Способ адаптивной передачи данных в беспроводной сети по стандарту ieee 802.16

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способу адаптивной передачи данных в беспроводной сети по стандарту IEEE 802.16. Техническим результатом является повышение эффективности адаптивной передачи данных, достигаемый тем, что в заявляемом способе, во-первых, за счет того, что в заявляемом способе для каждого сервисного потока определяют минимальное значение мощности передачи с учетом способа обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне этого сервисного потока; во-вторых, за счет применения быстрой итеративной процедуры минимизации суммарной излучаемой за кадр мощности при условии выполнения требований механизма поддержки качества сервиса (QoS); в-третьих, за счет адаптации положения границы между кадрами прямого и обратного каналов. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способу адаптивной передачи данных в беспроводной сети по стандарту IEEE 802.16. Оно может быть использовано в беспроводных сетях передачи данных по стандарту IEEE 802.16.

В рамках парадигмы развития глобальной системы высокоскоростной беспроводной связи значительная роль отведена системам фиксированного и мобильного высокоскоростного беспроводного доступа. К ним можно отнести современные беспроводные сети передачи данных по стандарту IEEE 802.16.

Стандарт IEEE 802.16 (см. IEEE Standard 802.16-2004, IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks - Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, October 1, 2004 [1] и IEEE Project P802.16e, Draft Amendment to IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks - Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems - Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands, Draft 5, September 18, 2004 [2]) описывает требования к физическому уровню и уровню управления доступом к среде (в английской терминологии «MAC» - media access control) для систем фиксированного и мобильного высокоскоростного беспроводного доступа. Стандарт включает большинство ключевых современных технологий, такие как механизмы поддержки качества сервиса (в английской терминологии «QoS» - quality of service), адаптивное кодирование и модуляцию, регулировку мощности, селективную и гибридную повторную передачу, технологию передачи данных на ортогональных по частоте поднесущих (в английской терминологии «OFDM» - orthogonal frequency division multiplexing), а также множественный доступ с частотно-временным разделением (в английской терминологии «OFDMA» - orthogonal frequency division multiple access). Это дает широкие возможности для оптимизации беспроводных сетей передачи данных IEEE 802.16.

При оптимизации современных беспроводных сетей обязательно использование адаптивной передачи. Примерами адаптивной передачи являются регулировка мощности (см. J.Zander, "Performance of optimum transmitter power control in cellular radio systems," IEEE Trans. Veh. Technol., vol.41, pp.57-62, Feb. 1992 [3]) и совместное назначение мощности и скорости передачи (см. S.Т.Chung and A.J.Goldsmith, "Degrees of freedom in adaptive modulation: a unified view," IEEE Trans. Commun., vol.49, pp.1561-1571, Sep. 2001 [4]). Технология OFDM, впервые представленная в S.В.Weinstein and Paul M.Ebert, "Data transmission by frequency-division multiplexing using the discrete Fourier transform," IEEE Trans. Commun. Technol., vol.19, no.5, pp.628-634, Oct. 1971 [4], добавила дополнительную степень свободы при адаптивной передаче. Так как условия приема разные на разных поднесущих, то возможна адаптация отдельно по поднесущим (см. Т.Keller and L.Hanzo, "Adaptive modulation techniques for duplex OFDM transmission," IEEE Trans. Veh. Technol., vol.49, pp.1893-1906, Sep. 2000 [5]).

Технология OFDM дала развитие множественному доступу OFDMA, который является очень хорошим решением для передачи мультимедийных данных, обеспечивая при этом требования QoS. Множественный доступ OFDMA предоставляет удобную возможность адаптивно выделять частотно-временной ресурс, назначать мощность передачи и схемы кодирования и модуляции сервисным потокам с разными требованиями QoS. При выделении частотно-временного ресурса в множественном доступе OFDMA возможно два подхода: частотное разнесение и многопользовательское разнесение. Оба направлены на борьбу с частотно-селективным федингом.

При частотном разнесении все поднесущие одного пользователя псевдослучайно разносятся по всему спектру OFDM сигнала. Эта операция называется перемежением в частотной области. При наличии частотно-селективного фединга есть вероятность, что соседние поднесущие попадут в область существенных замираний. После частотного перемежения вероятность того, что все поднесущие одного пользователя, псевдослучайно разнесенные по всему спектру сигнала, попадут в область замираний, значительно уменьшается, что повышает помехоустойчивость передачи.

При использовании частотного разнесения условия приема для конкретной пользовательской станции характеризуются средними по всему спектру сигнала условиями. Соответственно, при частотном разнесении можно использовать алгоритмы адаптивной передачи, разработанные для множественного доступа с временным разделением, например, lordanis Koutsopoulos and Leandros Tassiulas, "Channel state-adaptive techniques for throughput enhancement in wireless broadband networks", Proc. IEEE Int. Conf. Comput. Commun. (INFOCOM 2001), no.1, pp.757-766, Apr.2001 [6] и Mohamed H. Ahmed, Halim Yanikomeroglu, David Falconer, and Samy Mahmoud, "Performance enhancement of joint adaptive modulation, coding and power control using cochannel-interferer assistance and channel reallocation", Proc. Wireless Commun. Networking Conf. (WCNC 2003), vol.4, no.1, pp.306-310, Mar. 2003 [7].

Идея многопользовательского разнесения основана на том, что картина частотно-селективных замираний в частотной области у разных пользовательских станций разная, так как фединги у них независимые. При этом достаточно вероятна ситуация, при которой у одной пользовательской станции уровень сигнала группы поднесущих замер, а у другой эта же группа поднесущих наоборот усилена федингом. Если частота фединга достаточно низкая, то каждую группу поднесущих можно адаптивно назначать пользовательской станции с наилучшими текущими условиями приема.

Оптимизации систем OFDMA с многопользовательским разнесением посвящено большое количество публикаций. Минимизация суммарного занимаемого частотно-временного ресурса проведена, например, в lordanis Koutsopoulos and Leandros Tassiulas, "Carrier assignment algorithms in wireless broadband networks with channel adaptation," Proc. IEEE Int. Conf. Commun. (ICC 2001), no.1, pp.1401-1405, June 2001 [8] и Miguel Acena and Stephan Pfletschinger, "A spectrally efficient method for subcarrier and bit allocation in OFDMA," Proc. IEEE Veh. Technol Conf. (VTC 2005 Spring) [9]. Максимизация пропускной способности приведена, например, в Didem Kivanc, Guoqing Li, and Hui Liu, "Computationally efficient bandwidth allocation and power control for OFDMA," IEEE Trans. Wireless Commun., vol.2, no.6, pp.1150-1158, Nov. 2003 [10] и Ying Jun Zhang and Khaled Ben Letaief, "Multiuser adaptive subcarrier-and-bit allocation with adaptive cell selection for OFDM systems," IEEE Trans. Wireless Commun., vol.3, no.5, pp.1566-1575, Sep. 2004 [11]. Минимизация суммарной излучаемой мощности рассмотрена, например, в Cheong Yui Wong, Roger S.Cheng, Khaled Ben Letaief, and Ross D.Murch, "Multiuser OFDM with adaptive subcarrier, bit, and power allocation," IEEE J. Select. Areas Commun., vol.17, no.10, pp.1747-1758, Oct. 1999 [12] и Ying Jun Zhang and Khaled Ben Letaief, "Adaptive resource allocation and scheduling for multiuser packet-based OFDM networks," IEEE Int. Conf. Commun. (ICC 2004), vol.27, no.1, pp.2949-2953, June 2004 [13]. Максимизация функции полезности представлена, например, в Guocong Song and Ye (Geoffrey) Li Cross-Layer Optimization for OFDM Wireless Networks-Part II: Algorithm Development, IEEE Transactions on Wireless Communications, vol.4, no.2, pp.625-634, March 2005 [14] и Luke Т.Н. Lee, Chung-Ju Chang, Yih-Shen Chen, and Scott Shen, "A utility-approached radio resource allocation algorithm for downlink in OFDMA cellular systems," Proc. IEEE Veh. Technol Conf. (VTC 2005 Spring) [15].

