CN1222137C - 无线通信系统中带宽请求/准许协议的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种在宽带无线通信系统中分配带宽的方法，包括：(a)确定选定的客户站设备的增量带宽要求；(b)将增量带宽请求传送到与所述选定的客户站设备相关的基站，其中所述增量带宽请求包含用于指示在步骤(a)中确定的增量带宽要求的信息；(c)确定所述选定的客户站设备的集合带宽要求；(d)确定是否应将集合带宽请求传送到与所述选定的客户站设备相关的基站，其中所述集合带宽请求包含用于指示在步骤(c)中确定的集合带宽要求的信息；和(e)如果在步骤(c)中确定需要所述集合带宽请求，则将所述集合带宽请求传送给所述相关基站，并返回步骤(a)，否则在不传送所述集合带宽请求的情况下返回步骤(a)。

Description

无线通信系统中带宽请求/准许协议的方法和设备
技术领域
本发明涉及无线通信系统，涉及宽带无线通信系统中带宽请求/准许协议的方法和设备。
背景技术
如2000年1月18日颁发的普通转让的美国专利No.6016311，“AnAdaptive Time Division Duplexing Method and Apparatus forDynamic Bandwidth Allocation within a Wireless CommunicationSystem”(该专利据此作为参考被引用)中所述，无线通信系统促进了多个用户广播站或用户单元(固定的和便携的)和固定的网络基础结构之间的双向通信。例证的通信系统包括移动蜂窝电话系统，个人通信系统(PCS)和无绳电话。这些无线通信系统的关键目标是在多个用户单元和它们各自的基站之间，应请求提供通信信道，以便连接用户单元用户和固定的网络基础结构(一般为有线系统)。在具有多址访问方案的无线系统中，时间“帧”被用作基站信息传输单位。每帧被细分成多个时隙。一些时隙用于控制，一些时隙用于信息传送。用户单元通常利用“双工”方案与基站通信，从而允许沿连接的两个方向交换信息。
从基站到用户单元的传输通常被称为“下行链路”传输。从用户单元到基站的传输通常被称为“上行链路”传输。根据指定系统的设计标准，现有技术的无线通信系统一般使用时分双工(TDD)或频分双工(FDD)方法来简化基站和用户单元之间的信息交换。TDD和FDD双工方案在本领域中都众所周知。
近来，提出了用于传送增强宽带服务，例如语音、数据和视频服务的宽带无线通信网络。宽带无线通信系统简化了多个基站和多个固定用户站或客户站设备(CPE)之间的双向通信。在引用的美国专利No.6016311中描述了一个例证的宽带无线通信系统，并且在图1的方框图中表示所述宽带无线通信系统。如图1中所示，例证的宽带无线通信系统100包括多个小区102。每个小区102包含一个相关的小区站点104，小区站点104主要包括基站106和有源天线阵列108。每个小区102提供小区的基站106和在小区102的覆盖范围内设置在固定客户位置112的多个客户站设备(CPE)110之间的无线连通性。系统100的用户可包括居住用户和商业用户。因此，系统的用户具有不同并且不断变化的使用和带宽要求。每个小区可服务数百个或者更多的居住CPE和商业CPE。
图1的宽带无线通信系统100向多个CPE 110提供真正的“请求式带宽分配”。CPE 110根据CPE所服务的客户请求的服务的类型和质量，向它们各自的基站106请求带宽分配。不同的宽带服务具有不同的带宽和等待时间要求。适用于客户的服务的类型和质量是可变和可选的。根据服务要求的信息速率和服务质量(另外还考虑带宽可用性及其它系统参数)，确定专用于指定服务的带宽数量。例如，T1型连续数据服务一般要求具有受控良好的传送等待时间的大量带宽。在终止之前，这些服务需要在每帧上的恒定带宽分配。相反，某些类型的数据服务，例如网际协议数据服务(TCP/IP)是脉冲式的，经常空闲(在任意时刻需要零带宽)，并且当激活时对延迟变化较不敏感。
由于各种各样CPE服务要求的缘故，并且由于任意一个基站服务大量的CPE，因此在如图1中所示的宽带无线通信系统中的带宽分配过程会变得繁重又复杂。尤其是对于上行链路带宽分配更是如此。基站并不具备和选定的CPE在任意时刻会要求的服务的带宽或质量相关的先验信息。因此，关于改变上行链路带宽分配的请求必然是频繁的和不断变化的。由于上行链路带宽要求的这种变动性，选定基站所服务的许多CPE需要频繁发出带宽分配请求。如果不受控制，则带宽分配请求会对系统性能产生不利影响。如果保持未经检查状态，则和分配的用于传输真实通信数据的带宽相比，适应CPE带宽分配请求所需的带宽将过高，导致比例失调。从而，会不利地减少适合于提供宽带服务的通信系统带宽。
