在基于正交频分多址(OFDMA)的通信系统中组装帧的方法以及通信系统

摘要

一种在基于正交频分多址(OFDMA)的通信系统中组装帧的方法，其中，就OFDMA帧的时间和频率这两个维度而言对要从广播站发送至接收机的数据分组给予矩形形状，并且，利用帧组装调度器来连续地将数据分组放入OFDMA帧，其特征在于：对OFDMA帧的填充处理基于表示OFDMA帧内当前空的空间的数据结构的有序列表。此外，公开了一种对应的通信系统。

说明书

技术领域

本发明涉及在一种基于正交频分多址(OFDMA)的通信系统中组装帧的方法，其中，就OFDMA帧的两个维度(时间和频率)而言对从广播站发送至接收机的数据分组给予矩形形状，并且，利用帧组装调度器连续地将数据分组放入OFDMA帧。

此外，本发明涉及一种通信系统，包括：广播站，用于向接收机以基于正交频分多址(OFDMA)的方式发送数据分组；数据分组成形实体，用于就OFDMA帧的两个维度(时间和频率)而言对所要发送的数据分组给予矩形形状；以及帧组装调度器，用于连续地将所要发送的数据分组放入OFDMA帧。

背景技术

OFDMA(正交频分多址)是目前一种广泛使用的用于数据传输的技术，该技术基于对大量密集排列的正交子载波的使用。特别地，在无线通信系统中，OFDMA变得愈发流行，并已被称为未来4G标准的候选技术。

作为在无线通信系统中OFDMA的应用的示例，其将被称为WiMAX。基于IEEE 802.16标准族，WiMAX被定义为全球微波接入互操作性。正如Wi-Fi联盟保证IEEE 802.11无线LAN标准的互操作实现一样，WiMAX论坛保证IEEE 802.16无线标准的互操作实现。

在WiMAX中，通过称为下行MAP(DL-MAP)调度器的帧组装调度器执行下行方向的帧填充处理。DL-MAP调度器的工作是：将以比特为单位的给定尺寸的下行数据分组(所谓的MPDU(MAC协议数据单元))分配至WiMAX帧的下行部分中。根据两种当前的WiMAX标准IEEE802.16-2004和802.16e-2005，WiMAX帧由特定的二维区域构成，其中以时隙(时间)和子信道(频率)的形式给出WiMAX帧的两个维度。

可以将DL-MAP调度器的任务分解为两个基本子任务。第一，必须使先前提及的MPDU适合于在WiMAX标准中被定义为突发的矩形形状，在突发中将应用特定的MCS(调制和编码方案)。通过在单个突发中级联属于不同连接标识符(CID)的MPDU，可以减小由于DL-MAP尺寸导致的信令开销。第二，必须将这些突发一起封装在矩形WiMAX下行帧中，最小化未使用的空间，转化为对无线资源的更好利用。

上述两种当前的WiMAX标准未提供任何与基站(以及DL-MAP调度器分别)应当如何实现前述任务有关的指导。由于DL-MAP调度器算法确定了如何高效地使用无线资源，因此系统性能高度依赖于DL-MAP调度器算法。帧组装调度器的效率由在帧组装的末尾处剩余的空的空间的尺寸以及使矩形适合于感兴趣的区域所需的填充量。空的空间和填充是浪费的无线资源(即带宽)。

发明内容

因此，本发明的目的是改进并进一步开发开头描述的类型的方法和通信系统，使得就OFDMA帧中的空的空间和填充而言的无线资源使用效率得到增强，并使得帧组装调度器所需的复杂度最小化。

根据本发明，前述目的由包括权利要求1的特征的方法实现。根据该权利要求，这种方法的特征在于，OFDMA帧的填充处理基于表示OFDMA帧内当前空的空间的数据结构的有序列表。

此外，前述目的由包括权利要求21的特征的通信系统实现。根据该权利要求，这种通信系统的特征在于，帧组装调度器被配置为：基于表示OFDMA帧内当前空的空间的数据结构的有序列表，执行OFDMA帧的填充处理。