Популярным методом улучшения характеристик современных беспроводных сетей передачи данных является совместная оптимизация алгоритмов нескольких уровней системы, например алгоритмов физического уровня и уровня MAC. Это позволяет разрабатывать алгоритмы адаптации параметров передачи с учетом особенности обработки блоков данных сервисных потоков на физическом уровне и уровне MAC (см. Guocong Song and Ye (Geoffrey) Li Cross-Layer Optimization for OFDM Wireless Networks-Part II: Algorithm Development, IEEE Transactions on Wireless Communications, vol.4, no.2, pp.625-634, March 2005 [16] и Qingwen Liu, Shengli Zhou, and Georgios B. Giannakis, "Cross-layer combining of adaptive modulation and coding with truncated ARQ over wireless links," IEEE Trans. Wireless Commun., vol.3, no.5, Sep. 2004 [17]). При разработке алгоритмов, удовлетворяющих требованиям QoS, совместная оптимизация становится обязательной. Это утверждение можно обосновать следующим образом.

Блоки данных, поступающие с верхних уровней на уровень MAC, преобразуются в нем в пакеты данных с использованием операций упаковки и фрагментации. Набор пакетов данных перед передачей разбивается на кодовые блоки на физическом уровне, при этом каждый кодовый блок кодируется и декодируется независимо. Так как требования QoS предъявляются к потоку блоков данных, а передаются и принимаются кодовые блоки, то при разработке алгоритмов адаптивной передачи, удовлетворяющих требованиям QoS, учет особенности обработки на физическом уровне и уровне MAC является обязательным.

Основным недостатком известных решений является то, что они не учитывают особенностей обработки блоков данных на уровне MAC и процедур преобразования блоков данных в пакеты данных. Также, не учитываются особенности приема кодовых блоков при использовании технологии OFDM. Соответственно, известные алгоритмы не обеспечивают выполнение требований QoS.

Наиболее близким по технической сущности решением к заявляемому способу является решение, описанное в опубликованной заявке на изобретение РФ №2003125611 [18].

В способе-прототипе [18] осуществляют:

- адаптивное распределение частотно-временного ресурса,

- адаптивное кодирование и модуляцию и

- регулировку мощности.

Способ-прототип предназначен для системы связи базовой станции и абонентских станций. Для каждой абонентской станции необходимо в каждом кадре прямого и обратного каналов обеспечить передачу требуемого объема данных с заданным качеством.

Согласно описанию можно выделить следующие основные признаки его реализации.

Для каждого формируемого кадра прямого и обратного каналов для каждой абонентской станции определяют требуемые значения энергетических параметров для различных видов кодирования и модуляции в зависимости от заданного качества и от заданного объема данных, необходимых для передачи в формируемом кадре прямого и обратного каналов.

Измеряют значения энергетических параметров в текущем кадре прямого и обратного каналов.

Передают на базовую станцию значения энергетических параметров, измеренных в прямом канале.

Прогнозируют величину энергетических параметров формируемого кадра прямого и обратного каналов по значениям мощностей передачи и измеренным энергетическим параметрам предыдущих кадров.

Определяют требуемые значения мощностей передачи для различных видов кодирования и модуляции в зависимости от требуемых значений и прогнозируемой величины энергетических параметров.

Исключают из дальнейшего рассмотрения виды кодирования и модуляции, для которых требуемое значение мощностей передачи недостижимо вследствие ограничений на диапазон регулировки мощности.

Для всех оставшихся видов кодирования и модуляции определяют величину частотно-временного ресурса, необходимого для передачи требуемого объема данных в формируемом кадре прямого и обратного каналов.

Суммируют необходимые величины частотно-временного ресурса абонентских станций, соответствующие оставшимся видам кодирования и модуляции с максимальной скоростью передачи данных, и сравнивают полученную сумму с доступным частотно-временным ресурсом формируемого кадра.

В случае не превышения назначают каждой абонентской станции вид модуляции и кодирования, а также соответствующие им мощность передачи и величину частотно-временного ресурса таким образом, чтобы минимизировать среднюю мощность формируемого кадра при условии передачи всех необходимых данных.

В случае превышения величину частотно-временного ресурса распределяют между абонентскими станциями в соответствии с их приоритетом и назначают каждой абонентской станции вид модуляции и кодирования с максимальной скоростью передачи данных и соответствующую им мощность передачи.

Способ-прототип обладает тремя существенными недостатками.

Он не учитывает особенности обработки блоков данных на уровне MAC и на физическом уровне. Соответственно, он обеспечивает передачу данных с заданным качеством только при отсутствии такой обработки. Так как большинство современных беспроводных сетей используют обработку блоков данных на уровне MAC и на физическом уровне, то в них способ-прототип не может обеспечивать выполнение требований QoS.

Согласно описанию способа-прототипа, для минимизации суммарной излучаемой за кадр мощности используется полный перебор возможных значений аргументов целевой функции. В способе-прототипе отсутствует описание быстрой процедуры оптимизации целевой функции. Как правило, полный перебор на практике не применим.

Способ-прототип не осуществляет адаптацию положения границы между кадрами прямого и обратного каналов. В случае существенной асимметрии загрузки прямого и обратного каналов, адаптация положения границы между кадрами прямого и обратного каналов приведет к существенному увеличению максимальной пропускной способности.

Задача, на решение которой направлен заявляемый способ, - повышение эффективности адаптивной передачи данных в беспроводной сети по стандарту IEEE 802.16.

