CN1934883A - 分组数据的调度方法 - Google Patents

Abstract

一种调度方法，这种方法在分组数据的调度中，既可以保证各移动台(各流)的QoS和公平性的双方，同时又可以提高信道利用率。该调度方法中，在步骤(ST10)设定总传输率设定值C(初始值)；在(ST20)使用GPS法，计算各移动台(各流)的业务量S_k；在(ST30)中将各移动台(各流)的分组分配给各子信道；在(ST40)中计算出实际的传输率C’；在(ST50)中，判断在(ST30)中未被分配的分组的剩余的子信道的数量是否小于等于阈值，在剩余的子信道数并非小于等于阈值的情况下，在(ST60)中计算出该剩余子信道的传输率ΔC，并在(ST70)中重新设定为C＝C’+ΔC。

Description

分组数据的调度方法

技术领域

本发明涉及一种分组数据的调度方法。

背景技术

在移动通信***中，有关既满足各应用程序的QoS(Quality of Service，服务质量)要求，又考虑传播路径状况的变动和干涉状况的变动等，来确定分组的传输优先度和业务量，然后，基于它们进行无线资源分配的有效的调度方法，正在探讨中。特别是，考虑移动台之间的公平性和QoS的双方，来进行传输分组调度的GPS(Generalized Processor Sharing，广义处理器共享)调度法(以下，简称GPS法)在移动通信***中的应用，正在探讨中(例如，非专利文献1)。

该GPS法能够根据信道的总传输率设定值，赋予各移动台(各流)加权，通过逐一确定各移动台的可传输业务量(瞬时传输率)，从而确保在移动台之间，无线资源的分配的公平性。GPS法是在假定信道的总传输率一定的基础上，确定总传输率设定值，从而进行调度。即，以往的GPS法，是根据事先知道的一定的总传输率，来设定总传输率设定值。

【非专利文献1】L.Xu，X.Shen，and J.Mark，“Dynamic bandwidthallocation with fair scheduling for WCDMA systems，”IEEE WirelessCommunications，pp.26-32，April 2002

发明内容

发明需要解决的课题

可是，在无线环境中对多个移动台同时传输分组的移动通信***，由于子信道的传输率会因使用该子信道的每个移动台而有所不同，所以信道的总传输率会随着将子信道分配给各移动台的结果而变化。另外，这里所说的子信道，例如在OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)这样的多载波通信中，就相当于各副载波；在CDMA(Code DivisionMultiple Access，码分多址)通信中，就相当于被多码复用的各扩频码。

例如，在OFDM中，MaX-C/I法如下那样：在将各副载波分配给各移动台时，对各副载波分配在各副载波中线路质量最好的移动台。即，假设在某一时刻，各移动台的CQI(Channel Quality Indicator，信号质量指示)如图1所示，则由于副载波1、2、4被分配给移动台1，副载波3被分配给移动台2，所以此时的总传输率为14bits/s。另外，这里的CQI值越大，表示线路质量越好，则CQI＝1与调制方式：BPSK(1比特)对应；CQI＝2与调制方式：QPSK(2比特)对应；CQI＝3与调制方式：8PSK(3比特)对应；CQI＝4与调制方式：16QAM(4比特)对应。另外，假设在某一时刻，各移动台的CQI如图2所示，则由于副载波3、4被分配给移动台1，副载波1、2被分配给移动台2，所以总传输率变为12bits/s。这样，在移动通信***中，信道的总传输率会随着将子信道分配给各移动台的分配结果而变化。

如上所述，当总传输率变化时，GPS法的总传输率设定值就成为问题。例如，将总传输率设定值设定为6000bits/s，当移动台1的加权系数为4/5，移动台2的加权系数为1/5时，为了保证移动台1和移动台2的公平性和QoS的双方，就必须始终保持移动台1的瞬时传输率为4800bits/s，移动台2的瞬时传输率为1200bits/s。在这里，如果当前的实际总传输率为4000bits/s，则当前的实际总传输率(4000bits/s)就小于总传输率设定值(6000bits/s)了，所以难以保证移动台1和移动台2的公平性和QoS的双方。即，如果使移动台1或移动台2的任一方的QoS为优先来确定子信道的分配，那么在不能满足另一方的QoS的同时，也失去了公平性。