根据本发明，已认识到可以通过将二维封装问题转换为搜索问题来降低帧组装调度器所需的复杂度。由于DL-MAP调度器必须遵循的严格的时间边界的缘故，穷举搜索是不可行的。事实上，需要在WiMAX帧持续时间内完成帧组装过程。考虑到这点，已认识到具有试探度量的贪婪搜索是最适合的解决方案。为此，本发明提出，使OFDMA帧的分配处理基于数据结构的有序列表，其中数据结构表示OFDMA帧内的当前空的空间。已认识到，通过使用所述列表，可以高效地解决在OFDMA帧中分配矩形数据分组的问题。使用所述列表允许针对每个数据分组考虑所有可行的维度排列，导致对所有可能的矩形形状进行考察。

根据有利实施例，在开始在OFDMA帧中分配数据分组之前，将所要发送的数据分组划分为紧急数据分组和非紧急数据分组。因此，由于为了提高在OFDMA帧中存在足够的空的空间的可能性而首先对紧急数据分组进行分配，因此可以满足服务质量(QoS)要求，例如与时间要求严格的应用相关。另一方面，可能发生的情况是：在放置了所有紧急数据分组之后，没有足够的剩余空间来分配所有非紧急数据分组。然而，由于非紧急数据分组与时间要求严格的应用无关，因此可以在后续OFDMA帧中发送非紧急数据分组而不引起任何问题。

一般地，根据优选实施例，在OFDMA帧中分配数据分组之前，将数据分组级联成突发。在该上下文中，级联意味着在单个突发中聚集不同的数据分组。在WiMAX的情况下，可以根据数据分组的调制编码方案MCS来执行将属于不同连接标识符(CID)数据分组级联成单个突发。以下，为了简单起见，将已级联的数据分组和(未进行任何级联的)单个数据分组称为突发。

通过应用级联机制，可以减小由于DL-MAP尺寸导致的信令开销。为了确保不混淆紧急数据分组/突发和非紧急数据突发，经过证明，单独针对紧急数据分组和针对非紧急数据分组执行级联是有利的。此外，可以应用门限，指定突发的最大可容许尺寸。通过这种方式，可以避免超大尺寸的突发，而由于这种大的突发可能难以分配，因此这种方式经证明是有用的。

采用又一有利方式，可以根据基于突发尺寸的固定顺序，在OFDMA帧内分配紧急突发。优选地，算法起始于最大的突发，这是由于OFDMA帧内剩余的空的空间越小，寻找用于放置较大突发的足够大的空间就越困难。在分配了所有紧急突发之后，可以应用与以上结合紧急突发描述的相同的固定时间顺序，分配被限定为非紧急突发的突发。

根据优选实施例，将在放置突发之后OFDMA帧的剩余的空闲空间整理(defragment)为空矩形的集合。有利地，表示OFDMA帧内当前空的空间的数据结构的所述列表包括按尺寸增加而排序的空矩形的所述集合。在这种情况下，可以从所述列表中，将要在OFDMA帧内分配的下一突发的封装区域选择为可容纳所考虑的突发的最小空矩形。这种实施例的优势在于，尽可能小地影响大的剩余空闲矩形，从而增加可在OFDMA帧内分配的突发的数量。

关于分配处理的简要构造，可以将突发始终置于各个所选封装区域的右上角。在从整理后的空的矩形的列表中选择了作为封装区域的矩形，并知道了将突发放在所选封装区域内的哪个位置之后，剩下的问题是：是垂直地还是水平地放置突发。关于高效率，以最小化所得的整理后的空矩形的尺寸的方式进行判决。基本上，优选地将在时域中细小的矩形处放置，以节约接收OFDMA帧并将必须从帧中提取突发的终端的功率。

然而，应当注意，一般地，事先已知的仅仅是所要分配的突发的尺寸，即，OFDMA帧内突发所需的单元的数量。相反，无法以任意方式预先确定选择突发的(就OFDMA帧的时隙和子信道而言的)实际形状或维度，而可以自由选择突发的实际形状或维度。关于是垂直地还是水平地分配突发的上述问题经证明是更加复杂的，这是由于将必须确定每个突发的特定形状。为了解决该问题并进一步提高分配处理的效率，可以以使最大剩余空闲矩形的尺寸最大化的方式执行图像的矩形成形。这意味着，针对所要分配的突发的所有可能矩形形状，计算整理后的空矩形的集合。选择导致最大剩余空闲整理矩形的形状，作为该突发的封装区域。在优选实施例中，在成形处理的上下文中还考虑填充。

