專利名稱：在可變速率通信系統(tǒng)中分配最佳分組長度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信。尤其是，本發(fā)明涉及在可變速率通信系統(tǒng)中分配最佳分組(packet)長度的方法。
背景技術(shù)：
作為促進(jìn)存在大量系統(tǒng)用戶的幾種通信技術(shù)之一，使用碼分多址(CDMA)調(diào)制技術(shù)。雖然諸如時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)及諸如振幅壓擴(kuò)單邊帶(ACSSB)等AM調(diào)制方案等其它技術(shù)是公知的，但CDMA具有超過這些其它技術(shù)的明顯優(yōu)勢。在題為“使用衛(wèi)星或地面轉(zhuǎn)發(fā)器的擴(kuò)展頻譜多址通信系統(tǒng)”的4,901,307號(hào)美國專利中揭示了在多址通信系統(tǒng)中使用CDMA技術(shù)，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并在這里引用作為參考。在題為“在CDMA蜂窩式電話系統(tǒng)中產(chǎn)生信號(hào)波形的系統(tǒng)和方法”的5,103,459號(hào)美國專利中揭示了在多址通信系統(tǒng)中使用CDMA技術(shù)，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并在這里引用作為參考?？砂袰DMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)成符合“雙模式寬帶擴(kuò)展頻譜蜂窩式系統(tǒng)的TIA/EIA/IS-95移動(dòng)站-基站兼容性標(biāo)準(zhǔn)”，以下把此標(biāo)準(zhǔn)叫做IS-95標(biāo)準(zhǔn)。另一種碼分多址通信系統(tǒng)包括用于利用近地軌道衛(wèi)星的全球通信的GLOBALSTAR通信系統(tǒng)。
CDMA通信系統(tǒng)能在前向和反向鏈路上傳輸話務(wù)(traffic)數(shù)據(jù)和話音(voice)數(shù)據(jù)。在5,504,773號(hào)題為“用于對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式化的方法和設(shè)備”的美國專利中詳細(xì)地描述了以固定尺寸的編碼信道幀來傳輸話務(wù)數(shù)據(jù)的方法，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并在這里引用而作為參考。依據(jù)IS-95標(biāo)準(zhǔn)，把話務(wù)數(shù)據(jù)或話音數(shù)據(jù)分割成持續(xù)時(shí)間為20毫秒的編碼信道幀。每個(gè)編碼信道幀的數(shù)據(jù)速率是可變的且可高達(dá)14.4Kbps。
話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之間的明顯差別在于，前者需要對(duì)所有用戶固定的共同服務(wù)級(jí)(GOS)。通常，對(duì)于提供話音業(yè)務(wù)的數(shù)字系統(tǒng)，這轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)所有用戶固定(且有保證)的數(shù)據(jù)速率以及對(duì)語音(speech)幀的差錯(cuò)率的最大可容許值，而與鏈路資源無關(guān)。對(duì)于同一數(shù)據(jù)速率，具有較弱鏈路的用戶需要較高的資源分配。這導(dǎo)致不能有效地利用可獲得的資源。相反，對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，每個(gè)用戶的GOS可互不相同，且GOS可以是被優(yōu)化到增加數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的整個(gè)效率的一個(gè)參數(shù)。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的GOS通常被定義為在傳遞數(shù)據(jù)報(bào)文(message)時(shí)所引發(fā)的總延遲。
話音業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之間的另一個(gè)明顯區(qū)別在于，前者實(shí)行了嚴(yán)格而固定的延遲要求這一事實(shí)。通常，語音幀的整個(gè)單向延遲必須小于100毫秒。相反，數(shù)據(jù)延遲可成為用來優(yōu)化數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的效率的可變參數(shù)。
