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WiMAX系统的MAC层排列下行数据突发的方法专利

专利号:200810093710.8

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专利名称:WiMAX系统的MAC层排列下行数据突发的方法

技术领域:数字信息传输

IPC主分类号:H04L12/56

申请号:CN200810093710.8

公开日:2011-04-20

说明书

一种WiMAX系统的MAC层排列下行数据突发的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及WiMAX(World Interoperability for Microwave Access,世界微波接入互操作性)宽带无线接入系统,更具体的说,涉及一种用来实现支持IEEE802.16e标准的WiMAX系统的MAC(Media Access Control,媒体访问控制)层排列下行数据突发的方法。

背景技术

[0002] 从20世纪90年代起,带宽无线接入技术开始迅速发展。 为进一步推动宽带无线接入技术在全球的发展,IEEE标准化组织开始研究并建立一个全球统一的宽带无线接入标准,IEEE802.16标准家族应运而生。
[0003] 随着IEEE802.16标准逐步完善,应用场景不断丰富,以IEEE802.16标准为基础的WiMAX系统的研究也逐渐成为热点。 WiMAX系统作为一种以数据业务为主的宽带无线接入系统,其下行吞吐率的大小是衡量系统性能的一个重要指标。 然而,如图1所示,IEEE802.16标准规定,在TDD(timedivision duplex or duplex,时分双工)模式下,OFDMA(orthogonal frequencydivision multiple access,正交频分多路访问)帧结构中,下行数据突发必须按照矩形块进行排列。 这大大增加了在这一重要应用模式下系统实现的复杂性,更糟糕的是,下行数据突发的大小是动态改变的,也就是说在整个下行帧调度完成之前,每一个突发的大小是不确定的,在这种情况下追求系统的高吞吐率,将进一步增加系统的复杂度,很可能影响系统的实时性,这对一个实时通信系统来说将是灾难性的结果。

发明内容

[0004] 本发明需要解决的技术问题是提供一种WiMAX系统的MAC层排列下行数据突发的方法,既能满足系统实时性又能有效保证系统的总体吞吐率。
[0005] 本发明的上述技术问题这样解决,提供一种WiMAX系统的MAC层排列下行数据突发的方法,调度器进行分阶段调度,具体包括以下步骤:
[0006] 1.1)第一阶段,按OFDMA符号列为单位进行带宽分配;
[0007] 1.2)第二阶段,对第一阶段形成的剩余空白矩形块进行带宽分配。
[0008] 按照本发明提供的方法,所述步骤1.1)包括根据公式l=ceil[m/(n/r)]生成l×(n/r)下行突发矩形块,其中:l是下行突发占用的子信道数,n是下行突发占用的最小可能OFDMA符号列数,m是下行突发实际使用的时隙数,r是每时隙占用的OFDMA符号。
[0009] 按照本发明提供的方法,按部分使用子信道PUSC置换方式,r=2。
[0010] 按照本发明提供的方法,按全部使用子信道FUSC置换方式,r=1。
[0011] 按照本发明提供的方法,所述步骤1.1)的结尾包括合并子信道数相同的下行突发矩形块。
[0012] 按照本发明提供的方法,所述步骤1.2)包括优先选取最小剩余空白矩形块。
[0013] 按照本发明提供的方法,该方法包括按连接进行调度。
[0014] 按照本发明提供的方法,该方法包括按调制解调方式划分下行突发,调制解调方式的相同的划分到一个下行突发。
[0015] 按照本发明提供的方法,该方法包括在第一阶段将所述下行突发分派到以OFDMA符号列为单位的空白区域,在本调度阶段,同一个OFDMA符号列上不允许存放两个或两个以上下行突发的数据;在第二阶段将所述下行突发分派到所述剩余空白矩形块。
[0016] 按照本发明提供的方法,在所述分派中,按所述空白区域或剩余空白矩形块与所述下行突发中最小者作为当前分配。
[0017] 本发明提供的WiMAX系统的MAC层排列下行数据突发的方法,较现有方式,引入并采用二阶段调度,在第一阶段调度中以symbol列为分配单位进行带宽分配,使得调度完成后下行突发的排列也基本完成,大大简化了复杂的下行突发排列过程。 在第二阶段调度中,按照最小损失的原则,尽可能地填补第一阶段调度完成后余留的空白区域,减少带宽浪费。 因而,本发明在满足系统实时性的同时有效地利用了宝贵的带宽资源,运行效率高,方法简单实用。

