TWI383636B - 應用於通訊系統的頻寬回復方法 - Google Patents

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Description

應用於通訊系統的頻寬回復方法
本發明係有關於通訊系統，尤指一種用來處理通訊系統中頻寬回復的方法。
IEEE 802.16國際標準之無線接取技術，其主要目的在於解決“最後一哩”的問題：將長距離的有線通訊(如利用纜線(cable)，數位用戶迴路(Digital Subscriber Loop，DSL))以無線傳輸的方式去取代。
不同於IEEE 802.11的無線接取技術，IEEE 802.16在媒介存取控制(Media Access Control，MAC)上會利用排程演算法(scheduling algorithm)來分配無線資源給用戶通訊台(Subscriber Station，SS)。根據IEEE 802.16的規範，時間會被切成許多固定大小的時間訊框(frame)，而每個訊框又被分為下傳次訊框(DL subframe)以及上傳次訊框(UL subframe)；而兩個次訊框的長度可以不相同。在下傳次訊框的期間內，通訊流量主要是在於基地台(Base Station，BS)傳送資料給用戶通訊台；相對地，上傳次訊框的通訊流量主要是在於用戶通訊台傳送資料給基地台。在下傳次訊框一開頭的部分會有一小段訊息作為上傳排程訊息(於IEEE 802.16通訊規格中亦稱為UL－MAP)，其內容便含有基地台對於底下用戶通訊台傳送訊息時的排程規劃；亦即上傳排程訊息當中會規定哪些用戶通訊台可以在何時傳送多少長度的資料，再透過廣播(broadcasting)的方式公告給其下的用戶通訊台。
然而在發生以下幾種情況時，上傳頻道可能會產生閒置因而導致頻寬的浪費：1.上傳期間的整段閒置：當有干擾源靠近基地台，因而導致上傳排程訊息內的訊息毀損，使得基地台底下的所有用戶通訊台均無法收到正確的排程訊息；因此也無法得知該何時上傳資料。如此便造成整個上傳期間整段被閒置(因上傳次訊框期間內沒有任何用戶通訊台上傳資料)，而造成嚴重的頻寬浪費。
2.上傳期間的片段閒置：當有干擾源靠近某些用戶通訊台時，將導致那些用戶通訊台無法正確接收上傳排程訊息的訊息，若是此時上傳排程訊息正好含有告知那些用戶通訊台該於何時上傳的訊息，則原先基地台規劃給那些用戶通訊台上傳資料的時段便被閒置，因而造成頻寬的浪費。
3.填塞浪費(padding wasting)：若按照IEEE 802.16的規格，當用戶通訊台被分配到的上傳時間長度大於其真正傳送資料所需的時間長度時，用戶通訊台須傳送填塞資料(padding data)以補足剩餘的上傳時間，有時這些填塞資料的大小可高達2041個位元組，因而形成嚴重的浪費。
然而，在現行IEEE 802.16的規範當中，並沒有對上述這些情況做任何處理，因此，亟需一種頻寬回復機制來解決上述之頻寬浪費的問題。
因此本發明的目的之一在於在一通訊系統中提供一種頻寬回復的方法來解決上述的問題。
本發明之一實施例提供一種應用於一通訊系統之頻寬回復方法，包含有：傳送一第一上傳排程訊息至該通訊系統之複數個通訊節點中至少一第一通訊節點與一第二通訊節點，該第一通訊節點與該第二通訊節點係共用一通訊頻道，該第一上傳排程訊息係用以設定該第一通訊節點與該第二通訊節點於該通訊頻道中所分配之通訊時段；偵測該通訊頻道於一第一起始傳送時間之後是否處於一閒置狀態，其中該第一起始傳送時間為該第一通訊節點被允許可以開始傳送資料的時間；以及當發現該通訊頻道於該第一起始傳送時間之後處於該閒置狀態，則傳送一第二上傳排程訊息至該複數個通訊節點，其中該第二上傳排程訊息係用以設定該第一通訊節點與該第二通訊節點中至少其一於該通訊頻道所分配之通訊時段。