測量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)量和效率的參數(shù)是傳遞一數(shù)據(jù)分組所需的總延遲和系統(tǒng)的平均吞吐率(throughputrate)。總延遲對(duì)數(shù)據(jù)通信的影響不如它對(duì)話音通信的影響，但它是測量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)量的尺度。平均吞吐率是通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力的效率的量度。
給定無線數(shù)據(jù)應(yīng)用的發(fā)展需要，對(duì)非常高效的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的需求已變得不斷明顯。在1997年11月3日提交的名為“高速率分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ê驮O(shè)備”的08/963/386號(hào)未決美國專利申請(qǐng)中詳細(xì)地描述了優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖纠ㄐ畔到y(tǒng)，該申請(qǐng)已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在這里引用作為參考。08/963/386號(hào)美國專利申請(qǐng)中所揭示的系統(tǒng)是一種能以多個(gè)數(shù)據(jù)速率之一進(jìn)行傳輸?shù)目勺兯俾释ㄐ畔到y(tǒng)。依據(jù)發(fā)送基站和接收基站之間的鏈路來選擇數(shù)據(jù)速率。根據(jù)從基站到遠(yuǎn)程站的鏈路，從與遠(yuǎn)程站通信的所有基站中選擇發(fā)送基站。選中的基站在預(yù)定的持續(xù)時(shí)間(叫做時(shí)隙)內(nèi)向遠(yuǎn)程站進(jìn)行發(fā)送。由于數(shù)據(jù)速率是已知的且時(shí)隙是固定的，所以可計(jì)算分組長度(或該時(shí)隙內(nèi)所發(fā)送的位數(shù))。
最好的基站總是向最高速率的用戶發(fā)送導(dǎo)致可變速率通信系統(tǒng)中可能有最高的吞吐率。然而，由于除最高數(shù)據(jù)速率的用戶以外的所有其它用戶都得到質(zhì)量非常差的業(yè)務(wù)，所以此方案缺乏公平性。既公平又有效的策略通過給較高速率的用戶分配較大數(shù)目的連續(xù)時(shí)隙(與較低數(shù)據(jù)速率的用戶相比)來傾向于較高速率的用戶，但該策略保證即使對(duì)低數(shù)據(jù)速率的用戶也能合理地共享系統(tǒng)吞吐率。如上所述，測量通信系統(tǒng)的質(zhì)量的一個(gè)參數(shù)是所有用戶所經(jīng)歷的總延遲。需要一種給每個(gè)數(shù)據(jù)速率分配分組長度或時(shí)隙從而使吞吐率最大并保持公平度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種在可變速率通信系統(tǒng)中分配最佳分組長度的改進(jìn)的新方法?？勺兯俾释ㄐ畔到y(tǒng)能以多個(gè)數(shù)據(jù)速率之一來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生在預(yù)定持續(xù)時(shí)間內(nèi)。對(duì)于給定的傳輸速率Ri和持續(xù)時(shí)間Ti，可把分組長度Li(或在時(shí)間Ti期間所傳輸?shù)奈粩?shù))計(jì)算為Li=Ri·Ti。在本發(fā)明中，如此分配分組長度Li，從而實(shí)現(xiàn)吞吐率最大的系統(tǒng)目標(biāo)，同時(shí)符合公平標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是給所有的數(shù)據(jù)速率分配分組長度，以使系統(tǒng)的吞吐率最大，同時(shí)維持公平度。在示例實(shí)施例中，公平標(biāo)準(zhǔn)與所有數(shù)據(jù)速率的用戶所經(jīng)歷的總延遲有關(guān)，且它是通過把分配給每個(gè)數(shù)據(jù)速率的分組長度的大小限制于某一值的范圍或Limin≤Li≤Limax來選擇的。在示例實(shí)施例中，首先把每個(gè)數(shù)據(jù)速率的分組長度Li初始化到該數(shù)據(jù)速率的最大分組長度Limax。然后，對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)速率，確定把分組長度從Limax變?yōu)長imin是否會(huì)使吞吐率提高。如果答案為是，則重新為該數(shù)據(jù)速率分配分組長度，并重新計(jì)算分組長度分配已更新的吞吐率。對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)速率重復(fù)該過程，直到已考慮所有的數(shù)據(jù)速率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是依據(jù)概率模型或確定性模型給可變速率通信系統(tǒng)中的每個(gè)數(shù)據(jù)速率分配分組長度Li。對(duì)于概率模型，計(jì)算多個(gè)數(shù)據(jù)速率中每個(gè)速率的數(shù)據(jù)傳輸?shù)母怕?。在示例?shí)施例中，可使用系統(tǒng)的載波-干擾比(C/I)分布圖(profile)和每位能量-噪聲比(Eb/N0)來計(jì)算幾率。在給所有數(shù)據(jù)速率分配分組長度時(shí)使用所有數(shù)據(jù)速率的概率。對(duì)于確定模型，對(duì)在每個(gè)數(shù)據(jù)速率處進(jìn)行接收的用戶的數(shù)目進(jìn)行制表并用它來分配分組長度。確定模型使可變速率通信系統(tǒng)可根據(jù)系統(tǒng)中的變化動(dòng)態(tài)地分配分組長度，并可提高性能。