一些现有系统试图通过保存和需要访问共享系统资源的各种数据源相关的逻辑队列，来解决具有共享系统资源的系统中的带宽分配要求。在Karol等的美国专利No.5675573(1997年10月7日颁证)中教导了这样的现有系统。更具体地说，Karol等讲授了一种带宽分配系统，所述系统允许来自竞争访问共享处理结构的不同源点的通信流内的分组或信元，按照主要根据与各个通信流相关的单独的保证带宽要求确定的顺序访问所述共享处理结构。另外，Karol等讲授的系统允许不同的源点按照其次根据整体系统标准，例如到达时间，或者通信流内的分组或信元的应到日期确定的顺序访问共享处理结构。在等待访问处理结构时，来自各个数据源(例如带宽请求设备)的数据的分组或信元在单独的逻辑缓冲中排队。
在普通转让并且引用的美国专利申请No.09/316518(申请日2000年5月21日)中描述的带宽分配技术利用称为“带宽请求/准许协议”的机制来达到单个CPE连接的请求式带宽需要。一般来说，带宽请求/准许协议按照下述说明工作。CPE通常把带宽请求传送给相关基站。请求识别连接的集合(即全部)带宽需要。基站接收带宽请求并确定是否存在适用于批准带宽请求的足够带宽。如果存在足够带宽，则向该连接批准请求的带宽，否则在批准请求的带宽之前，基站等待足够带宽变成可用。如同父代专利申请中所述，带宽请求/准许协议提高了理想条件下，无线通信系统中的带宽分配效率。
但是，众所周知，由于所有无线通信系统固有的噪声和干扰效应的缘故，带宽请求(及相关的批准)可能丢失(即从未被相关基站收到)或者被延迟。当带宽请求在CPE和基站之间的传输过程中丢失或者被延迟时，带宽分配效率会受到不利影响。丢失或者延迟的带宽请求通过导致基站不能向它们各自的相关CPE准确地分配带宽，会造成无线通信系统中带宽分配效率的降低。
例如，考虑选定的CPE向其相关基站传送带宽请求的情形，其中所述请求识别选定CPE的集合带宽要求。假定由于基站和选定CPE之间空中链路上的干扰的缘故，带宽请求在传输中被丢失。本例中，相关的基站从未收到选定CPE的集合带宽要求，于是基站决不会批准该CPE的带宽请求。在等待适当的一段时间之后，CPE会确定还没有从基站收到带宽批准。不利的是，该CPE将不能确定是带宽请求在传输过程中被丢失，还是基站只是不具备批准该请求的足够带宽(给定相关连接的服务质量(QoS))。
该CPE随后为同一连接传送第二带宽请求。在某些条件下，会发生导致带宽分配技术浪费带宽的分配的“竞争情形”。如果带宽请求的时刻使得选定的CPE在基站批准第一请求的同一时刻为同一连接发出第二带宽请求，则第二请求和第一请求的批准会同时通过链路传送。即，如果基站在收到CPE的第二请求之前，传送第一请求的批准，则基站会响应第二请求，同时为同一连接重复批准带宽请求。这会不利地影响带宽分配的效率。
防止发生上述“竞争情形”的一种备选带宽请求/准行协议是所谓的“保证传送协议”。众所周知，保证传送协议利用响应带宽请求传送的确认消息。根据保证传送协议方法，CPE向其相关基站传送识别选定连接的集合带宽需要的带宽请求。基站接收带宽请求，并向CPE传送确认，从而通知收到带宽请求。如果CPE没有收到确认，则CPE重发带宽请求。有利的是，保证传送协议极大地减少了基站错误地向CPE分配重复带宽(如上所述)的可能性，从而，提高了带宽分配效率。但是，不利的是，保证传送协议需要在基站和CPE之间传送确认消息所必需的额外带宽。此外，由于CPE必须等待从它们的相关基站接收确认，因此降低了与带宽分配相关的响应时间。
称为“增量带宽请求/准许协议”的一些带宽请求/准许协议试图通过利用增量带宽请求代替集合带宽请求，解决上面提及的和数据传输效率相关的问题。增量带宽请求识别CPE连接的额外带宽需要。例如，根据增量带宽请求方法，基站可向相关的CPE连接分配1000单位的带宽。稍后，CPE连接可能需要1500单位的集合带宽(即它需要额外的500单位的带宽)。根据增量带宽请求/准许协议，CPE将向其相关基站传送指示它需要额外的500个单位的带宽的增量带宽请求。当收到增量带宽请求时，基站把CPE连接的当前集合带宽计算成1500单位(先前批准的1000单位+请求的500单位)。
有利的是，由于增量带宽请求/准许协议不需要确认消息，因此和使用保证传送协议的系统相比，使用增量带宽请求/准许协议的系统响应更快速，需要的带宽更少。不利的是，当增量带宽请求丢失时，基站失去与CPE连接的同步，从而失去对CPE的集合带宽需要的跟踪。由于基站一般通过计算每个增量带宽请求和先前的集合带宽需要估计值的和，计算集合带宽需要，因此会失去同步。从而，在CPE连接被复位之前，基站和CPE连接将脱离同步状态。