請參考第1圖，第1圖所示為基地台遭受干擾時本發明之一實施例所提供頻寬恢復方法的時序圖。如第1圖所示，基地台BS在下傳次訊框一開頭的階段會傳送一段上傳排程訊息102(例如IEEE 802.16通訊協定中所定義的UL－MAP，而在以下段落中，為了便於清楚說明本發明之技術特徵，便以”UL－MAP”來作為上傳排程訊息的一個範例說明，但請注意，這並非用來限定本發明所揭露的上傳排程機制僅能適用於IEEE 802.16通訊系統)至底下的用戶通訊台(亦即通訊節點)SS1~SS4(在本例中為四個用戶通訊台，請注意，用戶通訊台的個數僅為範例說明之用，並未是本發明的限制)。上傳排程訊息(UL－MAP)102當中含有基地台BS對於底下用戶通訊台SS1~SS4上傳時的排程規劃，其主要內容為各用戶通訊台的識別碼SSi 、各用戶通訊台的起始傳送時間ti 、以及各用戶通訊台被分配到的傳送時間長度(通訊時段)xi (i＝1~4)；其中，起始傳送時間ti 為用戶通訊台i被允許可以開始傳送資料的時間，而ti 與xi 的關係如下所示：xi＋1 ＝xi ＋ti
上傳時間規劃內容104即為原本基地台BS對底下用戶通訊台SS1~SS4上傳時間分配的情形。當用戶通訊台SS1~SS4都能正確接收上傳排程訊息(UL－MAP)102時，則在上傳次訊框的時段內，各用戶通訊台便會根據上傳時間規劃內容104的規劃，依照各自所分配到的通訊時段進行上傳。
此時若有干擾源靠近基地台BS時，上傳排程訊息(UL－MAP)102便無法被用戶通訊台SS1~SS4所正確接收，因而所有用戶通訊台於上傳次訊框的時段皆不會進行上傳。本實施例中，基地台BS於上傳次訊框的時段會偵測上傳頻道(請注意，上傳頻道係由用戶通訊台SS1~SS4所共用)是否處於閒置狀態；當發覺被分配要上傳的用戶通訊台(在本例中為SS1 )在起始傳送時間(在本例中為t1 )之後，沒有傳送資料的時間超過一預定時間h1 時，則基地台BS會於(t1 ＋h1 )之後發送上傳排程訊息(UL－MAP)106至底下的用戶通訊台；其中，預定時間h1 不能小於訊號傳遞時間(propagation time)(因為無線載波至少要經過這段在空氣中傳遞的時間，用戶通訊台才能收到)。
本發明提供了兩種頻寬回復的作法，分別簡稱為R1以及R2，以解決前述的頻寬浪費問題。基地台BS於下傳次訊框時段傳送上傳排程訊息(UL－MAP)之前，會先計算上傳排程訊息所分配之通訊時段xi 是否皆超過一臨界值；若所分配之所有通訊時段xi 皆超過該臨界值，則基地台BS可自由決定該採用回復方法R1或是回復方法R2；否則基地台BS僅可採用回復方法R1。而此判斷式以及臨界值將於後詳述之。
在回復方法R1中，基地台BS會將剩餘的上傳時間重新分配規劃。如第1圖所示，本實施例的上傳排程訊息(UL－MAP)106當中所含的內容即為各用戶通訊台新的起始傳送時間ti ＊ 以及各用戶通訊台被分配到新的傳送時間長度xi ＊ ，而上傳時間規劃內容108即為新的規劃方式。而用戶通訊台SS2新的起始傳送時間t2 ＊ ＝(t1 ＋h1 ＋h2 )；時段h2 係代表上傳排程訊息(UL－MAP)106傳送出去的時間(t1 ＋h1 )至用戶通訊台SS2的起始傳送時間t2 ＊ 之間的時間差，且h2 ≧Tproc ＋TUM ＋STTG＋u；其中，Tproc ：媒體存取處理控制(Media Access Control，MAC)所需的處理時間；TUM ：傳送上傳排程訊息(UL－MAP)106所需的時間；STTG：用戶通訊台SS2由接收狀態轉為傳送狀態所需的操作時間；以及u：訊號傳遞時間。