附圖概述從以下詳細(xì)描述并結(jié)合附圖將使本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點(diǎn)變得更加明顯起來，其中相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)識(shí)相應(yīng)的部分，其中

圖1是示例的可變速率通信系統(tǒng)的圖；圖2是示出示例的可變速率通信系統(tǒng)的基本子系統(tǒng)的方框圖；以及圖3是本發(fā)明的最佳分組長度分配例程的示例流程圖。
本發(fā)明的較佳實(shí)施方式Ⅰ．系統(tǒng)描述參考附圖，圖1示出示例的可變速率通信系統(tǒng)。一個(gè)這樣的系統(tǒng)如上述08/963/386號(hào)美國專利申請(qǐng)中所述。可變速率通信系統(tǒng)包括多個(gè)小區(qū)2a-2g。由相應(yīng)的基站4對(duì)每個(gè)小區(qū)2進(jìn)行服務(wù)。各遠(yuǎn)程站6散布于整個(gè)通信系統(tǒng)中。在示例實(shí)施例中，每個(gè)遠(yuǎn)程站6在每個(gè)時(shí)隙在前向鏈路上至多與一個(gè)基站4進(jìn)行通信。例如，在時(shí)隙n，在前向鏈路上，基站4a只把數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程站6a，基站4b只把數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程站6b，基站4c只把數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程站6c。如圖1所示，每個(gè)基站4最好在任意給定的時(shí)刻把數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋€(gè)遠(yuǎn)程站6。此外，數(shù)據(jù)速率是可變的且與通過接收遠(yuǎn)程站6測得的載波-干擾比(C/I)及所需的每位能量-噪聲比(Eb/N0)有關(guān)。為了簡化，在圖1中未示出從遠(yuǎn)程站6至基站4的反向鏈路。
圖2中示出示例可變速率通信系統(tǒng)的基本子系統(tǒng)的方框圖?；究刂破?0與分組網(wǎng)絡(luò)接口24、PSTN30及在通信系統(tǒng)中所有的基站4(為了簡化，在圖2中僅示出一個(gè)基站4)相接。基站控制器10協(xié)調(diào)通信系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程站6與連到分組網(wǎng)絡(luò)接口24和PSTN30的其它用戶之間的通信。PSTN30通過標(biāo)準(zhǔn)電話網(wǎng)絡(luò)(在圖2中未示出)與用戶相接。
基站控制器10包含許多選擇器元件14，但為了簡化在圖2中僅示出一個(gè)。分配一選擇器元件14來控制一個(gè)或多個(gè)基站4與一個(gè)遠(yuǎn)程站6之間的通信。如果尚未把選擇器元件14分配給遠(yuǎn)程站6，則通知呼叫控制處理器16需要尋呼遠(yuǎn)程站6。然后，呼叫控制處理器16指示基站4尋呼遠(yuǎn)程站6。
數(shù)據(jù)源20包含待傳輸?shù)竭h(yuǎn)程站6的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)源20把數(shù)據(jù)提供給分組網(wǎng)絡(luò)接口24。分組網(wǎng)絡(luò)接口24接收數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)按路由發(fā)送到選擇器元件14。選擇器元件14把數(shù)據(jù)發(fā)送到與遠(yuǎn)程站6通信的每個(gè)基站4。在示例實(shí)施例中，每個(gè)基站4保持包含待發(fā)送到遠(yuǎn)程站6的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)隊(duì)列40。