Технический результат достигается путем применения заявляемого способа адаптивной передачи данных в беспроводной сети по стандарту IEEE 802.16, при котором беспроводная сеть передачи данных включает, по меньшей мере, одну базовую станцию и, по меньшей мере, одну пользовательскую станцию, каждая базовая станция и каждая пользовательская станция имеют ограничения на максимальную мощность передачи, в беспроводной сети передачи данных используют временной дуплекс, множественный доступ с частотно-временным разделением и структуру кадра с частотным разнесением, кадр включает кадр прямого канала и кадр обратного канала, причем граница между кадрами прямого и обратного каналов адаптивно меняется от кадра к кадру, каждая пользовательская станция имеет один или несколько сервисных потоков в прямом канале, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре прямого канала, или один или несколько сервисных потоков в обратном канале, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре обратного канала, или один или несколько сервисных потоков в прямом канале, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре прямого канала, и один или несколько сервисных потоков в обратном канале, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре обратного канала, каждому сервисному потоку заданы набор требований по качеству сервиса, набор параметров и способ обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне, всем сервисным потокам всех пользовательских станций заданы приоритеты, при передаче каждому сервисному потоку назначают вид кодирования и модуляции и мощность передачи, при этом виды кодирования и модуляции пронумерованы в порядке возрастания скорости передачи, начиная с единицы и заканчивая номером Q. Способ заключается в том, что итеративно выбирают положение границы между кадрами прямого и обратного каналов таким образом, что в качестве целевой функции при выборе положения границы используют величину мощности, излучаемой при передаче всех блоков данных всех сервисных потоков прямого и обратного каналов, запланированных к передаче в текущем кадре, в качестве начального положения выбирают среднее положение границы, если в текущем кадре поместились все запланированные к передаче блоки данных сервисных потоков прямого и обратного каналов, то в качестве конечного положения границы выбирают такое положение, ближайшее к начальному, которое соответствует локальному минимуму целевой функции, если в текущем кадре не поместились все запланированные к передаче блоки данных сервисных потоков прямого и обратного каналов, то в качестве конечного положения границы выбирают такое положение, ближайшее к начальному, которое соответствует максимальному приоритету последнего поместившегося сервисного потока, для каждого положения границы независимо для кадров прямого и обратного каналов итеративно выбирают набор сервисных потоков, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре, а также вид кодирования и модуляции и мощность передачи для каждого сервисного потока этого набора таким образом, что включают в набор сервисных потоков прямого канала все сервисные потоки прямого канала, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре, в начале итеративной процедуры назначают всем сервисным потокам набора вид кодирования и модуляции с минимальной скоростью передачи, для каждого сервисного потока набора определяют минимальное значение мощности передачи, при котором выполняется набор требований по качеству сервиса этого сервисного потока, размещают все сервисные потоки набора в кадре прямого канала, если ограничение на максимальную мощность передачи не выполняется, то исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру с самого начала, иначе, если все сервисные потоки набора не поместились в кадр прямого канала, то, если остался хотя бы один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого меньше Q, то выбирают один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, и размещают все сервисные потоки набора в кадре прямого канала, иначе исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру с начала, иначе текущий набор сервисных потоков прямого канала и их текущие вид кодирования и модуляции и мощность передачи используют при передаче в текущем кадре прямого канала, включают в набор сервисных потоков обратного канала все сервисные потоки обратного канала, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре, в начале итеративной процедуры назначают всем сервисным потокам набора вид кодирования и модуляции с минимальной скоростью передачи, для каждого сервисного потока набора определяют минимальное значение мощности передачи, при котором выполняется набор требований по качеству сервиса этого сервисного потока, размещают все сервисные потоки набора в кадре обратного канала, если ограничение на максимальную мощность передачи не выполняется, то исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру с самого начала, иначе, если все сервисные потоки набора не поместились в кадр обратного канала, то, если остался хотя бы один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого меньше Q, то выбирают один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, и размещают все сервисные потоки набора в кадре обратного канала, иначе исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру с начала, иначе текущий набор сервисных потоков обратного канала и их текущие вид кодирования и модуляции и мощность передачи используют при передаче в текущем кадре обратного канала.

При этом для каждого сервисного потока набора прямого канала минимальное значение мощности передачи определяют таким образом, что один раз в Ω1 кадров, где Ω1 больше либо равно единицы, для пользовательской станции, к которой относится этот сервисный поток, измеряют условия приема в прямом канале, передают измеренные условия приема с пользовательской станции на базовую станцию, используя переданные измеренные условия приема и соответствующие им значения мощности передачи, прогнозируют условия приема в текущем кадре прямого канала, используя прогноз условий приема, набор требований по качеству сервиса, набор параметров и способ обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне этого сервисного потока, вид кодирования и модуляции, назначенный этому сервисному потоку, суммарный размер блоков данных этого сервисного потока, запланированных к передаче в текущем кадре, определяют минимальное значение мощности передачи этого сервисного потока, при котором выполняется его набор требований по качеству сервиса.

Для каждого сервисного потока набора обратного канала минимальное значение мощности передачи определяют таким образом, что один раз в Ω2 кадров, где Ω2 больше либо равно единице, для пользовательской станции, к которой относится этот сервисный поток, измеряют условия приема в обратном канале, используя измеренные условия приема и соответствующие им значения мощности передачи, прогнозируют условия приема в текущем кадре обратного канала, используя прогноз условий приема, набор требований по качеству сервиса, набор параметров и способ обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне этого сервисного потока, вид кодирования и модуляции, назначенный этому сервисному потоку, суммарный размер блоков данных этого сервисного потока, запланированных к передаче в текущем кадре, определяют минимальное значение мощности передачи этого сервисного потока, при котором выполняется его набор требований по качеству сервиса.

Все сервисные потоки набора в кадре прямого канала размещают таким образом, что определяют размер частотно-временного ресурса, необходимого для передачи блоков данных каждого сервисного потока, используя вид кодирования и модуляции, назначенный этому сервисному потоку, суммарный размер блоков данных этого сервисного потока, запланированных к передаче в текущем кадре, способ обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне этого сервисного потока, последовательно в порядке убывания приоритетов сервисных потоков из текущего набора для прямого канала размещают сервисные потоки в кадре прямого канала, при этом размещают сервисные потоки только в свободной части частотно-временного ресурса кадра прямого канала, каждый сервисный поток занимает в кадре прямого канала часть частотно-временного ресурса, равную вычисленному размеру частотно-временного ресурса, необходимого для передачи блоков данных этого сервисного потока, свободный частотно-временной ресурс кадра прямого канала занимают слева направо сверху вниз.

Все сервисные потоки набора в кадре обратного канала размещают таким образом, что определяют размер частотно-временного ресурса, необходимого для передачи блоков данных каждого сервисного потока, используя вид кодирования и модуляции, назначенный этому сервисному потоку, суммарный размер блоков данных этого сервисного потока, запланированных к передаче в текущем кадре, способ обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне этого сервисного потока, последовательно в порядке убывания приоритетов сервисных потоков из текущего набора для обратного канала размещают сервисные потоки в кадре обратного канала, при этом размещают сервисные потоки только в свободной части частотно-временного ресурса кадра обратного канала, каждый сервисный поток занимает в кадре обратного канала часть частотно-временного ресурса, равную вычисленному размеру частотно-временного ресурса, необходимого для передачи блоков данных этого сервисного потока, свободный частотно-временной ресурс кадра обратного канала занимают слева направо сверху вниз.

