專利名稱：業(yè)務自適應無線通信系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字無線通信的方法和系統(tǒng)，特別是一種在無線通信過程中根據(jù)業(yè)務類型自適應地進行介質訪問控制(Media AccessControl，MAC)的方法以及采用這種方法進行通信的無線通信系統(tǒng)。
背景技術：
在無線或移動通信網(wǎng)中，例如無線局域網(wǎng)或第三代(3G)移動通信網(wǎng)中，終端(或移動臺)與基站(或接入點)之間通過射頻(RadioFrequency，RF)進行通信。由于RF物理信道由所有的通信設備所共享，故需要協(xié)調各通信設備對RF物理信道的共享訪問。MAC協(xié)議就是規(guī)定各個終端如何解決沖突，共享物理信道進行通信的一套規(guī)則。例如，以太網(wǎng)(Ethernet)中采用載波偵聽多路訪問外加沖突檢測(CSMA/CD)協(xié)議，802.11無線局域網(wǎng)中則采用載波偵聽多路訪問外加沖突避免(CSMA/CA)協(xié)議，早期的模擬移動通信網(wǎng)中采用頻分多路復用(FDMA)的方法，數(shù)字移動通信網(wǎng)GSM中則采用基于時分多路復用(TDMA)的方法，而另外一種數(shù)字移動通信網(wǎng)IS-95移動通信網(wǎng)中則采用碼分多路復用(CDMA)的方法。
基于隨機接入的MAC方法，如CSMA/CD和CSMA/CA等協(xié)議是難以保證終端用戶的服務質量，因而不適用于多媒體數(shù)據(jù)通信。正因如此，幾乎所有面向的多媒體通信的MAC協(xié)議都是采用基于預約(Reservation)或采用需求申請(Demand Assignment)的方法。典型的例子是PRMA協(xié)議(詳見D.J.Goodman，R.A.Valenzuela，K.T.Gayliard and B.Ramamurithi，Packet Reservation Multiple Accessfor Local Wireless Communications，IEEE Transaction onCommunications，vol.37，no.8，pp.885-890，Aug.1989.)和DQRUMA協(xié)議(詳見M.J.Karol，K.Y.Eng and Z.Liu，An efficientdemand-assignment multiple access protocol for wireless packet(ATM)networks，Wireless Networks，vol.1，no.3，pp.269-279，1995.)。這類協(xié)議的顯著特點是，終端先向基站提出帶寬需求或預約請求，由基站進行資源調度分配，一旦申請被接納，系統(tǒng)則預約資源以保證用戶的帶寬需求。顯然，如果終端提供的帶寬需求或預約請求是精確的，BS就能通過優(yōu)化的資源調度算法最大限度地滿足DT的服務質量要求并盡量提高系統(tǒng)利用率。這類MAC協(xié)議的面臨的一個重要問題是，帶寬需求或預約請求是否精確地反映應用程序的真正需求？PRMA只考慮語音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務，并假設語音業(yè)務具有周期型和具有開關(ON/OFF)特性。PRMA語音終端用通過語音活躍檢測(SAD)技術預測語音業(yè)務的開啟與關閉，當語音業(yè)務處于活躍狀態(tài)時，PRMA協(xié)議則啟動預約請求，而對數(shù)據(jù)業(yè)務則完全采用競爭方式發(fā)送。但是SAD技術不適合于預測其它的實時數(shù)據(jù)業(yè)務如實時視頻數(shù)據(jù)。DQRUMA終端是根據(jù)MAC層的發(fā)送緩沖區(qū)中是否有等待數(shù)據(jù)(檢查發(fā)送緩沖區(qū)是否為空)來判斷是否有帶寬預約需求的，如果緩沖區(qū)不為空，DQRUMA協(xié)議則啟動預約請求。
在實際應用中，僅僅依賴MAC發(fā)送緩沖區(qū)的占用情況而決定是否啟動預約請求的方法具有一定局限性。另一方面，即使當前情況下MAC層的發(fā)送緩沖區(qū)為空，應用程序仍然可能正確地預測到有大批數(shù)據(jù)即將需要發(fā)送。例如，視頻編碼器的編碼緩沖區(qū)中可以暫存幾幀剛剛編碼好，正準備發(fā)送(或很快就需要發(fā)送)的視頻數(shù)據(jù)。由此可見，網(wǎng)絡高層實體(例如視頻編碼器或其它應用層實體)更能精確地預測具體應用程序的業(yè)務量或帶寬需求。如果這種業(yè)務量預測信息能被即時，快速，甚至提前通知BS，則能減少BS處理預約請求的延時，減少實時數(shù)據(jù)的傳輸延時，并提高資源利用效率。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對上述問題提供一種業(yè)務自適應無線通信系統(tǒng)和方法，根據(jù)業(yè)務自適應地調整帶寬分配方案，從而保障網(wǎng)絡的服務質量并提高網(wǎng)絡資源的利用率。
