一種用於hsdpa系統的實現動態快速調度的方法
2023-12-07 01:33:21 4
專利名稱：一種用於hsdpa系統的實現動態快速調度的方法
技術領域：
本發明涉及第三代移動通信系統，更具體地說涉及一種用於WCDMA系統中的HSDPA技術的實現動態快速調度的方法。
背景技術：
寬帶CDMA(WCDMA)是第三代(3G)移動通信系統的主流體制之一。其R5版本中提出的HSDPA(High Speed Data PacketAccess)(高速數據分組接入)技術已成為近年來的研究熱點。作為WCDMA的一種演進，這種高速分組傳輸技術的引入提高了系統的吞吐量，減小了往返行程時延並使WCDMA的數據分組傳輸能力得到了進一步加強，使其可以支持的下行峰值數據速率由原有的2Mbps提高到10Mbps。
HSDPA技術引入了一個新的傳輸信道HS-DSCH(高速下行共享信道)，更小的傳輸時間間隔(TTI)2ms，並採用了自適應調製與編碼(AMC)，混合自動重發請求(Hybrid ARQ)，快速調度(Fast Scheduling)，快速小區選擇，多輸入多輸出天線處理等新技術。其中，快速調度是設計的一個關鍵問題，快速調度策略的優劣在很大程度上決定了HSDPA系統的性能。
快速調度策略旨在給適合的用戶提供高速率的數據傳輸，利用用戶分集提高系統吞吐量，同時兼顧公平性問題。它在充分利用瞬時信道狀況的條件下為各用戶分配時域資源(時隙，即用戶可接受服務的時間單元)和碼域資源(根據不同的擴頻碼字來區分的物理信道HS-PDSCH)。HSDPA系統中，每個小區可供調度策略分配的碼字個數由RNC管理(下文將這些碼字的個數稱為碼字資源)，而碼字資源在用戶間的具體分配問題由位於Node B中的MAC-hs實體解決。
在現有的快速調度策略中，絕大多數隻考慮了在某個TTI中只為一個用戶服務的策略。另外也有少數策略利用了碼分復用的資源共享方式。
對於只考慮在某個TTI中為一個用戶服務的策略，當信道條件好的時候，這類策略可以有效地使用碼字資源，但當信道條件差的時候，一部分的碼字資源將被浪費，因為單個用戶在這種情況下只會使用碼字資源的一小部分。這在工程實踐中是不可取的。
對於利用碼分復用的策略，這必將是研究和工程實踐的一個趨勢。只有這樣才能有效地使用有限的資源，充分發揮出CDMA技術的優勢，即通過碼分復用提高頻譜利用率。然而可惜的是，現有的這類策略有的過於簡化，未考慮公平性問題，並且以用戶數目小於可用的碼字資源為前提條件，這種假設和實際情況不符。因為，儘管Node B可使用的碼字數目一定，但RNC在進行準入控制(CAC)時，完全有可能允許大於可用碼字數目的用戶同時在高層保持連接，而在物理層使用時分復用讓所有用戶能享受到系統的服務，對於無時延要求的業務，這種情況出現的概率尤其大。另外的一些策略試圖在一個TTI內給所有的用戶提供服務，在用戶數目較多時，這種策略計算量太大，不符合快速調度要求算法簡單的前提條件。
發明內容
本發明的目的就是提供一種用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法，其能夠克服現有技術中存在的上述技術問題。
為此，根據本發明提供一種用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法，包括以下步驟確定活動用戶的個數；確定哪些用戶為活動用戶；為活動用戶分配可使用的碼字資源。
根據本發明，上述活動用戶的個數根據由調度策略決定的活動用戶個數的基準值和所有連接用戶的平均信道質量確定，並且根據各個連接用戶的傳輸優先級確定哪些用戶為活動用戶。然後，先按注水原理為每個活動用戶進行初步分配，並以不超過活動用戶的推薦值為限制條件，以保證所有活動用戶可傳輸的最低信息速率達到最大值。之後，如果碼字資源仍有剩餘，將剩餘碼字資源分配給信道質量最好的活動用戶，以提高整個系統的吞吐量，並以不超過活動用戶的能力為限制條件。
在根據本發明用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法中，調度策略根據瞬時信道條件和碼分復用的資源共享方式，充分利用了有限的碼字資源，在兼顧系統吞吐量和公平性的同時動態地為HSDPA各用戶分配時域和碼域資源。它首先動態地決定了在給定TTI中哪些用戶被選為活動用戶的問題，即如何給已連接用戶分配時域資源的問題，這也是我們稱此策略為動態策略的原因；其次，它解決了如何給活動用戶分配碼域資源的問題。