以數(shù)據(jù)分組把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)隊(duì)列40發(fā)送到信道元件42。在示例實(shí)施例中，在前向鏈路上，數(shù)據(jù)分組是指將在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)傳輸?shù)侥康牡剡h(yuǎn)程站6的固定量的數(shù)據(jù)。對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)分組，信道元件42插入必要的控制字段。在示例實(shí)施例中，信道元件42對(duì)數(shù)據(jù)分組和控制字段進(jìn)行CRC編碼并插入一組代碼尾標(biāo)(tail)位。數(shù)據(jù)分組、控制字段、CRC奇偶校驗(yàn)位和代碼尾標(biāo)位組成了一格式化分組。在示例實(shí)施例中，信道元件42對(duì)此格式化分組進(jìn)行編碼并將經(jīng)編碼的分組內(nèi)的碼元(symbol)交錯(cuò)(interleave)(或重新排序)。在示例實(shí)施例中，以一長的PN碼對(duì)此交錯(cuò)分組進(jìn)行擾頻(scramble)，并覆蓋以Walsh覆蓋(cover)，且以短的PNI和PNQ碼來擴(kuò)展。把此擴(kuò)展數(shù)據(jù)提供給RF單元44，RF單元44對(duì)此信號(hào)進(jìn)行正交調(diào)制、濾波和放大。在前向鏈路50上，通過天線46以無線電方式發(fā)射此前向鏈路信號(hào)。
在遠(yuǎn)程站6處，天線60接收前向鏈路信號(hào)并按路由發(fā)送到前端62內(nèi)的接收機(jī)。接收機(jī)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、正交解調(diào)和量化。把此數(shù)字化信號(hào)提供給解調(diào)器(DEMOD)64，在這里，對(duì)數(shù)字化信號(hào)以短的PNI和PNQ碼來解擴(kuò)展，以Walsh覆蓋來解覆蓋，并以長的PN碼來解擾頻。把此解調(diào)數(shù)據(jù)提供給解碼器66，解碼器66進(jìn)行在基站4處所進(jìn)行的相反的信號(hào)處理功能，尤其是去交錯(cuò)、解碼和CRC校驗(yàn)功能。把此經(jīng)解碼的數(shù)據(jù)提供給數(shù)據(jù)匯(sink)68。
如上所述的硬件支持在前向鏈路上進(jìn)行可變速率的數(shù)據(jù)、報(bào)文、語音、視頻及其它通信傳輸。可設(shè)計(jì)其它硬件體系結(jié)構(gòu)來支持可變速率傳輸，這在本發(fā)明的范圍內(nèi)。為了簡化，未示出或未描述反向鏈路。本發(fā)明可容易地?cái)U(kuò)展到在反向鏈路上進(jìn)行可變速率傳輸。
信道調(diào)度器12連到基站控制器10內(nèi)的所有選擇器元件14上。信道調(diào)度器12調(diào)度前向鏈路上的可變速率傳輸。信道調(diào)度器12接收表示待傳輸?shù)竭h(yuǎn)程站6的數(shù)據(jù)量的隊(duì)列尺寸和來自遠(yuǎn)程站6的報(bào)文。信道調(diào)度器12調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)吞吐量最大的系統(tǒng)目標(biāo)同時(shí)符合公平性的限制。
如圖1所示，遠(yuǎn)程站6散布于整個(gè)通信系統(tǒng)，且可在前向鏈路上與零個(gè)或多個(gè)基站4進(jìn)行通信。在示例實(shí)施例中，信道調(diào)度器12協(xié)調(diào)整個(gè)通信系統(tǒng)上的前向鏈路數(shù)據(jù)傳輸。在1997年2月11日提交的題為“前向鏈路速率調(diào)度方法和設(shè)備”的08/798,951號(hào)美國專利申請(qǐng)中詳細(xì)地描述了高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度方法和設(shè)備，該申請(qǐng)已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并在這里通過引用而參考。
Ⅱ．計(jì)算吞吐率對(duì)于數(shù)據(jù)速率分別為取具有正概率p1,p2,p3…·pN的離散值R1,R2,R3…·RN的隨機(jī)變量的可變速率通信系統(tǒng),可把該系統(tǒng)的平均吞吐率C計(jì)算為C=Σi=1NpiLiΣi=1NpiTi=Σi=1NpiLiΣi=1Npi(LiRi)----(1)]]>這里，Li為分組長度，把它計(jì)算為Li=Ri·Ti。公式(1)中的計(jì)算基于通信系統(tǒng)的靜態(tài)概率模型。還可使用動(dòng)態(tài)確定性模型把平均吞吐率C計(jì)算為C=Σi=1NNiLiΣi=1NNiTi=Σi=1NNiLiΣi=1NNi(LiRi)----(2)]]>這里，Ni為以數(shù)據(jù)速率Ri進(jìn)行接收的通信系統(tǒng)內(nèi)的用戶數(shù)。具有動(dòng)態(tài)分組長度分配的確定性模型可提高平均吞吐率。公式(1)和(2)是示例的公式，它們可用來計(jì)算通信系統(tǒng)的吞吐率。還可使用計(jì)算吞吐率的其它公式，這在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