为了给出成形处理的示例，考虑具有26个单元的突发。以下是包括填充的(就时隙和子信道而言的)实际突发维度或形状的选项：1(时隙)x 26(子信道)无填充、2x 13无填充、3x 10有4个填充单元、4x 7有2个填充单元、5x 6有4个填充单元。当然，存在更多的许多选项，然而这些选项中的所有选项都包括更多的填充单元。为了避免将不必要地浪费OFDMA空间内的空间的无理由填充，可以指定就所允许的最大填充单元而言的可配置阈值。然后，可以忽略需要比由门限所指定的填充更多的填充的实际突发形状/维度的选项。

在开始在OFDMA帧内分配突发时，可以分配OFDMA帧的固定开销。该开销包括：FCH(帧控制首部)、UL-MAP(上行MAP)和DL-MAP(下行MAP)。由于开销包括由所有用户解码的广播信息，因此总是将其置于起始处。虽然对于给定的OFDMA系统而言FCH具有固定维度，但是UL-MAP和DL-MAP的尺寸不必是先验已知的，这是由于例如在DL-MAP的情况下，其依赖于级联处理并依赖于在OFDMA帧内分配的突发的数量。

与该背景相对地，经过证明，在开始实际分配处理之前执行对突发的虚拟封装是有利的。通过虚拟封装，可以计算DL-MAP的初始尺寸的试探值。基于该值，可以开始实际分配处理。更具体地，在虚拟封装的上下文中，将二维封装问题简化为更简单的一维封装。只要OFDMA帧中有足够的空间，虚拟封装就使分组出列。如果给定突发的尺寸大于帧中的剩余空间(FCH+UL-MAP+DL-MAP+∑burst_i＜C_frame)，则停止虚拟封装。对于如此确定的突发，计算所需DL-MAP的尺寸并将其用作实际2维封装的初始粗略估计。

如果在整个分配处理中发现DL-MAP的初始尺寸不足并且DL-MAP需要更多空间，如果可能的话可以增加DL-MAP的初始尺寸。没有足够空间来充分增大DL-MAP的情形构成了将终止分配处理的两种情形中的一种。必须终止分配处理的第二种情形是：当分配剩余数据分组或突发中任一个所需的单元数量大于最大空闲矩形的尺寸时。

在终止了分配处理之后，可以产生封装后的数据分组/突发的阵列和未封装的数据分组/突发的阵列。在封装后的数据分组/突发的情况下，还可以返回帧内突发的位置。

关于根据本发明的通信系统的有利实施例，为了避免不必要的重复，将参考如上所述根据本发明的方法的有利实施例。

存在多种方式来以有利方式设计并进一步发展本发明的教导。为此，将参考从属于专利权利要求1和21的专利权利要求，并参考以下对附图示出的、本发明实施例的优选示例的解释。下面将结合借助附图对本发明实施例的优选示例的解释，来解释一般优选实施例以及对教导的进一步发展。

附图说明

图1示出了OFDMA帧的示例的抽象视图，并示出了数据分组级联机制；以及

图2示出了根据本发明实施例的示意性分配处理。

具体实施方式

参照图1，图1以时间(时隙)和频率(子信道)这两个维度示出了典型的OFDMA帧。此外，图1总体示出了可结合本发明而应用的级联机制。原理上，将单独地在OFDMA帧内分配每个数据分组。然而，通过级联机制，可以将来自不同连接的两个或更多个数据分组级联成突发，接着，可以在OFDMA帧内将突发作为整体进行分配。例如，根据图1所示的实施例，突发B1包括两个级联的数据分组、一个来自具有连接标识符CID1的连接的数据分组、以及另一个来自具有CID 3的连接的数据分组。在以下描述中，为了简单起见，对″突发″的指代将突发指代为如上所述级联后的数据分组，此外还将其指代为尚未级联的单个数据分组。

参照图2，示出了对OFDMA帧分配的处理。在给定示例中，要在OFDMA帧内分配的突发的整体简单地由三个突发(即突发B1、B2和B3)组成。然而，在实际情形下，典型地，将在一个OFDMA帧内分配更多的许多突发。