附图说明

[0018] 下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。
[0019] 图1是IEEE802.16标准规定的TDD模式下OFDMA帧结构示意图;
[0020] 图2是本发明方法执行的总体流程图;
[0021] 图3是本发明方法实现的详细程序流程图;
[0022] 图4是本发明方法流程中第一阶段调度完成后,剩余带宽合并前,下行突发在下行子帧中的排列示意图;
[0023] 图5是本发明方法流程中第一阶段调度完成后,剩余带宽合并后,下行突发在下行子帧中的排列示意图;
[0024] 图6是本发明二阶段调度完成后,下行突发在下行子帧中的最终排列示意图。

具体实施方式

[0025] 首先,说明本发明思想:
[0026] 第一阶段调度中以OFDMA symbol列为单位进行带宽分配的方法,巧妙的适应了下行数据突发大小动态变化的特点,简化了下行突发排列的过程,同时通过二阶段调度,填补第一阶段调度留下的空白区域,很好的弥补了系统吞吐率的损失,有效地平衡了为提高系统吞吐率导致的时间复杂度与系统实时性之间的矛盾。
[0027] 第二步,说明本发明总体方案:
[0028] 本发明WiMAX系统的MAC层排列下行数据突发的方法包括:
[0029] 下行调度器,按连接给与调度机会,按照Qos(Quality of Service,服务质量)配置参数估算连接的带宽需求。 进行二阶段调度,充分利用带宽资源。
[0030] 下行MAC PDU(Protocol Data Unit,协议数据单元)构造器,根据可用带宽按照IEEE802.16标准规定将连接上的SDU(Service Data Unit,服务数据单元)组成MAC PDU。
[0031] 下行子帧构造器,提供当前可用的下行带宽资源,连接调度完成后,根据带宽实际使用情况更新下行带宽资源。 下行调度结束后,完成下行突发的排列以及下行子帧的构造。
[0032] 下行子帧容器,存放下行子帧的构造结果。 为数据发送作准备。
[0033] 利用本发明WiMAX系统的MAC层排列下行数据突发的方法包括以下步骤:
[0034] 步骤A.下行调度器开始第一阶段调度;
[0035] 步骤B.按连接进行调度,判断是否还有没有得到调度机会的连接,有进入步骤C,否则进入步骤H;
[0036] 步骤C.根据当前连接的Qos配置参数估算本次调度连接的带宽需求;
[0037] 步骤D.向下行子帧构造器要当前可用带宽。 所有未被占用的带宽都可以成为被分配的对象。带宽的分配原则为:某一下行突发已经占用的symbol列不再为其他下行突发可用.
[0038] 步骤E.如果已经没有带宽可分配,进入步骤H;否则,将步骤C获得的带宽需求与步骤D获得的可用带宽进行比较,小者作为连接的最大可分配带宽;
[0039] 步骤F.将最大可分配带宽传入MAC PDU构造器,将连接上的SDU组成MAC PDU,同时计算出本次调度实际使用的带宽;
[0040] 步骤G.将构造的MAC PDU和实际使用的带宽数传入下行子帧构造器,按照相同调制编码方式组同一个下行突发的原则判定是将MAC PDU加入已有的下行突发还是新增一个下行突发,同时更新带宽资源,进入步骤B;
[0041] 步骤H.下行子帧构造器扫描当前每一个下行数据突发,假设实际使用的时隙数为m,下行突发占用的symbol列数为n,则下行突发占用的子信道数l可按照公式l=ceil[m/(n/r)]计算,最终得到大小为l×(n/r)的下行突发矩形块。 排列从最低子信道开始,完成后在下行突发块下方将得到一个(q-l)×(n/r)大小的可用于二次分配的矩形块。 所有下行突发扫描完成后,检查每个下行突发下方的矩形块是否可以合并,如果存在相同起始子信道偏移的矩形块,将这些矩形块横向移至相邻位置,合并为一个大矩形块。
