使用累積分布函數的分組調度方法
2023-08-12 22:41:11 1
專利名稱：使用累積分布函數的分組調度方法
技術領域：
本發明涉及無線通信系統，尤其涉及一種使用傳輸率的累積分布函數用於無線通信系統中每個終端的分組調度方法。
背景技術：
隨著無線通信技術的日漸發展，移動通信領域中的典型語音服務和各種多媒體數據服務持續增強和發展。
為了在移動通信網絡中有效提供需要高速傳輸率的多媒體服務，使用了多種技術，例如，用於CDMA(碼分多址)方案的HDR(高數據速率)，和用於3GPP(第三代合夥計劃)的HSDPA(高速下行鏈路分組接入)方案等等，以便各種調度算法可以有效地提供高速多媒體服務和最大化系統容量。
假定無線信道作為時間變化信道傳輸數據業務，該數據業務相對語音業務而言對傳輸延遲不太敏感，僅當良好的信道狀態提供給各個用戶時，無線信道需要高傳輸率。上述技術的代表性實例是CDMA 1x EV/DO下行鏈路數據傳輸方案。CDMA 1x EV/DO系統將其擁有的最高傳輸率反饋到基站。該基站接收來自所有終端的傳輸率並根據接收的數據率執行分組調度操作。
具有最高平均傳輸率的調度方法是用於無條件從多個終端中選擇一個請求最高傳輸率的終端的MR(最大速率)調度方法。然而，所有的用戶並不總是使用相同的信道，以致根據信道環境引起用戶平均傳輸率的不同，這將導致傳輸率調度的不均衡應用。為了解決上述問題，近來建議了各種調度算法，例如，PF(Proportional Fair比例公平)調度算法以及機會傳輸(Opportunistic Transmission)(OT)調度算法等等。
PF調度算法選擇當前反饋傳輸率大於各個用戶的平均傳輸率的用戶，以便它能在用戶中按比例和公平地分配系統資源。然而，PF調度算法假定當前即時傳輸率和平均傳輸率的比率是同等地分配給所有用戶。因此，如果上述的假定不滿足，高於平均傳輸率的用戶可以比低於平均傳輸率的用戶接收更多服務，以致當使用它們想要的服務時分配給較差信道的用戶可能經歷不便。此外，PF調度算法的另一缺點是其不能給不同用戶提供不同QoS(服務質量)。
機會傳輸調度算法提前確定指示各個用戶的平均服務次數數目的預定比率，並最大化各個用戶的平均傳輸率的總和，以便滿足指示平均服務次數數目的比率。機會傳輸調度算法能夠僅僅調節各個用戶的平均服務比率，以便在PF調度算法中相同方式下優良信道的用戶比較差信道的用戶具有一定優勢。
例如，在調度兩個用戶的情況中，假定第一用戶具有100的平均傳輸率，第二用戶具有20的平均傳輸率，第一和第二用戶適合高斯分布，各個用戶的平均服務次數數目的比率是1∶1。假定第一用戶的反饋值是121，而第二用戶的反饋值是40，機會傳輸調度算法允許第一用戶在當前傳輸率和平均傳輸率間具有差值21，並允許第二用戶在當前傳輸率和平均傳輸率間具有差值20，以便通過機會傳輸調度算法選擇第一用戶。然而，第一用戶接收傳輸率比平均傳輸率大21％，而第二用戶接收傳輸率比平均傳輸率大100％，以致於即使提供在稀有間隔(rare Interval)產生的優良信道環境，第二用戶也不能接收期望的服務。因此，為了給第二用戶提供期望的服務，第一用戶的信道狀態必須次於第二用戶的信道狀態，以便減少第二用戶的平均傳輸率。假定平均傳輸率為10的第三用戶替代第一用戶與第二用戶相互競爭，則第二用戶比第三用戶有優勢。更詳細地，由於參考用戶信道和其它用戶信道間的相對關係，出現用戶平均傳輸率的差值。最後，參與競爭的用戶具有不同平均傳輸率。這樣，假定不同服務質量(QoS)分配給每一用戶的傳輸率，沒有解決方案來調節這種不同服務質量(QoS)。