本發(fā)明提供一種業(yè)務自適應無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一臺或多臺數(shù)據(jù)終端(DT)設備，為用戶提供數(shù)據(jù)或多媒體通信服務；一臺或多臺基站(BS)設備，用于為DT提供網(wǎng)絡接入和數(shù)據(jù)轉發(fā)服務；以及在BS和DT之間提供網(wǎng)絡連接的射頻(RF)信道(參見附圖1)。
本發(fā)明所述的DT可以是衛(wèi)星發(fā)送和接收設備，也可以是個人數(shù)字助理(PDA)，也可以是手機，還可以是計算機。
本發(fā)明所述的BS可以是衛(wèi)星，也可以是無線移動通信網(wǎng)中的基站，也可以是無線城域網(wǎng)(WMAN)中的基站，還可以是無線局域網(wǎng)(WLAN)中的接入點(AP)。
本發(fā)明所述的RF信道可以是無線電信道，微波信道，或者紅外線信道。所述RF信道至少包含4種邏輯信道，一條或多條上行控制信道，一條或多條上行數(shù)據(jù)信道，一條或多條下行控制信道，一條或多條下行數(shù)據(jù)信道。
本發(fā)明所述的邏輯信道可以采用時分復用(TDMA)，頻分復用(FDMA)，碼分復用(CDMA)，或者正交頻分多路復用(OFDMA)來劃分。
本發(fā)明的另一個方面提供一種業(yè)務自適應的無線通信方法，該方法包括以下步驟收集，即BS收集上行和下行方向的業(yè)務量估算指標(以下簡稱E指標)；分配，即BS完成RF信道的資源分配；通知，即BS將RF信道的資源分配方案通知各個DT；使用，即DT及BS按規(guī)定的分配方案使用上行信道和下行信道(參見附圖2)。
本發(fā)明所述的收集過程包括以下兩個方面DT周期性或即時性地估算上行方向業(yè)務量的E指標，并將此E指標通過所述的上行控制信道發(fā)送給BS；BS周期性或即時性地估算下行方向業(yè)務量的E指標。
在本發(fā)明所述的分配過程中，BS根據(jù)所收集到來自各DT的上行方向E指標，下行方向E指標以及RF信道的當前狀況對RF信道進行資源分配。
本發(fā)明所述的資源分配中分配的資源包括頻率，時間片，碼字，子載波，或者它們的組合。
在本發(fā)明所述的通知過程中，BS即時將RF信道的資源分配方案通過所述的下行控制信道發(fā)送給DT。
本發(fā)明所述的使用過程，包括以下2個方面DT按照所述分配方案通過上行數(shù)據(jù)信道發(fā)送上行方向的數(shù)據(jù)，并按照所述分配方案接收下行數(shù)據(jù)信道中傳送的下行方向的數(shù)據(jù)；BS按照分配方案通過下行數(shù)據(jù)信道發(fā)送下行方向的數(shù)據(jù)，并按照分配方案接收上行數(shù)據(jù)信道中傳送的上行方向的數(shù)據(jù)。


圖1是本發(fā)明所述的業(yè)務自適應無線通信系統(tǒng)的結構示意圖。
圖2是本發(fā)明所述的業(yè)務自適應無線通信方法的流程圖。
圖3是本發(fā)明所述的業(yè)務自適應無線通信系統(tǒng)中的DT的操作流程圖。
圖4是本發(fā)明所述的業(yè)務自適應無線通信系統(tǒng)中的BS的操作流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明所述的業(yè)務自適應無線通信系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法的實施例進行詳細描述，可以更好地理解本發(fā)明的其他目的、特性和優(yōu)點。
參見圖1描述本發(fā)明所述的業(yè)務自適應無線通信系統(tǒng)。如圖1所示，該系統(tǒng)由BS 101，DT 102a、102b、102c和102d以及連接BS和DT的RF信道103組成。BS 101負責為DT 102a、102b、102c和102d提供無線接入及數(shù)據(jù)轉發(fā)服務，DT 102a、102b、102c和102d則分別為不同的用戶提供數(shù)據(jù)或多媒體通信服務。
