基於比例公平原則的基站多播業務調度系統及其方法

2023-09-22 20:13:00

專利名稱：基於比例公平原則的基站多播業務調度系統及其方法
技術領域：
本發明涉及的是一種無線通信技術領域的裝置及其方法，具體是一種基於比例公 平原則的基站多播業務調度系統及其方法。
背景技術：
隨著移動用戶對多媒體業務，比如視頻剪輯、新聞資訊、天氣預報等應用需求的 增長，無線通信系統正逐漸向提供高速分組數據業務的方向發展。多媒體廣播多播業務 (MBMS)的出現，使得向大量用戶提供多媒體業務成為現實。MBMS可以同時向大量用戶傳送 相同的業務，其最大優點在於取代了原有多路單播及點對點(PTP)的連接模式而採用多播 的傳輸模式。多播模式因其可將相同的數據內容發送給小區中的多個用戶，避免了重複傳 輸大量相同數據而造成的空中接口擁塞，極大地提高整個網絡的資源利用率。因此，多播傳 輸方式正日益成為多點無線通信中採用的傳輸方式。3GPP組織提出了支持多播方式的多媒 體業務MBMS (多媒體廣播多播業務)，3GPP2組織也提出了對應的廣播多播業務BCMCS。多播傳輸方式中，基站發射機將相同的數據發送給小區中屬於同一多播組的多個 用戶。在多播方式的每個傳輸時隙，基站發射機只能以同一個速率向小區中的一個多播組 發送數據。在多播業務傳輸過程中，小區中存在多個多播組並且每個多播組中包含不同數 目的用戶。一般而言，屬於同一多播組的不同用戶隨機分布在小區中不同位置，因此同一 多播組中的不同用戶經歷不同的信道條件，從而支持的最大傳輸速率不同。當多播系統 採用自適應調製和編碼(Adaptive Modulate and Coding，AMC)，用戶設備能支持不同的 傳輸數據速率。AMC技術主要通過用戶設備反饋測量的信道質量指示(Channel Quality Indicator,CQI)信息選擇合適的傳輸速率。基站接收用戶設備反饋的CQI等信息，然後通 過UE反饋的CQI和各用戶的數據傳送需求，得到用戶能夠支持的最大傳輸速率《(0 ,Kit) 為多播組k用戶i能夠支持的傳輸速率。如果基站的數據傳輸速率高於用戶設備當前時刻能夠支持的最大傳輸速率《ω， 則用戶設備將無法接收到任何傳輸數據。由於同一多播組中的所有用戶受限於基站選擇的 同一速率，因此基站對速率的選擇與基站對多播組選擇同等重要。如果基站選擇較高的傳 輸速率，則多播組中許多用戶將無法接收到傳輸數據；如果基站選擇較低的傳輸速率，則不 能充分利用支持高傳輸速率的用戶的信道條件。因此，對於多播傳輸方式而言，基站調度必 須在系統的吞吐量和用戶的公平性兩個方面取得折中，因此基站多播調度的核心在於選擇 合適的多播組以及選擇合適的傳輸速率。傳統的多播調度方法將傳輸速率固定在系統的默 認速率值並且在所有多播組中進行輪詢調度。系統的默認傳輸速率一般設置為最低的傳輸 速率，即處於小區最邊緣的用戶能夠處理的傳輸速率。現行的CDMA2000 IxEV-DO系統就是 採用這種方式。這種策略在一定程度上保證了不同用戶的公平性，但是這種策略無法充分 利用不同用戶的信道條件，尤其是那些靠近基站的信道條件較好的用戶。經過對現有技術的檢索發現，專利名稱為 "Apparatus and method for proportional fair schedulingfor multicast service in a communication system，，的美國申請專利(Pub. No. :US 2007/0115813 Al Pub. Date =May 24,2007)提出了以最大化多播比例公平準則為目標，根 據通信系統提供的信道狀態信息，用戶設備平均數據速率以及系統的自適應調製編碼方法 來選擇多播業務速率的多播調度方法。但是該技術採用的多播業務速率，同樣也是多播組的最低的數據速率，該技術雖 然在一定程度上提高了多播組的吞吐量，但是該技術無法充分利用不同用戶的信道條件， 尤其犧牲了那些靠近基站的信道條件較好的用戶。