發明內容
因此，本發明已經考慮到至少上述問題，本發明的目的是提供一種無線分組調度方法，用於根據從指示理想傳輸率出現次數數目的各個用戶中接收的反饋信息數位化表述當前傳輸率和理想傳輸率間的關係，比較一個用戶的數字表示結果與其他用戶的數字表示結果，從多個用戶中選擇具有最高數字結果的一個用戶，以及對選擇的具有最高數字結果的用戶執行調度處理。
本發明的另一目的是提供一種無線分組調度方法，用於將特定用戶的當前傳輸率信息與先前反饋傳輸率信息進行比較，以便完全地比較所有具有不同傳輸率分布的用戶的傳輸率，該不同傳輸率分布導致改進的公平。
根據本發明的一方面，通過提供用於通信系統中的調度方法，可以完成上述目的和其他目的，所述通信系統包括多個MS(移動站)和用於根據從MS反饋的與下行鏈路信道相關的傳輸率分配資源給各個用戶的中心控制器，該方法包括步驟給每個MS產生傳輸率的統一隨機變量；將統一隨機變量轉換為調度優先權；相互比較MS的調度優先權；以及給具有最高調度優先權的MS分配資源。
優選地，統一隨機變量是MS傳輸率的累積分布函數。
根據本發明的另一方面，提供一種用於無線通信系統中的調度方法，該系統包括k個MS(移動站)和BS(基站)，該基站根據從MS『k』反饋的與下行鏈路信道相關的傳輸率信息mk(n)選擇一個使用第n個時隙分配的MS，該方法包括步驟使用從各個MS『k』接收到的傳輸率信息產生統一隨機變量Uk(n)；將統一隨機變量Uk(n)轉換為調度優先權Uk(n)1/wk；將每一MS的調度優先權Uk(n)1/wk相互比較；以及將第n個時隙分配給具有最高調度優先權Uk(n)1/wk(其中k=1Kwm=1]]>)的MS。優選地，統一隨機變量Uk(n)是對應於傳輸率信息mk(n)的傳輸率Rk(n)的累積分布函數FRr(r)。優選地，使用與傳輸率相關的概率密度函數更新累積分布函數FRr(r)。優選地，更新累積分布函數FRr(r)的步驟還包括步驟如果概率密度函數設置為pk，m≡Pr(Rk(n)＝rk，m)以及累積分布函數設置為qk,mi=1mpk,i,]]>使用由pk,mpk,m+(1-)1m=mk(n)]]>(其中，λ是0＜λ＜1，以及1A是一指示器當條件『A』滿足時，其是『1』，或當條件『A』不滿足時，其是『0』)表示的等式更新概率密度函數；以及使用等式qk,mi=1mpk,i]]>更新累積分布函數。
從下面的詳細描述和附圖的描述中，本發明的上述和其他目的、特徵和其他優勢變得更容易理解，其中圖1是闡述使用根據本發明優選實施例的無線分組調度方法的無線接入網絡的框圖圖2是闡述根據本發明的優選實施例的無線分組調度方法的流程圖；
圖3是根據本發明優選實施例在考慮到調度公平的情況下，比較本發明調度方法、MR調度方法和機會傳輸調度方法的框圖；以及圖4是根據本發明優選實施例在考慮到與平均服務接收量相關的其他終端的分布效果情況下，比較本發明調度方法和機會傳輸調度方法的圖。
具體實施例方式
現在，本發明的優選實施例將參照附圖詳細描述。附圖中，即使是在不同的附圖中描述，相同或相似元件都使用相同數字標記表示。在下面的描述中，本文中結合的公知功能和配置的詳細描述將被忽略，以免模糊本發明的主題。
本發明涉及一種使用從終端反饋到基站的信道信息的統計特徵確定調度優先權(也稱調度度量因數)的無線分組調度方法，並改進當前無線信道調度算法的公平性，以便其能滿足多個用戶的不同質量服務。
