实施方式中，用户通信台SS2没用完的上传时间可依据需求来适当地分配给后续的用户通信台而不限定要均分，此一设计变化亦属本发明的范畴。

请参考图6，图6所示为发生填充浪费情形时本发明的第二实施例所提供带宽恢复方法的时序图。当用户通信台SS2所分配到的传送时间长度x2大于用户通信台SS2传送数据所需的实际时间长度时，则当用户通信台SS2传送数据完毕之后，并不传送任何填充(padding)数据；因而之后多出来的上传时间便发生闲置。如图6所示，基地台BS如同的前所述，先进行检测，并检查所剩的上传时间是否大于h₂+D+T_BR，若是则然後发送上传调度消息(UL-MAP)606。基地台BS会采用恢复方法R2的方式，亦即仍采用上传调度消息(UL-MAP)602的上传时间规划内容604，只是将用户通信台SS2没用完的上传时间分配给用户通信台SS3。若剩余可用的上传时间为T3，因此在上传调度消息(UL-MAP)606中，用户通信台SS3新的传送时间长度x₃ ^*可以是(x₃+T₃)，而用户通信台SS4新的传送时间长度x₄ ^*则为x₄。

请注意，上述实施例当中的带宽分配方式仅作为说明的用，不可作为本发明的限制条件。此外，尽管上述的实施例皆以符合IEEE 802.16规格的通信***，但本发明所提供的带宽恢复方法亦可用于任何使用分时多工机制的通信***，均属本发明的范畴。

本发明的好处在于：通过重新发送上传调度消息(例如IEEE 802.16通信规格中所定义的UL-MAP)的机制，可将原本闲置的信道，做更有效率的利用，以减少公知技术中带宽浪费的情形。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所进行的等效变化与修改，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种应用于使用分时多工机制的通信***的带宽恢复方法，包含有：

传送一第一上传调度消息至该通信***的多个通信节点中至少一第一通信节点与一第二通信节点，该第一通信节点与该第二通信节点共用一通信信道，该第一上传调度消息用以设定该第一通信节点与该第二通信节点于该通信信道中所分配的通信时段；

检测该通信信道于一第一起始传送时间之后是否处于一闲置状态，其中该第一起始传送时间为该第一通信节点被允许可以开始传送数据的时间；以及

当发现该通信信道于该第一起始传送时间之后处于该闲置状态，则传送一第二上传调度消息至该多个通信节点，其中该第二上传调度消息用以设定该第一通信节点与该第二通信节点中至少其一于该通信信道所分配的通信时段。

2.如权利要求1所述的方法，其中检测该通信信道于该第一起始传送时间之后是否处于该闲置状态的步骤包含有：

检测该第一通信节点于该第一起始传送时间之后没有传送数据的时间是否超过一预定时间，且该预定时间不小于一信号传递时间。

3.如权利要求1所述的方法，另包含有：

当该多个通信节点中一通信节点于该通信信道所分配的一特定通信时段大于该通信节点传送数据所需的实际时间长度，则当于该通信节点于该特定通信时段的内传送数据完毕之后，不传送任何填充(padding)数据。

4.如权利要求1所述的方法，其中该第二上传调度消息的调度设定不同于该第一上传调度消息的调度设定，以及该第二上传调度消息重新规划至少该第二通信节点于该第一上传调度消息的调度设定中所原本分配的通信时段。

5.如权利要求4所述的方法，其中该第二上传调度消息所规划的一第二起始传送时间为该第二上传调度消息的一传送时间之后间隔一特定时段，该第二起始传送时间为该第二通信节点被允许可以开始传送数据的时间，以及该特定时段不小于该传送时间起至该第二通信节点可开始传输数据的一操作时间。

6.如权利要求1所述的方法，其中该第二上传调度消息的调度设定不同于该第一上传调度消息的调度设定，且该第二上传调度消息维持至少该第二通信节点于该第一上传调度消息的调度设定中所原本使用的通信时段。

7.如权利要求6所述的方法，其中传送该第二上传调度消息前需先判断所剩的上传时间是否超过一阈值。

8.如权利要求7所述的方法，其中该阈值不小于可传送一上传调度消息加上一最小数据单元所需的一操作时间。

9.如权利要求6所述的方法，其中该第二上传调度消息另重新规划该第一通信节点于该第一上传调度消息的调度设定中所原本分配的通信时段，以于该第一上传调度消息的调度设定中所原本分配的通信时段的剩余可用时段内设定一额外通信时段予该第二通信节点。

10.如权利要求9所述的方法，其中该第二上传调度消息所规划的一第三起始传送时间为该第二上传调度消息的一传送时间之后间隔一特定时段，该第三起始传送时间为该第二通信节点被允许可以开始传送数据的时间，以及该特定时段不小于该传送时间起至该第二通信节点可开始传输数据的一操作时间。