在基於正交頻分多址(ofdma)的通信系統中組裝幀的方法以及通信系統的製作方法

2023-10-07 21:36:09

專利名稱：在基於正交頻分多址(ofdma)的通信系統中組裝幀的方法以及通信系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及在一種基於正交頻分多址(OFDMA)的通信系統中組裝幀的方法，其中，就OFDMA幀的兩個維度(時間和頻率)而言對從廣播站發送至接收機的數據分組給予 矩形形狀，並且，利用幀組裝調度器連續地將數據分組放入OFDMA幀。此外，本發明涉及一種通信系統，包括廣播站，用於向接收機以基於正交頻分多 址(OFDMA)的方式發送數據分組；數據分組成形實體，用於就OFDMA幀的兩個維度(時間和 頻率)而言對所要發送的數據分組給予矩形形狀；以及幀組裝調度器，用於連續地將所要 發送的數據分組放入OFDMA幀。
背景技術：
0FDMA(正交頻分多址)是目前一種廣泛使用的用於數據傳輸的技術，該技術基於 對大量密集排列的正交子載波的使用。特別地，在無線通信系統中，OFDMA變得愈發流行， 並已被稱為未來4G標準的候選技術。作為在無線通信系統中OFDMA的應用的示例，其將被稱為WiMAX。基於IEEE 802. 16標準族，WiMAX被定義為全球微波接入互操作性。正如Wi-Fi聯盟保證IEEE 802. 11 無線LAN標準的互操作實現一樣，WiMAX論壇保證IEEE 802. 16無線標準的互操作實現。在WiMAX中，通過稱為下行MAP (DL-MAP)調度器的幀組裝調度器執行下行方向的 幀填充處理。DL-MAP調度器的工作是將以比特為單位的給定尺寸的下行數據分組(所謂 的MPDU (MAC協議數據單元))分配至WiMAX幀的下行部分中。根據兩種當前的WiMAX標準 IEEE802. 16-2004和802. 16e_2005，WiMAX幀由特定的二維區域構成，其中以時隙(時間) 和子信道(頻率)的形式給出WiMAX幀的兩個維度。可以將DL-MAP調度器的任務分解為兩個基本子任務。第一，必須使先前提及的 MPDU適合於在WiMAX標準中被定義為突發的矩形形狀，在突發中將應用特定的MCS (調製 和編碼方案)。通過在單個突發中級聯屬於不同連接標識符(CID)的MPDU，可以減小由於 DL-MAP尺寸導致的信令開銷。第二，必須將這些突發一起封裝在矩形WiMAX下行幀中，最小 化未使用的空間，轉化為對無線資源的更好利用。上述兩種當前的WiMAX標準未提供任何與基站(以及DL-MAP調度器分別)應當 如何實現前述任務有關的指導。由於DL-MAP調度器算法確定了如何高效地使用無線資源， 因此系統性能高度依賴於DL-MAP調度器算法。幀組裝調度器的效率由在幀組裝的末尾處 剩餘的空的空間的尺寸以及使矩形適合於感興趣的區域所需的填充量。空的空間和填充是 浪費的無線資源(即帶寬)。

發明內容
因此，本發明的目的是改進並進一步開發開頭描述的類型的方法和通信系統，使 得就OFDMA幀中的空的空間和填充而言的無線資源使用效率得到增強，並使得幀組裝調度器所需的複雜度最小化。 根據本發明，前述目的由包括權利要求1的特徵的方法實現。根據該權利要求，這 種方法的特徵在於，OFDMA幀的填充處理基於表示OFDMA幀內當前空的空間的數據結構的 有序列表。此外，前述目的由包括權利要求21的特徵的通信系統實現。根據該權利要求，這 種通信系統的特徵在於，幀組裝調度器被配置為基於表示OFDMA幀內當前空的空間的數 據結構的有序列表，執行OFDMA幀的填充處理。根據本發明，已認識到可以通過將二維封裝問題轉換為搜索問題來降低幀組裝調 度器所需的複雜度。由於DL-MAP調度器必須遵循的嚴格的時間邊界的緣故，窮舉搜索是不 可行的。事實上，需要在WiMAX幀持續時間內完成幀組裝過程。考慮到這點，已認識到具有 試探度量的貪婪搜索是最適合的解決方案。為此，本發明提出，使OFDMA幀的分配處理基於 數據結構的有序列表，其中數據結構表示OFDMA幀內的當前空的空間。已認識到，通過使用 所述列表，可以高效地解決在OFDMA幀中分配矩形數據分組的問題。使用所述列表允許針 對每個數據分組考慮所有可行的維度排列，導致對所有可能的矩形形狀進行考察。