換言之，上傳排程訊息106所規劃之另一起始傳送時間係為上傳排程訊息106之傳送時間之後間隔一特定時段(亦即上述之h2 )，而該起始傳送時間為用戶通訊台SS2被允許可以開始傳送資料的時間，以及該持定時段係不小於上傳排程訊息106之傳送時間起至用戶通訊台SS2可開始傳輸資料之一操作時間(亦即上述之Tproc ＋TUM ＋STTG＋u)。
請參考第2圖，第2圖所示為用戶通訊台遭受干擾時本發明之第一實施例所提供頻寬恢復方法的時序圖。與第1圖類似，基地台BS於上傳次訊框的時段若偵測到上傳頻道閒置時間超過一預定時間h1 時，基地台BS會重新分配規劃上傳時間並於(t1 ＋h1 )時發送上傳排程訊息(UL－MAP)206至底下的用戶通訊台。其餘細節部分均與第1圖相同，故在此不在贅述。
請參考第3圖，第3圖所示為用戶通訊台受到干擾以致無法正確接收基地台BS所發送之新上傳排程訊息時本發明之第一實施例所提供頻寬恢復方法的時序圖。如圖所示，其細節大致與第1圖以及第2圖相同；唯一不同的是，用戶通訊台SS2於基地台BS發送新上傳排程訊息(UL－MAP)306時受到干擾，以致無法正確接收到上傳排程訊息(UL－MAP)306。由於偵測到干擾，此時的用戶通訊台SS2並不會進行上傳。類似於第1圖與第2圖所述，基地台BS於傳送完上傳排程訊息(UL－MAP)306後，若偵測到上傳頻道閒置時間仍超過一預定時間h1 時，基地台BS會再重新分配規劃剩餘的上傳時間，並於(t1 ＋h1 ＋h2 ＋h1 )時再發送新的上傳排程訊息(UL－MAP)310至底下的用戶通訊台。此時底下的用戶通訊台便根據上傳排程訊息(UL－MAP)310所規劃的內容進行上傳。
從以上實施例可知，回復方法R1的特點在於基地台BS在重新發送一次上傳排程訊息(UL－MAP)時，會重新分配及規劃用戶通訊台的上傳時間。此外，當用戶通訊台在上傳次訊框的時段內還沒有機會上傳資料前，須處於傾聽狀態(listening state)，直到上傳資料前的STTG時間才開始轉為傳送狀態(transmitting state)。若用戶通訊台在等待上傳之前無法正確解讀上傳排程訊息(UL－MAP)的訊息，則判定為碰撞狀態(collision state)，必須暫時停止上傳資料的計畫，直到重新正確接收到上傳排程訊息(UL－MAP)為止，並根據此一新的上傳排程訊息所設定的上傳排程規劃來將資料上傳至基地台。
而若要能夠執行回復方法R2，必須要滿足以下的條件：xi ≧h1 ＋h2 ＋D＋TBR ，對所有1≦i≦4都須成立。其中，D：前導同步時間＋STTG；TBR ：傳送頻寬要求(bandwidth request)所需的時間。
也就是說，基地台BS於下傳次訊框的一開始會先對底下所有的用戶通訊台(若用戶通訊台的個數為N，則i＝1~N)檢查下列條件是否均成立：xi －(h1 ＋h2 )≧D＋TBR ；亦即先檢查是否所有用戶通訊台所分配到的通訊時段xi ，在扣掉傳送暨處理上傳排程訊息所需的時間(h1 ＋h2 )之後，所剩餘之可傳送資料時間是否仍大於傳送一最小資料單元所需的時間(D＋TBR )；其中，前導同步位元(Preamble)加上STTG再加上頻寬要求(Bandwidth Request)為一最小可傳送的資料單元。由於回復方法R2不會對通訊時段xi 重新規劃(除了於下傳次訊框時段沒收到上傳排程訊息的用戶通訊台以外)，因此此條件式為執行回復方法R2的必要條件。
