媒體分配方法

專利名稱：媒體分配方法
技術領域：
本發明涉及向無線通信系統的用戶分配可得到的數據速率的技術，尤其是向固定無線回路，或者所謂的“無線本地回路”系統的用戶分配可得到的數據速率的技術。
一般現有的無線系統對每個用戶使用固定數據速率分配。一旦用戶被指定了一個調制方案，即將用戶的比特映射成符號的構像，用戶的數據速率就被固定，除非用戶被指定了另外的時隙，例如其他的一個或多個時隙。這種系統a)對用戶一直保持固定的數據速率，只要用戶既沒有被指定其他的時隙，也沒有丟失任何已指定的時隙，并且b)不能夠利用信道質量中的改進，并且受到信道質量降低的損害。
我們已經認識到，在所使用的調制方案可以根據每時隙，即從一個時隙到另一個時隙而變化，以便對用于編碼每個時隙的符號的構像可以因一幀中的每個時隙而不同，并且可以因連續幀中的特定時隙而不同的系統中，即使用戶保持每幀的相同時隙數，用戶的可得到數據速率也可以變化，因為用戶的時隙容量可以變化。如果在調制方案中發生一種或多種這樣的變化，則用戶可得到的數據速率可能不再匹配他的當前數據速率要求。因此，根據本發明的原理，我們研制出這樣一種方法，即將指定給用戶的時隙數確定為用戶當前數據速率需求，以及當前指定給用戶的時隙的實際當前累積數據速率的函數。用戶數據速率需求還可以是用戶所約定的服務質量(QoS)的函數。
尤其是，可以得到多種調制方案，但是使用它們中任何一個特定方案的能力是由當前信道質量所確定的。每種調制方案提供了在一個時隙中傳送每個符號的不同比特數的能力，并且根據本發明的一個方面，所使用的調制方案可以根據每個時隙而變化。因此，已經分配給用戶的時隙的實際可得到用戶數據速率可以被快速地改變。為了補償這種情況，對每幀內的時隙進行動態地分配，并且根據當前數據速率需求以及已經分配給用戶的時隙的能力，來增加或減少用戶所使用的時隙數，以符合這些需求。
在附圖中

圖1示出了根據本發明原理設置的示例性可控波束TDMA無線通信系統的原理圖；圖2示出了用于圖1的可控波束無線通信系統的示例性幀結構；圖3示出了當用戶變成有效且請求用戶業務服務時或者當用戶需要接收諸如來話呼叫的來話業務時，執行的示例性初始化過程；圖4示出了根據本發明原理的用于分配時隙數，以及向給出所需要的數據速率和QoS的時隙分配調制方案的示例性過程。
下文僅描述了本發明的原理。因而應該認識到的是，本領域的技術人員能夠設計出盡管沒有在這里明確描述或示出，但體現本發明的原理且包含在其精神和范圍內的各種結構。此外，這里所引用的所有實例以及條件性語言是僅從原理上表述，目的是幫助閱讀者理解本發明的原理以及發明人對現有技術所貢獻的創造性構思，并且不應被看作對這些具體描述的實例和條件的限制。而且，所有在此描述本發明原理、方面和實施例，以及其中特定實例的陳述，是用來包含它們的結構性和功能性等價物。而且，這些等價物是用來包括當前已知的等價物以及將來研制出的等價物，即任何被研制出的執行相同功能的單元，而不管其結構如何。
因而，例如，本領域的技術人員應該理解的是，這里的方框圖代表體現本發明原理的示意性電路的概念性視圖。類似地，應該理解的是，任何流程圖、流向圖、狀態轉移圖、偽碼以及類似物表示可以用計算機可讀介質的形式實質性表示，并且由計算機或處理器執行的各種過程，而無論這種計算機或處理器是否被明確示出。
包括標記為“處理器”的功能性方框的示于圖中的各個單元的功能，可以通過利用與適當軟件相關聯的專用硬件以及能夠執行軟件的硬件來提供。當由處理器提供時，這些功能可以通過單個專用處理器、單個共享處理器或者多個分離的處理器(這些處理器可以被共享)來提供。而且，顯式使用的用語“處理器”或“控制器”不應被看作專指能夠執行軟件的硬件，并且可以不限制地隱式包括數字信號處理器(DSP)硬件、用于存儲軟件的只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)以及非易失性存儲裝置。其他傳統和／或常規的硬件也可以被包括。類似地，任何示于圖中的交換僅是概念性的。該功能可以通過程序邏輯的運行，通過專用邏輯，通過程序控制和專用邏輯的交互作用，或者如對上下文具體理解的，可由實施者人工選擇特定技術來實現。
