分组发送调度方法及基站装置 【技术领域】
本发明涉及无线电通信系统的分组控制中的调度方法以及执行根据这一调度方法的分组控制的无线电基站装置。
背景技术
迄今，随着更高速的IMT-2000分组发送方案，正在研究一种称为高速下行链路分组接入(HSDPA)的方案，以便增加下行链路峰值传输的速度、缩短传输延迟、提高吞吐量等。
在这一高速分组无线电通信系统中，期望借助于诸如音频、视频和数据传输的各种应用的业务。因此，允许多种业务质量(QoS)要求的分组控制技术是至关重要的。QoS要求值包括由更高层、可容许延时、传输率、波动、分组丢弃率等所需要的误差率。
上述控制技术的代表是分组调度技术。调度是一种用于决定向哪个通信终端分配当前下行链路信道的技术，其中执行控制以决定在单个或多个发送缓存器中的分组发送的优先级顺序。由于这一调度极大地影响无线电通信系统的吞吐量，因此产生了多种方案。
目前，调度技术的代表有三种：最大CIR方案(下文称为Max C/I方案)、循环方案(下文称为RR方案)和比例公平(Proportional Fairness)方案(下文称为PF方案)。
Max C/I方案向较好无线电链路质量的移动站(MT)优先分配发送机会。RR方案向所有地MT分配相等的发送机会。PF方案使用瞬时无线电链路质量与平均无线电链路质量的比率等作为度量，并向具有较大度量的MT优先分配发送机会。
迄今，已经存在通过调度执行分组控制的无线电基站装置，在来自电子学会、信息与通信工程师(Institute of Electronics，Information and CommunicationEngineers)的TECHNICAL REPORT OF IEICE MoMuC2002-3中对其进行了描述。图1是图解说明这一无线电基站装置的调度方法的视图。
所述无线电基站装置具有为每个MT临时保存的分组的队列。当MT同时使用QoS保证的业务和尽力(BE)业务时，为每个业务类别提供一个队列。这里，BE业务是指没有延迟时间保证的业务。此外，业务类别是指QoS保证的类别。
无线电基站从输入分组识别MT和业务类别，并将该分组放入相应的队列。用于提供相对于所要求的级别具有轻微差数的QoS级别的MT的队列属于QoS临界组。充分满足所要求的QoS级别的队列属于QoS非临界组。将不要求QoS的MT的队列分类到BE组。
首先，向QoS临界组的队列分配最高优先级的发送机会。因此根据PRR(优先级循环)方案决定选择QoS临界组或另一个组中的哪一个。即，当等待发送的分组存在于QoS临界组的一个队列中时，无论如何优先分配发送机会，甚至可以中断关于另一个组的对列的业务。
根据当前QoS保证的实现等在QoS临界组中分发发送机会。基于用于QoS非临界业务和BE业务的剩余频带分发策略进行在QoS非临界组和BE组之间的选择，其中在被加权之后，根据加权循环(WRR)方案执行调度。
由于已经对它们保证了QoS，因此根据Max C/I方案调度在QoS非临界组中的分组队列，以便尽可能大地增加系统容量。
根据具有加权的PF方案调度BE组中的分组队列，所述加权是根据关于MT的无线电链路的质量进行的。
但是，在传统的装置中，取决于每个分组的业务类别使用Max C/I方案、RR方案和PF方案中的一个。因此，存在分组控制中的调度算法变得复杂，从而增加了计算处理量和处理时间的问题。在这样的情形中，随着从通知基站关于移动站方的接收质量至通过基站发送数据的时间趋向于较长，由于移动站在所述时间内的移动而引起的传输路径环境的变化不能够忽略。结果，不能充分考虑传输路径环境地进行通信，从而减少了通信系统的吞吐量。
【发明内容】
本发明的目的在于减少分组控制调度中的计算处理量和处理时间并增加通信系统的吞吐量。
通过分组发送调度方法达到这一目的，所述方法对于考虑了QoS的数据和BE数据通过对优先级进行加权统一地确定优先级的顺序，所述优先级是利用相对于指定的发送时间的剩余时间的倒数而获得的，并且所述方法通过简单的算法实现分组控制中的调度。