對(duì)于概率模型，可對(duì)兩種特殊的情況來計(jì)算吞吐率C。在第一種情況下，如果設(shè)定所有數(shù)據(jù)速率的分組長度相等，則可把吞吐率CL計(jì)算為CL=1Σi=1NPi(1Ri)=1E(1R)---(3)]]>這里E(1/R)是(1/R)的期望值。在第二種情況下，如果設(shè)定時(shí)隙的持續(xù)時(shí)間相等，從而數(shù)據(jù)速率Ri的分組長度Li正比于數(shù)據(jù)速率，則可把吞吐率CT計(jì)算為CT=Σi=1NpiRi=ER----(4)]]>對(duì)于任何正的隨機(jī)變量X，可示出EX·E(1/X)≥1。因此，它遵循CL≤CT。然而，注意Li相等方案比Ti相等方案“更公平”，這是因?yàn)樵趪L試接收同樣速率的信息(或同樣的位數(shù))時(shí)，Li相等方案中的低速率用戶的總延遲比Ti相等方案中的低速率用戶的總延遲短。
通過除具有最高數(shù)據(jù)速率的用戶以外使所有數(shù)據(jù)速率的分組長度為零(Li=0)的方案來實(shí)現(xiàn)最大的可能吞吐率。在此情況下，最大吞吐率等于最高數(shù)據(jù)速率，或Cmax=max{Ri:1≤i≤N}。然而，以公平性為代價(jià)來接收此最大吞吐率，其中基站僅服務(wù)于最高數(shù)據(jù)速率的用戶。
以下可描述各用戶的服務(wù)級(jí)及其分組長度之間的關(guān)系。首先，考慮有Ni個(gè)用戶操作于數(shù)據(jù)速率Ri的系統(tǒng)?？砂岩詳?shù)據(jù)速率Ri把長度為LM位的報(bào)文傳輸給用戶Ui所需的平均時(shí)間表示為EXi。如果LM為Li的整數(shù)倍，則可把EXi表示為EXi=(LMLi)Σk=1NNk(LkRk)----(5)]]>公式(5)源于基站4以(LMLi)]]>個(gè)隔開的分期(installment)(每個(gè)長度為Li位)把長度為LM位的報(bào)文傳輸給用戶Ui。在至用戶Ui的Li位的連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸之間，基站4服務(wù)于系統(tǒng)中的其它用戶。對(duì)于每個(gè)被服務(wù)的用戶Uk，基站4在等于Lk/Rk的時(shí)間量內(nèi)進(jìn)行傳輸，這里L(fēng)k和Rk分別代表用戶Uk的分組長度和數(shù)據(jù)速率。公式(5)示出，平均服務(wù)時(shí)間EXi反比于分組長度Li。
使用標(biāo)準(zhǔn)隊(duì)列(queuing)模型(例如，帶空位的M/D/1隊(duì)列)，可示出通過以下公式給出旨在用戶Ui的長度為LM的報(bào)文所經(jīng)歷的平均延遲EDi=ρiEXi2(1-ρi)+12Σk≠iLkRk=ρi2(1-ρi)LMLiΣ1≤k≤NLkRk+12Σk≠iLkRk----(6)]]>這里ρi代表對(duì)于從基站4到用戶Ui的鏈路的話務(wù)利用因子。通常，話務(wù)利用因子落在0.5≤ρi≤0.9的范圍內(nèi)。如果報(bào)文長度LM比分組長度Li大得多(通常許多數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)都如此)，則可忽略以上公式中的第二項(xiàng)。然后可把公式(6)近似為EDi≈ρiEXi2(1-ρi)=ρi2(1-ρi)LMLiΣk=1NLkRk-----(7)]]>如果至系統(tǒng)中所有用戶的數(shù)據(jù)鏈路以同一話務(wù)利用因子ρ進(jìn)行操作，則它遵循對(duì)用戶Ui所期望的報(bào)文延遲近似反比于分組長度Li。因此，如果EDmin和EDmax分別代表系統(tǒng)中用戶的最小和最大期望延遲，則存在以下關(guān)系EDmaxEDmin≈LmaxLmin----(8)]]>因此，可通過指定分配給每個(gè)數(shù)據(jù)速率的分組長度Li的上界和下界來實(shí)現(xiàn)一定數(shù)量的公平性。因而，可把分組長度定義為Limin≤Li≤Limax對(duì)于每個(gè)1≤i≤N，(9)這里L(fēng)imin是數(shù)據(jù)速率Ri的最小分組長度，Limax是數(shù)據(jù)速率Ri的最大分組長度。作為一個(gè)例子，可把所有數(shù)據(jù)速率的分組長度定義為Limin=L0及Limax=2L0。這保證了對(duì)于同樣的數(shù)據(jù)量，最低數(shù)據(jù)速率的期望延遲至多為最高速率數(shù)據(jù)的期望延遲的兩倍。公式(9)中給出的約束描述了系統(tǒng)的公平性。如下所示，較低的Limax與Limin比率代表以較低吞吐率為代價(jià)的較公平的方案。
Ⅲ．分配最佳的分組長度最佳的分組長度分配使公式(1)或(2)中的吞吐率C最大，同時(shí)符合公式(9)的公平性約束。當(dāng)且僅當(dāng)以下條件對(duì)于每個(gè)1≤k≤N都有效時(shí)，吞吐率C=C(L1,L2,…,LN)才是一最佳解，Li=Limin只要Ri＜C (a)，Li=Limax只要Ri＞C (b) (10)因而，從公式(10)，最佳分組長度分配是這樣的，從而對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)速率Ri，最佳的分組長度分配在數(shù)據(jù)速率Ri小于系統(tǒng)的吞吐率C時(shí)為Limax，在數(shù)據(jù)速率Ri大于吞吐率C時(shí)為Limax。如果數(shù)據(jù)速率Ri等于吞吐率C，則任何分組長度分配導(dǎo)致相同的吞吐率。