对此，可考虑使总传输率设定值比预测的实际总传输率小的预估设定的方法。例如，考虑相对于实际的总传输率4000bits/s，把总传输率设定值设定为2000bits/s的情况。如同上述，当移动台1的加权系数为4/5、移动台2的加权系数为1/5时，为了保证移动台1和移动台2的公平性和QoS的双方，就必须始终保持移动台1的瞬时传输率为1600bits/s，移动台2的瞬时传输率为400bits/s。此时，由于实际的总传输率(4000bits/s)大于总传输率设定值(2000bits/s)，所以，能够保证移动台1和移动台2的公平性和QoS的双方。但是，却产生了2000bits/s(实际总传输率4000bits/s-总传输率设定值2000bits/s)的信道资源的浪费，从而降低了信道利用率。这样，在GPS法中，当把总传输率设定值预估并设定为小于实际总传输率的值时，虽然能够保证移动台之间的公平性和QoS的双方，但信道利用率却降低了，其结果是吞吐量也降低了。

本发明的目的是，提供一种既可以保证各移动台(各流)的QoS和公平性的双方，同时又可提高信道利用率的分组数据的调度方法。

用于解决课题的方法

本发明的调度方法，是用于在使用多个子信道对多个通信对方传输分组数据的无线通信装置中上述分组数据的调度方法，该方法包括：第1步骤，设定对上述多个通信对方的总传输率；第2步骤，基于上述总传输率和对上述多个通信对方赋予的加权系数而计算上述多个通信对方的每个通信对方的业务量；第3步骤，将上述业务量作为上限，基于线路质量而将上述多个子信道分配给上述多个通信对方；第4步骤，计算上述多个子信道内上述第3步骤中未被分配给上述多个通信对方的任何一个的子信道的传输率；以及第5步骤，使用由上述第4步骤计算出的传输率来更新总传输率，重复执行上述第2步骤、上述第3步骤、上述第4步骤及上述第5步骤，直至上述第3步骤中未被分配给上述多个通信对方的任何一个的子信道的数量小于等于阈值为止。

发明的效果

根据本发明的调度方法，可以既保证各移动台(各流)的QoS和公平性的双方，同时，又可提高信道利用率。

附图说明

图1是表示各移动台的CQI的图；

图2是表示各移动台的CQI的图；

图3是本发明的一个实施方式所涉及的调度方法的流程图；

图4是本发明的一个实施方式所涉及的表示接收SINR和PER的关系的曲线图；

图5是本发明的一个实施方式所涉及的各移动台及各副载波的CQI示例；

图6是表示本发明的一个实施方式所涉及的各CQI和调制方式，以及由1个码元传输的比特数之间的关系的图；

图7是表示本发明的一个实施方式所涉及的副载波的分配的图；

图8是表示本发明的一个实施方式所涉及的副载波的分配的图；

图9是表示本发明的一个实施方式所涉及的副载波的分配的图；

图10是表示本发明的一个实施方式所涉及的无线通信装置的结构的方框图。

具体实施方式

图3是本发明的一个实施方式所涉及的调度方法的流程图。下面，参照该流程图进行说明。

首先，在ST(步骤)10中，按照算式(1)设定总传输率设定值C(初始值)。

(算式1)

C＝βC^M，0＜β＜1  ...(1)

其中，C^M是指使用Max-C/I法进行子信道的分配时的传输率，可以用算式(2)表示。

(算式2)

$C^M=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k\∈B}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{k,n}F({\mathrm{\Γ}}_{k,n},e_k),\mathrm{where}{\mathrm{\α}}_{k,n}=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{if\; k}=k^{*}=\underset{k\∈B}{\arg \max }\left({\mathrm{\Γ}}_{k,n}\right)\\ 0,& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.---\left(2\right)$

$\mathrm{for\; n}=\mathrm{1,2},...,N$

其中，F(Γ_k，n，e_k)表示可以满足接收SINR＝Γ_k，n、PER(PacketError Rate，分组差错率)＝e_k的移动台的传输率。另外，B表示在时隙区间，有分组被存储起来的移动台(流)的集合。另外，F(Γ_k，n，e_k)的值依赖于MCS(Modulation Coding Scheme，调制编码方式)。即，当对各子信道进行自适调制时，为了相对于接收SINR＝Γ，满足PER＝e，而选择效率最好的调制方式。如图4所示，当接收SINR＝Γ和PER＝e时，作为调制方式选择8PSK。在这里，用对应于所选择的调制方式的比特数，来表示函数f(Γ，e)。因为BPSK方式可以1个码元传输1比特；QPSK方式可以1个码元传输2比特；8PSK方式可以1个码元传输3比特；16QAM方式可以1个码元传输4比特，所以，当作为调制方式选择8PSK时，则f(Γ，e)＝3bits。现在，假设1个副载波1秒钟传输100个码元，则F(Γ，e)＝100×f(Γ，e)＝300bits/s。