Один сервисный поток прямого канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы минимизировать прирост излучаемой мощности, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

Один сервисный поток обратного канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы минимизировать прирост излучаемой мощности, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

Один сервисный поток прямого канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы максимизировать прирост доступного частотно-временного ресурса, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

Один сервисный поток обратного канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы максимизировать прирост доступного частотно-временного ресурса, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

Один сервисный поток прямого канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы минимизировать отношение прироста излучаемой мощности к приросту доступного частотно-временного ресурса, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

Один сервисный поток обратного канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы минимизировать отношение прироста излучаемой мощности к приросту доступного частотно-временного ресурса, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

Заявляемый способ адаптивной передачи данных в беспроводной сети по стандарту IEEE 802.16 имеет отличия от известных технических решений, которые в совокупности позволяют повысить эффективность адаптивной передачи данных в беспроводной сети по стандарту IEEE 802.16. Эти отличия заключаются в следующем.

В заявляемом способе осуществляют адаптацию положения границы между кадрами прямого и обратного каналов. Ее выполняют следующим образом.

Итеративно выбирают положение границы между кадрами прямого и обратного каналов таким образом, что в качестве целевой функции при выборе положения границы используют величину мощности, излучаемой при передаче всех блоков данных всех сервисных потоков прямого и обратного каналов, запланированных к передаче в текущем кадре, в качестве начального положения выбирают среднее положение границы, если в текущем кадре поместились все запланированные к передаче блоки данных сервисных потоков прямого и обратного каналов, то в качестве конечного положения границы выбирают такое положение, ближайшее к начальному, которое соответствует локальному минимуму целевой функции, если в текущем кадре не поместились все запланированные к передаче блоки данных сервисных потоков прямого и обратного каналов, то в качестве конечного положения границы выбирают такое положение, ближайшее к начальному, которое соответствует максимальному приоритету последнего поместившегося сервисного потока.

В способе-прототипе не осуществляют адаптацию положения границы между кадрами прямого и обратного каналов. В случае существенной асимметрии загрузки прямого и обратного каналов, адаптация положения границы между кадрами прямого и обратного каналов приведет к существенному увеличению максимальной пропускной способности.

В заявляемом способе для каждого положения границы независимо для кадров прямого и обратного каналов итеративно выбирают набор сервисных потоков, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре, а также вид кодирования и модуляции и мощность передачи для каждого сервисного потока этого набора таким образом, чтобы минимизировать суммарную излучаемую мощность при условии выполнения требований QoS. Выбор выполняют следующим образом.

Для каждого положения границы независимо для кадров прямого и обратного каналов итеративно выбирают набор сервисных потоков, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре, а также вид кодирования и модуляции и мощность передачи для каждого сервисного потока этого набора таким образом, что включают в набор сервисных потоков прямого канала все сервисные потоки прямого канала, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре, в начале итеративной процедуры назначают всем сервисным потокам набора вид кодирования и модуляции с минимальной скоростью передачи, для каждого сервисного потока набора определяют минимальное значение мощности передачи, при котором выполняется набор требований по качеству сервиса этого сервисного потока, размещают все сервисные потоки набора в кадре прямого канала, если ограничение на максимальную мощность передачи не выполняется, то исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру с самого начала, иначе, если все сервисные потоки набора не поместились в кадр прямого канала, то, если остался хотя бы один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого меньше Q, то выбирают один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, и размещают все сервисные потоки набора в кадре прямого канала, иначе исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру с начала, иначе текущий набор сервисных потоков прямого канала и их текущие вид кодирования и модуляции и мощность передачи используют при передаче в текущем кадре прямого канала, включают в набор сервисных потоков обратного канала все сервисные потоки обратного канала, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре, в начале итеративной процедуры назначают всем сервисным потокам набора вид кодирования и модуляции с минимальной скоростью передачи, для каждого сервисного потока набора определяют минимальное значение мощности передачи, при котором выполняется набор требований по качеству сервиса этого сервисного потока, размещают все сервисные потоки набора в кадре обратного канала, если ограничение на максимальную мощность передачи не выполняется, то исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру с самого начала, иначе, если все сервисные потоки набора не поместились в кадр обратного канала, то, если остался хотя бы один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого меньше Q, то выбирают один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, и размещают все сервисные потоки набора в кадре обратного канала, иначе исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру с начала, иначе текущий набор сервисных потоков обратного канала и их текущие вид кодирования и модуляции и мощность передачи используют при передаче в текущем кадре обратного канала.

В способе-прототипе эту последовательность действий не выполняют. В способе-прототипе предложено использование полного перебора для минимизации средней мощности формируемого кадра. Предлагаемая в заявляемом способе быстрая итеративная процедура минимизации суммарной излучаемой за кадр мощности позволяет существенно снизить вычислительные затраты по сравнению с полным перебором.

Описание изобретения поясняется примерами выполнения и чертежами.

На фиг.1 показаны очереди сервисных потоков в секторе.

На фиг.2 показана очередь одного сервисного потока.

На фиг.3 показана логическая структура кадра с частотным разнесением.

Фиг.4 иллюстрирует процедуру выбора набора сервисных потоков, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре, а также вида кодирования и модуляции и мощности передачи для каждого сервисного потока этого набора.

Рассмотрим работу заявляемого способа адаптивной передачи данных в беспроводной сети по стандарту IEEE 802.16.

Заявляемый способ реализуют на базовой станции. При этом используют, например, процессоры цифровой обработки сигналов или другие процессоры реального времени.

Рассмотрим один сектор в беспроводной сети передачи данных.

Обозначим:

- N - количество пользовательских станций в секторе,

- - количество сервисных потоков пользовательской станции n в прямом канале,

- - количество сервисных потоков пользовательской станции n в обратном канале.

Очереди сервисных потоков в секторе показаны на фиг.1. Очередь одного сервисного потока показана на фиг.2.

Обозначим:

- k - номер кадра,

- Q(k) - размер очереди на начало кадра k,

- A(k) - суммарный размер блоков данных сервисного потока, поступивший в очередь за кадр k,

- T(k) - суммарный размер блоков данных сервисного потока, переданных из очереди за кадр k,

- R(k) - суммарный размер блоков данных сервисного потока, которые надо повторно передать, о чем стало известно за кадр k (если используется повторная передача).

Состояние очереди описывается уравнением

Q(k+1)=Q(k)+A(k)-T(k)+R(k)

Каждому сервисному потоку заданы набор требований QoS и набор параметров .

Набор требований QoS сервисного потока включает три параметра:

- максимальная средняя вероятность ошибочного приема блока данных β_QoS,

- максимальная средняя задержка блока данных D_QoS,

- минимальная средняя скорость безошибочной (с заданной вероятностью β_QoS) передачи блока данных R_QoS.

Основная задача алгоритма планирования передачи (scheduling) - обеспечение требований QoS для всех сервисных потоков прямого и обратного каналов сектора, если это возможно.

Для решения этой задачи алгоритм планирования передачи раз в кадр формирует набор величин Т(k) для очередей всех сервисных потоков прямого и обратного каналов.

Алгоритм планирования передачи решает задачу удовлетворения требований QoS совместно с алгоритмом управления ресурсом.