為了證明最佳性，可相對(duì)于分組長度變量Li對(duì)公式(1)進(jìn)行微分。可把偏導(dǎo)數(shù)表示為∂C∂Li=PiΣk=1NPk(LkRk)(1-CRi)----(11)]]>公式(11)可用來示出，公式(10)中的條件(a)和(b)是最佳性所必需的。同樣，它可示出，違背公式(10)中的條件(a)或(b)的分配不可能是最佳的?？紤]任意下標(biāo)i。如果Ri＜C，則公式(11)表明偏導(dǎo)數(shù)小于零，或C/Li＜0。從偏導(dǎo)數(shù)(C/Li＜0)中，如果給定的分組長度分配使Li＞Limin，則可通過把Li降低一小的數(shù)量來增加C。類似地，如果Ri＞C，則公式(11)表明偏導(dǎo)數(shù)大于零，或C/Li＞0。從偏導(dǎo)數(shù)(C/Li＞0)中，如果給定的分組長度分配使Li＜Limax，則可通過把Li增加一小的數(shù)量來增加C。還可示出，保證滿足公式(10)中的條件(a)和(b)的任何分組長度分配都是最佳的。
Ⅳ．最佳分組長度分配例程在圖3中示出最佳的分組長度分配例程的流程圖。該例程在塊102處開始。在第一步驟，在塊104處，把所有數(shù)據(jù)速率的分組長度L初始化到對(duì)于這些數(shù)據(jù)速率最大的分組長度Lmax。在塊106，使用公式(1)或(2)來計(jì)算使用塊104中所分配的分組長度的吞吐率C。在塊108，把回路變量k初始化為1，例程進(jìn)入循環(huán)。該循環(huán)把最小分組長度分配給較低的數(shù)據(jù)速率，以優(yōu)化吞吐率同時(shí)保持由每個(gè)數(shù)據(jù)速率的最小分組長度Lkmin及最大分組長度Lkmax所限定的公平性約束。
在該回路的第一步驟中，在塊110處，把數(shù)據(jù)速率Rk與塊106中計(jì)算得到的吞吐率C相比較。如果數(shù)據(jù)速率Rk大于或等于吞吐率C，則例程跳到塊116。否則，如果數(shù)據(jù)速率Rk低于吞吐率C，則例程進(jìn)到塊112，塊112把分組長度Lk分配給此數(shù)據(jù)速率Rk的最小分組長度Lkmin。在塊114，使用已更新的分組長度分配重新計(jì)算吞吐率C。在塊116，遞增循環(huán)變量k。循環(huán)進(jìn)到塊118，在這里把k與代表系統(tǒng)中可獲得的數(shù)據(jù)速率的數(shù)目的N相比較。如果k≤N，表示還未考慮所有的數(shù)據(jù)速率，則循環(huán)返回塊110，并考慮下一個(gè)數(shù)據(jù)速率。否則，例程在塊120處終止。
對(duì)于如3所示的例程，不需要以任何特定順序來排列數(shù)據(jù)速率。獨(dú)立地考慮所有的數(shù)據(jù)速率，計(jì)算它們對(duì)吞吐率的影響。在此例程中，最后一個(gè)計(jì)算得到的吞吐率C的值為系統(tǒng)的最大吞吐率，它滿足由為每個(gè)數(shù)據(jù)速率所選擇的最小和最大分組長度Lkmin和Lkmax所限定的公平性標(biāo)準(zhǔn)。
以下示出最佳分組長度分配例程的一個(gè)例子。在此例子中，可變速率通信系統(tǒng)包括八個(gè)數(shù)據(jù)速率，且具有如表1所示的幾率分布。例如，系統(tǒng)以38.4Kbps的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行傳輸?shù)母怕蕿?.01，以76.8Kbps的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行傳輸?shù)母怕蕿?.11，以153.6Kbps的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行傳輸?shù)母怕蕿?.13等?？蓮纳鲜?8/963/386號(hào)美國專利申請(qǐng)中所述的系統(tǒng)中的載波-干擾比(C/I)分布圖和每位能量-噪聲比(Eb/N0)來獲得此概率分布。
在此例中，把同一分組長度分配給所有的數(shù)據(jù)速率導(dǎo)致吞吐率CL=1/E(1/R)=258.629Kbps?；蛘?，把同一時(shí)隙持續(xù)時(shí)間分配給所有的數(shù)據(jù)速率，或選擇正比于這些數(shù)據(jù)速率的分組長度導(dǎo)致吞吐率CT=E(R)=642.816Kbps。然而，對(duì)于相等時(shí)隙的方案，與最高速率用戶相比，最低數(shù)據(jù)速率的用戶可能需要再等待30倍(1.152Kbps/38.4Kbps)長的時(shí)間從傳輸源接收同樣的數(shù)據(jù)量。
在本例中，如此選擇公平性約束，從而所有數(shù)據(jù)速率的分組長度在1024和2048位之間，或者對(duì)于所有的i=1,2,…,8,需要使1024≤Li≤2048位。因而，對(duì)于相同數(shù)目的接收位，公平性約束保證了最低速率用戶的空閑(idle)時(shí)間至多為最高速率用戶的兩倍。
表1.