本發明中，發明人考慮到接入系統的用戶數目是時變的這個特性，所以在設計快速調度策略時首先根據各用戶上報的信道質量信息確定活動用戶的個數即下一個TTI允許參與碼分復用的用戶的個數Us。這是個新思想，其他策略沒有考慮過。所要依據的信道質量信息是3GPP標準中已經提供的UE反饋給Node B的信道質量指示標誌(CQI)。
考慮到網絡業務的不對稱性，本發明還引入了一個可供運營商自行配置的參數ρ，考慮到各個小區的負載情況不同，即使只考慮單小區的情況時，它在不同時間段的負載情況也不相同。利用這個參數，每個小區的配置可相對獨立，運營商可根據實際情況(忙閒小區或忙閒時段)進行靈活的調整。
此外，本發明為每個用戶設置了優先級。由於兼顧了用戶的信道質量和平均已成功傳輸的信息速率，優先級的設置既跟蹤了各用戶的瞬時信道變化又引入了一定的公平性。優先級最大的Us個用戶為選定的活動用戶。
最後，本發明依據注水原理給這Us個用戶分配碼字資源。從用戶角度看，所有用戶能夠成功傳輸的最低信息速率達到了最大，即充分體現了公平性。從網絡的角度看，碼分復用的處理提高了系統的吞吐量。
該發明利用3GPP協議中給出的規則，使用已有的信道質量指示標誌CQI作為調度策略的主要依據，符合規範要求，可實施性好。
下面結合附圖詳細介紹本發明的實施例。
圖1示出了一種WCDMA系統的示意圖；圖2示出了根據本發明的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法的輸入和輸出信息；圖3示出了根據本發明的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法的流程圖；圖4示出的是應用本發明的實現動態快速調度的方法的MAC-hs實體內調度器的一部分，說明了實施本發明的模塊與相關模塊的關係。
具體實施例方式
圖1示出了一種WCDMA系統的示意圖。如圖1所示，WCDMA系統由核心網(CN)、無線接入網和用戶裝置(UE)組成。UTRAN包括多個通過Iu接口連接到CN的RNS。不同的RNS通過Iur接口相連。一個RNS包括一個RNC和一個或多個Node B。Node B通過Iub接口連接到RNC上。一個Node B管理一個或多個小區。
在根據本發明的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法中，用戶被分為兩類連接用戶和活動用戶。連接用戶是所有已接入系統並在高層保持信令連接的用戶，而活動用戶是調度策略的一個輸出結果，即調度策略決定的下一個TTI要被服務的、參與碼分復用的那些用戶。
調度策略的實施需要Node B和RNC及UE交換必要的信息。圖2給出了這些信息的具體內容，同時也給出了本調度策略的輸入和輸出信息。
如圖2所示，凡具備HSDPA功能的小區，在小區配置階段，RNC要對Node B進行配置，通過NBAP信令告知其為HSDPA分配的碼字資源；每個連接用戶在連接建立階段也會通過NBAP信令告知Node B它的能力即該用戶最多能使用的碼字資源，之後這個參數被存儲在Node B的內存裡以備後用。在上行控制信道HS-DPCCH(高速專用物理控制信道)上，每個連接用戶周期性地將CQI值報告給Node B。確定活動用戶之後，根據活動用戶的能力和其上報的CQI值，本調度策略進行查表(這個CQI表是存儲在Node B的內存中的信息)，以得知每個活動用戶推薦的一組參數，例如傳輸塊大小和需要使用的碼字資源等。根據這些參數，本調度策略進行相應的計算，然後輸出計算結果活動用戶的用戶識別標誌(UE-ID)和已分配給該活動用戶的碼字資源。
圖3示出了根據本發明的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法的流程圖。
如圖3所示，根據小區中所有連接用戶上報的CQI值，根據本發明的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法按以下步驟實施步驟S1確定活動用戶的個數Us。