當DT 102a要發(fā)送數(shù)據(jù)時，它首先估算所需的業(yè)務量，如根據(jù)視頻編碼器的編碼進度估計后續(xù)幾幀視頻的大小，并通過上行控制信道104a向BS 101發(fā)送業(yè)務量估算指標(E指標)。BS 101收到DT 102a發(fā)送來的E指標后根據(jù)RF信道103的資源分配情況為DT 102a分配資源，并通過下行控制信道105a將所分配的資源通知DT 102a。DT102a收到BS 101發(fā)送的通知消息(A消息)后根據(jù)所分配的資源通過上行數(shù)據(jù)信道(圖中未顯示)發(fā)送數(shù)據(jù)。
下面參考圖2描述本發(fā)明所述的業(yè)務自適應無線通信方法。如圖2所示，該方法包含4個步驟在步驟201(收集過程)中，BS 101收集業(yè)務信息，估算系統(tǒng)需要發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)量。其中DT 102a、102b、102c和102d分別根據(jù)所運行的應用估算上行方向的E指標，如后續(xù)幾幀視頻數(shù)據(jù)的大小或語音數(shù)據(jù)的到達時間，并通過上行控制信道發(fā)送給BS 101。同時，BS 101對下行方向的數(shù)據(jù)進行預測，估算出下行E指標。在步驟202(分配過程)中，BS 101根據(jù)所收到的DT 102a、102b、102c和102d的上行E指標和所估算出的下行E指標以及RF信道103的狀態(tài)分別為DT 102a、102b、102c和102d分配資源。所分配的資源可以是頻率、時間片、碼字、子載波或者它們的組合。在步驟203(通知過程)中，BS 101將所分配的資源通過下行控制信道分別通知DT 102a、102b、102c和102d。在步驟204(使用過程)中，DT和BS分別利用所分配的資源發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。其中，DT 102a、102b、102c和102d分別根據(jù)所分配的資源通過上行數(shù)據(jù)信道發(fā)送數(shù)據(jù)，同時根據(jù)所分配的資源接收下行數(shù)據(jù)信道傳送過來的數(shù)據(jù)；而BS 101則根據(jù)所分配的資源通過下行數(shù)據(jù)信道分別向DT102a、102b、102c和102d發(fā)送數(shù)據(jù)，同時根據(jù)所分配的資源接收DT102a、102b、102c和102d通過上行數(shù)據(jù)信道發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。
下面參考圖3描述DT 102a在通信過程中的操作。如圖3所示，在步驟301中，DT 102a根據(jù)所執(zhí)行的應用，估算出要發(fā)送的E指標，如后續(xù)幾幀視頻數(shù)據(jù)的大小或語音數(shù)據(jù)的到達時間，并通過上行控制信道發(fā)送給BS 101；在步驟302中，由于分配是由BS 101負責，DT102a無需執(zhí)行任何動作；在步驟303中，DT 102a通過下行控制信道接收BS 101發(fā)送的A消息，并從中獲取分配給DT 102a的資源的描述，如上下行數(shù)據(jù)信道中特定的時間片；在步驟304中，DT 102a通過上行數(shù)據(jù)信道中分配的時間片向BS 101發(fā)送上行數(shù)據(jù)，并通過下行數(shù)據(jù)信道中分配的時間片接收BS 101發(fā)送的下行數(shù)據(jù)。
接下來參見圖4描述BS 101在通信過程中的操作。如圖4所示，在步驟401中，BS 101通過上行控制信道接收DT 102a、102b、102c和102d發(fā)送的上行E指標，同時BS 101估算出下行E指標；在步驟402中，BS 101根據(jù)所收到的DT 102a、102b、102c和102d發(fā)送的上行E指標和BS 101估算出的下行E指標以及RF信道103的狀態(tài)分配資源，如上下行數(shù)據(jù)信道中特定的時間片；在步驟403中，BS101以A消息的形式將所分配的時間片通知DT 102a、102b、102c和102d；在步驟404中，BS 101通過上行數(shù)據(jù)信道中所分配的時間片接收相應DT發(fā)送的數(shù)據(jù)，并通過下行數(shù)據(jù)信道中分配的時間片向相應的DT發(fā)送數(shù)據(jù)。
以上所描述的僅僅是本發(fā)明的部分應用實例，不應該被視為對本發(fā)明的局限。本領域的普通技術人員可以根據(jù)權利要求，在不脫離本發(fā)明實質和范圍的情況下，設計出其他類似的實施方案。
權利要求