根據有利實施例，在開始在OFDMA幀中分配數據分組之前，將所要發送的數據分 組劃分為緊急數據分組和非緊急數據分組。因此，由於為了提高在OFDMA幀中存在足夠的 空的空間的可能性而首先對緊急數據分組進行分配，因此可以滿足服務質量(QoS)要求， 例如與時間要求嚴格的應用相關。另一方面，可能發生的情況是在放置了所有緊急數據分 組之後，沒有足夠的剩餘空間來分配所有非緊急數據分組。然而，由於非緊急數據分組與時 間要求嚴格的應用無關，因此可以在後續OFDMA幀中發送非緊急數據分組而不引起任何問 題。一般地，根據優選實施例，在OFDMA幀中分配數據分組之前，將數據分組級聯成突 發。在該上下文中，級聯意味著在單個突發中聚集不同的數據分組。在WiMAX的情況下，可 以根據數據分組的調製編碼方案MCS來執行將屬於不同連接標識符(CID)數據分組級聯成 單個突發。以下，為了簡單起見，將已級聯的數據分組和(未進行任何級聯的)單個數據分 組稱為突發。通過應用級聯機制，可以減小由於DL-MAP尺寸導致的信令開銷。為了確保不混淆 緊急數據分組/突發和非緊急數據突發，經過證明，單獨針對緊急數據分組和針對非緊急 數據分組執行級聯是有利的。此外，可以應用門限，指定突發的最大可容許尺寸。通過這種 方式，可以避免超大尺寸的突發，而由於這種大的突發可能難以分配，因此這種方式經證明 是有用的。採用又一有利方式，可以根據基於突發尺寸的固定順序，在OFDMA幀內分配緊急 突發。優選地，算法起始於最大的突發，這是由於OFDMA幀內剩餘的空的空間越小，尋找用 於放置較大突發的足夠大的空間就越困難。在分配了所有緊急突發之後，可以應用與以上 結合緊急突發描述的相同的固定時間順序，分配被限定為非緊急突發的突發。根據優選實施例，將在放置突發之後OFDMA幀的剩餘的空閒空間整理 (defragment)為空矩形的集合。有利地，表示OFDMA幀內當前空的空間的數據結構的所述 列表包括按尺寸增加而排序的空矩形的所述集合。在這種情況下，可以從所述列表中，將要 在OFDMA幀內分配的下一突發的封裝區域選擇為可容納所考慮的突發的最小空矩形。這種實施例的優勢在於，儘可能小地影響大的剩餘空閒矩形，從而增加可在0FDMA幀內分配的
突發的數量。關於分配處理的簡要構造，可以將突發始終置於各個所選封裝區域的右上角。在 從整理後的空的矩形的列表中選擇了作為封裝區域的矩形，並知道了將突發放在所選封裝 區域內的哪個位置之後，剩下的問題是是垂直地還是水平地放置突發。關於高效率，以最 小化所得的整理後的空矩形的尺寸的方式進行判決。基本上，優選地將在時域中細小的矩 形處放置，以節約接收0FDMA幀並將必須從幀中提取突發的終端的功率。然而，應當注意，一般地，事先已知的僅僅是所要分配的突發的尺寸，S卩，0FDMA幀 內突發所需的單元的數量。相反，無法以任意方式預先確定選擇突發的(就0FDMA幀的時 隙和子信道而言的)實際形狀或維度，而可以自由選擇突發的實際形狀或維度。關於是垂 直地還是水平地分配突發的上述問題經證明是更加複雜的，這是由於將必須確定每個突發 的特定形狀。為了解決該問題並進一步提高分配處理的效率，可以以使最大剩餘空閒矩形 的尺寸最大化的方式執行圖像的矩形成形。這意味著，針對所要分配的突發的所有可能矩 形形狀，計算整理後的空矩形的集合。選擇導致最大剩餘空閒整理矩形的形狀，作為該突發 的封裝區域。在優選實施例中，在成形處理的上下文中還考慮填充。為了給出成形處理的示例，考慮具有26個單元的突發。以下是包括填充的(就時 隙和子信道而言的)實際突發維度或形狀的選項1(時隙)x 26(子信道)無填充、2x 13 無填充、3x 10有4個填充單元、4x 7有2個填充單元、5x 6有4個填充單元。當然，存在更 多的許多選項，然而這些選項中的所有選項都包括更多的填充單元。為了避免將不必要地 浪費0FDMA空間內的空間的無理由填充，可以指定就所允許的最大填充單元而言的可配置 閾值。然後，可以忽略需要比由門限所指定的填充更多的填充的實際突發形狀/維度的選 項。在開始在0FDMA幀內分配突發時，可以分配0FDMA幀的固定開銷。該開銷包括 FCH(幀控制首部)、UL-MAP (上行MAP)和DL-MAP (下行MAP)。由於開銷包括由所有用戶解 碼的廣播信息，因此總是將其置於起始處。