在图2的示例中考虑的OFDMA帧包括(频率轴上的)30个子信道和(时间轴上的)60个时隙。因此，总体封装空间具有30x 60＝1800个单元的面积。

图2a示出了第一突发的分配。由于将按突发尺寸的降序对突发进行封装，因此所要分配的第一突发是具有240个单元的最大突发B3。总是在所选封装区域的右上角对突发进行封装，在第一突发的情况下，所选封装区域是除固定开销所需空间外的整个OFDMA帧。固定开销包括FCH、UL-MAP和DL-MAP，为了清楚起见，在图2中省略了FCH、UL-MAP和DL-MAP。命名的开销部分被放置在帧的起始处，因此起始自OFDMA帧的左上角。

应当注意，仅突发的尺寸(即，分配所需的单元数量)是事先已知的。然而，必须估计突发的最优形状/维度，即，如何在OFDMA帧的时隙和子信道之间分布单元。根据本发明的优选实施例，该估计被执行为基于在放置后使最大空闲矩形最大化来放置突发。

在图2a所示的特定情况下，突发B3的最优维度是30个子信道乘8个时隙。这样的分布得到了完全覆盖OFDMA帧的结果空闲空间的仅一个空闲矩形。在图2a中，该矩形已由虚线框来指示，并已被标记为R1a。在已按该方式放置了突发B3之后，剩余的空矩形的列表按尺寸增加而排序。由于仅矩形R1a作为剩余的空矩形而存在，因此所述列表将仅包括具有30x 52＝1560个单元的尺寸的R1a。

参照图2b，在OFDMA帧内分配下一突发，即突发B1。如上所述，具有剩余空闲矩形的列表仅包括条目R1a。图2b示出了如何分配具有120个单元的总面积的突发B2的、示例性的两种不同可能性。在图2b的上部，示出了15x 8分布。突发B2的这种分配得到了两个空闲矩形R2a和R2b(再次由虚线框来指示)。这些矩形是通过对总体剩余空闲空间进行整理而获得的。通过计算空矩形R2a和R2b中每一个的面积，将发现矩形R2a具有30x 44＝1320个单元的面积，矩形R2b具有15x 52＝780个单元的面积。图2b的下部的分配得到了具有以下面积的两个整理的矩形R2c和R2d：R2c具有30x 37＝1110个单元，R2d具有22x 52＝1144个单元。

该处理是针对所有维度排列(即针对1x 120、2x 60、3x 40、4x 30等)执行的。应当注意，还考虑了需要填充的排列；在特定情况下，例如，具有1个填充单元的7x 17组合或具有3个填充单元的9x13组合。对于每种情况，计算整理后的剩余空闲矩形的尺寸。选择得到最大空闲矩形的组合。在给定示例中，图2b上部所示的组合得到了最大空闲矩形，其为具有30x 44＝1320个单元的尺寸的矩形R2a。因此，表示OFDMA帧内当前空的空间的数据结构的、包括按尺寸增加而排序的整理后的空矩形的集合在内的更新列表将包括第一位置中的矩形R2b和第二位置中的矩形R2a。

参照图2c，示出了对下一突发(突发B2)的分配。从空矩形的实际集合(在我们的情况下包括上述矩形R2b和R2a)中选择能够容纳所要分配的突发的最小矩形，作为该突发的封装区域。由于突发B2仅包括30个单元，因此具有1110个单元的尺寸的矩形R2b是大到足以容纳突发B2的空矩形的当前集合当中的最小矩形。因此，在矩形R2b的右上角对突发B2进行封装。再一次，如上所述确定突发B2的实际维度。为了示意的目的，在图2c中示出了两个可能的维度排列。在图2c的上部所示的组合表明(在封装区域的整理之后)，得到了由点线框指示且被标记为R3a的最大空闲矩形。矩形R3a具有15x 47＝705个单元的尺寸。因此，在分配了突发B3之后，将空矩形的集合更新为使得其包括矩形R3b(尺寸：468个单元)、R3a(尺寸：705个单元)和R2a(尺寸：1320个单元)。

在实际应用情形中，将在OFDMA帧内分配更多的许多突发。对于每个突发，分配处理将遵循与以上结合对突发B1、B2和B3的分配而描述的规则相同的规则。如果分配任意剩余突发所需的单元数量大于最大空闲矩形的尺寸，则将终止分配处理。

受益于以上描述和相关附图中的教导，本发明所属领域技术人员将想到此处阐述的本发明的许多修改和其他实施例。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施例，并且修改和其他实施例意在包含于所附权利要求的范围内。虽然此处采用了特定术语，但这些术语仅仅是在一般和描述性意义下使用的，而不用于限制的目的。