一些带宽请求/准许协议系统试图通过利用“零带宽请求”(ZBR)消息解决具有共享系统资源的系统中的带宽分配要求。这样的一种带宽分配系统被称为零带宽请求消息协议系统，并且下面说明该系统。CBR消息协议系统利用“填充分组”和众所周知的TDMA多路复用方案。在众所周知的TDMA多路复用方案中，BS向相关的CPE指定其一部分上行链路子帧(即带宽)。相关CPE在上行链路上把数据传送给BS。当CPE不具备利用其全部带宽的足够上行链路数据(即CPE具有过多的带宽分配)时，它传送填充分组以便填充其未用部分带宽。CPE随后向其相关基站(BS)传送ZBR消息，请求降低CPE的带宽分配。CPE的相关基站随后据此降低CPE的带宽分配。
不利的是，在ZBR消息协议系统中，ZBR消息的利用会降低通信系统整体速度。基站和CPE分别需要增大处理时间，以便处理和传送ZBR消息。BS需要增大处理时间来处理ZBR消息。在典型的通信系统中，这种缺陷被扩大，因为BS通常从数百个相关CPE接收ZBR消息。从而，通信系统中的每个BS需要相当大量的时间来处理这些ZBR消息。
零带宽请求消息协议系统的另一缺陷是当确定是否向它们的相关基站传送零带宽请求时，CPE会变糊涂。例如，CPE具有下述状态：每秒一个信元的CG连接速率和不具备任何可用数据的DAMA连接。当CPE的相关BS在1秒时间间隔内分配一个信元时，在CPE的ATM控制器队列中，该信元可能还不可用。根据ZBR协议系统，由于DAMA连接的“无可用数据”状态，CPE应传送ZBR消息。但是，CPE并不了解CG信元是否将要被发送，从而CPE不了解是否向其相关BS传送ZBR消息。从而，CPE变糊涂，并且会错误传送ZBR消息或者错误地抑制传送ZBR消息。
于是需要一种有效处理和响应带宽分配请求的带宽请求/准许协议方法和设备。带宽分配方法和设备应适应在无线通信系统的上行链路上，产生请求并不断改变带宽分配请求的任意大量CPE。例如，在图1中所示的系统中，通过协调它们在上行链路上的传输，可允许多达100个CPE同时处于激活状态。此外，系统可适应物理信道上接近1000个CPE。就带宽在多个基站和多个CPE之间交换的带宽请求和批准消息所消耗的带宽数量来说，这种带宽分配方法和设备应是高效的。即，CPE产生的大量带宽请求消耗的带宽占可用上行链路带宽的百分率应极小。另外，带宽分配方法和设备应即时并准确地响应带宽分配请求。该方法和设备应对特定通信链路的需求敏感。由于几个因素(包括通过链路提供的服务的类型和用户类型)的缘故，带宽需求可发生变化。应在足够短的时间帧内把带宽分配给优先级高的服务，以便保持CPE规定的服务质量。当由于存在于空中链路上的噪声或干扰效应的缘故丢失带宽请求时，带宽请求/准许协议方法和设备应进行自我校正。
发明内容
本发明是在带宽无线通信系统中请求和分配带宽的方法和设备。
根据本发明的一个方面，提供了一种在宽带无线通信系统中分配带宽的方法，其中所述无线通信系统包括与对应的相关基站进行通信的多个客户站设备，并且基站保存用于表示上行链路和下行链路通信路径中的带宽分配的上行链路和下行链路子帧映射，所述方法包括：
(a)确定选定的客户站设备的增量带宽要求；
(b)将增量带宽请求传送到与所述选定的客户站设备相关的基站，其中所述增量带宽请求包含用于指示在步骤(a)中确定的增量带宽要求的信息；
(c)确定所述选定的客户站设备的集合带宽要求；
(d)确定是否应将集合带宽请求传送到与所述选定的客户站设备相关的基站，其中所述集合带宽请求包含用于指示在步骤(c)中确定的集合带宽要求的信息；和
(e)如果在步骤(c)中确定需要所述集合带宽请求，则将所述集合带宽请求传送给所述相关基站，并返回步骤(a)，否则在不传送所述集合带宽请求的情况下返回步骤(a)。
根据本发明的另一个方面，提供了一种在带宽无线通信系统中分配带宽的设备，其中所述宽带无线通信系统包括与对应的相关基站进行通信的多个客户站设备，其中基站保存用于表示上行链路和下行链路通信路径中的带宽分配的上行链路和下行链路子帧映射，所述设备包括：
(a)用于计算选定的客户站设备的增量带宽要求和集合带宽要求的带宽要求计算装置；
(b)可操作地与所述带宽要求计算装置耦合、用于将增量带宽请求和集合带宽请求传送给与所述选定的客户站设备相关的基站的传输装置，其中所述增量带宽请求表示所述选定的客户站设备的增量带宽要求，所述集合带宽请求表示所述选定的客户站设备的集合带宽要求；
(c)可操作地与传输装置耦合、用于确定是否应将集合带宽请求传送给所述相关基站的确定装置，其中当所述确定装置确定应将集合带宽请求传送给所述相关基站时，所述确定装置使所述传输装置定期地传送集合带宽请求。