在本文的權利要求中，任何表示為用于執行特定功能的裝置的單元是用來包含執行該功能的任何方式，例如這些方式包括a)執行該功能的電路單元的組合，或者b)任何形式的軟件，因而包括與適當電路相組合的固件、微代碼或類似物，前述電路與執行該軟件以完成該功能。由這種權利要求所限定的本發明存在于這樣的事實，即由各種所述裝置提供的功能被以權利要求所要求的方式組合并且結合在一起。因而申請人應將可以提供這些功能的任何裝置看作是本文所示出裝置的等價物。
應注意的是，本文所用的信道質量包括來自諸如多徑的信道特性的影響；來自其他信號源的干擾，前述信號源諸如相同或其他系統的其他射電源以及宇宙源；諸如接收機自身的熱噪聲的噪聲。
圖1示出了根據本發明原理設置的示例性可控波束TDMA無線通信系統100。無線通信系統100包括基站天線101，該天線集中地服務遠程終端103的103-1到103-N，以及基站天線105，該天線集中地服務遠程終端107的107-1到107-N。遠端站與特定基站的配對是由實施者根據可以實現遠端站-基站對的最佳信號功率以及最小干擾來確定。
在可控波束無線通信系統100中，在遠端站位置形成的波束圖可以是任意的寬度。波束的特定寬度是天線設計方向性的函數，并且通常它是一個寬波束。一般來說，同一波束圖既用于發射又用于接收。例如，盡管可以使用任何角度，但具有30°角的遠端站位置上的天線已經被用于本發明的一個實施例中。
基站具有可控制地形成基本上任意寬度的波束圖的能力，以便根據情況在寬波束或窄波束上收聽及發射。開始時，例如，在呼叫建立期間，基站與遠端站之間的通信是通過使基站利用寬波束來實現的。然而，一旦基站與遠端站之間的通信信道，即所謂的“業務”信道被建立，基站一般就利用窄波束，當利用窄波束時，在通信發生在基站與遠端站之間的時候，基站將波束指向遠端站的方向。通信可以在基站與遠端站之間同時地雙向進行，例如，一個頻率用于從基站到遠端站的傳輸，而另一個頻率用于從遠端站到基站的傳輸。
圖1的可控波束無線通信系統100是一個時分多址(TDMA)系統。這種系統在具有多個時隙的每幀中采用重復的幀結構。圖2示出了用于可控波束無線通信系統100的示例性幀結構201。幀結構201的長度為2．5秒，并且它包含從時隙203-1到203-63的64個時隙203。每個時隙203包括數據部分(DP)205以及防護間隔(G)部分107。例如，每個時隙203是2．5／64ms，即39．0625μs。每個防護間隔207為2μs，每個數據部分為37．0625μs。相同的幀結構用于從遠端站到基站的上行鏈路，以及從基站到遠端站的下行鏈路。
更準確地說，每個時隙203被分成多個符號，符號的數量是由實施者根據帶寬以及時隙周期來確定。例如，如上面所指出的，39．0625μs時隙周期帶有2μs的防護間隔以及37．0625μs數據部分。如果信道寬度為5MHz，并且有用的帶寬為3．9936MHz，那么就有148個符號，每個符號的長度大約為250．04ns。
每個符號的比特數，即構像大小，決定在每幀中傳送的比特數。根據本發明的一個方面，每個符號的比特數可以根據每個時隙而變化，而與設置在用戶數據流的時隙中的數據位置無關，即與分段算法的狀態無關，該分段算法將用戶數據分成無線電鏈路分組，以時隙大小為單位進行傳輸。例如，在本發明的一個實施例中，使用了五個不同的調制方案，即a)四相移相鍵控(QPSK)，b)8-ary移相鍵控(8PSK)，c)16正交振幅調制(16-QAM)，d)32正交振幅調制(32-QAM)，e)64正交振幅調制(64-QAM)。對于帶有148個符號的一個時隙來說，這些調制方案分別啟動a)296，b)444，c)592，d)740，e)888原始比特的傳輸。應該注意的是，由于原始比特被用于訓練序列、首標、錯誤檢測和／或校正代碼以及類似物，一個時隙中用戶數據可利用的實際比特通常小于原始比特的數量。