【附图说明】
图1是显示传统无线电基站装置的调度方法的视图；
图2是显示根据本发明实施例1的无线电基站装置的结构的示例的方框图；
图3是显示根据本发明实施例1的调度器的内部结构的示例的方框图；
图4是显示根据本发明实施例1的调度方法的过程的流程图；
图5是用于解释根据本发明实施例1的优先级队列结构以及由定时器和调度器计算的优先级的概要的概念性图。
图6是显示根据本发明实施例2的无线电基站装置的结构的示例的方框图；
图7是显示根据本发明实施例2的调度器的内部结构的示例的方框图；
图8是显示根据本发明实施例3的调度器的内部结构的示例的方框图；和
图9是显示根据本发明实施例4的调度器的内部结构的示例的方框图；
【具体实施方式】
下面将参考附图详细说明本发明的实施例。注意尽管此处将使用HSDPA方案的通信系统作为示例，但是本发明的调度方法和无线电基站装置可以应用于其他的通信系统。
(实施例1)
图2是显示根据本发明实施例1的无线电基站装置的结构的示例的方框图。这里，将以下述情况为例进行描述，其中无线电基站装置从较高级别的站(RNC)101接收发送数据、执行调度、并与移动站(UE)106进行通信。在附图中，虚线Iub表示较高级别的站和基站之间的接口，虚线Uu表示基站和移动站之间的接口。
图2的无线电基站装置包括MAC-hs(用于高速的媒体接入控制)部件102、调制器103、无线电发送/接收部件104、天线105和解调器107。MAC-hs部件102包括优先级队列(区分优先次序的队列)111、定时器112、调度器113、开关114、传送块(TB)创建部件115和HARQ部件116。优先级队列111具有与这一无线电基站装置能够容纳的移动站数量相对应的多个电路。
在MAC-hs部件102中，优先级队列111经由Iub从RNC 101接收将被发送至移动站(UE)106的数据分组。然后，将数据的发送分组存储在对应于数据的发送分组的优先级别(业务类别)所提供的多个序列中。在通知数据分组的同时，从RNC 101通知优先级别。分别为多个队列相应地指定对应于分组发送的可容许延时的时间TL。对于每个分组，优先级队列111向定时器112通知存储分组的存储时间ts、在其中存储分组的队列的优先级别以及队列的指定的时间TL。
定时器112具有对应于各个数据分组的定时器，并将在此期间每个数据分组都能够保留在优先级队列111中的剩余时间tR输出至调度器113。注意，具有编组的数据分组时，可以为每个组提供定时器。定时器初始被设定为存储相应的分组的队列的指定的时间，并且剩余时间随时时间的过去而减少。可以通过下述的方法来计算剩余时间tR：从存储时间ts和当前时间tp获得自存储分组后流逝的时间(tp-ts)，随后如下从指定的时间TL中减去(tp-ts)：
tR＝TL-(tp-ts)。
注意当优先级类别为BE时，剩余时间tR是常量且不减少指定的时间TL。这里，指定的时间自动地设置为不大于已经为其他队列指定的指定时间的最大值的值。注意，可以直接设置为分组的可容许延时。
调度器113使用从定时器112输出的剩余时间，并接收由移动站接收的信号的质量，以根据下面的等式计算每个分组的优先级：
优先级＝接收质量×1/剩余时间。选择具有所存储的最高优先级的分组的队列，并向开关114通知这一选择的队列。由移动站接收到的信号的接收质量是通过移动站通知的，并且是从被解调器107解调的接收到的数据获取到的。而且，作为剩余时间tR，使用在每个队列中最早存储的分组的剩余时间。
通过使用上述等式，可以用较小的计算处理量将较好接收质量的移动站的优先级设定得较高，从而可以改善通信系统的传输效率。此外，由于将具有较少剩余时间的分组的优先级设定得较高，因此变得比较容易保证QoS。另外，由于使用的剩余时间的倒数，当剩余时间变为接近于零时，优先级被设定为极大地升高(指数地升高)。从而，变得比较容易满足可容许延时。