При отсутствии повторной передачи алгоритм планирования передачи обеспечивает выполнение требований QoS на задержку D_QoS и скорость передачи R_QoS, а требование QoS на вероятность ошибки β_QoS обеспечивает алгоритм управления ресурсом.

При наличии повторной передачи задержка передачи блоков данных зависит от условий приема и от алгоритма управления передачей, а вероятность ошибки можно считать сколь угодно малой, т.е. требование на вероятность ошибки β_QoS автоматически удовлетворяется. Поэтому алгоритм планирования передачи обеспечивает выполнение требований QoS на скорость передачи R_QoS, а задачу выполнения требований QoS на задержку D_QoS алгоритмы решают совместно.

Блоки данных, запланированные для передачи в данном кадре, перед передачей преобразуются в пакеты данных. Алгоритм управления ресурсом назначает каждому набору пакетов данных схему кодирования и модуляции, а также излучаемую мощность.

После того, как для некоторого сервисного потока принято решение о количестве данных, которое будет передаваться в текущем кадре, а также о схеме кодирования и модуляции, который будет при этом использоваться, известен размер частотно-временного ресурса, который должен быть выделен этому сервисному потоку в текущем кадре.

Заявляемый способ адаптивной передачи данных в беспроводной сети по стандарту IEEE 802.16 решает задачу управления передачей данных в следующей постановке.

Совместно для кадров прямого и обратного каналов минимизировать суммарную мощность, излучаемую всеми сервисными потоками прямого и обратного каналов в кадрах прямого и обратного каналов, при удовлетворении требований QoS и ограничении на суммарную мощность, излучаемую в единицу времени (один OFDM символ).

Предполагается, что в сети передачи данных используется структура кадра с частотным разнесением, т.е. нет необходимости решать задачу выбора расположения выделенных частотно-временных ресурсов в кадрах прямого и обратного каналов.

При минимизации можно варьировать относительные размеры частотно-временного ресурса кадров прямого и обратного каналов. Суммарный размер кадров прямого и обратного канала фиксирован.

Каждому сервисному потоку задан способ обработки на уровне управления доступом к среде передачи (MAC) и на физическом уровне

Рассмотрим математическое описание структуры кадра с частотным разнесением.

Логическая структура кадра с частотным разнесением показана на фиг.3. Кадр имеет фиксированную длительность и содержит кадр прямого канала и кадр обратного канала. Граница между кадрами прямого и обратного каналов может адаптивно меняться от кадра к кадру. Есть крайнее левое положение границы и крайнее правое положение границы .

Во временной области кадры прямого и обратного каналов разделены на временные слоты, каждый из которых содержит один или несколько OFDM символов. В частотной области поднесущие кадров прямого и обратного каналов разделены на частотные подканалы, каждый из которых содержит несколько поднесущих. Перед передачей поднесущие одного частотного подканала псевдослучайно распределяются во всей полосе частот OFDM сигнала. Будем называть один временной слот элементом временного ресурса, а один частотный подканала - элементом частотного ресурса кадра.

Предполагаем, что частотно-временной ресурс кадров прямого и обратного каналов выделяется сервисным потокам непрерывно, начиная с верхней левой части каждого из кадров. Часть кадров прямого или обратного канала может быть уже занята для передачи служебных сообщений. Тогда ресурс для передачи данных выделяется в свободной части кадров используя описанное выше правило.

Будем использовать следующие обозначения:

- - возможные значения положения границы между кадрами прямого и обратного каналов,

- - количество элементов временного ресурса кадра прямого канала при положении границы t_SPL,

- - количество элементов временного ресурса кадра обратного канала при положении границы T_SPL,

- где - количество элементов частотного ресурса в элементе m_DL временного ресурса кадра прямого канала,

- где - количество элементов частотного ресурса в элементе m_UL временного ресурса кадра обратного канала,

- - количество сервисных потоков прямого канала, наборы пакетов данных которых надо передать в этом кадре,

- - количество сервисных потоков обратного канала, наборы пакетов данных которых надо передать в этом кадре,

- - количество пользовательских станций, наборы пакетов данных сервисных потоков обратного канала которых надо передать в этом кадре обратного канала,

- δ_SS(n_SS, n_UL)∈{0,1} - индикатор принадлежности сервисного потока n_UL обратного канала пользовательской станции n_SS, где

- - ограничение на максимальную излучаемую мощность в элементе m_DL временного ресурса кадра прямого канала,

- - ограничение на максимальную мощность, излучаемую пользовательской станцией n_SS в элементе m_UL временного ресурса кадра обратного канала,

- где - размер набора блоков данных сервисного потока n_DL прямого канала,

- где - размер набора блоков данных сервисного потока n_UL обратного канала,

- - набор требований QoS сервисного потока n_DL прямого канала,

- - набор требований QoS сервисного потока n_UL обратного канала,

- Q - количество схем кодирования и модуляции,

- - размер частотно-временного ресурса, необходимого для передачи при использовании схемы кодирования и модуляции q_DL, где

- - размер частотно-временного ресурса, необходимого для передачи при использовании схемы кодирования и модуляции q_UL, где

- - излучаемая мощность, назначенная сервисному потоку n_DL прямого канала,

- - излучаемая мощность, назначенная сервисному потоку n_UL обратного канала,

- α_DL(m_DL,i_DL,n_DL)∈{0,1} - индикатор занятости элемента частотно-временного ресурса (m_DL,i_DL) кадра прямого канала, где сервисным потоком n_DL прямого канала,

- α_UL(m_UL,i_UL,n_UL)∈{0,1} - индикатор занятости элемента частотно-временного ресурса (m_UL,i_UL) кадра обратного канала, где сервисным потоком n_UL обратного канала.

В описании изобретения термины «вид кодирования и модуляции» и «схема кодирования и модуляции» имеют одинаковый смысл и используются наравне.

Задача минимизации суммарной мощности, излучаемой за кадр всеми сервисными потоками прямого и обратного каналов, математически формулируется как условная минимизация.

Найти

при ограничении на суммарную мощность, излучаемую в единицу времени,

на доступный размер частотно-временного ресурса кадров прямого и обратного каналов

и выполнении требований QoS всех сервисных потоков прямого и обратного каналов

если последнее возможно.

Дополнительно предполагается, что у сервисных потоков есть относительные приоритеты. Если последнее условие выполнить не возможно, то из рассмотрения итеративно убираются сервисные потоки с наименьшими приоритетами.

Порядок заполнения частотно-временного ресурса кадра - слева направо в порядке убывания приоритетов сервисных потоков.

Виды кодирования и модуляции пронумерованы в порядке возрастания скорости передачи, начиная с единицы и заканчивая номером Q.

Заявляемый способ адаптивной передачи данных в беспроводной сети по стандарту IEEE 802.16 включает две итеративные процедуры:

- процедуру выбора положения границы между кадрами прямого и обратного каналов и

- процедуру выбора набора сервисных потоков, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре, а также вида кодирования и модуляции и мощность передачи для каждого сервисного потока этого набора.

Вторая процедура выполняется для каждого положения границы между кадрами прямого и обратного каналов. Она выполняется независимо в кадрах прямого и обратного каналов.

