专利名称：用于码分多址空中接口的基于类别的带宽调度的制作方法
技术领域：
本发明涉及电信系统中关于服务质量(QoS)的资源调度方法和装置，更具体地说，涉及关于码分多址(CDMA)空中接口的QoS的基于类别的带宽调度方法和装置。
主要的3G无线标准已将支持服务质量(QoS)的要求包括在有关的技术规范中。例如，欧洲电信标准协会(ETSI)和日本无线电工业和商业协会(ARIB)研发的通用移动电信系统(UMTS)规定了需支持的四种QoS类别。这四种类别定义为对话类，流类，交互类和背景类。在ETSI于2000年3月发表的标准文件3GPP TS23.107中对UMTS系统作了描述。其它主要的3G无线标准，例如电信工业协会/电子工业协会(TIA/EIA)CDMA2000标准和中国TD-SCDMA都要求支持QoS。
CDMA空中接口的现有QoS方案重点在满足具体应用的需要。典型地是，他们对话音业务等应用提供QoS保证，对分组数据等应用提供最大努力的服务。为了实现3G CDMA空中接口的有效QoS方案，需要开发带宽提供、调度和业务量调节等的技术。要支持移动多媒体应用，这些机制均需优化。3G网络将支持各种各样的业务，包括有些只能在将来才能定义的业务。3G的QoS方案应是灵活的，以便为加进各种服务做好准备，而且还应当提供服务供应商和最终用户间就预约和提供的服务进行有效协商的手段。QoS方案还应是实际可行的，即使用复杂性不高，且控制信令量低。
在本发明的一个实施例中，空中接口用户被指配到所述一组QoS类别“C”中的至少一个类别。QoS类别定义为，例如，对话类，流类，交互类和背景类。QoS类别“C”中的每一类“c∈C” 具有用户总数“Nc”。各类别“c”还各自被指配一弹性“e(c)”，后者赋予该类别一定的延迟特性。弹性值越大，预约此类别的用户可能经历的延迟就越大。类别c中的每个用户“j”具有预约的数据传输速率“r0(c，j)”和在时间帧“t”期间的实际数据传输速率“r0(c，j，t)”。每个用户“j”还具有时间帧“t”期间的有效带宽“R(c，j，t)”。
按照本实施例，如果可用带宽(空中接口容量)不能支持所有类别“c∈C”的所有用户“j”的有效带宽需求“R(c，j，t)”，那么，确定该时间帧t期间出现拥塞，并且当确定出现拥塞时，按照用户所属的类别“c”的弹性“e(c)”降低每个用户的实际数据传输速率。
图2示出本发明一实施例的网络QoS管理功能的方框图；以及图3是说明本发明一实施例的处理步骤的流程图。
本发明的详细描述现参阅
图1，图中示出本发明一实施例的UMTS网络各部分的方框图。网络100包括UMTS地面无线电接入网(UTRAN)104、移动终端(MT)102和核心网(CN)130。UTRAN 104包括至少一个节点B，后者是一小区群，为移动终端通过空中接口116无线接入UTRAN 104提供传输和接收。UTRAN 104还包括无线网络控制器(RNC)132。RNC 132连接到核心网(CN)130。CN 130可为通过空中接口116与UTRAN 104通信的移动终端提供到公众交换电话网(PSTN)，因特网协议(IP)网，和其他通信网的接入和连接。图1举例说明可以在按照本发明的实施例的UTRAN 104中实施的带宽调度资源管理器(BWS/RM)功能118。
MT102包括移动控制器134。在本实施例中MT102是按照3GPP技术规范的双模式GSM/UMTS终端，并且还包括用于GSM的用户识别模块(SIM)136和用于UMTS的UMTS SIM 138。按照本实施例，还在MT 114中实现带宽调度资源管理器(BWS/RM)功能114。
在本实施例中，在图1所示的系统中实现本发明的方法和装置，控制CDMA空中接口116的带宽调度以获得(QoS)。实施例的功能在BWS/RM 118和BWS/RM 114执行，它们分别控制RNC 132和控制器134来按照本发明的实施例调度带宽。在本实施例中，BWS/RM 118执行主功能，而BWS/RM 114在BWS/RM 118的控制下执行从属功能。