用戶個數在基準值的基礎上，受小區內所有連接用戶平均信道質量的約束而動態變動。
步驟S2具體確定哪幾個用戶為活動用戶。
計算每個連接用戶的傳輸優先級，即CQI值和平均已成功傳輸信息速率的比值；優先級最高的Us個用戶即為活動用戶。
步驟S3為活動用戶分配可使用的碼字資源。
先按注水原理為每個活動用戶進行初步分配，以保證所有活動用戶可傳輸的最低信息速率達到最大值，並以不超過活動用戶的推薦值為限制條件。如果碼字資源仍有剩餘，之後的步驟以不超過活動用戶的能力為限制條件。剩餘碼字資源分配給CQI值最大的活動用戶，以提高整個小區的吞吐量；如果有多個活動用戶的CQI值都為最大，仍按注水原理在這多個用戶中分配剩餘碼字資源。
上述步驟在每個TTI進行一次計算，在下一個TTI執行。
假定當前小區中連接用戶的集合A中共有用戶U個，調度策略決定的活動用戶的集合B中共有用戶Us個，其基準值為Usbase；用戶i上報的CQI值為CQI_valuei。
根據UE的能力code_maxi和CQI_valuei通過查表可以得到如下參數(UE的推薦值)傳輸塊的大小CQI_TBSi；UE需使用的碼字資源CQI_codei。
設調度策略總共可使用的碼字資源為Nc個，它由系統配置；用戶i在第t個TTI成功傳輸的信息比特為Ci，t，用戶i已連接的TTI個數為Ti，在這段時間內平均成功傳輸的信息速率為Ri；用戶i的傳輸優先級為pri；調度策略給用戶i分配的碼字資源為codei，可傳輸的信息比特為ri。
1)下面詳細介紹圖3所示的步驟S1的具體實施步驟。
首先，確定當前小區中，在下一個TTI執行的活動用戶的集合B中的用戶個數Us的基準值Usbase。
其中，Usup為該小區在一個TTI中總共可以服務的用戶個數，它由系統配置，其理論取值範圍為[1，Nc]，建議取儘量小的值(不超過5)，因為此值越大整個小區的總吞吐量就越小。ρ是為運營商預留的可調整的參數，其取值小於1大於0。因為不同小區或相同小區的不同時段的U值大小動態變化，運營商可靈活調整。當U值的統計平均值接近Nc時，ρ值一般可取0.2-0.3；如果U的取值偏大ρ值可適當減小。符號 表示向下取整。
然後，計算當前小區中所有連接用戶的集合A中U個用戶的平均信道質量。在本實施例中，該平均信道質量由UE反饋給Node B的信道質量指示標誌CQI的平均值表示，即由 表示。
接下來，將上述平均值與當前小區中所有用戶的CQI值的最大值與最小值的差值的一半CQI_valuemax-CQI_valuemin2]]>進行比較。
如果iACQI_valueiU>CQI_valuemax-CQI_valuemin2,]]>則活動用戶的個數在其基準值的基礎上增加1，即Us＝Usbase+1，這樣在各用戶的信道質量普遍較好的情況下，可以為更多的用戶服務。否則，如果滿足條件Usbase＞1，活動用戶的個數在其基準值的基礎上減少1，即Us＝Usbase-1，這樣可以在各用戶的信道條件普遍較差的情況下，減小調度開銷；否則結束步驟S1。
其中，CQI_valuemax是所有連接用戶中最大的CQI值，CQI_valuemin是所有連接用戶中最小的CQI值。
2)下面詳細介紹圖3所示的步驟S2的具體實施步驟。
對集合A中的所有U個用戶，按照下式計算平均已成功傳輸的信息速率Ri和用戶i的傳輸優先級priRi=1+t=1Ti-1Ci,t(Ti-1)*T1;]]>pri=CQI_valueiRi;]]>其中，T1表示時間間隔TTI的長度，在本實施例中，T1＝2ms。
優先級的設置既考慮了用戶的信道質量，也就是允許信道質量更好的用戶具有更高的優先級，以提高系統的吞吐量；也考慮了用戶的平均成功傳輸信息速率，也就是平均已成功傳輸信息速率越高的用戶，優先級越低。這樣的考慮是為了引入一定的公平性，以防止信道質量較差的用戶(例如那些位於小區邊界的用戶)長時間內得不到服務。
優先級從大到小排列，pri最大的Us個用戶為活動用戶。
3)下面詳細介紹圖3所示的步驟S3的具體實施步驟。
從集合B中任意挑選一個活動用戶i並為它分配一個碼字，同時分配可傳輸的信息比特ri＝CQI_TBSi/CQI_codei。