[0042] 步骤I.开始第二阶段调度;
[0043] 步骤J.按连接调度,判断是否还有没有得到调度机会的连接,有进入步骤K,否则进入步骤P;
[0044] 步骤K.根据当前连接的Qos配置参数估算本次调度连接的带宽需求;
[0045] 步骤L.向下行子帧构造器要当前可用带宽。 找到第一个具有相同调制编码方式的下行突发,以此为起点挨个搜索下行突发串,直到找到可分配带宽,返回可用带宽数,记录带宽所属的下行突发的ID。 如果搜索完串中所有的下行突发都没有获得可用带宽,则从剩余的矩形块中选择最小一个,以矩形块的大小作为本次可分配带宽,同时标记需要新生成一个下行突发,记录下最后一次搜索的下行突发的ID。
[0046] 步骤M.如果没有获得可分配带宽,进入步骤P;否则,将步骤K获得的带宽需求与步骤L获得的可用带宽进行比较,小者作为连接的最大可分配带宽;
[0047] 步骤N.将最大可分配带宽传入MAC PDU构造器,将连接上的SDU组成MAC PDU,同时计算出本次调度实际使用的带宽;
[0048] 步骤O.将构造的MAC PDU和实际使用的带宽数传入下行子帧构造器,如果不需生成一个新的下行突发,直接将PDU加入到与当前下行突发ID相对应的下行突发中;如果需要生成新的下行突发,则新创建一个新的下行突发,将PDU加入,同时将新生成的下行突发串连到最后一次搜索的下行突发之后,更新带宽资源,进入步骤J;
[0049] 步骤P.扫描二阶段调度完成后生成的下行突发,按照下行突发的实际大小计算矩形大小,完成下行突发的最后排列。
[0050] 步骤Q.将最终的下行子帧构造结果通知下行子帧容器,准备数据发送。
[0051] 最后,结合附图和具体实例对本发明进行详细说明:
[0052] (一)总体流程
[0053] 如图2所示,具体包括:
[0054] 由调度器101开始,选择连接,计算连接本次调度机会的最大可用带宽。
[0055] MAC PDU构造器102根据最大可用带宽,将连接上的SDU组成MACPDU。
[0056] 如果还有可用带宽,且还有没有得到调度机会的连接,继续进入调度器101。否则进入下行子帧构造器103进行处理。
[0057] 下行子帧构造器103完成下行突发排列和子帧构造,将构造结果传入下行子帧容器104。
[0058] (二)具体步骤
[0059] 步骤1:第一阶段调度开始。 扫描连接队列。
[0060] 步骤2:判断是否还能取到未调度的连接。如果是,进入步骤3;否则进入步骤13。
[0061] 步骤3:判断连接上是否有数据。 如果有,进入步骤4;否则进入步骤2。
[0062] 步骤4:根据Qos参数配置估算连接的带宽需求。
[0063] 步骤5:以symbol列为分配单位,按照被某一个下行突发占用的symbol列不再分配的原则,计算当前可用带宽资源。 按照下行30个子信道、31个symbol列的配置,除开前缀占用的1个symbol列,FCH和DLMAP占用2个symbol列,ULMAP占用2个symbol列,最多还有26个symbol列可用于分配给业务数据。 按照PUSC(partial usage of subchannels)置换方式,一个slot占用两个symbol,每帧最多有30×13=390个slot用于数据传输。
[0064] 步骤6:判断获得的带宽是否足够组一个MAC PDU,如果足够,进入步骤7;否则进入步骤13。
[0065] 步骤7:将步骤4估算的带宽需求和步骤5获得的可用带宽进行比较。 小者作为连接本次调度机会的最大可分配带宽数。
[0066] 步骤8:以连接最大可分配带宽数为限制,将连接上的SDU组成PDU。
[0067] 步骤9:搜索与本次组成的PDU调制编码方式相同的下行数据突发。 如果找到,进入步骤11;否则进入步骤10。
[0068] 步骤10:生成新的下行数据突发,将PDU加入其中。 进入步骤12。