现在参阅图2，图中示出按本发明实施例的图1网络的QoS管理功能的方框图。图2示出上行链路和下行链路的QoS功能。上行链路QoS功能包括分类功能(类别)108、业务量调节器(cond)112和包括带宽调度资源管理器(BWS/RM)114的资源管理器(RM)130。下行链路QoS功能包括cond功能120和包括BWS/RM 118的RM132。类别108从数据单元头或从数据的业务特性中导出适当的QoS要求。cond 112和120的功能使某业务的协商QoS与数据单元业务量一致。通过监督(policing)和业务量整形来执行业务量调节。监督(policing)功能将数据单元业务量与有关的服务水平协议相比较。与有关属性不匹配的数据单元将被去掉或标以不匹配，以便在拥塞时优先去掉。业务量整形器按预约的服务水平协议形成数据单元业务量。在完成cond 112和120功能之后，把数据单元提供给MT 102中的BWS/RM 114和UTRAN 104中的BWS/RM 118。BWS/RM以符合本实施例描述的带宽调度方案所分配的容量通过空中接口发送这些数据单元。
在本发明的实施例中，移动终端、包括MT 102、根据UMTS的QoS要求被指配至以终端或业务为基础的QoS类别。在此实施例中，每个用户的无线资源以其有效带宽为特征，所述有效带宽是用户的传输速率及其所需的信号对干扰比(SIR)的函数。自适应功率控制用于动态调节每个用户-终端的发送功率，使得该用户在基站的实际SIR等于其所需的SIR。这种功率控制方案是已发展成熟的技术，可根据3GPP技术规范实现。基站的接收器可以是常规的单天线匹配滤波接收器，也可是先进的接收器，如多用户接收器或智能天线阵列接收器。传输速率和用户所需的SIR及其有效带宽的准确关系取决于在基站中所用的接收器。例如，在用常规的单天线匹配滤波接收器的实施例中，有效带宽由传输速率和所需的SIR的乘积给出。空中接口的容量则由以下的不等式决定所有用户的有效带宽总和≤β(t)·W·M。式中，W为空中接口的总带宽，M为基站接收器用的天线数，β(t)为在时间帧t期间空中接口的带宽利用率。
现在参阅图3，该图是说明在按照本发明实施例的BWS/RM 114和BWS/RM 118中进行的处理步骤的流程图。图3所示流程对于要通过空中接口116发送数据的每个时间帧t来说都是重复的。图3示出上行链路(MT至UTRAN)实施例。本专业的技术人员会了解，此方法和装置也可适用于c传输系统的下行链路(UTRAN至MT)，只需对算法作适当的改变即可。
以下注释有助于描述图3的实施例中用的算法CQoS类别总数。应当指出，借助于建议的带宽调度方案，每种类别都可就其吞吐量和延迟指配一特征性能。这需由服务提供商选择适合的类别数和它们的性能。例如，在图3的UMTS实施例中，有四个类别支持UMTS QoS类别，即对话类，流类，交互类和背景类。本发明提出的带宽调度算法提供了在空中接口创建这些类别的手段。
Nc登记在类别c∈C的用户总数。
r0(c，j)类别c的用户j的预约的数据传输速率。应当指出，向用户指配数据速率可以以策略(policy)为基础，或可用信令协议如VoIP信令来协商，或可以利用用户应用软件设置数据速率。
r(c，j，t)在时间帧t中，类别c的用户j的实际数据传输速率。应当指出，在某一既定的时间帧t中，由于带宽调度算法实施的控制的缘故，用户的实际传输速率可能与预约速率不同。改变可变扩频多速率系统的扩频因子，就可改变传输速率。传输数据速率由下式求出r(c，j，t)＝W/S(c，j，t) (1)式中，S(c，j，t)为在时间帧t中，类别c的用户j的扩频因子。动态扩频增益控制是已发展成熟的技术，可利用3GPP技术规范实现。
R(c，j，t)在时间帧t中，类别c的用户j的有效带宽。我们记得，对于常规的单天线匹配滤波接收器的情况，有效带宽由下式求出R(c，j，t)＝r(c，j，t)·SIR(c，j，t) (2)式中，