發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基於比例公平原則的基站多播業 務調度系統及其方法，基於比例公平原則選擇比多播組中用戶要求的最低速率略高一些的 速率作為傳輸速率，對於多媒體應用來說，本發明在考慮比例公平原則基礎上，在保證信道 條件差的用戶接收到基本的服務水平的情況下，使信道條件較好的用戶接收到質量更高的 數據服務。本發明是通過以下技術方案實現的本發明涉及一種基於比例公平原則的基站多播業務調度系統，包括用戶信息模 塊、多播組管理模塊、多播組計算模塊、多播組調度模塊和吞吐量更新模塊，其中用戶信息 模塊與多播組管理模塊相連接並傳輸多播用戶分組信息以及每個用戶當前時刻數據速率 信息，多播組管理模塊與多播組計算模塊相連接並傳輸多播用戶分組信息以及每個用戶當 前時刻速率信息，多播組計算模塊與多播組調度模塊相連接並傳輸每個多播組的最優傳輸 速率信息以及每個多播組的效用函數信息，多播組調度模塊與多播組管理模塊相連接並傳 輸多播組選擇和最優傳輸速率信息，吞吐量更新模塊與多播組計算模塊相連並傳輸更新後 各個多播組當前的吞吐量信息。所述的用戶信息模塊包括基站多播系統的一部分，用於接收用戶設備發送的反 饋信息，並且得到用戶能夠支持的最大傳輸速率；基站多播系統採用自適應調製編碼技術 (AMC)，用戶設備能支持不同的傳輸數據速率。自適應調製編碼技術主要通過用戶設備反饋 測量的信道質量指示(CQI)信息選擇合適的傳輸速率。基站接收用戶設備反饋的信道質量 指示等信息，然後通過用戶設備反饋的信道質量指示和各用戶的數據傳送需求，得到用戶 能夠支持的最大傳輸速率；所述的多播組管理模塊包括存儲器單元(比如RAM存儲器)以進行多播業務多播 組的信息管理，即將各個多播組的分組信息及用戶的速率信息輸入到多播組計算模塊；所述的多播組計算模塊包括處理器單元(比如一個中央處理器CPU)以計算每個 多播組在當前時刻不同傳輸速率下的效應函數；所述的多播組調度模塊包括調度器單元並根據多播組計算模塊提供的各個多播 組的最優傳輸速率及效用函數最大的多播組，決定該時刻傳輸的多播組及該多播組的最優 傳輸速率。所述的吞吐量更新模塊包括存儲器單元(比如RAM存儲器)以更新每一時刻每個 用戶的吞吐量，並在更新後將每個用戶的吞吐量信息反饋給多播組計算模塊。本發明涉及上述系統的調度方法，包括以下步驟
第一步接收用戶終端反饋數據速率信息，基站決定每個用戶當前時刻能夠支持 的最大可行傳輸速率；第二步計算每個多播組在當前時隙不同速率下的效用函數；所述的效用函數為
權利要求
一種基於比例公平原則的基站多播業務調度系統，其特徵在於，包括用戶信息模塊、多播組管理模塊、多播組計算模塊、多播組調度模塊和吞吐量更新模塊，其中用戶信息模塊與多播組管理模塊相連接並傳輸多播用戶分組信息以及每個用戶當前時刻數據速率信息，多播組管理模塊與多播組計算模塊相連接並傳輸多播用戶分組信息以及每個用戶當前時刻速率信息，多播組計算模塊與多播組調度模塊相連接並傳輸每個多播組的最優傳輸速率信息以及每個多播組的效用函數信息，多播組調度模塊與多播組管理模塊相連接並傳輸多播組選擇和最優傳輸速率信息，吞吐量更新模塊與多播組計算模塊相連並傳輸更新後各個多播組當前的吞吐量信息。
2.根據權利要求1所述的基於比例公平原則的基站多播業務調度系統，其特徵是，所 述的多播組管理模塊包括存儲器單元以進行多播業務多播組的信息管理，即將各個多播組 的分組信息及用戶的速率信息輸入到多播組計算模塊。
3.根據權利要求1所述的基於比例公平原則的基站多播業務調度系統，其特徵是，所 述的多播組計算模塊包括處理器單元以計算每個多播組在當前時刻不同傳輸速率下的效 應函數。
4.根據權利要求1所述的基於比例公平原則的基站多播業務調度系統，其特徵是，所 述的多播組調度模塊包括調度器單元並根據多播組計算模塊提供的各個多播組的最優傳 輸速率及效用函數最大的多播組，決定該時刻傳輸的多播組及該多播組的最優傳輸速率。
5.根據權利要求1所述的基於比例公平原則的基站多播業務調度系統，其特徵是，所 述的吞吐量更新模塊包括存儲器單元以更新每一時刻每個用戶的吞吐量，並在更新後將每 個用戶的吞吐量信息反饋給多播組計算模塊。
6.一種根據權利要求1所述系統的調度方法，其特徵在於，包括以下步驟第一步接收用戶終端反饋數據速率信息，基站決定每個用戶當前時刻能夠支持的最 大可行傳輸速率；第二步計算每個多播組在當前時隙不同速率下的效用函數；第三步選擇使每個多播組效用函數最大的傳輸速率作為該多播組的最優傳輸速率；第四步選擇所有多播組中效用函數最大的一組多播組在最優傳輸速率下進行傳輸；第五步更新多播組中每個用戶在當前時刻的吞吐量。
7.根據權利要求6所述的調度方法，其特徵是，所述的每個多播組在當前時隙不同速 率下的效用函數為其中傳輸速率為r，多播組組號為k，t為時刻，Γ/(0表示第k組第i個用戶在t時刻 的平均吞吐量，Sk為第k組的用戶數目，r為當前的傳輸速率，坎(O為多播組k用戶i在t 時刻能夠支持的最大傳輸速率。
8.根據權利要求6所述的調度方法，其特徵是，所述選擇使每個多播組效用函數最大 的傳輸速率作為該多播組的最優傳輸速率是指計算出各個多播組在最優傳輸速率的 情況下效用函數，具體由下列等式
9.根據權利要求6所述的調度方法，其特徵是，所述的更新多播組中每個用戶在當前 時刻的吞吐量，具體為第k組第i個用戶在t+Ι時刻的平均吞吐量由下式進行更新
全文摘要
一種無線通信技術領域的基於比例公平原則的基站多播業務調度系統及其方法，包括用戶信息模塊、多播組管理模塊、多播組計算模塊、多播組調度模塊和吞吐量更新模塊。本發明基於比例公平原則選擇比多播組中用戶要求的最低速率略高一些的速率作為傳輸速率，在考慮比例公平原則基礎上，在保證信道條件差的用戶接收到基本的服務水平的情況下，使信道條件較好的用戶接收到質量更高的數據服務。
文檔編號H04W4/06GK101959142SQ20101024632
公開日2011年1月26日 申請日期2010年8月6日 優先權日2010年8月6日
發明者丁犇, 俞暉, 劉偉, 王新兵, 程鵬 申請人:上海交通大學