Рассмотрим процедуру выбора положения границы между кадрами прямого и обратного каналов. Она выполняется следующим образом.

Итеративно выбирают положение границы между кадрами прямого и обратного каналов таким образом, что

- в качестве целевой функции при выборе положения границы используют величину мощности, излучаемой при передаче всех блоков данных всех сервисных потоков прямого и обратного каналов, запланированных к передаче в текущем кадре,

- в качестве начального положения выбирают среднее положение границы,

- если в текущем кадре поместились все запланированные к передаче блоки данных сервисных потоков прямого и обратного каналов, то в качестве конечного положения границы выбирают такое положение, ближайшее к начальному, которое соответствует локальному минимуму целевой функции,

- если в текущем кадре не поместились все запланированные к передаче блоки данных сервисных потоков прямого и обратного каналов, то в качестве конечного положения границы выбирают такое положение, ближайшее к начальному, которое соответствует максимальному приоритету последнего поместившегося сервисного потока. Рассмотрим процедуру выбора набора сервисных потоков, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре, а также вида кодирования и модуляции и мощность передачи для каждого сервисного потока этого набора, для прямого канала. Она выполняется следующим образом.

Для каждого положения границы независимо для кадров прямого и обратного каналов итеративно выбирают набор сервисных потоков, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре, а также вид кодирования и модуляции и мощность передачи для каждого сервисного потока этого набора таким образом, что

- включают в набор сервисных потоков прямого канала все сервисные потоки прямого канала, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре,

- в начале итеративной процедуры назначают всем сервисным потокам набора вид кодирования и модуляции с минимальной скоростью передачи,

- для каждого сервисного потока набора определяют минимальное значение мощности передачи, при котором выполняется набор требований по качеству сервиса этого сервисного потока,

- размещают все сервисные потоки набора в кадре прямого канала,

- если ограничение на максимальную мощность передачи не выполняется,

то

- исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру с самого начала,

иначе,

если все сервисные потоки набора не поместились в кадр прямого канала,

то,

если остался хотя бы один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого меньше Q,

то

- выбирают один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, и размещают все сервисные потоки набора в кадре прямого канала,

иначе

- исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру с начала,

иначе

- текущий набор сервисных потоков прямого канала и их текущие вид кодирования и модуляции и мощность передачи используют при передаче в текущем кадре прямого канала.

Поясним следующие операции процедуры выбора набора сервисных потоков, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре, а также вида кодирования и модуляции и мощность передачи для каждого сервисного потока этого набора, для прямого канала:

- операцию определения для каждого сервисного потока набора минимального значения мощности передачи, при котором выполняется набор требований по качеству сервиса этого сервисного потока,

- операцию размещения всех сервисных потоков набора в кадре прямого канала и

- операцию выбора одного сервисного потока, номер вида кодирования и модуляции которого уменьшают на единицу.

Для каждого сервисного потока набора прямого канала минимальное значение мощности передачи определяют таким образом, что

- один раз в Ω1 кадров, где Ω1 больше либо равно единице, для пользовательской станции, к которой относится этот сервисный поток, измеряют условия приема в прямом канале,

- передают измеренные условия приема с пользовательской станции на базовую станцию,

- используя переданные измеренные условия приема и соответствующие им значения мощности передачи, прогнозируют условия приема в текущем кадре прямого канала,

- используя

прогноз условий приема,

набор требований по качеству сервиса, набор параметров и способ обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне этого сервисного потока,

вид кодирования и модуляции, назначенный этому сервисному потоку,

суммарный размер блоков данных этого сервисного потока, запланированных к передаче в текущем кадре,

- определяют минимальное значение мощности передачи этого сервисного потока, при котором выполняется его набор требований по качеству сервиса.

Все сервисные потоки набора в кадре прямого канала размещают таким образом, что

- определяют размер частотно-временного ресурса, необходимого для передачи блоков данных каждого сервисного потока, используя

вид кодирования и модуляции, назначенный этому сервисному потоку,

суммарный размер блоков данных этого сервисного потока, запланированных к передаче в текущем кадре,

способ обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне этого сервисного потока,

- последовательно в порядке убывания приоритетов сервисных потоков из текущего набора для прямого канала размещают сервисные потоки в кадре прямого канала, при этом

размещают сервисные потоки только в свободной части частотно-временного ресурса кадра прямого канала,

каждый сервисный поток занимает в кадре прямого канала часть частотно-временного ресурса, равную вычисленному размеру частотно-временного ресурса, необходимого для передачи блоков данных этого сервисного потока,

свободный частотно-временной ресурс кадра прямого канала занимают слева направо сверху вниз.

Один сервисный поток прямого канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы минимизировать прирост излучаемой мощности, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

Этот выбор осуществляют по формуле

q_DL(n_DL)<Q

Один сервисный поток прямого канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы максимизировать прирост доступного частотно-временного ресурса, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

Этот выбор осуществляют по формуле

q_DL(n_DL)<Q

Один сервисный поток прямого канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы минимизировать отношение прироста излучаемой мощности к приросту доступного частотно-временного ресурса, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

Этот выбор осуществляют по формуле

Рассмотрим процедуру выбора набора сервисных потоков, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре, а также вида кодирования и модуляции и мощность передачи для каждого сервисного потока этого набора, для обратного канала. Она выполняется следующим образом.

Для каждого положения границы для кадра обратного канала итеративно выбирают набор сервисных потоков, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре, а также вид кодирования и модуляции и мощность передачи для каждого сервисного потока этого набора таким образом, что

- включают в набор сервисных потоков обратного канала все сервисные потоки обратного канала, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре,

- в начале итеративной процедуры назначают всем сервисным потокам набора вид кодирования и модуляции с минимальной скоростью передачи,

- для каждого сервисного потока набора определяют минимальное значение мощности передачи, при котором выполняется набор требований по качеству сервиса этого сервисного потока,

- размещают все сервисные потоки набора в кадре обратного канала,

- если ограничение на максимальную мощность передачи не выполняется,

то

исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру с самого начала,

иначе,

если все сервисные потоки набора не поместились в кадр обратного канала,

то,

- если остался хотя бы один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого меньше Q,

то

- выбирают один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, и размещают все сервисные потоки набора в кадре обратного канала,

иначе

- исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру с начала,

иначе

- текущий набор сервисных потоков обратного канала и их текущие вид кодирования и модуляции и мощность передачи используют при передаче в текущем кадре обратного канала.

Поясним следующие операции процедуры выбора набора сервисных потоков, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре, а также вида кодирования и модуляции и мощность передачи для каждого сервисного потока этого набора, для обратного канала:

- операцию определения для каждого сервисного потока набора минимального значения мощности передачи, при котором выполняется набор требований по качеству сервиса этого сервисного потока,

- операцию размещения всех сервисные потоки набора в кадре прямого канала и

- операцию выбора одного сервисного потока, номер вида кодирования и модуляции которого уменьшают на единицу.