在一个实施例中，所述方法和设备是在无线通信系统中高效分配带宽的自校正带宽请求/准许协议。自校正带宽请求/准许协议利用增量带宽请求和集合带宽请求的组合。CPE主要向各自的相关基站传送增量带宽请求。CPE还定期向它们的相关基站传送集合带宽请求。通过主要要求增量带宽请求，极大降低了对于同一连接，基站错误地向同一CPE发出重复带宽分配的可能性。通过要求CPE按照增量方式请求带宽，消除了只有当传送集合带宽请求时才会发生的竞争情形。
另外，通过要求CPE定期传送集合带宽请求(表述它们各自的连接队列的当前状态)，带宽分配方法和设备是“自校正的”。因为当从它们各自的CPE收到集合带宽请求时，基站检测丢失的任意增量带宽请求，因此带宽分配方法和设备是自校正的。当收到并处理集合带宽请求时，基站重置它们的记录，以便正确反映它们的相关CPE的当前带宽要求。集合带宽请求的定期应用提供一种自校正带宽分配协议，还不需要通常与现有技术的自校正协议(例如保证传送协议)相联系的带宽开销(例如传送确认所需的带宽)。
在无线通信系统中，以请求-分配为基础，向DAMA服务分配带宽。当CPE要求DAMA连接上的额外带宽时，它向相关的基站传送带宽请求消息。CPE把增量带宽请求传送给其相关基站。定期地(例如每隔四个带宽请求)，CPE把集合带宽请求传送给其相关基站。集合带宽请求被基站用于“重置”(或更新)其记录，以便反映CPE的当前带宽要求。这样，本发明的带宽分配协议被认为是“自校正的”。在另外的实施例中，连续传送四个增量带宽请求，之后传送一个集合带宽请求。在备选实施例中，可使用连续增量和集合带宽请求的备选模式。
在一个实施例中，本发明的方法和设备利用简化的带宽请求/准许协议分配带宽。该实施例利用填充分组请求降低分配给CPE的带宽。在一个实施例中，当BS调制解调器从CPE收到填充分组时，基站调制解调器通知基站CPU。在通知BS CPU之后，本发明的方法可降低相关CPE的带宽分配。
这里公开的实施例减小出于带宽请求和带宽分配目的而必须分配的带宽的数量。允许CPE请求带宽的时机受到严格控制，并且利用多个带宽请求和分配技术的组合来控制带宽请求过程。CPE可向相关基站传送带宽请求消息的方法有很多种。
这样的一种方法使用“轮询”技术，基站借助所述“轮询”技术轮询一个或多个CPE，并分配专用于允许CPE以带宽请求表示回答的带宽。基站对CPE的轮询可以是对CPE设置“poll-me”位的响应，另一方面，基站对CPE的轮询可以是定期的。根据本发明，可定期轮询物理信道上的单个CPE，多组CPE或者每个CPE。当单独轮询CPE时，基站通过在上行链路子帧映射中分配允许CPE以带宽请求表示回答的上行链路带宽，轮询单个CPE。类似地，就组轮询来说，基站通过在上行链路子帧映射中分配允许CPE以带宽请求表示回答的上行链路带宽，轮询几个CPE。如果发生冲突，则CPE必须竞争分配的带宽。带宽分配并不呈由基站传递给CPE的显式消息的形式，相反，通过在上行链路子帧映射中分配带宽隐含传送带宽分配。
降低带宽请求消息消耗的带宽所使用的另一种方法是在已分配给CPE的带宽上“捎带确认”带宽请求的技术。按照该技术，通过利用已分配给CPE的上行链路带宽的先前未用部分，当前激活的CPE请求带宽。另一方面，可在已分配并且目前正被数据服务使用的上行链路带宽上捎带确认带宽请求。按照这种备选方案，CPE通过在先前用于数据的时隙中插入带宽请求，“窃取”已分配给数据连接的带宽。
CPE负责按照适应CPE所提供服务的方式，分发分配的上行链路带宽。CPE可以按照和初始请求的或者基站批准的方式不同的方式，自由使用分配给它的上行链路带宽。CPE确定向哪些服务给予带宽，哪些服务必须等待随后的带宽请求。使CPE确定如何分配其分到的带宽的一个优点是可免除基站执行该任务。另外，消除了因基站指示CPE如何分配其分到的带宽而需要的通信开销。通过组合使用带宽分配技术，系统可利用与每种技术相关的效率好处。基站媒体存取控制(“MAC”)分配上行链路和下行链路上的物理信道上的可用带宽。在上行链路和下行链路子帧内，基站MAC根据不同服务的服务质量(“QoS”)施加的优先级和规则，在不同的服务之间分配可用带宽。基站MAC为它服务的每个物理信道保存一组队列。在每个物理信道队列组内，基站保存每个QoS的队列。队列保存准备传送给存在于物理信道上的CPE的数据。基站高级MAC控制层可以自由执行和相同QoS下，连接之间的存取的共享相关的任意方便的公平或通信整形算法，而不会影响基站低级MAC控制层。就确定关于特定CPE，在特定QoS下分配的带宽的数量来说，基站考虑QoS，调制和用于避免单个CPE用完所有可用带宽的平均标准。在一个实施例中，基站试图利用自适应时分双工技术(ATDD)，平衡上行链路/下行链路带宽分配。除了数据队列不是被基站保存，而是在每个单独CPE之间分配数据队列，并由各个单独CPE保存之外，上行链路带宽分配方法和下行链路带宽分配方法非常相似。基站最好利用上面描述的技术，从CPE接收带宽请求，而不是直接检查队列状态。