接下来，在ST20中，使用GPS法，按照算式(3)，计算各移动台(各流)的业务量S_k。

(算式3)

$S_k=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\mathrm{\φ}}_k}{\underset{k\∈B}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\φ}}_k}\mathrm{CT},& \mathrm{if}{\mathrm{\η}}_k>0\\ 0,& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，φ_k是对各移动台(各流)赋予的加权系数；C是在ST10中设定的总传输率估计值；T是时隙长度。还有，η_k是在1个时隙区间中的移动台k(流k)的业务量。

另外，φ_k可用算式(4)表示。在算式(4)中，R_k是移动台k(流k)的要求传输率。

(算式4)

${\mathrm{\φ}}_k=\frac{R_k}{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{R}_k}---\left(4\right)$

接下来，在ST30中，将各移动台(各流)的分组分配给各子信道。该子信道的分配根据Max-C/I法进行。

接下来，在ST40中，按照算式(5)计算出实际的传输率(实际传输率)C’。其中，r_k表示各移动台(各流)的实际的传输率。

(算式5)

$C^{\′}=\underset{k\∈B}{\mathrm{\Σ}}{r}_k---\left(5\right)$

接下来，在ST50中，判断在ST30中未被分配分组的剩余子信道的数量是否小于或等于阈值。然后，如果剩余子信道数并非小于或等于阈值(ST50：为NO时)，在ST60中，计算该剩余子信道的传输率ΔC；在ST70中，将C重新设定为C’+ΔC。即，用ΔC更新C。然后，返回ST20，重复ST20～ST70的处理，直至ST50中剩余的子信道数小于或等于阈值为止。

然后，当在ST50中判断剩余的子信道数小于或等于阈值时(ST50：为“是”时)，在ST80中，进行该剩余子信道的分配。

接下来，就图3所示的流程图的调度方法，作更具体的说明。在以下的说明中，以OFDM为例进行说明。因此，各副载波相当于各子信道。另外，设：移动台数(流数)为K＝2，副载波数为N＝8。还有，设：时隙长为T＝1sec，1秒钟传输100个码元。还有，设：剩余副载波数的阈值为ε＝1。另外，设：移动台1(流1)的要求传输率为R₁＝1200bits/s，移动台2(流2)的要求传输率为R₂＝400bits/s，那么，移动台1(流1)的加权系数φ₁及移动台2(流2)的加权系数φ₂，就如算式(6)所示。

(算式6)

${\mathrm{\φ}}_1=\frac{R_1}{R_1+R_2}=\frac{3}{4},{\mathrm{\φ}}_2=\frac{R_2}{R_1+R_2}=\frac{1}{4}---\left(6\right)$

此时，假设各移动台及各副载波的CQI成为如图5所示。另外，各CQI和调制方式以及1个码元传输的比特数之间的关系如图6所示。

首先，在ST10中，设定对移动台1及移动台2的总传输率设定值C(初始值)。因此，按照Max-C/I法进行各副载波的分配。其结果是，副载波2、4、6分配给移动台1，副载波1、3、5、7、8分配给移动台2(图7)。因此，在上述算式(1)中的C^M就成为如算式(7)所示。

(算式7)

C^M＝(2+4+2+2+2+4+2+2)×100bits/s＝2000bits/s  ...(7)

这里，假设β＝0.6，结果，总传输率设定值C(初始值)就成为如算式(8)所示。

(算式8)

C＝β·C^M＝0.6×2000＝1200bits/s  ...(8)

接下来，在ST20中，使用ST10中设定的C＝1200bits/s，按照上述算式(3)，计算各移动台(各流)的业务量S₁及S₂。其结果，业务量S₁及S₂就成为如算式(9)所示。

(算式9)

$S_1=\frac{{\mathrm{\φ}}_1}{{\mathrm{\φ}}_1+{\mathrm{\φ}}_2}\mathrm{CT}=900\mathrm{bits},S_2=\frac{{\mathrm{\φ}}_2}{{\mathrm{\φ}}_1+{\mathrm{\φ}}_2}\mathrm{CT}=300\mathrm{bits}---\left(9\right)$