调度器113根据所需要的优先级决定诸如调制方案和编码率的发送条件，并分别使用控制信号C11、C12、C13、C14和C15控制TB创建部件115、HARQ部件116、调制器103和无线电发送/接收部件104。后面将描述调度器113的内部结构。
开关114从对应于优先级队列111中的各个队列的多个输出端口中选择对应于由调度器113选择的队列的输出端口，以切换从优先级队列111中输出的多个分组。
TB创建部件115根据由从调度器113输出的控制信号C11指定的TB大小来创建TB，TB是用于从经由开关从优先级队列111输出的分组中一次发送多个分组的单元。
执行重发控制的HARQ部件116根据控制信号C12对从TB创建部件115输出的TB(发送数据)进行编码，并将其输出至解调器103。当接收到NACK信号并因此而等待重发时，HARQ部件116将等待重发的分组临时地存储在其缓存器中；当接收到ACK信号时，以最高优先级立即对它进行发送。在HARQ处理中，当所有可发送的分组都处于发送等待状态时，中止上述的优先级计算和之后的处理。
调制器103根据由控制信号C13制定的调制方案来调制从HARQ部件116输出的发送数据，通过由控制信号C14指定的编码编号对调制后的发送数据进行编码，并将其输出至无线电发送/接收部件104。
无线电发送/接收部件104进行预定的无线电发送处理，例如对从调制器103输出的调制的发送信号进行上变换并经由天线105来发送，此外，进行预定的无线电接收处理，例如对经由天线105接收到的信号进行下变换并输出至解调器107。
解调器107解调从无线电发送/接收部件104输出的接收信号以获得接收的数据，并从该接收的数据提取移动站方的接收质量并输出至调度器113。
图3是显示调度器113的内部结构的示例的方框图。调度器113包括接收质量检测部件121、优先级计算部件122、队列选择部件123和发送控制器124。
接收质量检测部件121根据由解调器107解调的接收数据所提取的移动站方的信号质量标识符(CQI)、链路质量信息来检测接收质量。CQI是指示可以由移动站接收的传输率等的信息，移动站向与其通信的基站通知该CQI，并且该CQI是基于移动站的接收质量来确定的。这里，在基站方使用的接收质量可以是估计的CIR等等，或者可以使用其自身具有30个级别的CQI值。
可以将基于在移动站测量的公共导频信道(CPICH)的载干比(CIR)的CQI，或其发送功率受到控制的A-DPCH(相关专用物理信道)的发送功率等用作链路质量信息。为什么可以使用发送功率的原因在于：当移动站方的接收质量差时，基站方的发送功率根据来自移动站方的请求而增加。
向优先级计算部件122通知来自定时器112的剩余时间tR和来自接收质量检测部件121的接收质量，从而根据现存的等式来计算每个分组的优先级：
优先级＝接收质量×1/剩余时间，并输出至队列选择部件123。
队列选择部件123从各个分组的通知的优选级中选择具有最高优先级的分组，并向开关14和发送控制器124通知存储有所述分组的队列。
向发送控制器124通知来自接收质量检测部件121的接收质量、来自解调器107的ACK/NACK信号、和来自队列选择部件123的所选择的队列。发送控制器124随后基于由队列选择部件123选择的队列来确定发送条件，即TB大小、HARQ重发控制、调制方案和发送功率。发送控制器124将TB控制信号C11发送至TB创建部件115，将重发控制信号C12发送至HARQ部件116，将调制控制信号C13和编码控制信号C14发送至调制器103，并将发送功率控制信号C15发送至无线电发送/接收部件104，以控制每个电路。
图4是图解说明由上述无线电基站装置使用的调度方法的总过程的流程图。
无线电基站装置从RNC 101(ST1010)接收发送分组，存储在优先级队列111中(ST1020)，然后同步地将定时器设定为初始值(ST1030)，并开始计算剩余时间tR，即测量时间(ST1040)。与此同时，无线电基站装置通过天线105接收从UE 106发送的信号(ST1050)，通过无线电发送/接收部件104执行无线电接收处理(ST1060)，通过解调器107来解调接收到的数据(ST1070)，并检测关于移动站方的接收质量的信息(ST1080)。