附图说明
图1表示了适合于与本发明一起应用的宽带无线通信系统。
图2表示在实践本发明的过程中，可被图1的通信系统使用的TDD帧和多帧结构。
图3表示可被基站用于向图1的无线通信系统中的多个CPE传送信息的下行链路子帧的例子。
图4表示适合于与本发明的带宽分配一起应用的例证上行链路子帧。
图5是表示实践本发明的单独轮询技术所使用的信息交换序列的流程图。
图6是表示本发明的单独轮询技术的流程图。
图7表示用于简化本发明的组播/广播带宽分配技术的例证上行链路子帧映射。
图8是表示本发明的组播和广播轮询技术的流程图。
图9是表示根据本发明，使用“poll-me”激励CPE的轮询的流程图。
图10表示在利用“poll-me”位请求轮询的过程中，本发明所使用的消息序列。
图11是表示本发明的带宽请求捎带确认过程的流程图。
图12表示本发明使用的下行链路带宽分配方法。
图13表示本发明使用的上行链路带宽分配方法。
图14表示适合于供这里公开的实施例之用的例证通信系统的简化方框图。
图15a是表示自校正带宽请求/准许协议方法的一个实施例的流程图。
图15b是表示自校正带宽请求/准许协议方法的另一实施例的流程图。
图16表示简化的带宽请求/准许协议方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
本说明书中，所表示的优选实施例和例子只是对本发明的举例说明，而不是对本发明的限制。
本发明的实施例是在宽带无线通信系统中分配带宽的带宽请求/准许协议的方法和设备。宽带无线通信系统，以及在这方面具有由多个用户共用的物理通信媒体的任意通信系统的一个非常重要的性能指标是系统利用物理媒体的效率有多高。由于无线通信系统是共用媒体通信网络，因此必须控制用户对网络的访问和传输。在无线通信系统中，媒体存取控制(“MAC”)协议一般控制用户对物理媒体的存取。MAC确定何时允许用户在物理媒体上进行传输。另外，如果允许线路竞争，则MAC控制线路竞争过程，并解决发生的任意冲突。
在图1中所示的系统中，由存在于基站106中的软件(在某些实施例中，软件可在基站和CPE中的处理器上运行)执行的MAC控制所有CPE 110的传输时间。基站106接收关于传输权的请求，并且在考虑到优先权、服务类型、服务质量和与CPE 110相关的其它因素的情况下，在有效时间内批准这些请求。如同上面在发明背景技术中所述，由诸如语音之类CPE 110 TDM信息提供的服务中继自PBX。在服务频谱的另一端，CPE可向上传输突发的，但是容许延迟的计算机数据，以便与众所周知的万维网或者因特网通信。
基站MAC为上行链路和下行链路通信链路映射并分配带宽。这些映射由基站产生并保存，被称为上行链路子帧射映射和下行链路子帧映射。MAC必须分配足以适应由诸如T1、E1之类高优先级恒定位速率(CBR)服务和类似的恒定位速率服务强加的带宽要求的足够带宽。另外，MAC必须在诸如网际协议(IP)数据服务之类低优先级服务内分配剩余的系统带宽。MAC利用各种依赖于QoS的技术，例如公平加权排队和循环排队，在这些低优先级服务间分配带宽。
图1中所示的通信系统的下行链路基于点对多点(即从基站106到多个CPE 110)进行工作。如美国专利No.6016311中所述，中央基站106包括能够同时向几个扇区进行发射的扇形有源天线阵列108。在系统100的一个实施例中，有源天线阵列108同时向6个独立的扇区进行发射。在指定的频道和天线扇区中，所有的台站接收相同的传输。基站是在下行链路方向上工作的唯一发射器，因此除了把时间分成上游(上行链路)和下游(下行链路)传输周期的整体时分多路复用之外，它不必与其它基站协调即可进行发射。基站向扇区(和频率)中的所有CPE广播。CPE监视接收的消息中的地址，并且只保留发送给它们的那些地址。
CPE 110基于请求共用受基站MAC控制的上行链路。根据CPE使用的服务的类别，基站可发出选择的CPE继续权，以便在上行链路上进行传输，或者在收到来自于CPE的请求之后，由基站批准传输权。除了单独寻址的消息之外，消息也可由基站发送给多址通信组(控制消息和视频发送是多址通信应用的例子)以及向所有的CPE广播。
根据本发明，在每个扇区内，CPE必须遵守使CPE之间的争用降至最小，并且使服务能够适应每种用户应用的延迟和带宽要求的传输协议。如同下面更详细所述，通过利用轮询机制实现这种传输协议，同时在异常条件下，用作备用机制的争用程序应放弃鉴于指定的延迟和响应时间约束条件而不能实行的所有CPE的轮询。争用机制也可用于避免单独轮询长时间处于非激活状态的CPE。本发明的方法和设备提供的轮询技术简化了存取过程，确保服务应用在确定的基础上(如果需要的话)接收带宽分配。一般说来，数据服务应用容许较大的延迟。相反，诸如语音和视频服务之类的实时服务应用要求及时并且严格遵守计划表进行带宽分配。