根據本發明的原理，a)每個符號的比特數，即用于映射用戶的數據以用于傳輸的構像大小，以及b)每幀中分配給用戶的時隙數，被確定為在規定的服務質量(QoS)時信道質量以及用戶數據速率要求的函數。根據本發明的一個方面，所用的調制方案可以根據每個時隙而變化。將每幀中的時隙分配給各個用戶被動態地進行。有利的是，通過改變每時隙所用的調制方案以及用戶所用的時隙數，可以根據用戶的要求而快速地改變，即快速地增加或減少用戶數據速率。
應該注意的是，這里所指的“用戶”可以是特定人、特定終端或者它們的特定應用或例示的反映，這取決于實施者。根據這里的描述，本領域的技術人員將能夠設計出適應“用戶”的這些含義中的任何一種，以及甚至這些含義的任何組合的系統。
圖3示出了當用戶變得有效并且請求用戶業務服務時，或者當用戶需要接收來話業務，即來話呼叫時，執行的示例性初始化過程。當發生用戶接收服務的條件時，該過程在步驟301開始。這種條件可以是用戶決定始發一個語音電話呼叫，用戶啟動基于數據通信的應用，用戶啟動已經啟動的數據通信應用的新例示，用戶接收輸入的語音呼叫，用戶接收輸入的數據通信，以及類似的動作。
接著，在步驟303，分配用戶所使用的初始時隙數。被首先分配的時隙數可以是預定的缺省數，可以是給出用戶的歷史應用的預期初始數據速率的函數，可以是基于被請求的服務類型的數據速率，或者類似物。而且，在步驟303，向每個分配給用戶使用的時隙分配初始調制方案。分配的初始調制方案可以是一個缺省的方案，例如最低最謹慎的調制方案，或者可以是基于關于用戶通常成功使用的調制方案的歷史信息的方案。最后，在步驟303，向用戶分配一個可選擇的初始服務質量(QoS)。被分配的QoS可以是缺省的QoS，或者可以根據所請求的服務類型的QoS，或者類似的QoS。
接著，在步驟305，用戶進入有效用戶的列表，以便該用戶將被識別出，以由其他的處理器向它提供服務。該過程接著在步驟307結束。
圖4示出了根據本發明原理的分配時隙數，并且向給出所需要的數據速率和QoS的時隙分配調制方案的示例性過程。該過程周期性地通過步驟401進入。該周期性是信道相干時間，即信道特性改變速率的函數，該速率可以被實施者利用常規的技術快速地確定。例如，在固定無線系統中，該過程每隔大約10秒就被執行。
接著，在步驟403識別有效列表中的下一個用戶。隨后，在步驟405，取回當前正被該用戶使用的時隙數以及對于該用戶的QoS。在步驟407，為用戶所用的每個時隙選擇一個調制方案。由于可以為任何信道所使用的調制方案是信道質量的函數，它經過一段時間后可能變化，所以需要監視信道質量以便確定可以使用的調制方案。一般來說，所選擇的調制方案是一個具有可實現的最高比特／符號比率的方案，該方案滿足給出當前信道特性的QoS要求。然而，該規則的一個明顯例外可能是當用戶的業務是一個固定比特率的業務，諸如語音通信時。在這種情況下，所選擇的調制方案是一個使差錯率最小且滿足服務的比特率要求的方案。
條件轉移點409估算比特率，該比特率可利用地給出分配給用戶的當前時隙數以及這些時隙中的每一個的調制方案，并且條件轉移點409試驗確定是否需要其他的數據速率以滿足用戶所要求的比特率。如果在步驟409試驗結果為“是”，則控制轉到步驟411，在步驟411得到另一個時隙并且分配給用戶。而且在步驟411，初始調制方案被分配給剛被分配給用戶的時隙。步驟411中的初始調制方案選擇的執行類似于步驟303(圖3)中的初始調制方案的選擇。
如果在步驟409中試探結果為“否”，則控制轉到條件轉移點413，該條件轉移點試驗確定用戶是否需要，比當前可利用地給出分配給用戶的時隙數以及每一個時隙的調制方案的數據速率小的數據速率。如果在步驟413中試驗步驟為“是”，則控制轉到步驟415，用戶時隙中的一個在步驟415被放棄。在本發明的一個實施例中，帶有最壞調制方案的時隙，即能夠傳送用戶的最小數據速率時隙被放棄，前述時隙來自那些正傳送其數據的時隙。