化學(xué)成分確定的培養(yǎng)基的成分

表2.
通過變化降解溶液的pH得到的(R)-(-)-3-羥基丁酸(3HB)及其二聚體的濃度(最初的PHB濃度1.07g/l，反應(yīng)溫度37℃，反應(yīng)時(shí)間30分鐘)。

表2

注意，本發(fā)明的例程僅在重新分配導(dǎo)致較高吞吐率同時(shí)考慮公平性約束時(shí)，才對(duì)一數(shù)據(jù)速率重新分配分組長度。該例程不需要按圖2所示增加的順序來重新排列數(shù)據(jù)速率。
還可使用把計(jì)算吞吐率C的次數(shù)減到最少的另外的例程來計(jì)算此最佳分組長度分配。在上述例程中，在每次任何分組長度Li從Limax變到Limin時(shí)就計(jì)算吞吐率。在另外的例程中，對(duì)于給定的分組長度分配來計(jì)算吞吐率C。在已計(jì)算了吞吐率C后，把所有數(shù)據(jù)速率Ri＜C的分組長度設(shè)定為Limin。然后，在還未考慮一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)速率R時(shí)，重新計(jì)算吞吐率C。在以升序預(yù)先排列數(shù)據(jù)速率時(shí)，此另外的例程進(jìn)行最有效的操作。
雖然在以上例子中選擇所有數(shù)據(jù)速率的最小和最大分組長度Limin和Limax相同，但這不是必要的。系統(tǒng)可包括對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)速率不同的最小和最大分組長度Limin和Limax。事實(shí)上，可通過考慮所述08/963/386號(hào)美國專利申請(qǐng)中上述的公平性因素來選擇每個(gè)數(shù)據(jù)速率的最小和最大分組長度Limin和Limax。這些公平性因素可包括(1)接收遠(yuǎn)程站所需的Eb/N0，(2)遠(yuǎn)程站的軟越區(qū)切換狀態(tài)，(3)所需的傳輸每位能量Eb，(4)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，(5)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的類型，(6)該傳輸是否是先前的錯(cuò)誤接收引起的重新傳輸，(7)遠(yuǎn)程站的差錯(cuò)率，(8)目的地遠(yuǎn)程站所經(jīng)歷的延遲量，(9)延遲站的優(yōu)先級(jí)。
雖然，已針對(duì)前向鏈路上的可變速率通信描述了本發(fā)明，但這里所述的本發(fā)明的概念可擴(kuò)展到反向鏈路上的可變速率通信。事實(shí)上，本發(fā)明對(duì)任何可變速率通信系統(tǒng)的應(yīng)用在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
前面提供了對(duì)較佳實(shí)施例的描述，以使本領(lǐng)域內(nèi)的任何技術(shù)人員可使用或利用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的各種修改將對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是顯而易見的，可把這里所述的總的原理應(yīng)用于其它實(shí)施例而不使用創(chuàng)造性。因而，本發(fā)明將不限于這里所示的實(shí)施例，而應(yīng)依據(jù)符合這里所揭示的原理和新特征的最寬范圍。
權(quán)利要求
1．一種用于在可變速率通信系統(tǒng)中分配分組長度的方法，其特征在于包括以下步驟選擇公平性標(biāo)準(zhǔn)；把所述通信系統(tǒng)中的多個(gè)數(shù)據(jù)速率分配給初始的分組長度分配；根據(jù)所述初始分組長度分配來計(jì)算吞吐率；如果重新分配導(dǎo)致較高的吞吐率，則依據(jù)所述公平性標(biāo)準(zhǔn)對(duì)選中的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行所述重新分配分組長度。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述選擇步驟包括以下步驟對(duì)所述多個(gè)數(shù)據(jù)速率中的每一個(gè)選擇最小分組長度和最大分組長度。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于對(duì)于所述多個(gè)數(shù)據(jù)速率中的每一個(gè)，所述最大分組長度為所述最小分組長度的兩倍。
4．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述最小分組長度和所述最大分組長度對(duì)于所有的數(shù)據(jù)速率都相等。
5．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于對(duì)于所有的數(shù)據(jù)速率，所述最大分組長度是所述最小分組長度的兩倍。