帧映射—上行链路和下行链路子帧映射
在一个实施例中，基站106保存分配给上行链路和下行链路通信链路的带宽的子帧映射。如同相关并且引用的美国专利No.6016311中所述，按照时分双工(“TDD”)的方式多路复用上行链路和下行链路。在一个实施例中，帧被定义成包含N个连续的时间周期或时隙(这里N保持恒定)。根据这种“以帧为基础”的方法，通信系统只动态地把前N1个时隙(这里N大于或等于N1)配置给下行链路传输。剩余的N2个时隙只被动态地配置给上行链路传输(这里N2等于N-N1)。按照这种以帧为基础的TDD方案，下行链路子帧最好首先被传送，并且把帧同步所需的信息加在子帧之前。
通信领域中众所周知，在另一通信系统中，通过利用众所周知的频分双工(“FDD”)方法，可多路复用上行链路和下行链路。在通信领域中，FDD技术众所周知，从而这里不进行更详细的说明。但是，这里详细描述一个例证的TDD系统。本发明既可用在所述的TDD通信系统中，又可用在FDD通信系统中。
图2表示了可由实现本发明的实施例的通信系统(例如图1中所示的通信系统)使用的TDD帧和多帧结构200。如图2中所示，TDD帧被细分成多个物理时隙(PS)204。在图2中所示的实施例中，帧的持续时间为1毫秒，并且包括800个物理时隙。另一方面，本发明可和具有更长或更短并且具有更多或更少PS的帧一起使用。基站按照某一预定的PS数目分配可用带宽。在称为信息元(PI)的预定数据的位单元内，对数字信息进行某些形式的数字编码，例如众所周知的Reed-Solomon编码方法。调制可在帧内发生变化，并且确定传送选择的PI所需的PS的数目(从而确定时间量)。
如同引用的美国专利No.6016311中所述，在图1中所示的宽带无线通信系统的一个实施例中，TDD组帧是自适应的。即，与上行链路比较，分配给下行链路的PS的数目随着时间而变化。本发明的带宽分配方法和设备可用在使用和图2中所示相似的帧和多帧结构的自适应TDD系统和固定TDD系统中。如上所述，这里公开的实施例也可用在FDD通信系统中。如图2中所示，为了帮助周期函数，多个帧202被分为多帧206，多个多帧206被分为超帧208。在一个实施例中，每个多帧206包括两个帧202，每个超帧包括22个多帧206。本发明也可使用其它帧、多帧和超帧结构。例如，在本发明的另一实施例中，每个多帧206包括16个帧202，每个超帧包括32个多个帧206。图3和4中分别表示了例证的下行链路和上行链路子帧。
下行链路子帧映射
图3表示了可由基站106用于向多个CPE 110传送信息的下行链路子帧300的一个例子。基站最好保存反映下行链路带宽分配的下行链路子帧映射。下行链路子帧300最好包括帧控制信头302，依据调制类型分组，并且可能由用于分离不同调制的数据的相关调制转变间隙(MTG)分隔的多个下行链路数据PS 304(例如，利用QAM-4调制方案调制的PS 304数据，利用QAM-16调制的PS 304′数据)，和发射/接收转变间隙308。在任意选择的下行链路子帧中，可缺少任意一个或多个不同调制的数据块。在一个实施例中，调制转变间隙(MTG)306的持续时间为0PS。如图3中所示，帧控制信头302包括由物理协议层(或PHY)用于同步和均衡目的的前同步码310。帧控制信头302还包括用于PHY的控制部分(312)和用于MAC的控制部分(314)。
下行链路数据PS被用于向CPE 110传送数据和控制消息。最好在选择的CPE使用的工作调制下，对该数据进行编码(例如利用Reed-Solomon编码方案)和传送。最好按照预定的调制顺序传送数据：例如QAM-4，之后是QAM-16，再后是QAM-64。调制转变间隙306包括前同步码，并被用于分隔调制。帧控制信头302的PHY控制部分312最好包括指示调制方案发生变化的PS 304的身份的广播消息。最后，如图3中所示，Tx/Rx转变间隙308把下行链路子帧和下面更详细描述的上行链路子帧分开。
上行链路子帧映射
图4表示了适合于供本发明的带宽分配使用的上行链路子帧400的一个例子。根据本发明的带宽分配方法和设备，CPE 110(图1)使用上行链路子帧400向它们的相关基站106传送信息(包括带宽请求)。如图4中所示，在上行链路帧内，CPE 110传送的MAC控制消息主要有三类：(1)在为CPE登录保留的争用时隙(登录争用时隙402)中传送的MAC控制消息；(2)在为响应关于带宽分配的组播和广播轮询而保留的争用时隙(带宽请求争用时隙404)中传送的MAC控制消息；(3)在专门分配给单个CPE的带宽(CPE预定数据时隙406)中传送的MAC控制消息。