在获得剩余时间tR和接收质量之后，调度器113计算发送分组的优先级(ST1090)，并且在确定将被实际发送的分组之后，确定对于该发送分组的发送条件(ST1100)。然后，无线电基站装置基于所述发送条件将该发送分组发送至移动站(ST1110)。
图5是用于说明优先级队列111的结构以及由定时器112和调度器113计算出的优先级的概要的概念图。尽管将在其中具有用于于UE#1的优先级队列111-1和用于UE#2的优先级队列111-2的优先级队列111作为例子来进行描述，但是优先级队列不限于这一结构，而是可以为两个或更多个移动站执行处理。而且，队列的数量不限于五个。
优先级队列111提供从严格要求实时性的业务至BE类型的业务的范围的优先级类别#1至#5，并且具有对应于各个优先级类别的五个队列#1至#5。对于每个队列，基于可容许延时来指定指定时间TL。对于较高程度的实时性，指定时间TL被设定得较短，对于，接近于BE业务的业务(优先级别5)，指定时间TL被设定得较长。
将tij作为存储在UE#i的队列#1中的分组中的最早存储的分组的剩余时间，例如，t11至t15作为UE#1的队列#1至#5的剩余时间，t21至t25作为UE#2的队列#1至#5的剩余时间。存储在UE#i的队列#j中的分组的优先级Pij如下表示为：
Pij＝CIR#i×1/tij，其中CIR#i是接收质量，tij是剩余时间。这以其中将为每个UE计算的CIR作为接收质量的情况来作为例子。
调度器113为优先级队列111的每个队列计算优先级Pij，以选择具有最高优先级的队列。注意在下一个发送定时间隔(TTI)中不重置尚未被发送的分组的剩余时间tR。
在上述结构中，调度器113根据单一的方法确定用来发送分组的优先级，无论它属于哪一个优先级类别。具体的，优先级计算部件122如下确定每个分组的优先级：基于由接收质量检测部件121检测到的移动站的接收质量来提高较好接收质量的移动站的发送分组的优先级，此外提高具有由定时器112计算出的较小剩余时间的分组的优先级并进一步提高具有接近于零的剩余时间的分组的优先级。
如上所述，根据本实施例，可以减少分组控制中的调度的计算处理量和处理时间，并从而可以增加通信系统的吞吐量。
注意，尽管将其中发送数据是从较高级别的站发送的情形作为例子进行了描述，但是在诸如因特网的非分层结构的网络的情形中，发送数据是从路由器发送的。
而且，尽管将其中通过优先级队列111和调度器113设定指定时间TL的情形作为例子进行了描述，但是也可以是较高级别的站信号通知指示指定时间的信息并且调度器113利用这一信息计算优先级。
此外，尽管将下述情形作为例子进行了描述：其中在HARQ处理中，当由于接收到NACK信号而将分组置于重发等待状态时，HARQ将等待重发的分组临时地存储在其缓存器中，当接收到ACK信号时，立即发送该分组，但是HARQ可以再次开始优先级计算用来重发该分组。在这一情形中，用于等待重发的分组的定时器和用于其他分组的定时器一样继续测量剩余时间tR，并且执行包括其他分组的优先级比较。注意，即使在选择了等待重发的分组时，如果仍然处于重发等待状态中，发送处理也不会开始并且调度器113计算在同一队列中存储的下一个分组数据的优先级。
而且，可以将HARQ处理中的重发次数等用作指示相同概念的参数，来代替在用于计算优先级的等式中的剩余时间，这将在实施例4中进行详细的描述。
(实施例2)
图6是显示根据本发明实施例2的无线电基站装置的结构的示例的方框图。这一无线电基站装置具有与图2中的无线电基站装置相同的基本结构。相同的组件由相同的附图标记来表示并省略对其的描述。
本实施例的特征在于其还包括一个吞吐量计算部件201，并且调度器113a也考虑移动站的实际吞吐量来确定优先级。