請參考第4圖，第4圖所示為用戶通訊台遭受干擾時本發明之第二實施例所提供頻寬恢復方法的時序圖。如第4圖所示，基地台BS在下傳次訊框一開頭的階段會決定採用回復方法R2(若xi ≧h1 ＋h2 ＋D＋TBR ，對所有1≦i≦4都成立)，並傳送上傳排程訊息(UL－MAP)402至底下的用戶通訊台SS1~SS4，而用戶通訊台SS1~SS4便會依照上傳時間規劃內容404來進行上傳。如圖所示，由於用戶通訊台SS1無法正確接收上傳排程訊息(UL－MAP)402，因此在起始傳送時間t1 開始時，並沒有任何資料上傳至基地台BS。當基地台BS於上傳次訊框的時段偵測到上傳頻道閒置時間超過一預定時間h1 時，基地台BS會先檢查所剩的上傳時間是否大於h2 ＋D＋TBR ，若是則發送上傳排程訊息(UL－MAP)406至底下的用戶通訊台SS1~SS4。此一實施例中，上傳排程訊息(UL－MAP)406的上傳時間規劃內容408與上傳排程訊息(UL－MAP)402的上傳時間規劃內容404相比，除了用戶通訊台SS1外，其餘用戶通訊台SS2~SS4的起始傳送時間ti 以及被分配到的傳送時間長度xi (i＝2~4)皆維持不變。至於用戶通訊台SS1原本所分配到的通訊時段x1 ，此時便僅剩下x1 －(h1 ＋h2 )的時間可用來傳送資料。
請注意，於此一實施例中，上傳排程訊息(UL－MAP)402亦可利用用戶通訊台SS1原本分配之通訊時段的剩餘可用時段，設定一額外通訊時段給後續其他的用戶通訊台，例如分配予用戶通訊台SS4，因此，用戶通訊台SS4便有兩個通訊時段可進行上傳作業，此一設計變化亦屬本發明的範疇。
回復方法R2與R1的不同處在於：若使用R2的回復方法，則基地台BS並不會重新分配及規劃用戶通訊台的上傳時間，此外，用戶通訊台只要在上傳資料前收到一次正確的上傳排程訊息(UL－MAP)即可。如第4圖所示，儘管用戶通訊台SS2並沒有收到基地台所發出的上傳排程訊息(UL－MAP)406，但由於用戶通訊台SS2已於下傳次訊框的開頭正確收到上傳排程訊息(UL－MAP)402，因此用戶通訊台SS2仍會依照規定的起始傳送時間t2 開始傳送資料。
請參考第5圖，第5圖所示為發生填塞浪費情形時本發明之第一實施例所提供頻寬恢復方法的時序圖。於此一實施例中，當用戶通訊台SS2所分配到的傳送時間長度x2 大於用戶通訊台SS2傳送資料所需的實際時間長度時，則當用戶通訊台SS2傳送資料完畢之後，並不傳送任何填塞(padding)資料；因而之後多出來的上傳時間便發生閒置。如第5圖所示，基地台BS如同之前所述，先進行偵測，然後發送上傳排程訊息(UL－MAP)506。基地台BS會採用回復方法R1的方式，將用戶通訊台SS2沒用完的上傳時間分配給用戶通訊台SS3與SS4。若剩餘可用的上傳時間為(T3 ＋T4 )，因此在上傳排程訊息(UL－MAP)506中，用戶通訊台SS3新的傳送時間長度x3 ＊ 可以是(x3 ＋T3 )，而用戶通訊台SS4新的傳送時間長度x4 ＊ 則為(x4 ＋T4 )。在此請注意，第五圖所示之實施例係將用戶通訊台SS2沒用完的上傳時間均分給用戶通訊台SS3與SS4，然而，此僅作為範例說明，於其他實施方式中，用戶通訊台SS2沒用完的上傳時間係可依據需求來適當地分配給後續的用戶通訊台而不限定要均分，此一設計變化亦屬本發明的範疇。
請參考第6圖，第6圖所示為發生填塞浪費情形時本發明之第二實施例所提供頻寬恢復方法的時序圖。當用戶通訊台SS2所分配到的傳送時間長度x2 大於用戶通訊台SS2傳送資料所需的實際時間長度時，則當用戶通訊台SS2傳送資料完畢之後，並不傳送任何填塞(padding)資料；因而之後多出來的上傳時間便發生閒置。如第6圖所示，基地台BS如同之前所述，先進行偵測，並檢查所剩的上傳時間是否大於h2 ＋D＋TBR ，若是則發送上傳排程訊息(UL－MAP)606。基地台BS會採用回復方法R2的方式，亦即仍採用上傳排程訊息(UL－MAP)602的上傳時間規劃內容604，只是將用戶通訊台SS2沒用完的上傳時間分配給用戶通訊台SS3。若剩餘可用的上傳時間為T3 ，因此在上傳排程訊息(UL－MAP)606中，用戶通訊台SS3新的傳送時間長度x3 ＊ 可以是(x3 ＋T3 )，而用戶通訊台SS4新的傳送時間長度x4 ＊ 則為x4 。