圖2是闡述使用本發明優選實施例的無線分組調度方法的無線接入網絡的框圖。
參照圖1，基站BS 10給由MS(移動站)23和MS 25表示的各個用戶設備提供無線信道30上的數據服務。BS 10包括用於接收/存儲將要發送到MS 23和MS 25的分組數據的緩衝器13和15。調度程序17將存儲在緩衝器13和緩衝器15的數據以遞減優先權次序傳輸到相應MS 23和MS 25。調度程序17使用周期性從MS 23和MS 25反饋的信道狀態信息分配調度優先權(即調度度量因數)給各個MS。
包括在上述無線接入網中的各個MS 23和MS 25測量下行鏈路信道、計算該下行鏈路信道能支持的最大速率(MR)，並將計算的MR反饋給BS 10。
BS 10的調度程序17從各個MS 23和MS 25接收到的反饋信息中抽取MR信息、估算與MS『k』(k＝1，2，...，K；其中K是MS的總數)相關的信道分布(即直方圖)，並產生累積分布函數(cdf)FRk(r)(其中k＝1，2，...，K)。調度程序17使用累積分布函數(cdf)獲得各個用戶『k』的時隙『n』的優先權。第n個時隙中的用戶『k』的優先權k*(n)通過下面等式1計算k*(n)=argmaxk[FRk(Rk(n))]1/wk(1)]]>關於等式1，Rk(n)是能夠在時隙『n』上傳輸給MS『k』的最大速率(MR)，以及指示分配給MS『k』的權值因數wk由k=1Kwk=1]]>確定。
調度程序17將等式1所計算的與MS『k』相關的優先權k*(n)進行比較，以便它能將第n時隙分配給具有最高優先權的MS。
圖2闡述根據本發明優選實施例的無線分組調度方法的流程圖。
本發明的調度方法假定K個MS互相競爭以接收它們的資源，以及MS『k』的MR確定是Rk(n)∈{rk，1，rk，2，...，rk，M}，rk，1＜...＜rk，M。假定rk，mk(n)確定是MR，MS『k』將第n個時隙的傳輸率指標mk(n)∈{1，2，...M}反饋給BS。與MS『k』的傳輸率相關的概率密度函數(pdf)是pk，m≡Pr(Rk(n)＝rk，m)，並且累積分布函數(cdf)qk,mi=1mpk,i]]>(其中k＝1，2，...，K，和m＝1，2，...，M)。為了方便描述，qk，0是0。
參照圖2，根據本發明的無線分組調度方法，在步驟S21中，MS『k』將傳輸率指標mk(n)反饋到BS。一旦在步驟S21中接收到傳輸率mk(n)，在步驟S22中，BS的調度程序在[qk，mk(n)-1，qk，mk(n)]間隔內產生統一隨機變量Uk(n)，並且在步驟S23中，將該統一隨機變量Uk(n)轉換為與MS『k』相關的調度度量信息Uk(n)1/wk。在這種情況下，該調度度量因數Uk(n)1/wk也可以認為是調度優先權信息。
該調度程序獲得各個MS的調度優先權信息，比較各個MS的調度優先權信息，並且在步驟S24中，從多個MS中選擇具有最高優先權的MS。在這種情況中，最大速率(MR)用下面的等式2表示k*(n)=argmaxkUk(n)1/wk(2)]]>如果選擇具有最高優先權的MS，BS將第n個時隙分配給具有最高優先權的MS k*(n)，並在步驟S25中將數據傳輸到MS k*(n)。相應MS的概率密度函數(pdf)pk，m和累積分布函數qk，m可以分別用下面等式3和4表示pk,mpk,m+(1-)1m=mk(n)(3)]]>qk,mi=1mpk,j(4)]]>關於等式3和4，λ是0＜λ＜1，和1A是指示符，其中A表示條件m＝mk(n)。當條件『A』滿足時即當m等於mk(n)時，1A的值是『1』，以及當條件『A』不滿足時1A的值是『0』。