剩餘碼字資源中的每個碼字分配給已分配的碼字資源不超過UE的推薦值，並且已分配的可傳輸信息比特最少的那個用戶。這就是注水原理的基本原則。這個過程共循環Nc-1次，如果所有碼字資源被分配完，或者集合B中所有用戶已分配的碼字資源都達到了CQI報告的推薦值，即滿足條件codej＝CQI_codej，對於所有j∈B，則結束循環，初步碼字資源分配結束。
也就是，每次循環尋找用戶n滿足rn＜rj對於所有的codej＜CQI_codej，j∈B；rn＝rn+CQI_TBSn/CQI_coden；coden＝coden+1。
如果所有活動用戶已分配的碼字資源都達到了CQI報告的推薦值，並且仍有剩餘碼字資源時，執行如下操作。
如果iBcodeiNc]]>則尋找CQI值最大且已分配到的碼字資源少於其能力的活動用戶，即尋找用戶n滿足CQI_valuen≥CQI_valuej對於所有的codej＜code_maxj，j∈B；C＝C+{n}如果集合C中只有一個用戶n則coden=coden+(Nc-iBcodei);]]>如果coden＞code_maxn，則coden＝code_maxn，也就是說分配給該用戶的碼字不能超過該用戶的能力。
否則按注水原理將剩餘碼字在集合C中分配，直到所有碼字資源被分配完，或者所有活動用戶已分配到的碼字資源都達到了其能力為止。
本發明是位於MAC-hs實體內調度器(Scheduler)這個功能實體的一部分，它和調度器內其他模塊的連接如圖4所示。根據本發明的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法的輸入信息已由圖2詳細解釋，而其輸出結果之一活動用戶的UE-ID，是調度器內的優先級處理控制模塊(Priority handling control)和HARQ控制模塊(HARQ control)的輸入信息，此信息幫助它們決定被服務的隊列和HARQ實體；另一輸出結果分配給各活動用戶的碼字資源和對應的UE-ID，是傳輸格式及資源組合選擇(TFRC selection)模塊的輸入信息，此信息幫助它決定適當的傳輸格式和碼字信息。
上面結合附圖對本發明的具體實施方式
進行了描述。應該注意的是，本發明不限於上述實施方式，在不脫離本發明的精神的前提下，本領域技術人員能夠進行多種修改和變更。
權利要求
1.一種用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法，包括以下步驟確定活動用戶的個數；確定哪些用戶為活動用戶；為活動用戶分配可使用的碼字資源。
2.如權利要求1所述的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法，其中所述活動用戶的個數根據小區內所有連接用戶上報的信道質量信息確定。
3.如權利要求2所述的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法，其中所述信道質量信息為UE反饋給Node B的信道質量指示標誌(CQI)。
4.如權利要求3所述的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法，其中所述活動用戶的個數根據由調度策略決定的所有活動用戶個數的基準值和所有連接用戶的平均信道質量確定。
5.如權利要求4所述的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法，其中所述活動用戶個數的基準值由下式確定 式中，ρ是為運營商預留的可調整的因子；Usup為一個小區在一個TTI中總共可以服務的用戶個數，其取值範圍為[1，Nc]；Nc是RNC為HSDPA配置的碼字資源；符號 表示向下取整。
6.如權利要求4所述的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法，其中所述所有連接用戶的平均信道質量指的是iACQI_valueiU]]>其中，A是當前小區中所有連接用戶的集合，U是集合A中的用戶個數，CQI_valuei指的是用戶i的上報的CQI值。