如果在步驟413中試驗結果為“否”，則指示用戶所需要的數據速率與用戶當前可得到的數據速率基本上匹配，或者在步驟411或415結束以后，控制轉到條件轉移點417，該條件轉移點試驗確定當前的用戶是否是有效用戶列表上的最后一個用戶。如果步驟417中試驗結果為“否”，則指示還有待處理的其他用戶，則控制轉回到步驟403以處理下一個有效用戶。如果在步驟417中的試驗步驟為“是”，則指示當前的用戶是有效用戶列表中的最后一個，則控制轉到步驟419并且結束該過程。
以通常的方式通知匹配的接收機哪些時隙被分配給用戶。
應該注意的是，對于圖4過程的每一步執行來說，沒有理由限制用戶可以增加或放棄的時隙的數量。相反，如本領域的技術人員將會理解的，可以增加或放棄一個以上的時隙，直到符合目標數據速率。
估算用戶所需要的數據速率是否更大、更小或者相同可以通過監視用戶的輸入和輸出緩沖器來執行。
在本發明的一個實施例中，用戶可以約定特定的服務質量(QoS)。可以被規定為確定服務質量的示例性因數是a)差錯率；b)諸如最大值或者其方差的等待時間；以及c)數據速率，例如最大所需要的數據速率或者最大可允許的數據速率。如果有的話，約定特定的QoS在步驟409和413中考慮，以便確定是否增加或減少分配給用戶的時隙數。
應該注意的是，如本文所使用的，用語“幀結構”的按語包括有時稱其為超幀這樣的構思，即盡管其他較小的幀也可以被包含于其中，該幀被定義為由已知的定期重復的時隙所限制的幀。
根據本發明的一個方面，基站可以使用一個扇形的天線，而且可以在每個扇區內使用多個波束。如果使用多個無線電波束，每個無線電波束可以傳送自己獨立的幀。有利的是，根據本發明的一個方面，一個時間幀周期內用戶使用的時隙不必都被同一無線電波束傳送。換句話說，這種時隙可以出現在由各個無線電波束所傳送的不同幀內。盡管遠端站可以僅在一個波束上接收任何一個時隙的持續時間，但它可以在單個幀周期內，接收來自不同時隙上的不同波束的數據。唯一的要求是時隙在時間上必須不重疊，以防止產生沖突以及數據被破壞。因而需要對經過每個波束的傳輸協調時隙的分配，以實現用戶所需要的數據速率。
權利要求
1．一種在具有多個可利用的數據調制方案的系統中用于無線傳輸的方法，每個所述的方案映射每個符號的不同比特數，該方法包括步驟確定用戶新的數據速率要求；分配時隙以匹配所述的用戶數據速率要求；其中，所述的分配步驟還包括步驟通過確定能夠被當前分配給所述用戶的每個時隙所傳送的數據速率，分析所述用戶的當前數據速率，前述用戶被給定了一個當前調制方案；當需要保證分配給所述用戶的時隙的組合數據速率匹配于所述用戶新的數據速率要求時，改變分配給所述用戶的時隙數。
2．根據權利要求1的本發明，其中所述改變步驟包括向所述用戶分配至少比已經分配給所述用戶的時隙多的時隙的步驟。
3．根據權利要求1的本發明，其中所述改變步驟包括向所述用戶分配至少比已經分配給所述用戶的時隙少的時隙的步驟。
4．根據權利要求1的本發明，其中所述改變步驟包括對于每個將另外分配給所述用戶的時隙，確定初始調制方案以及相應的數據速率的步驟。
5．根據權利要求1的本發明，在所述的改變步驟中，至少比已經分配給所述用戶的時隙少的時隙被分配給所述用戶，不再被分配給所述用戶的特定時隙是一個具有所述用戶的最低數據速率的時隙。
6．根據權利要求1的本發明，其中所述用戶的所述新的數據速率要求與當前數據速率要求成比例。
7．根據權利要求1的本發明，其中所述用戶還具有所要求的服務質量，并且其中所述的分配步驟也是所述所需要的服務質量的函數。
8．根據權利要求1的本發明，其中向每個時隙確定所述調制方案。
9．根據權利要求1的本發明，還包括通知接收機哪些時隙被分配給所述用戶的步驟。
10．一種在具有多個可利用的數據調制方案的系統中用于無線傳輸的方法，每個所述方案映射每個符號的不同比特數，該方法包括步驟分配一個或多個時隙為用戶所用；并且從所述多個調制方案中選擇一個調制方案，用于將用戶數據比特映射到將在每個所述分配的時隙中傳送的符號中；其中所述分配和選擇步驟被協調，以實現當前信道質量所給定的規定用戶數據速率。
11．根據權利要求10的本發明，其中所述的選擇步驟是為每個時隙所確定的信道質量的函數。