請注意，上述實施例當中的頻寬分配方式僅作為說明之用，不可作為本發明之限制條件。此外，儘管上述的實施例皆以符合IEEE 802.16規格的通訊系統，但本發明所提供的頻寬回復方法亦可用於任何使用分時多工機制的通訊系統，均屬本發明的範疇。
本發明的好處在於：透過重新發送上傳排程訊息(例如IEEE 802.16通訊規格中所定義的UL－MAP)的機制，可將原本閒置的頻道，做更有效率的利用，以減少習知技術中頻寬浪費的情形。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
102、402、502、602、106、206、306、310、406、506、606．．．上傳排程訊息
104、404、408、108．．．上傳時間規劃內容
BS．．．基地台
SS1~SS4．．．用戶通訊台
第1圖所示為基地台遭受干擾時本發明之一實施例所提供頻寬恢復方法的時序圖。
第2圖所示為用戶通訊台遭受干擾時本發明之第一實施例所提供頻寬恢復方法的時序圖。
第3圖所示為用戶通訊台受到干擾以致無法正確接收基地台所發送之新上傳排程訊息時本發明之第一實施例所提供頻寬恢復方法的時序圖。
第4圖所示為用戶通訊台遭受干擾時本發明之第二實施例所提供頻寬恢復方法的時序圖。
第5圖所示為發生填塞浪費情形時本發明之第一實施例所提供頻寬恢復方法的時序圖。
第6圖所示為發生填塞浪費情形時本發明之第二實施例所提供頻寬恢復方法的時序圖。
102、106．．．上傳排程訊息
104、108．．．上傳時間規劃內容
BS．．．基地台

Claims (13)

  1. 一種應用於一通訊系統之頻寬回復方法，包含有：傳送一第一上傳排程訊息至該通訊系統之複數個通訊節點中至少一第一通訊節點與一第二通訊節點，該第一通訊節點與該第二通訊節點係共用一通訊頻道，該第一上傳排程訊息指出該第一通訊節點與該第二通訊節點於該通訊頻道中所分配之通訊時段，以及指出一第一起始傳送時間；偵測該通訊頻道於該第一起始傳送時間之後是否處於一閒置狀態，其中該第一起始傳送時間為該第一通訊節點被允許可以開始傳送資料的時間；以及當發現該通訊頻道於該第一起始傳送時間之後處於該閒置狀態，則傳送一第二上傳排程訊息至該複數個通訊節點，其中該第二上傳排程訊息指出該第一通訊節點與該第二通訊節點中至少其一於該通訊頻道所分配之通訊時段；其中該第一上傳排程訊息基於該第一起始傳送時間與該通訊時段定義每一通訊節點之一節點起始傳送時間，以及該第二通訊節點之該節點起始傳送時間係基於設定於該第二上傳排程訊息中之一排程設定而維持不變。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該通訊系統為一分時多工系統。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該通訊系統係符合 IEEE 802.16的規格。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該通訊系統係符合DOCSIS(Data Over Cable System Interface Specification)的規格。