7.如權利要求1所述的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法，其中所述確定活動用戶的個數的步驟包括如下步驟計算當前小區中，在下一個TTI執行的活動用戶的集合B中的用戶個數的基準值 計算當前小區中連接用戶的集合A中的所有用戶的CQI的平均值iACQI_valueiU]]>判斷iACQI_valueiU>CQI_valuemax-CQI_valuemin2]]>是否成立；如果成立，則活動用戶的集合B中的用戶個數Us＝Usbase+1如果不成立，則判斷是否滿足條件Usbase＞1如果滿足該條件，則Us＝Usbase-1，否則結束活動用戶個數的計算，其中，ρ是為運營商預留的可調整的因子；Usup為一個小區在一個TTI中總共可以服務的用戶個數，其取值範圍為[1，Nc]，Nc是RNC為HSDPA配置的調度策略總共可使用的碼字資源，符號 表示向下取整，A是當前小區中所有連接用戶的集合，U是集合A中的用戶個數，CQI_valuei指的是用戶i的上報的CQI值，CQI_valuemax是集合A中的所有用戶中最大的CQI值，CQI_valuemin是集合A中的所有用戶中最小的CQI值。
8.如權利要求1所述的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法，其中根據各個連接用戶的傳輸優先級確定哪些用戶為活動用戶。
9.如權利要求8所述的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法，其中所述傳輸優先級指的是用戶i的CQI值與其已經成功傳輸的信息速率的比值的大小。
10.如權利要求8所述的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法，其中優先級最大的Us個用戶選定為下一個TTI的活動用戶。
11.如權利要求9所述的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法，其中所述用戶i的已經成功傳輸的信息速率為Ri=1+t=1Ti-1Ci,t(Ti-1)*TI]]>其中，Ci，t為用戶i在第t個TTI成功傳輸的信息比特，Ti為用戶i已連接的TTI個數，Tl為TTI的寬度。
12.如權利要求1所述的用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法，其中為活動用戶的集合中的每個用戶分配可使用的碼字資源的步驟包括如下步驟(a)任意挑選一個用戶並為它分配一個碼字，同時分配可傳輸的信息比特；(b)剩餘的碼字資源分配給其已分配到的碼字資源沒有達到用戶的推薦值，並且已分配的可傳輸的信息比特最少的一個用戶；(c)重複執行步驟(b)直到所有碼字資源被分配完，或者所有用戶已分配到的碼字資源都達到了推薦值；(d)如果所有活動用戶已分配到的碼字資源都達到了推薦值之後碼字資源仍有剩餘，將剩餘的碼字資源分配給一個CQI值最大的用戶，直到將碼字資源分配完畢或分配給該用戶的碼字資源達到其能力為止；如果有多個用戶的CQI值相等，則在這多個用戶的集合中先執行步驟(a)，再重複執行步驟(b)，直到所有碼字資源被分配完，或者所有用戶已分配到的碼字資源都達到了其能力為止。
全文摘要
一種用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法，包括確定活動用戶的個數；確定哪些用戶為活動用戶；為活動用戶分配可使用的碼字資源。上述活動用戶的個數根據由調度策略決定的所有活動用戶個數的基準值和所有連接用戶的平均信道質量確定，並且根據各個連接用戶的傳輸優先級確定哪些用戶為活動用戶。然後，先按注水原理為每個活動用戶進行初步分配，並以不超過活動用戶的推薦值為限制條件，以保證所有活動用戶可傳輸的最低信息速率達到最大值。在根據本發明用於HSDPA系統的實現動態快速調度的方法中，根據瞬時信道條件和碼分復用的資源共享方式，充分利用了有限的碼字資源，在兼顧系統吞吐量和公平性的同時動態地為HSDPA各用戶分配時域和碼域資源。
文檔編號H04W72/12GK1625089SQ20031010904
公開日2005年6月8日 申請日期2003年12月3日 優先權日2003年12月3日
發明者晁華, 梁宗闖, 桂洛寧 申請人:上海貝爾阿爾卡特股份有限公司