12．一種在具有可利用的多個數據調制方案的系統中用于無線傳輸的方法，每個所述的方案映射每個符號的不同比特數，并且可以根據每個時隙而被獨立地分配，該方法包括分配一個或多個時隙為用戶所用的步驟，前述一個或多個時隙是信道質量以及所述用戶數據速率要求的函數。
13．根據權利要求12的本發明，其中所述信道質量被作為從多個調制方案中選擇一個調制方案的基礎，前述調制方案用戶將用戶數據比特映射到將在每個所述的分配時隙上傳送的符號中。
14．一種在具有可利用的多個數據構像映射方案的系統中用于無線傳輸的方法，每個所述方案映射每個符號的不同比特數，該方法包括步驟確定用戶數據速率要求；分配時隙以匹配所述的用戶數據速率要求；其中，所述的分配步驟還包括步驟通過確定當前被分配給所述用戶的每個時隙的數據速率，分析當前用戶數據速率，前述用戶被給定了當前構像映射方案，并且改變分配給所述用戶的時隙數，以便在執行完所述改變之后，與匹配所述當前用戶數據速率相比，此后分配給所述用戶的時隙的組合數據速率更接近地匹配所述用戶數據速率要求。
15．根據權利要求14的本發明，其中所述用戶還具有所需要的服務質量，并且其中所述分配步驟也是所述所要求的服務質量的函數。
16．一種在具有可利用的多個數據調制方案的系統中用于無線傳輸的裝置，每個所述方案映射每個符號的不同比特數，所述裝置包括用于確定新的用戶數據速率要求的裝置；以及用于分配時隙以匹配所述用戶數據速率要求的裝置；其中，所述分配裝置還包括通過確定能夠由當前分配給所述用戶的每個時隙所傳送的數據速率，分析當前用戶數據速率的裝置，前述用戶被給定了當前調制方案；當需要保證分配給所述用戶的時隙的組合數據速率匹配于所述新的用戶數據速率要求時，改變分配給所述用戶的時隙數的裝置。
17．一種在具有可利用的多個數據調制方案的系統中用于無線傳輸的裝置，每個所述方案映射每個符號的不同比特數，所述裝置包括用戶數據速率要求確定裝置，以及時隙分配裝置，該分配裝置向用戶分配時隙作為每個所述時隙可以實現的調制方案的函數，以便分配給每個用戶的總的數據速率基本上匹配該用戶數據速率要求。
18．根據權利要求17的本發明，其中所述時隙分配裝置還包括增加當前數據速率的加法器，該當前數據速率能夠由當前分配給所述用戶的每個時隙所傳送，該用戶被給定了一個當前調制方案；以及存儲如被特定用戶所使用的時隙分配的指示的存儲器。
19．根據權利要求18的本發明，其中所述時隙分配裝置還包括用于將所述指示存入所述存儲器的存儲器寫入器，所述存儲器寫入器響應于所需要的用戶數據速率與當前用戶數據速率之間的變化，以便當需要保證新的當前用戶數據速率更好地匹配所述所需要的用戶數據速率時，存儲改變分配給所述用戶的時隙數的指示。
20．在具有可利用的多個數據調制方案的系統中用于無線傳輸的軟件，每個所述方案映射每個符號的不同比特數，所述軟件是計算機可讀的形式，使處理器執行功能的所述軟件包括確定新的用戶數據速率要求；并且改變時隙的當前分配，以便與所述當前的時隙分配匹配于所述用戶數據速率要求相比，更好地將分配給所述用戶的信道的累積數據速率匹配于所述用戶數據速率要求，所述分配是通過使用一個所述時隙可使用的所述調制方案，由可分配給所述用戶的每個時隙實現的最大數據速率的函數。
全文摘要
在所用的調制方案可以根據每時隙而改變的系統中,即使用戶保持同一時隙數,用戶可利用的數據速率也可以改變,因為用戶時隙的容量可以改變。如果在調制方案中發生一種或多種變化時,用戶可用的數據速率可以不再匹配它的當前數據速率要求。因而,公開了一種將分配給用戶的時隙數確定為用戶當前數據速率要求以及當前分配給用戶的時隙的當前累積數據速率的函數。用戶數據速率要求還可以是用戶約定的服務質量(QoS)的函數。
文檔編號H04L12/56GK1291016SQ0012170
公開日2001年4月11日 申請日期2000年7月25日 優先權日1999年7月27日
發明者拉吉夫·克利施那穆爾施, 山卡·那拉亞那斯瓦米, 馬可斯·陸普, 哈利施·威斯瓦那山 申請人:朗迅科技公司