分配给争用时隙(即争用时隙402和404)的带宽被聚在一起，并且利用预定的调制方案传送。例如，在图4所示的实施例中，利用QAM-4调制传送争用时隙402和404。剩余的带宽由CPE分组。在其预定的带宽内，CPE 110利用根据环境因素对CPE 110和其它相关基站106之间的传输的影响确定的固定调制进行传输。下行链路子帧400包括和上面参考图3描述的调制转变间隙(MTG)306起类似作用的多个CPE转变间隙(CTG)408。即，在上行链路子帧内，CTG408把传输和各种CPE 110分开。在一个实施例中，CTG 408的持续时间为2个物理时隙。发射CPE最好在CTG 408的第二个PS内传送1PS前同步码，从而允许基站与新的CPE 110同步。多个CPE 110可同时在登录争用时段内进行传送，从而导致冲突。当发生冲突时，基站可不作出响应。
通过利用这里公开的带宽分配方法和设备，预定的上行链路通信数据是分配给特定CPE 110，以便传输控制消息和服务数据的带宽。根据CPE 110使用的调制方案，在上行链路子帧400内对CPE预定数据排序。根据本发明并按照下面详细说明的方式，CPE 110请求带宽，随后相关的基站106批准所述带宽。在指定的TDD帧(或者自适应TDD帧，视情况而定)内分配给选定的CPE的所有带宽被归入连续的CPE预定数据块406中。分配给CTG 408的物理时隙包含在基站上行链路子帧映射中分配给选定CPE 110的带宽中。
除了分配的用于传送各种类型的带宽服务的带宽(即为CPE预定数据时隙406而分配的带宽)和为CPE登录争用时隙而分配的带宽之外，基站MAC还必须为诸如额外带宽分配请求之类的控制消息分配带宽。如同下面更详细所述，根据本发明，CPE 110通过向它们的相关基站106发出带宽请求，请求改变它们的带宽分配。本发明的方法和设备减少了必须为这些带宽分配请求而留出的带宽的数量。根据本发明，请求带宽的机会受到严格控制。本发明有利地利用了多种技术的组合来严格控制带宽请求过程。CPE向其相关基站传送带宽请求消息的方法有很多。
例如，一种这样的方法使用“轮询”技术，从而基站轮询一个或多个CPE，并且分配专用于允许CPE传送带宽请求的带宽。按照该方法，基站可响应CPE沿上游方向设置“poll-me”位，轮询CPE，或者基站对CPE的轮询可以定期进行。根据本发明，可对单个CPE进行定期轮询(称为“预约”轮询)，可对多组CPE进行定期轮询(“组播”轮询)，或者对物理信道上的每个CPE进行定期轮询(“广播”轮询)。就预约轮询来说，基站轮询单个CPE，随后分配允许CPE报以带宽请求的上行链路带宽。类似地，在组播和广播轮询中，基站轮询几个CPE，随后分配允许CPE报以带宽请求的上行链路带宽。但是，如果发生冲突，则CPE必须竞争分配的带宽。有利的是，带宽轮询和带宽分配均不呈由基站传送给CPE的显式消息的形式。相反，带宽轮询包括足以传送带宽请求的带宽的主动准许。借助于在上行链路子帧映射中产生的带宽分配，带宽分配是隐含的。下面参考图4-10更详细地描述了轮询技术。
如图4中所示，可为这些带宽分配或CPE连接请求定期分配一部分上行链路带宽。上行链路子帧400包括多个带宽请求争用时隙404。在被允许请求带宽分配之前，CPE 110必须首先被注册，并且实现与基站的上行链路同步。于是，不需要为在带宽请求争用周期的长度中传送时间不确定性创造条件。因此，带宽请求争用周期可以小至单个PI，在一个实施例中，在QAM-4条件下，带宽请求争用周期需要6个PS。正如登录请求的情况一样，如果发生冲突，则基站不会响应CPE。但是，如果基站成功地从CPE收到带宽请求消息，则它通过在上行链路子帧400中分配CPE额外预定数据406作出响应。本发明使用的各种轮询技术有助于把使用争用时隙404的需要降至最小。下面更详细地说明了这些技术。
本发明使用的降低带宽请求消息所消耗带宽的另一种方法是在已分配给CPE的带宽上“捎带确认”带宽请求的技术。按照该技术，当前激活的CPE通过利用已分配给CPE的上行链路带宽的先前未用部分，请求带宽。从而消除了轮询CPE的必要性。在本发明的一个备选实施例中，在分配的并且正被数据服务使用的上行链路带宽上捎带确认带宽请求。根据该备选实施例，CPE通过在先前用于数据的时隙中持入带宽请求，“窃取”已分配给数据连接的带宽。后面参考图11更详细地说明了这些捎带确认技术的细节。