6．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述公平性標(biāo)準(zhǔn)基于一組公平性因子。
7．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述公平性標(biāo)準(zhǔn)基于最低數(shù)據(jù)速率的期望延遲和最高數(shù)據(jù)速率的期望延遲。
8．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述計(jì)算步驟基于概率模型。
9．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述計(jì)算步驟基于確定性模型。
10．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述初始分組長度分配包括把所述多個(gè)數(shù)據(jù)速率中每一個(gè)的所述分組長度設(shè)定為所述數(shù)據(jù)速率的最大分組長度。
11．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述重新分配步驟包括以下步驟從所述多個(gè)數(shù)據(jù)速率中選擇一個(gè)數(shù)據(jù)速率；把所述選中的數(shù)據(jù)速率與最近計(jì)算得到的吞吐率相比較；如果所述選中數(shù)據(jù)速率低于所述最近計(jì)算得到的吞吐率，則把所述選中數(shù)據(jù)速率的分組長度設(shè)定為所述選中數(shù)據(jù)速率的最小分組長度；在所述設(shè)定步驟后重新計(jì)算所述吞吐率；以及對(duì)所述多個(gè)數(shù)據(jù)速率中的所有數(shù)據(jù)速率重復(fù)所述選擇、比較、設(shè)定和重新計(jì)算步驟。
12．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述重新分配步驟包括以下步驟從所述多個(gè)數(shù)據(jù)速率中選擇一個(gè)數(shù)據(jù)速率；把所述選中的數(shù)據(jù)速率與最近計(jì)算得到的吞吐率相比較；如果所述選中數(shù)據(jù)速率低于所述最近計(jì)算得到的吞吐率，則把所述選中數(shù)據(jù)速率的分組長度設(shè)定為所述選中數(shù)據(jù)速率的最小分組長度；對(duì)所述多個(gè)數(shù)據(jù)速率中的所有數(shù)據(jù)速率重復(fù)所述選擇、比較、設(shè)定和重新計(jì)算步驟；以及在所述重復(fù)步驟后重新計(jì)算所述吞吐率。
13．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于還包括以下步驟按照數(shù)據(jù)速率增加的順序?qū)λ龆鄠€(gè)數(shù)據(jù)速率進(jìn)行排序，所述排序步驟插在所述選擇步驟和所述分配步驟之間。
14．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述通信系統(tǒng)包括兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)速率。
15．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述通信系統(tǒng)包括八個(gè)或更多的數(shù)據(jù)速率。
16．一種用于在可變速率CDMA通信系統(tǒng)中分配分組長度的方法，其特征在于包括以下步驟選擇公平性標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)對(duì)所述通信系統(tǒng)中多個(gè)數(shù)據(jù)速率中每一個(gè)的初始分組長度分配來計(jì)算吞吐率；如果重新分配導(dǎo)致較高的吞吐率，則依據(jù)所述公平性標(biāo)準(zhǔn)對(duì)選中的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行所述重新分配分組長度。
全文摘要
一種用于在能以多個(gè)數(shù)據(jù)速率之一進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目勺兯俾释ㄐ畔到y(tǒng)中分配最佳分組長度的方法。如此選擇數(shù)據(jù)速率的分組長度,從而取得最大吞吐率同時(shí)遵循公平性標(biāo)準(zhǔn)?？赏ㄟ^把分配給每個(gè)數(shù)據(jù)速率的分組長度限制到一定值的范圍或L
文檔編號(hào)H04L1/00GK1301439SQ98813043
公開日2001年6月27日 申請(qǐng)日期1998年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月7日
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