吞吐量计算部件201监视解调器107的输出，计算移动站向基站发送数据时的实际吞吐量，并输出至调度器113a。实际吞吐量可以是超过预定时间段的平均数，或指示同一概念的其他参数。
调度器113a使用从定时器112输出的剩余时间tR、从解调器107输出的移动站方的接收质量、从吞吐量计算部件201输出的实际吞吐量，根据下面的等式来计算每个分组的优先级：
优先级＝接收质量×(1/剩余时间)×(1/实际吞吐量)
调度器113a也执行与实施例1中一样的传输控制。
与实施例1的不同点在于还将TB控制信号C11发送至吞吐量计算部件201，该吞吐量计算部件201使用由这一控制信号通知的TB大小来计算吞吐量。
图7是显示调度器113a的内部结构的示例的方框图。将从吞吐量计算部件201输出的实际吞吐量输入至优先级计算部件122a，该优先级计算部件与实施例1中一样地计算优先级。注意作为接收质量，使用为每个UE计算的一个接收质量，作为吞吐量，使用为每个队列所计算的一个吞吐量。
关于上述结构，由于基于上面的等式计算优先级，可以希望调度器113a中的优先级计算部件122a产生与PF方案相同的效果以及与实施例1相同的效果。这是因为上述等式的一部分(接收质量×1/实际吞吐量)与PF方案中的度量相同。
如上所述，根据本实施例，可以减少在分组控制中的调度的计算处理量和处理时间，并从而可以增加通信系统的吞吐量。另外，可以产生与PF方案相同的、考虑吞吐量的公平性以及链路质量来分配发送机会的效果。
(实施例3)
根据本发明实施例3的无线电基站装置具有与图6的无线电基站装置相同的基本结构。相同的组件由相同的附图标记来表示，并且省略其描述。
本实施例的一个特征在于调度器113b中具有存储器301。图8是显示调度器113b的内部结构的示例的方框图。
调度器113b的存储器301将所存储的系数α和β输出至优先级计算部件122a，系数α和β的值将在后面进行描述。
优先级计算部件122b使用从定时器112输出的剩余时间tR、从解调器107输出的移动站方的接收质量、从吞吐量计算部件201输出的实际吞吐量、以及从存储器301输出的系数α和β，根据下面的等式来计算每个分组的优先级：
优先级＝接收质量×(α×1/剩余时间)×(β×1/实际吞吐量)
这里，α和β是用于对上面的等式中的剩余时间和实际吞吐量进行加权的系数。例如，当移动站从基站请求的吞吐量取决于分组的类型而变化时，通过根据分组的类型将β设定在一个值，可以预先根据分组的类型来加权优先级。这里，分组的类型特别是指例如业务类别。此外，例如，当假设一个其中无论如何必须至少满足指定的时间，即使可以不满足由移动站请求的吞吐量的有条件的情形时，通过将α设定为与β相比较大的值，计算优先级时剩余时间所起的作用变得较大，并且因此，这导致关于指定时间具有较大重要性的优先级的计算。
如上所述，根据本实施例，由于用对剩余时间和实际吞吐量加权来进行优先级的计算，可以通过将加权设定为考虑其比率的适当的值来根据情况适当地进行优先级的计算。
注意尽管此处将在其中把指定时间设定为从一个优先级类别变化至另一个优先级类别的值的情形作为例子进行了描述，但是根据上面的等式，可选的，可以将上述的β设定为从一个优先级类别变化至另一个的值，而将所有指定的时间设定为相同的值。
此外，可以通过从较高级别的装置发信号来设定上述的加权系数α和β，或者可以通过基站随着时间的过去根据业务情况等来改变上述的加权系数α和β。
而且，在实施例1至3中，可以选择分组在队列中的停留时间作为参数来代替上述的剩余时间，所述停留时间即从分组存储在缓存器中的时间点到分组被实际地发送的另一个时间点之间过去的时间。在这一情形中，由于其与剩余时间成反比，实施例1的用于计算优先级的等式如下所示：
优先级＝接收质量×停留时间
同样，可以得到用于其他实施例的等式。原理是无论优先级是基于剩余时间或是基于停留时间确定的，为其设定了几乎相同的指定时间的多个队列的调度结果之间几乎没有差异。此外，即使对于为其设定了不同的指定时间的多个队列，也可以通过例如根据如在实施例3中指定的时间对每个参数进行加权来获得相同的效果。