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中偵測該通訊頻道於該第一起始傳送時間之後是否處於該閒置狀態的步驟包含有：偵測該第一通訊節點於該第一起始傳送時間之後沒有傳送資料的時間是否超過一預定時間，且該預定時間係不小於一訊號傳遞時間(propagation time)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，另包含有：當該複數個通訊節點中一通訊節點於該通訊頻道所分配之一特定通訊時段大於該通訊節點傳送資料所需的實際時間長度，則當於該通訊節點於該特定通訊時段之內傳送資料完畢之後，不傳送任何填塞(padding)資料。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二上傳排程訊息之排程設定係異於該第一上傳排程訊息之排程設定，且該第二上傳排程訊息係維持至少該第二通訊節點於該第一上傳排程訊息之排程設定中所原本使用之通訊時段。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中傳送該第二上傳排程訊息前需先判斷所剩的上傳時間是否是否超過一臨界值。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該臨界值係不小於可傳送一上傳排程訊息加上一最小資料單元所需之一操作時間。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該第二上傳排程訊息另重新規劃該第一通訊節點於該第一上傳排程訊息之排程設定中所原本分配之通訊時段，以於該第一上傳排程訊息之排程設定中所原本分配之通訊時段的剩餘可用時段內設定一額外通訊時段予該第二通訊節點。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該第二上傳排程訊息所規劃之一第三起始傳送時間係為該第二上傳排程訊息之一傳送時間之後間隔一特定時段，該第三起始傳送時間為該第二通訊節點被允許可以開始傳送資料的時間，以及該特定時段不小於該傳送時間起至該第二通訊節點可開始傳輸資料之一操作時間。
  12. 一種應用於一通訊系統之頻寬回復方法，包含有：傳送一第一上傳排程訊息至該通訊系統之複數個通訊節點中至少一第一通訊節點與一第二通訊節點，該第一通訊 節點與該第二通訊節點係共用一通訊頻道，該第一上傳排程訊息該第一通訊節點與該第二通訊節點於該通訊頻道中所分配之通訊時段，以及指出一第一起始傳送時間；偵測該通訊頻道於該第一起始傳送時間之後是否處於一閒置狀態，其中該第一起始傳送時間為該第一通訊節點被允許可以開始傳送資料的時間；以及當發現該通訊頻道於該第一起始傳送時間之後處於該閒置狀態，則傳送一第二上傳排程訊息至該複數個通訊節點，其中該第二上傳排程訊息指出該第一通訊節點與該第二通訊節點中至少其一於該通訊頻道所分配之通訊時段；其中該第二上傳排程訊息之排程設定係異於該第一上傳排程訊息之排程設定，以及該第二上傳排程訊息係重新規劃至少該第二通訊節點於該第一上傳排程訊息之排程設定中所原本分配之通訊時段，以及該第一通訊節點於該第一上傳排程訊息之排程設定中所原本分配之通訊時段中之一剩餘可用時段中的一額外時段將被分配給至少該第二通訊節點。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該第二上傳排程訊息所規劃之一第二起始傳送時間係為該第二上傳排程訊息之一傳送時間之後間隔一特定時段，該第二起始傳送時間為該第二通訊節點被允許可以開始傳送資料的時間，以及該特定時段係不小於該傳送時間起至該第二通訊節點可開始傳輸資料之一操 作時間。
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