雖然對於給定的0FDMA系統而言FCH具有固定 維度，但是UL-MAP和DL-MAP的尺寸不必是先驗已知的，這是由於例如在DL-MAP的情況下， 其依賴於級聯處理並依賴於在0FDMA幀內分配的突發的數量。與該背景相對地，經過證明，在開始實際分配處理之前執行對突發的虛擬封裝是 有利的。通過虛擬封裝，可以計算DL-MAP的初始尺寸的試探值。基於該值，可以開始實際 分配處理。更具體地，在虛擬封裝的上下文中，將二維封裝問題簡化為更簡單的一維封裝。 只要0FDMA幀中有足夠的空間，虛擬封裝就使分組出列。如果給定突發的尺寸大於幀中的 剩餘空間(FCH+UL-MAP+DL-MAP+ E burs、< CfMJ，則停止虛擬封裝。對於如此確定的突 發，計算所需DL-MAP的尺寸並將其用作實際2維封裝的初始粗略估計。如果在整個分配處理中發現DL-MAP的初始尺寸不足並且DL-MAP需要更多空間， 如果可能的話可以增加DL-MAP的初始尺寸。沒有足夠空間來充分增大DL-MAP的情形構成 了將終止分配處理的兩種情形中的一種。必須終止分配處理的第二種情形是當分配剩餘 數據分組或突發中任一個所需的單元數量大於最大空閒矩形的尺寸時。在終止了分配處理之後，可以產生封裝後的數據分組/突發的陣列和未封裝的數 據分組/突發的陣列。在封裝後的數據分組/突發的情況下，還可以返回幀內突發的位置。
關於根據本發明的通信系統的有利實施例，為了避免不必要的重複，將參考如上 所述根據本發明的方法的有利實施例。存在多種方式來以有利方式設計並進一步發展本發明的教導。為此，將參考從屬 於專利權利要求1和21的專利權利要求，並參考以下對附圖示出的、本發明實施例的優選 示例的解釋。下面將結合藉助附圖對本發明實施例的優選示例的解釋，來解釋一般優選實 施例以及對教導的進一步發展。


圖1示出了 0FDMA幀的示例的抽象視圖，並示出了數據分組級聯機制；以及圖2示出了根據本發明實施例的示意性分配處理。
具體實施例方式參照圖1，圖1以時間(時隙)和頻率(子信道)這兩個維度示出了典型的0FDMA 幀。此外，圖1總體示出了可結合本發明而應用的級聯機制。原理上，將單獨地在0FDMA幀 內分配每個數據分組。然而，通過級聯機制，可以將來自不同連接的兩個或更多個數據分組 級聯成突發，接著，可以在0FDMA幀內將突發作為整體進行分配。例如，根據圖1所示的實施 例，突發B1包括兩個級聯的數據分組、一個來自具有連接標識符CID1的連接的數據分組、 以及另一個來自具有CID 3的連接的數據分組。在以下描述中，為了簡單起見，對"突發" 的指代將突發指代為如上所述級聯後的數據分組，此外還將其指代為尚未級聯的單個數據 分組。參照圖2，示出了對0FDMA幀分配的處理。在給定示例中，要在0FDMA幀內分配的 突發的整體簡單地由三個突發(即突發B1、B2和B3)組成。然而，在實際情形下，典型地， 將在一個0FDMA幀內分配更多的許多突發。在圖2的示例中考慮的0FDMA幀包括(頻率軸上的)30個子信道和(時間軸上 的)60個時隙。因此，總體封裝空間具有30x 60 = 1800個單元的面積。圖2a示出了第一突發的分配。由於將按突發尺寸的降序對突發進行封裝，因此 所要分配的第一突發是具有240個單元的最大突發B3。總是在所選封裝區域的右上角對 突發進行封裝，在第一突發的情況下，所選封裝區域是除固定開銷所需空間外的整個0FDMA 幀。固定開銷包括FCH、UL-MAP和DL-MAP，為了清楚起見，在圖2中省略了 FCH、UL-MAP和 DL-MAP。命名的開銷部分被放置在幀的起始處，因此起始自0FDMA幀的左上角。應當注意，僅突發的尺寸(即，分配所需的單元數量)是事先已知的。然而，必須 估計突發的最優形狀/維度，即，如何在0FDMA幀的時隙和子信道之間分布單元。根據本發 明的優選實施例，該估計被執行為基於在放置後使最大空閒矩形最大化來放置突發。在圖2a所示的特定情況下，突發B3的最優維度是30個子信道乘8個時隙。這樣 的分布得到了完全覆蓋0FDMA幀的結果空閒空間的僅一個空閒矩形。在圖2a中，該矩形已 由虛線框來指示，並已被標記為Rla。在已按該方式放置了突發B3之後，剩餘的空矩形的列 表按尺寸增加而排序。由於僅矩形Rla作為剩餘的空矩形而存在，因此所述列表將僅包括 具有30x 52 = 1560個單元的尺寸的Rla。