(实施例4)
根据本发明实施例4的无线电基站装置具有与图2的无线电基站装置相同的基本结构。因此，相同的组件由相同的附图标记来指示，并且省略对其的描述。
本实施例的一个特征在于调度器113c的优先级计算部件122c基于接收质量和每个发送分组的重发次数来计算优先级。换句话说，本实施例使用分组的重发次数而不是在实施例1中使用的剩余时间tR。
图9是显示调度器113c的内部结构的示例的方框图。
调度器113c的发送控制器124c对已经重发的次数进行计数，执行发送分组的重发控制，随后将每个发送分组的重发次数输出至优先级计算部件122c。
优先级计算部件122c使用从发送控制器124c输出的重发次数、从接收质量检测部件121输出的接收质量，根据下面的等式计算每个分组的优先级：
优先级＝接收质量×重发次数
在上面的结构中，由基站从RNC 101接收的分组被存储在为各个优先级类别提供的分离的队列中。对于每个队列，设定对应于发送分组时的可容许延时的指定时间TL，即分组可以停留在队列中的最大时间。如果一个分组在指定的时间TL已过去之后没有被发送，则优先级队列111丢弃该分组。这是因为，例如，在其中发送数据是具有高实时性的数据的情形中，当预定的时间已过去之后到达接收方时，数据可能是完全没有意义的。同时，发送控制器124c通过将控制信号C12输出至HARQ部件116来进行分组的重发控制。在这一控制期间，发送控制器124c还对重发的次数计数，并且丢弃其重发次数已变得大于预先设定的指定重发次数的分组，所述指定重发次数即最大可容许的重发次数。可以说，这一指定的重发次数如指定的时间一样对发送数据进行时间管理。
这里，在实施例1中使用的剩余时间tR是指在分组被存储在队列之后经过了一定的时间时相对于指定时间TL的剩余时间。在指定的重发次数的情况中，对应于这一剩余时间的参数是通过从指定的重发次数(最大次数)中减去在分组被存储在队列之后经过了一定的时间时的重发次数而获得的值。即，可以说对于指定的重发次数，剩余的重发次数是代表与剩余时间相同概念的参数。这里，表示优先级的等式如下所示：
优先级＝接收质量×1/(剩余的重发次数)，其类似于实施例1中的等式。通过这种方法，可以以较高的优先级发送具有较小的剩余重发次数的分组。
此外，可以简单地选择重发次数作为参数而不是上述的剩余重发次数。在这一情形中，由于与剩余次数成反比，用于计算优先级的等式写成如下的形式：
优先级＝接收质量×重发次数。
通过这一方法，可以以较高的优先级发送具有较大的重发次数的分组。在本实施例中，已经描述了在其中使用重发次数的特定的示例，但是可以使用相对于指定的重发次数的剩余重发次数。
如上所述，根据本实施例，由于基于重发次数和接收质量进行优先级的计算，可以用较高的优先级发送经历了较大量的重发尝试从而将来经历较高的丢弃可能性的分组，
而且，重发次数是小于剩余时间但是不恰好相同的参数。因此，本实施例可以与另一个实施例相结合。例如，在与实施例1相结合的情形中，用于计算优先级的等式如下所示：
优先级＝接收质量×(1/剩余时间)×重发次数。
同样，对于与其他实施例相结合的情形也可以得到等式。通过这一方法，可以实现直接满足指定时间和指定重发次数两者的发送调度。
此外，在上述的实施例中，用于计算优先级的等式是通过乘法形成的，但是并不限于此，可通过加法来形成计算优先级的等式。
如上所述，根据本发明，可以减少分组控制中的调度的计算处理量和处理时间，从而增加通信系统的吞吐量。
本发明描述是以2002年8月30日提交的日本专利申请第2002-253515号和2002年12月6日提交的日本专利申请第2002-355069号为基础的，所述申请通过引用结合于此。
工业适用性
本发明可应用于在无线电通信系统的分组控制中的调度方法以及根据这一调度方法执行分组控制的无线电基站装置。