SIR(c，j，t)为在时间帧t中，类别c的用户j的SIR要求。SIR要求取决于目标帧的误码率，信道条件，调制，纠错编码等。它通过外回路功率控制调节，可以是随时间而变化的参数。
e(c)类别c的“弹性”。这是用来把一定的延迟特性指配给所述类别的参数。弹性值越大，预约此类别的用户经历的延迟就越大。该参数用来在空中接口拥塞时调节带宽。在本发明的实施例中，可将各类别的弹性选择为2的倍数的倒数，例如1，1/2，1/4和1/8。这是有利的，因为不同类别的用户可按等于各类别的弹性幂的分数来降低传输速率。传输速率的降低是通过扩频因子的相应增加来获得的。由于UMTS的扩频增益为2的倍数，故本实施例对UMTS也是实际可行的。
I(c，j，t)为在时间帧t中，类别c的用户j的数据可用性的指示符功能。在任何时间帧中，如果该用户在该时间帧中有数据要传输，则该指示符等于1，否则就等于零。
图3的过程从步骤300开始。在步骤302，把可变red-factor设置为0。然后，在步骤304，对于所有类别c的每一个用户，把实际的传输速率r(c，j，t)设置为预约的传输速率r0(c，j)。
在步骤308，开始对时间帧t作拥塞决定。本实施例的拥塞决定按以下方程进行(Σc∈CΣj=1NcI(c,j,t)·R(c,j,t)>β(t)·W·M)---(3)]]>采用以下方法来进行所述拥塞确定确定在时间帧t中有数据发送的所有类别的所有用户的总有效带宽是否大于可用带宽。
如果在步骤308确定时间帧t不会发生拥塞，则过程进到步骤312，并结束时间帧t。
但如果在步骤308确定时间帧t发生拥塞，则过程进到步骤308。在步骤308，把red-factor设置为red-factor+1的当前值。然后，在步骤310，调节各用户的传输速率。按本实施例，采用以下方法来调节传输速率根据类别c的弹性，把r(c，j，t)设定为e(c)red-factorr(c，j，t)来降低在时间帧t中每一类别每一用户的传输速率。
过程又回到步骤308，再进行拥塞确定，以确定传输速率调节之后是否仍存在拥塞。将连续地进行步骤306，308和310，直到所述拥塞确定确定不存在拥塞，过程在步骤312结束。
本发明的方法和装置可应用在任何为多用户提供QoS的CDMA空中接口。虽然本发明的方法和装置已就目前的最佳实施例加以图示说明和描述，但应理解，在不违反以下权利要求书中所定义的本发明的精神和范围条件下，可以对所描述的实施例进行许多改变和替代，并可实现本发明的许多其它实施例。
权利要求
1.一种用于码分多址空中接口的带宽调度方法，其中，通过所述空中接口发送的多个用户各自被指配给多种服务质量(QoS)类别中的至少一种类别，所述方法包括以下步骤确定在时间帧期间所述空中接口上是否存在拥塞；以及对确定存在拥塞作出响应根据指配给属于所述多个用户中所选的至少一个用户的多种QoS类别中的至少一种类别的弹性值，调节所述多个用户中所述选择的至少一个用户的传输速率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括给所述多种服务质量(QoS)类别中的每种类别指配弹性值的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述多种服务质量(QoS)类别中的每种类别的弹性值可用2的倍数表示，以及所述调节传输速率的步骤包括按照指配给所选用户的QoS类别的弹性值的倒数来增加所述选择的用户的传输扩频因子从而降低所述传输速率。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述确定是否存在拥塞的步骤包括确定在所述时间帧中有数据要发送的所述多个用户中所有用户的总有效带宽是否大于可用带宽。