參照圖2b，在0FDMA幀內分配下一突發，即突發B1。如上所述，具有剩餘空閒矩形的列表僅包括條目Rla。圖2b示出了如何分配具有120個單元的總面積的突發B2的、示例 性的兩種不同可能性。在圖2b的上部，示出了 15x 8分布。突發B2的這種分配得到了兩 個空閒矩形R2a和R2b(再次由虛線框來指示)。這些矩形是通過對總體剩餘空閒空間進行 整理而獲得的。通過計算空矩形R2a和R2b中每一個的面積，將發現矩形R2a具有30x 44 =1320個單元的面積，矩形R2b具有15x 52 = 780個單元的面積。圖2b的下部的分配得 到了具有以下面積的兩個整理的矩形R2c和R2d :R2c具有30x 37 = 1110個單元，R2d具 有22x 52 = 1144個單元。該處理是針對所有維度排列(即針對lx 120、2x 60、3x 40、4x 30等)執行的。應 當注意，還考慮了需要填充的排列；在特定情況下，例如，具有1個填充單元的7x 17組合或 具有3個填充單元的9x13組合。對於每種情況，計算整理後的剩餘空閒矩形的尺寸。選擇 得到最大空閒矩形的組合。在給定示例中，圖2b上部所示的組合得到了最大空閒矩形，其 為具有30x 44 = 1320個單元的尺寸的矩形R2a。因此，表示0FDMA幀內當前空的空間的數 據結構的、包括按尺寸增加而排序的整理後的空矩形的集合在內的更新列表將包括第一位 置中的矩形R2b和第二位置中的矩形R2a。參照圖2c，示出了對下一突發(突發B2)的分配。從空矩形的實際集合(在我們 的情況下包括上述矩形R2b和R2a)中選擇能夠容納所要分配的突發的最小矩形，作為該突 發的封裝區域。由於突發B2僅包括30個單元，因此具有1110個單元的尺寸的矩形R2b是 大到足以容納突發B2的空矩形的當前集合當中的最小矩形。因此，在矩形R2b的右上角對 突發B2進行封裝。再一次，如上所述確定突發B2的實際維度。為了示意的目的，在圖2c中 示出了兩個可能的維度排列。在圖2c的上部所示的組合表明(在封裝區域的整理之後)， 得到了由點線框指示且被標記為R3a的最大空閒矩形。矩形R3a具有15x 47 = 705個單元 的尺寸。因此，在分配了突發B3之後，將空矩形的集合更新為使得其包括矩形R3b(尺寸 468個單元)、R3a (尺寸705個單元)和R2a (尺寸1320個單元)。在實際應用情形中，將在0FDMA幀內分配更多的許多突發。對於每個突發，分配處 理將遵循與以上結合對突發Bl、B2和B3的分配而描述的規則相同的規則。如果分配任意 剩餘突發所需的單元數量大於最大空閒矩形的尺寸，則將終止分配處理。受益於以上描述和相關附圖中的教導，本發明所屬領域技術人員將想到此處闡述 的本發明的許多修改和其他實施例。因此，應當理解，本發明不限於所公開的特定實施例， 並且修改和其他實施例意在包含於所附權利要求的範圍內。雖然此處採用了特定術語，但 這些術語僅僅是在一般和描述性意義下使用的，而不用於限制的目的。
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權利要求
一種在基於正交頻分多址(OFDMA)的通信系統中組裝幀的方法，其中，就OFDMA幀的時間和頻率這兩個維度，對要從廣播站發送至接收機的數據分組給予矩形形狀，並且，利用幀組裝調度器來連續地將數據分組放入OFDMA幀，其特徵在於對OFDMA幀的填充處理基於表示OFDMA幀內當前空的空間的數據結構的有序列表。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，在OFDMA幀中分配所要發送的數據分組之前，將 所要發送的數據分組劃分為緊急數據分組和非緊急數據分組。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，首先分配緊急數據分組，並且，使用OFDMA幀的剩 餘空間來分配非緊急數據分組。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其中，在OFDMA幀中分配數據分組之前， 將數據分組級聯成突發。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其中，根據來自不同連接的數據分組的調 制編碼方案，執行所述來自不同連接的數據分組的級聯。