Для каждого сервисного потока набора обратного канала минимальное значение мощности передачи определяют таким образом, что

- один раз в Ω2 кадров, где Ω2 больше либо равно единице, для пользовательской станции, к которой относится этот сервисный поток, измеряют условия приема в обратном канале,

- используя измеренные условия приема и соответствующие им значения мощности передачи, прогнозируют условия приема в текущем кадре обратного канала,

используя

прогноз условий приема,

набор требований по качеству сервиса, набор параметров и способ обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне этого сервисного потока,

вид кодирования и модуляции, назначенный этому сервисному потоку,

суммарный размер блоков данных этого сервисного потока, запланированных к передаче в текущем кадре,

- определяют минимальное значение мощности передачи этого сервисного потока, при котором выполняется его набор требований по качеству сервиса.

Все сервисные потоки набора в кадре обратного канала размещают таким образом, что

- определяют размер частотно-временного ресурса, необходимого для передачи блоков данных каждого сервисного потока, используя

вид кодирования и модуляции, назначенный этому сервисному потоку,

суммарный размер блоков данных этого сервисного потока, запланированных к передаче в текущем кадре,

способ обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне этого сервисного потока,

- последовательно в порядке убывания приоритетов сервисных потоков из текущего набора для обратного канала размещают сервисные потоки в кадре обратного канала, при этом

размещают сервисные потоки только в свободной части частотно-временного ресурса кадра обратного канала,

каждый сервисный поток занимает в кадре обратного канала часть частотно-временного ресурса, равную вычисленному размеру частотно-временного ресурса, необходимого для передачи блоков данных этого сервисного потока,

свободный частотно-временной ресурс кадра обратного канала занимают слева направо сверху вниз.

Один сервисный поток обратного канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы минимизировать прирост излучаемой мощности, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

Этот выбор осуществляют по формуле

q_UL(n_UL)<Q

Один сервисный поток обратного канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы максимизировать прирост доступного частотно-временного ресурса, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

Этот выбор осуществляют по формуле

q_UL(n_UL)<Q

Один сервисный поток обратного канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы минимизировать отношение прироста излучаемой мощности к приросту доступного частотно-временного ресурса, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

Этот выбор осуществляют по формуле

На фиг.4 проиллюстрирована процедура выбора набора сервисных потоков, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре, а также вида кодирования и модуляции и мощности передачи для каждого сервисного потока этого набора. Эта процедура осуществляется независимо для прямого канала и для обратного канала.

Алгоритм реализации процедуры выбора набора сервисных потоков прямого канала, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре прямого канала, а также вида кодирования и модуляции и мощности передачи для каждого сервисного потока набора прямого канала условно можно разделить на шесть шагов (фиг.4), каждый из которых включает определенную последовательность действий способа.

На первом шаге:

- включают в набор сервисных потоков прямого канала все сервисные потоки прямого канала, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре.

После первого шага переходят ко второму шагу.

На втором шаге:

- в начале итеративной процедуры назначают всем сервисным потокам набора вид кодирования и модуляции с минимальной скоростью передачи,

- для каждого сервисного потока набора определяют минимальное значение мощности передачи, при котором выполняется набор требований по качеству сервиса этого сервисного потока.

После второго шага переходят к третьему шагу.

На третьем шаге:

- размещают все сервисные потоки набора в кадре прямого канала.

После третьего шага проверяют условие А:

- выполняется ли ограничение на максимальную мощность передачи.

Если ограничение на максимальную мощность передачи не выполняется, то переходят к четвертому шагу.

На четвертом шаге:

- исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом.

После четвертого шага переходят ко второму шагу.

Если ограничение на максимальную мощность передачи выполняется, то проверяют условие Б:

- поместились ли все сервисные потоки набора в кадр прямого канала.

Если все сервисные потоки набора не поместились в кадр прямого канала, то проверяют условие В:

- остался ли хотя бы один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого меньше Q.

Если остался хотя бы один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого меньше Q, то переходят к пятому шагу.

На пятом шаге:

- выбирают один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу.

После пятого шага переходят к третьему шагу.

Если не осталось ни одного сервисного потока, номер вида кодирования и модуляции которого меньше Q, то переходят к четвертому шагу.

Если все сервисные потоки набора поместились в кадр прямого канала, то переходят к шестому шагу.

На шестом шаге:

- текущий набор сервисных потоков прямого канала и их текущие вид кодирования и модуляции и мощность передачи используют при передаче в текущем кадре прямого канала.

На этом процедура выбора набора сервисных потоков прямого канала, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре прямого канала, а также вида кодирования и модуляции и мощности передачи для каждого сервисного потока набора прямого канала завершена.

Алгоритм реализации процедуры выбора набора сервисных потоков обратного канала, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре обратного канала, а также вида кодирования и модуляции и мощности передачи для каждого сервисного потока набора обратного канала аналогичен описанному алгоритму для прямого канала.

Заявляемый способ адаптивной передачи данных в беспроводной сети по стандарту IEEE 802.16 обладает следующими существенными преимуществами по сравнению с известными в данной области техники изобретениями.

Во-первых, заявляемый способ обеспечивает выполнение требований QoS при передаче блоков данных сервисных потоков прямого и обратного каналов. Это преимущество достигается за счет того, что в заявляемом способе для каждого сервисного потока определяют минимальное значение мощности передачи с учетом способа обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне этого сервисного потока.

Во-вторых, в заявляемом способе предложена быстрая итеративная процедура минимизации суммарной излучаемой мощности при условии выполнения требований QoS. Это позволяет существенно уменьшить вычислительные затраты по сравнению с известными способами.

В-третьих, в заявляемом способе предусмотрен учет асимметрии загрузки прямого и обратного каналов. Это преимущество достигается за счет того, что в заявляемом способе осуществляют адаптацию положения границы между кадрами прямого и обратного каналов.