1.一種業(yè)務自適應無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括一臺或多臺數(shù)據(jù)終端(DT)設備，為用戶提供數(shù)據(jù)或多媒體通信服務；一臺或多臺基站(BS)設備，用于為DT提供網(wǎng)絡接入和數(shù)據(jù)轉發(fā)服務；以及在BS和DT之間提供網(wǎng)絡連接的射頻(RF)信道。
2.如權利要求1所述的業(yè)務自適應無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述的DT可以是衛(wèi)星發(fā)送和接收設備，也可以是個人數(shù)字助理(PDA)，也可以是手機，還可以是計算機。
3.如權利要求1所述的業(yè)務自適應無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述的BS可以是衛(wèi)星，也可以是無線移動通信網(wǎng)中的基站，也可以是無線城域網(wǎng)(WMAN)中的基站，還可以是無線局域網(wǎng)(WLAN)中的接入點(AP)。
4.如權利要求1所述的業(yè)務自適應無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述的RF信道可以是無線電信道，微波信道，或者紅外線信道；所述RF信道至少包含以下4種邏輯信道，一條或多條上行控制信道，一條或多條上行數(shù)據(jù)信道，一條或多條下行控制信道，一條或多條下行數(shù)據(jù)信道。
5.如權利要求4所述的業(yè)務自適應無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述RF信道包含的邏輯信道可以采用時分復用(TDMA)，頻分復用(FDMA)，碼分復用(CDMA)，或者正交頻分多路復用(OFDMA)來劃分。
6.一種業(yè)務自適應的無線通信方法，其特征在于，該方法包括以下步驟1)收集，即BS收集上行和下行方向的業(yè)務量估算指標(以下簡稱E指標)；2)分配，即BS完成RF信道的資源分配；3)通知，即BS將RF信道的資源分配方案通知各個DT；4)使用，即DT及BS按分配方案使用上行信道和下行信道。
7.如權利要求6所述的業(yè)務自適應無線通信方法，其特征在于，所述的收集過程包括以下兩個方面DT周期性或即時性地估算上行方向業(yè)務量的E指標，并將此E指標通過所述的上行控制信道發(fā)送給BS；BS周期性或即時性地估算下行方向業(yè)務量的E指標。
8.如權利要求6所述的業(yè)務自適應無線通信方法，其特征在于，在所述的分配過程中，BS根據(jù)所收集到來自各DT的上行方向E指標，下行方向E指標以及RF信道的當前狀況對RF信道進行資源分配。
9.如權利要求8所述的業(yè)務自適應無線通信方法，其特征在于，所述的資源分配中分配的資源包括頻率，時間片，碼字，子載波或者它們的組合。
10.如權利要求6所述的業(yè)務自適應無線通信方法，其特征在于，在所述的通知過程中，BS即時將RF信道的資源分配方案通過所述的下行控制信道發(fā)送給DT。
11.如權利要求6所述的業(yè)務自適應無線通信方法，其特征在于，所述的使用過程，包括以下2個方面DT按照所述分配方案通過上行數(shù)據(jù)信道發(fā)送上行方向的數(shù)據(jù)，并按照所述分配方案接收下行數(shù)據(jù)信道中包含的下行方向的數(shù)據(jù)；BS按照分配方案通過下行數(shù)據(jù)信道發(fā)送下行方向的數(shù)據(jù)，并按照分配方案接收上行數(shù)據(jù)信道中包含的上行方向的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適用于射頻(RF)無線通信網(wǎng)中的業(yè)務自適應無線通信系統(tǒng)及其方法，能根據(jù)數(shù)據(jù)終端(DT)的業(yè)務情況動態(tài)地調整各終端占用的RF資源，以保障網(wǎng)絡的服務質量并提高網(wǎng)絡資源的利用率。在該方法中，基站BS首先收集各數(shù)據(jù)終端DT的上行業(yè)務量估算指標，同時估算下行方向的業(yè)務量。根據(jù)這些業(yè)務量估算指標，BS動態(tài)地分配RF資源，再通知DT，DT則通過所分配的資源發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
文檔編號H04B7/26GK1667979SQ20041000639
公開日2005年9月14日 申請日期2004年3月8日 優(yōu)先權日2004年3月8日
發(fā)明者趙繼安, 孫勇, 王思業(yè) 申請人:信息技術實驗室