6.根據權利要求2至5中任一項所述的方法，其中，針對緊急數據分組和針對非緊急數 據分組單獨執行數據分組的級聯。
7.根據權利要求4至6中任一項所述的方法，其中，應用閾值，指定突發的最大可容許 尺寸。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其中，根據數據分組/突發的尺寸、按降 序、以最大的數據分組/突發開始，將數據分組/突發封裝在OFDMA幀內。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的方法，其中，將放置了數據分組/突發後的 OFDMA幀的剩餘空閒空間整理為空矩形的集合。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其中，表示OFDMA幀內當前空的空間的 數據結構的所述有序列表包括按尺寸增加而排序的空矩形的所述集合。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，從所述列表中，將要放置在OFDMA幀中的下一 數據分組/突發的封裝區域選擇為能夠容納所述數據分組/突發的最小空矩形。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，將數據分組/突發放置在所選擇的封裝區域的 右上角。
13.根據權利要求9至12中任一項所述的方法，其中，對垂直地還是水平地放置數據分 組/突發進行判決，使得所得到的整理後的空矩形包括儘可能大尺寸的矩形。
14.根據權利要求9至13中任一項所述的方法，其中，對數據分組/突發執行矩形成 形，使得整理後最大剩餘空閒矩形的尺寸最大化。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，對數據分組/突發執行矩形成形，使得填充保 持在可配置閾值以下。
16.根據權利要求1至15中任一項所述的方法，其中，在開始將數據分組/突發分配至 OFDMA幀中之前，在OFDMA幀的左上角放置FCH、UL-MAP和DL-MAP。
17.根據權利要求1至16中任一項所述的方法，其中，在開始將數據分組/突發分配至 OFDMA幀中之前，執行虛擬封裝，以計算DL-MAP的初始尺寸的試探值。
18.根據權利要求1至17中任一項所述的方法，其中，如果沒有足夠的空間以增加DL-MAP,則終止OFDMA幀填充處理。
19.根據權利要求1至18中任一項所述的方法，其中，如果分配任一剩餘數據分組/突 發所需的單元數量大於最大空閒矩形的尺寸，則終止OFDMA幀填充處理。
20.根據權利要求1至20中任一項所述的方法，其中，在OFDMA幀填充處理終止之後， 產生封裝後的數據分組/突發的陣列和未封裝的數據分組/突發的陣列。
21.一種通信系統，具體用於實現根據權利要求1至20中任一項所述的方法，所述通信 系統包括廣播站，用於向接收機以基於正交頻分多址(OFDMA)的方式發送數據分組；數據分組成形實體，用於就OFDMA幀的時間和頻率這兩個維度，對所要發送的數據分 組給予矩形形狀；以及幀組裝調度器，用於連續地將所要發送的數據分組放入OFDMA幀，其特徵在於所述幀組裝調度器被配置為基於表示OFDMA幀內當前空的空間的數據結 構的有序列表，執行對OFDMA幀的填充處理。
22.根據權利要求21所述的通信系統，其中，所述幀組裝調度器被配置為允許在單個 突發中級聯來自不同連接的數據分組。
全文摘要
一種在基於正交頻分多址(OFDMA)的通信系統中組裝幀的方法，其中，就OFDMA幀的時間和頻率這兩個維度而言對要從廣播站發送至接收機的數據分組給予矩形形狀，並且，利用幀組裝調度器來連續地將數據分組放入OFDMA幀，其特徵在於對OFDMA幀的填充處理基於表示OFDMA幀內當前空的空間的數據結構的有序列表。此外，公開了一種對應的通信系統。
文檔編號H04L27/26GK101878613SQ200780101749
公開日2010年11月3日 申請日期2007年11月28日 優先權日2007年11月28日
發明者丹尼爾·坎普斯穆爾, 保羅·法瓦羅, 哈維爾·佩雷斯科斯塔, 安納託利·祖博夫, 胡利奧·阿勞斯 申請人:Nec歐洲有限公司