圖3是根據本發明優選實施例在考慮到調度公平情況下比較本發明調度方法、MR調度方法和機會傳輸調度方法的圖。
上述用於比較各個調度方法性能的模擬是在預定條件下提供，其中，全部MS的數量K是5，各個用戶的平均傳輸率都各自被設置為『m＝10』，各個用戶k(其中k＝1，2，3，4，和5)的標準偏差σk分別確定為1.2，1.4，1.6，1.8，和2.0。
參照圖3，MR調度方法顯示各個MS的傳輸次數的不同分配，以便具有較大變化的MS佔用較長傳輸時間。另一方面，機會傳輸方法和本發明調度方法指示各個MS佔用幾乎相同的傳輸時間。
圖4是根據本發明的優選實施例在考慮到平均服務接收量相關的其他終端的分布效果的情況下，比較本發明調度方法和機會傳輸調度方法的框圖。在圖4的模擬中，在其他用戶的分布以圖4的框圖提供的方式保留的條件下，第5個用戶的標準偏差劃分成兩個值1和2。
從圖4可以看出，機會傳輸算法根據第5個MS(即第5個MS分布)的標準偏差變化改變每個MS的平均服務接收量。因此，第5個終端的標準偏差越高，特定MS的平均服務接收量越低。此外，機會傳輸算法不能保持調度增益和標準偏差的比率。
另一方面，本發明的調度方法可以控制第1到第4個MS以保持相同的平均服務接收量，而不管第5個MS的標準偏差變化。
正如從圖3和圖4的比較模擬中可以看出，本發明的調度方法具有比與公平或調度增益領域相關的機會傳輸方法較高的性能。
從上述描述中明顯可得的是，本發明的調度方法根據特定MS的接收率分布選擇一個調度的MS，而不管其他MS的概率分布，以便它能預先預測各個用戶的平均服務接收率。雖然幾個MS具有不相同的信道，假如他們的信道與其他MS的信道相同，各個MS仍然操作。雖然各個MS具有不同需求，本發明的調度方法能夠給各個MS提供有效服務。此外，本發明的調度方法很容易增加具有較差信道的用戶的平均傳輸率一直到達到預定傳輸率。
雖然本發明的優選實施例作為示例的目的披露，本技術領域的普通技術人員將理解在不脫離如附加權利要求中披露的本發明的範圍和實質的情況下，進行各種修改、增加和替代都是可能的。
權利要求
1.一種用於通信系統的調度方法，所述系統包括多個MS(移動站)和一個根據下行鏈路信道的傳輸率分配資源給MS的中央控制器，所述傳輸率從MS中反饋，包括以下步驟產生對每個MS的傳輸率的統一隨機變量；將所述統一隨機變量轉換為調度優先權；將每個MS的調度優先權互相比較；以及將資源分配給具有最高調度優先權的MS。
2.如權利要求1所述的方法，其中，統一隨機變量是MS的傳輸率的累積分配函數。
3.如權利要求1所述的方法，其中，產生統一隨機變量的步驟還包括步驟定期接收從MS反饋的傳輸率；根據接收到的傳輸率產生累積分配函數；以及使用累積分布函數產生統一隨機變量。
4.一種用於通信系統的調度方法，所述系統包括多個移動站(MS)和一個根據與下行鏈路信道相關的傳輸率指示來分配特定資源給MS的基站(BS)，所述傳輸率指示從MS中反饋，包括根據所述傳輸率指示產生統一隨機變量；將所述統一隨機變量轉換為調度優先權；將每個MS的調度優先權互相比較；以及將時隙分配給具有最高調度優先權的MS。
5.如權利要求4所述的方法，其中，所述統一隨機變量是從每個MS反饋的傳輸率指示的累積分布函數。