接下来，在ST30中，以业务量S₁及S₂为上限，根据Max-C/I法，将各移动台(各流)的分组，分配给各副载波。其结果，副载波的分配成为如图8所示。

接下来，在ST40中，根据ST30中的分配结果，计算实际传输率C’。这里，实际传输率C’成为如算式(10)所示。

(算式10)

C’＝900+300＝1200bits/s  ...(10)

接下来，在ST50中，判断剩余的副载波数是否小于等于阈值。此时，根据图8，在ST30中未被分配分组的剩余副载波数N_u为“3”，阈值ε为“1”。所以变为ST50：“否”，从而进至ST60。

在ST60中，计算在ST30中未被分配分组的剩余副载波5、7、8的传输率ΔC。在上述图7中，副载波5、7、8被分配给了移动台2，由于其CQI全部是“2”，所以，传输率ΔC就成为如算式(11)所示。

(算式11)

(2+2+2)×100＝0.6×600＝360bits/s  ...(11)

然后，在ST70中，将C重新设定为C’+ΔC。其结果，C被重新设定为如算式(12)所示。然后，再次返回ST20。

(算式12)

C＝C+ΔC＝1200+360＝1560≈1600bits/s  ...(12)

接下来，在ST20中，用在ST70中重新设定的C＝1600bits/s，按照上述算式(3)，再次计算出各移动台(各流)的业务量S₁及S₂。其结果，业务量S₁及S₂成为如算式(13)所示。

(算式13)

$S_1=\frac{{\mathrm{\φ}}_1}{{\mathrm{\φ}}_1+{\mathrm{\φ}}_2}\mathrm{CT}=1200\mathrm{bits},S_2=\frac{{\mathrm{\φ}}_2}{{\mathrm{\φ}}_1+{\mathrm{\φ}}_2}\mathrm{CT}=400\mathrm{bits}---\left(13\right)$

接下来，在ST30中，以业务量S₁及S₂为上限，根据Max-C/I法，将各移动台(各流)的分组，分配给各副载波。其结果，副载波的分配就成为如图9所示。即，移动台2的分组，分配给了副载波5及7。

接下来，在ST40中，根据ST30中的分配结果，计算实际传输率C’。这里，实际传输率C’成为如算式(14)所示。

(算式14)

C’＝1200+(200+200)＝1600bits/s  ...(14)

接下来，在ST50中，判断剩余的副载波数是否小于等于阈值。此时，根据图9，在ST30中未被分配分组的剩余副载波数N_u为“1”，阈值ε为“1”。所以变为ST50：“是”，从而进至ST80。然后，在ST80中，将剩余的子信道8分配给移动台2。

另外，在本实施方式中，将总传输率设定值C(初始值)按照算式(1)来设定，其实也可以如下设定。例如，也可以将时隙i的C设定成在前1时隙(i-1)正确接收的分组的传输率。另外，也可以按照下面的算式(15)或算式(16)进行设定。另外，在CDMA方式的通信中，也可以按照以下算式(17)进行设定。在算式(17)中，g_k是分配给移动台k(流k)的码数，a_k是a_k＝1/SINR_k，G是最大复用码数。这里所述的设定方法，也可以在上述ST60中，计算未被分配分组的剩余副载波的传输率ΔC时使用。

(算式15)

$C=\mathrm{\γ}\underset{k\∈B}{\mathrm{\Σ}}{g}_k{R}_k^t,(\mathrm{\γ}\≥1)---\left(15\right)$

其中， $g_k=\frac{{\mathrm{\φ}}_k}{\underset{k\∈B}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\φ}}_k},R_k^t=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}F({\mathrm{\Γ}}_{k,n},e_k)$

(算式16)

$C=\mathrm{\μ}\underset{k\∈B}{\mathrm{\Σ}}{g}_k{R}_k^a---\left(16\right)$

其中， $R_k^a=\underset{n{\∈A}_k}{\mathrm{\Σ}}F({\mathrm{\Γ}}_{k,n},e_k)$

(算式17)

$C=\underset{k\∈B}{\mathrm{\Σ}}{g}_{k}F({\mathrm{\Γ}}_k,e_k)---\left(17\right)$

其中， $g_k=\frac{a_k{\mathrm{\φ}}_k}{\underset{k\∈B}{\mathrm{\Σ}}{a}_k{\mathrm{\φ}}_k}G$