1. Способ адаптивной передачи данных в беспроводной сети по стандарту IEEE 802.16, при котором беспроводная сеть передачи данных включает, по меньшей мере, одну базовую станцию и по меньшей мере одну пользовательскую станцию, каждая базовая станция и каждая пользовательская станция имеют ограничения на максимальную мощность передачи, в беспроводной сети передачи данных используют временной дуплекс, множественный доступ с частотно-временным разделением и структуру кадра с частотным разнесением, кадр включает кадр прямого канала и кадр обратного канала, причем граница между кадрами прямого и обратного каналов адаптивно меняется от кадра к кадру, каждая пользовательская станция имеет один или несколько сервисных потоков в прямом канале, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре прямого канала, или один или несколько сервисных потоков в обратном канале, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре обратного канала, или один или несколько сервисных потоков в прямом канале, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре прямого канала, и один или несколько сервисных потоков в обратном канале, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре обратного канала, каждому сервисному потоку заданы набор требований по качеству сервиса, набор параметров и способ обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне, всем сервисным потокам всех пользовательских станций заданы приоритеты, при передаче каждому сервисному потоку назначают вид кодирования и модуляции и мощность передачи, при этом виды кодирования и модуляции пронумерованы в порядке возрастания скорости передачи начиная с единицы и заканчивая номером Q, заключающийся в том, что итеративно выбирают положение границы между кадрами прямого и обратного каналов таким образом, что в качестве целевой функции при выборе положения границы используют величину мощности, излучаемой при передаче всех блоков данных всех сервисных потоков прямого и обратного каналов, запланированных к передаче в текущем кадре, в качестве начального положения выбирают среднее положение границы, если в текущем кадре поместились все запланированные к передаче блоки данных сервисных потоков прямого и обратного каналов, то в качестве конечного положения границы выбирают такое положение, ближайшее к начальному, которое соответствует локальному минимуму целевой функции, если в текущем кадре не поместились все запланированные к передаче блоки данных сервисных потоков прямого и обратного каналов, то в качестве конечного положения границы выбирают такое положение, ближайшее к начальному, которое соответствует максимальному приоритету последнего поместившегося сервисного потока, для каждого положения границы независимо для кадров прямого и обратного каналов итеративно выбирают набор сервисных потоков, блоки данных которых будут передаваться в текущем кадре, а также вид кодирования и модуляции и мощность передачи для каждого сервисного потока этого набора, таким образом, что включают в набор сервисных потоков прямого канала все сервисные потоки прямого канала, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре, в начале итеративной процедуры назначают всем сервисным потокам набора вид кодирования и модуляции с минимальной скоростью передачи, для каждого сервисного потока набора определяют минимальное значение мощности передачи, при котором выполняется набор требований по качеству сервиса этого сервисного потока, размещают все сервисные потоки набора в кадре прямого канала, если ограничение на максимальную мощность передачи не выполняется, то исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру с самого начала, иначе, если все сервисные потоки набора не поместились в кадр прямого канала, то, если остался хотя бы один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого меньше Q, выбирают один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, и размещают все сервисные потоки набора в кадре прямого канала, иначе исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру сначала, иначе текущий набор сервисных потоков прямого канала и их текущие вид кодирования и модуляции и мощность передачи используют при передаче в текущем кадре прямого канала, включают в набор сервисных потоков обратного канала все сервисные потоки обратного канала, блоки данных которых запланированы к передаче в текущем кадре, в начале итеративной процедуры назначают всем сервисным потокам набора вид кодирования и модуляции с минимальной скоростью передачи, для каждого сервисного потока набора определяют минимальное значение мощности передачи, при котором выполняется набор требований по качеству сервиса этого сервисного потока, размещают все сервисные потоки набора в кадре обратного канала, если ограничение на максимальную мощность передачи не выполняется, то исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру с самого начала, иначе, если все сервисные потоки набора не поместились в кадр обратного канала, то, если остался хотя бы один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого меньше Q, выбирают один сервисный поток, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, и размещают все сервисные потоки набора в кадре обратного канала, иначе исключают из набора сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают итеративную процедуру сначала, иначе текущий набор сервисных потоков обратного канала и их текущие вид кодирования и модуляции и мощность передачи используют при передаче в текущем кадре обратного канала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для каждого сервисного потока набора прямого канала минимальное значение мощности передачи определяют таким образом, что один раз в Ω1 кадров, где Ω1 больше либо равно единице, для пользовательской станции, к которой относится этот сервисный поток, измеряют условия приема в прямом канале, передают измеренные условия приема с пользовательской станции на базовую станцию, используя переданные измеренные условия приема и соответствующие им значения мощности передачи, прогнозируют условия приема в текущем кадре прямого канала, используя прогноз условий приема, набор требований по качеству сервиса, набор параметров и способ обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне этого сервисного потока, вид кодирования и модуляции, назначенный этому сервисному потоку, суммарный размер блоков данных этого сервисного потока, запланированных к передаче в текущем кадре, определяют минимальное значение мощности передачи этого сервисного потока, при котором выполняется его набор требований по качеству сервиса.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для каждого сервисного потока набора обратного канала минимальное значение мощности передачи определяют таким образом, что один раз в Ω2 кадров, где Ω2 больше либо равно единице, для пользовательской станции, к которой относится этот сервисный поток, измеряют условия приема в обратном канале, используя измеренные условия приема и соответствующие им значения мощности передачи, прогнозируют условия приема в текущем кадре обратного канала, используя прогноз условий приема, набор требований по качеству сервиса, набор параметров и способ обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне этого сервисного потока, вид кодирования и модуляции, назначенный этому сервисному потоку, суммарный размер блоков данных этого сервисного потока, запланированных к передаче в текущем кадре, определяют минимальное значение мощности передачи этого сервисного потока, при котором выполняется его набор требований по качеству сервиса.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что все сервисные потоки набора в кадре прямого канала размещают таким образом, что определяют размер частотно-временного ресурса, необходимого для передачи блоков данных каждого сервисного потока, используя вид кодирования и модуляции, назначенный этому сервисному потоку, суммарный размер блоков данных этого сервисного потока, запланированных к передаче в текущем кадре, способ обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне этого сервисного потока, последовательно в порядке убывания приоритетов сервисных потоков из текущего набора для прямого канала размещают сервисные потоки в кадре прямого канала, при этом размещают сервисные потоки только в свободной части частотно-временного ресурса кадра прямого канала, каждый сервисный поток занимает в кадре прямого канала часть частотно-временного ресурса, равную вычисленному размеру частотно-временного ресурса, необходимого для передачи блоков данных этого сервисного потока, свободный частотно-временной ресурс кадра прямого канала занимают слева направо сверху вниз.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что все сервисные потоки набора в кадре обратного канала размещают таким образом, что определяют размер частотно-временного ресурса, необходимого для передачи блоков данных каждого сервисного потока, используя вид кодирования и модуляции, назначенный этому сервисному потоку, суммарный размер блоков данных этого сервисного потока, запланированных к передаче в текущем кадре, способ обработки на уровне управления доступом к среде передачи и на физическом уровне этого сервисного потока, последовательно в порядке убывания приоритетов сервисных потоков из текущего набора для обратного канала размещают сервисные потоки в кадре обратного канала, при этом размещают сервисные потоки только в свободной части частотно-временного ресурса кадра обратного канала, каждый сервисный поток занимает в кадре обратного канала часть частотно-временного ресурса, равную вычисленному размеру частотно-временного ресурса, необходимого для передачи блоков данных этого сервисного потока, свободный частотно-временной ресурс кадра обратного канала занимают слева направо сверху вниз.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что один сервисный поток прямого канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы минимизировать прирост излучаемой мощности, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что один сервисный поток обратного канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы минимизировать прирост излучаемой мощности, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что один сервисный поток прямого канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы максимизировать прирост доступного частотно-временного ресурса, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что один сервисный поток обратного канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы максимизировать прирост доступного частотно-временного ресурса, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что один сервисный поток прямого канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы минимизировать отношение прироста излучаемой мощности к приросту доступного частотно-временного ресурса, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что один сервисный поток обратного канала из текущего набора, номер вида кодирования и модуляции которого увеличивают на единицу, выбирают таким образом, чтобы минимизировать отношение прироста излучаемой мощности к приросту доступного частотно-временного ресурса, при условии, что до увеличения его номер вида кодирования и модуляции был меньше Q.