6.一種用於無線通信系統的調度方法，所述系統包括多個移動站(MS)和一個根據與下行鏈路信道相關的傳輸率指示來分配第n個時隙給MS的基站(BS)，包括以下步驟根據與來自每個MS的傳輸率指示相應的傳輸率產生統一隨機變量；將所述統一隨機變量轉換為調度優先權；將多個MS的調度優先權互相比較；以及將第n個時隙分配給具有最高調度優先權的MS。
7.如權利要求6所述的方法，其中，所述統一隨機變量是從每個MS反饋的傳輸率指示表示的傳輸率的累積分布函數。
8.一種用於無線通信系統的調度方法，所述系統包括k個移動站(MS)和一個基站(BS)，該基站根據從MS中反饋的下行鏈路信道的傳輸率信息mk(n)選擇一個MS來分配第n個時隙，包括以下步驟使用從每個MS接收的傳輸率信息產生統一隨機變量Uk(n)；將所述統一隨機變量Uk(n)轉換為調度優先權Uk(n)1/wk；將每個MS的調度優先權Uk(n)1/wk互相比較；以及將第n個時隙分配給具有最高調度優先權Uk(n)1/wk的MS，其中k=1kwm=1.]]>
9.如權利要求8所述的方法，其中，所述統一隨機變量Uk(n)是與傳輸率信息mk(n)對應的傳輸率Rk(n)的累積分布函數FRk(r)。
10.如權利要求8所述的方法，還包括更新累積分布函數FRk(r)的步驟。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述累積分布函數FRk(r)更新是根據所述傳輸率的概率密度函數。
12.如權利要求11所述的方法，其中，所述累積分布函數FRk(r)更新包括更新概率密度函數的步驟。
13.如權利要求12所述的方法，其中，所述概率密度函數Pk，m根據pk,mpk,m+(1-)1m=mk(n)]]>更新，其中λ是0＜λ＜1，A表示條件m＝mk(n)，以及1A是一指示符，如果概率密度函數設置為，pk，m≡Pr(Rk(n)＝rk，m)並且累積分布函數qk，m設置為qk,mi=1mpk,i,]]>當條件『A』滿足時它是『1』，或當條件『A』不滿足時它是『0』；和根據qk,mi=1mpk,i]]>更新累積分布函數。
14.如權利要求8所述的方法，其中，所述統一隨機變量Uk(n)是傳輸率信息mk(n)的累積分布函數FRk(r)。
15.如權利要求14所述的方法，其中，使用傳輸率的概率密度函數執行更新概率密度函數。
16.如權利要求14所述的方法，其中，使用傳輸率的概率密度函數更新概率密度函數。
17.如權利要求15所述的方法，其中，所述概率密度函數根據pk,mpk,m+(1-)1m=mk(n)]]>更新，其中λ是0＜λ＜1，A表示條件m＝mk(n)，以及1A是指示符，如果概率密度函數設置為pk，m≡Pr(Rk(n)＝rk，m)而累積分布函數qk，m設置為qk,mi=1mpk,i,]]>當條件『A』滿足時它是『1』，或當條件『A』不滿足時它是『0』；和根據qk,mi=1mpk,i]]>更新累積分布函數。
全文摘要
一種使用累積分布函數的分組調度方法。所述調度方法用於通信系統中，該系統包括多個MS(移動站)和一個根據從MS反饋的與下行信道相關的傳輸率分配資源給各個MS的中央控制器，該方法包括步驟產生各個MS傳輸率的統一隨機變量；將所述統一隨機變量轉換為調度優先權；將每一個MS的調度優先權互相比較；以及給具有最高調度優先權的MS分配資源。
文檔編號H04L12/54GK1674709SQ20041007579
公開日2005年9月28日 申請日期2004年12月6日 優先權日2003年12月5日
發明者樸大榮, 尹相普, 趙成賢, 樸元亨, 權鎬仲, 徐韓星, 李秉基 申請人:三星電子株式會社, 財團法人索爾大學校產學協力財團