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于通过以下方法计算所述有数据要发送的所述多个用户中所有用户的总有效带宽把时间帧t的实际数据传输速率乘以在所述时间帧内有数据要发送的所述多个用户中每个用户的信号干扰比(SIR)，并且将在所述时间帧内有数据要发送的所述多个用户中所有用户的乘法计算结果相加。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于依次重复进行所述确定和调节步骤，每次重复按照指配给属于所述多个用户中所选的至少一个用户的多种QoS类别中的至少一种类别的弹性值的逐渐增长的增量来降低所述多个用户中所述选择的至少一个用户的传输速率。
7.一种用于码分多址空中接口的带宽调度方法，其中，多个用户通过所述码分多址空中接口发送，所述方法包括以下步骤给多种QoS类别中的每种类别指配弹性值；给所述多个用户中每个用户指配多种QoS类别中的至少一种类别；确定在某时间帧期间所述空中接口上是否存在拥塞；对存在拥塞的确定作出响应根据指配给属于所述多个用户中每一个至少一个用户的多种QoS类别中的所述至少一种类别的弹性值，调节所述多个用户中至少一个用户的传输速率。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述确定是否存在拥塞的步骤包括确定在所述时间帧中有数据要发送的所述多个用户中所有用户的总有效带宽是否大于可用带宽。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于通过以下方法计算所述有数据要发送的所述多个用户中所有用户的总有效带宽把时间帧t的实际数据传输速率乘以在所述时间帧内有数据要发送的所述多个用户中每个用户的信号干扰比(SIR)，并且将在所述时间帧内有数据要发送的所述多个用户中所有用户的乘法计算结果相加。
10.一种用于调度码分多址空中接口的带宽的装置，其中，通过所述码分多址空中接口发送的多个用户各自被指配给多种服务质量(QoS)类别中的至少一种类别，所述装置包括带宽调度器，所述带宽调度器用于确定在某时间帧期间所述空中接口上是否存在拥塞，并且对存在拥塞的确定作出响应，根据指配给属于所述多个用户中所选的至少一个用户的多种QoS类别中的至少一种类别的弹性值，调节所述多个用户中所述选择的至少一个用户的传输速率。
11.如权利要求10的装置，其特征在于所述带宽调度器还给所述多个QoS类别中的每个类别指配弹性值。
12.如权利要求11的装置，其特征在于多种服务质量(QoS)类别中的每种类别的弹性值可用2的倍数表示，以及所述调节传输速率的步骤包括按照指配给所选用户的QoS类别的弹性值的倒数来增加所述选择的用户的传输扩频因子从而降低所述传输速率。
13.如权利要求10的装置，其特征在于所述带宽调度器根据在所述时间帧中有数据要发送的所述多个用户中所有用户的总有效带宽是否大于可用带宽来确定是否存在拥塞。
14.如权利要求13的装置，其特征在于所述带宽调度器通过以下方法计算有数据要发送的所述多个用户中所有用户的所述总有效带宽把时间帧t的实际数据传输速率乘以在所述时间帧内有数据要发送的所述多个用户中每个用户的信号干扰比(SIR)，并且将在所述时间帧内有数据要发送的所述多个用户中所有用户的乘法计算结果相加。
全文摘要
用于无线空中接口服务质量(QoS)的基于类别的带宽调度的方法和装置。在一个实施例中，空中接口(116)的用户(102)被指配给多种QoS类别的至少一种类别。给每种类别指定弹性值。当确定某时间帧期间空中接口(116)上业务拥塞时，按照用户(102)所属类别的弹性值降低每个用户(102)的实际数据传输速率。
文档编号H04W28/18GK1398494SQ01802700
公开日2003年2月19日 申请日期2001年8月31日 优先权日2000年9月1日
发明者Y·郭, H·查斯卡 申请人:诺基亚移动电话有限公司