[0069] 步骤11:将PDU加入找到的下行数据突发中。 进入步骤12。
[0070] 步骤12:根据连接实际使用的带宽数更新总的带宽资源。 进入步骤2。
[0071] 步骤13:结束第一阶段调度,根据当前生成的下行突发进行排列。 排列结果如图4所示,其中下行突发#1的symbol起始偏移为5,子信道起始偏移为0,占6个symbol列,24个子信道;下行突发#2的symbol起始偏移为11,子信道起始偏移为0,占8个symbol列,26个子信道;下行突发#3的symbol起始偏移为19,子信道起始偏移为0,占12个symbol列,24个子信道。 空白区域#1的symbol起始偏移为5,子信道起始偏移为24,占6个symbol,6个子信道;空白区域#2的symbol起始偏移为11,子信道起始偏移为26,占6个symbol,4个子信道;空白区域#3的symbol起始偏移为19,子信道起始偏移为24,占12个symbol,6个子信道;
[0072] 步骤14:合并能够进一步合并的矩形块。 合并后的结果如图5所示,空白区域#1和空白区域#3的子信道起始偏移同为24,因此可以通过横向移动进行合并,合并后下行突发#1不变;下行突发#2的symbol起始偏移变为23,子信道起始偏移为0,占8个symbol列,26个子信道;下行突发#3的symbol起始偏移变为11,子信道起始偏移为0,占12个symbol列,24个子信道。 空白区域#1与空白区域#3合并为新的空白区域#1,symbol起始偏移仍然为5,子信道起始偏移仍然为24,占18个symbol,6个子信道;空白区域#2的symbol起始偏移变为23,子信道起始偏移仍然为26,占6个symbol,4个子信道;
[0073] 步骤15:开始第二阶段调度。 扫描第一阶段调度没有扫描过的连接。
[0074] 步骤16:判断是否还能取到未调度的连接。如果有,进入步骤17;否则进入步骤31。
[0075] 步骤17:判断连接上有数据吗?如果有,进入步骤18;否则进入16。
[0076] 步骤18:根据Qos参数配置估算连接的带宽需求。
[0077] 步骤19:搜索与连接所属MS具有相同调制编码方式下行突发串,计算下行突发可用的带宽。
[0078] 步骤20:如果获得了足够组一个PDU的带宽,进入步骤23;否则进入步骤21。
[0079] 步骤21:判断是否还有剩余矩形块。如果有,进入步骤22;否则进入步骤31。
[0080] 步骤22:从剩余矩形块中选取最小的一块,以矩形块的大小作为当前可用带宽。 如图5所示,优先选取空白区域#2。
[0081] 步骤23:将估算的带宽需求和获得的可用带宽进行比较。 小者作为连接本次调度机会的最大可分配带宽数。
[0082] 步骤24:以连接最大可分配带宽数为限制,将连接上的SDU组成PDU。
[0083] 步骤25:判断是否需要生成新的下行突发。如果是,进入步骤26;否则进入步骤27。
[0084] 步骤26:生成新的下行数据突发,将PDU加入其中,进入步骤28。
[0085] 步骤27:将PDU加入之前获取带宽的下行数据突发中。 进入步骤29。
[0086] 步骤28:将新生成的下行突发串在最后一个搜索的下行突发之后。
[0087] 步骤29:根据连接实际使用的带宽数更新总的带宽资源数。 进入步骤30。
[0088] 步骤30:判断连接上是否还有数据。如果有,进入步骤19;否则进入步骤31。
[0089] 步骤31:结束调度,进行下行突发的最后排列,构造下行子帧。 最终排列结果如图6所示,下行突发#1、#2、#3不变,下行突发#5和下行突发#4分别在原来的空白区域#1和空白区域#2内,下方还有少量的剩余带宽。

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