另外，在上述图3的流程图中，也可以使ST70的处理为“C＝C+ΔC”，将ST40的处理省略，从而使调度处理简略化。

接下来，就进行上述调度的无线发送装置进行说明。图10表示本发明的一个实施方式所涉及的无线发送装置的结构的方框图。在图10中，缓冲器101-1～K分别缓冲通往移动台1～K的分组。调度器102根据上述图3的流程图进行调度。排队单元103在调度器102的控制下，根据业务量S_k，将缓冲存储在缓冲器101-1～K的分组，输入到自适应调制单元104。自适应调制单元104按照调度器102指示的调制方式，对输入的分组进行调制。调度器102根据CQI法确定调制方式。分配单元105在调度器102的控制下，将各移动台1～K的分组，如上所述地分配给副载波1～N。然后，OFDM调制单元106对副载波1～N，进行快速傅里叶逆变换(IFFT)，生成OFDM信号。OFDM信号在无线发送单元107经过规定的无线处理后，由天线108发送到各移动台1～K。

另外，在这里，虽然说明了关于OFDM方式的无线发送装置，但是，在CDMA方式的无线发送装置上，也可以实行本实施方式的调度方法。这时，上述调度方法中的各子信道，就相当于被多码复用的各扩频码。

这样，根据本实施方式，因为从使用Max-C/I法的子信道分配的结果，求得GPS法中的总传输率设定值，所以，总传输率设定值基本上是和实际传输率一致的，其结果，就能够进行保证移动台之间的公平性的子信道的分配。并且，按照上述图3的流程图，通过重复执行考虑公平性的GPS法和考虑信道利用率的Max-C/I法，可以在保证移动台之间的公平性的同时，提高信道利用率。

另外，用于上述各实施方式说明的各功能模块，典型的由集成电路LSI(大规模集成电路)来实现。这些功能块既可以分别实行单芯片化，也可以包括其中一部分或者是全部而实行单芯片化。

这里，虽然称作LSI，但根据集成度的不同也可以称为IC(集成电路)、***LSI(***大规模集成电路)、超LSI(超大规模集成电路)、极大LSI(极大规模集成电路)。

另外，集成电路化的技术不仅限于LSI，也可以使用专用电路或通用处理器来实现。制造LSI后，也可以利用LSI制造后能够编程的FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)，或可以利用将LSI内部的电路块连接或设定重新配置的可重配置处理器(Reconfigurable Processor)。

再有，如果随着半导体技术的进步或者其他技术的派生，出现了替换LSI集成电路的技术，当然，也可以利用该技术来实现功能模块的集成化。也有应用生物工程学技术等的可能性。

本说明书基于2004年3月22日申请的日本专利申请第2004-082891号。该全部内容包括在此作参考。

工业实用性

本发明适用于移动通信***中使用的基站装置等。

Claims (2)

1、一种调度方法，是用于在使用多个子信道对多个通信对方传输分组数据的无线通信装置中上述分组数据的调度方法，该方法包括：

第1步骤，设定对上述多个通信对方的总传输率；

第2步骤，基于上述总传输率和对上述多个通信对方赋予的加权系数而计算上述多个通信对方的每个通信对方的业务量；

第3步骤，将上述业务量作为上限，基于线路质量而将上述多个子信道分配给上述多个通信对方；

第4步骤，计算在上述多个子信道内上述第3步骤中未被分配给上述多个通信对方的任何一个的子信道的传输率；以及

第5步骤，使用由上述第4步骤计算出的传输率来更新上述总传输率，

重复执行上述第2步骤、上述第3步骤、上述第4步骤及上述第5步骤，直至上述第3步骤中未被分配给上述多个通信对方的任何一个的子信道的数量小于等于阈值为止。

2、一种无线通信装置，使用多个子信道对多个通信对方传输分组数据，所述无线通信装置包括：

对上述分组数据进行调度的调度器；以及，

按照上述调度，将上述分组数据分配给上述多个子信道的分配单元，

其中，上述调度器的调度包括以下5个步骤：

第1步骤，设定对上述多个通信对方的总传输率；

第2步骤，基于上述总传输率和对上述多个通信对方赋予的加权系数而计算上述多个通信对方的每个通信对方的业务量；

第3步骤，将上述业务量作为上限，基于线路质量而将上述多个子信道分配给上述多个通信对方；

第4步骤，计算上述多个子信道内上述第3步骤中未被分配给上述多个通信对方的任何一个的子信道的传输率；以及

第5步骤，使用由上述第4步骤计算出的传输率来更新上述总传输率，

上述调度器重复执行上述第2步骤、上述第3步骤、上述第4步骤及上述第5步骤，直到上述第3步骤中未被分配给上述多个通信对方的任何一个的子信道的数量小于等于阈值为止。

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