一旦基站向CPE分配了带宽，则CPE(而不是基站)负责以能够适应CPE提供的服务的方式使用上行链路带宽。CPE可以按照和最初请求的或者基站批准的方式所不同的方式自由使用分配给它的上行链路带宽。例如，在选定的CPE向其相关基站请求带宽之后，选定的CPE提交的服务要求可以发生变化。CPE最好确定向哪些服务授予带宽，哪些服务必须等待随后的带宽请求。为此，CPE保留服务的优先级列表。优先级高的那些服务(例如具有高服务质量要求的那些服务)将在优先级低的那些服务(例如IP类数据服务)之前分配到带宽。如果CPE不具有足以满足其服务要求的带宽，则CPE将通过设置其poll-me位或者通过捎带确认带宽分配请求，请求额外带宽分配。
使CPE确定如何分配其所分到的带宽的优点之一是免除基站执行该任务。另外，消除了使基站指示CPE如何分配其分到的带宽所需的通信开销，从而增大了可用的系统带宽。另外，CPE能够更好地对不断变化的高服务质量数据服务的上行链路带宽分配需要作出响应。
在下面的小节中更详细地描述了用于提高带宽分配请求过程的效率的各种技术。虽然在单独的小区中描述这些技术，不过本发明的方法和设备可组合使用所有这些技术来减小带宽分配请求所消耗的带宽。
从而，本发明有利地利用了与每个带宽分配技术相关的效率优点。例如，虽然单独轮询技术有益于对带宽分配请求提供快速响应时间的能力，但是在减小带宽分配过程所消耗的带宽量方面，单独的轮询技术效率相当低。相反，在减小带宽分配过程消耗的带宽方面，组轮询方法相当高效，但是在响应带宽分配请求的能力方面，效率较低。当从带宽消耗和响应时间两方面来考虑，“poll-me”位的使用相当高效。另外，通过使用先前未用的带宽部分来发送带宽分配请求，捎带确认技术进一步提高了带宽消耗效率。和现有方法相反，本发明有利地组合使用了所有这些带宽分配技术来使效率达到最高。
轮询
在图1的供和本发明一起使用的带宽无线系统100的一个实施例中，当CPE 110首次登录系统100时，CPE 110被分配一个专用连接标识符(ID)。当基站106与多个CPE 110交换控制消息时，使用ID。如上所述，除了不可压缩的恒定位速率，或者连续授权(CG)服务之外，带宽要求方面的变化(即带宽要求的增大或减小)是系统100传送的所有服务所必需的。在连接建立和终止之间，不可压缩的CG服务的带宽要求不发生变化。诸如信道化T1服务之类可压缩CG服务的要求可根据通信而增大或降低。
相反，图1的系统100简化的许多数据服务是突发的，并且容许延迟。由于根据需要，在按需求分配的基础上把带宽提供给这些服务，因此这些服务通常被称为按需求分配多址访问或者“DAMA”服务。当CPE 110需要为DAMA服务请求带宽时，它向基站106传送带宽请求消息。带宽请求消息传递关于DAMA服务的即时带宽要求。带宽要求可以并且一般确实随着时间而变化。当最初建立与基站的CPE连接时，确定DAMA连接的服务质量或“QoS”。于是，基站具有访问或者查寻它当前正在接纳的任意DAMA服务的QoS的能力。
如上所述，根据本发明，CPE 110具有适合于其向它们的相关基站传递带宽请求消息的多种不同技术。一种这样的技术是通过传送带宽请求消息，响应基站的轮询。根据本发明教导的轮询技术，基站向选定的CPE分配专用于发生带宽请求的带宽。带宽分配可以针对单个CPE或者针对多组CPE。如同下面在描述组轮询技术的子节中更详细说明的那样，相对于多组CPE的分配确定供解决带宽请求冲突之用的带宽请求争用时隙。有利的是，不是以显式消息的形式进行带宽分配，而是以在描述上行链路子帧400(图4)的传送映射中增大的带宽分配的形式进行带宽分配。基于每个CPE进行轮询，基于每个连接ID请求带宽，并且基于每个CPE分配带宽。下面更详细地描述了这些原理。
预约轮询技术(个体轮询)
根据本发明的方法和设备，当单独轮询CPE时，不传送轮询选定PE的任意显式消息。相反，在上行链路子帧映射中，CPE被分配足以允许CPE报以带宽请求的带宽。具体地说，基站在CPE预定数据块406(图4)中为选定的CPE分配足以允许选定的CPE报以带宽请求消息的带宽。如果选定的CPE不需要更多的带宽，则它返回零字节请求。零字节请求(而不是无请求)被用在个体轮询过程中，因为为回答分配了明确的带宽。
根据本发明，只有非激活CPE和明确请求被轮询的激活CPE才有资格单独轮询。不在MAC分组信头中设置它们各自的“poll-me”位的激活CPE不会被单独轮询。本发明把这些限制强加在带宽分配过程上，和单独轮询所有CPE相比，这些限制有利地节约了带宽。在本发明的一个实施例中，激活CPE利用当前使用的调制方案响应轮询。但是，非激活CPE可利用QAM-4或者同样稳固的调制方案作出响应，以便确定它们的传输足够稳固，即使在恶劣的环境条件下也可被基站检测到。
本发明有利地确保即时响应为诸如其中可动态增加或减少信道的信道化T1服务之类恒定位速率服务要求更多带宽的请求。为了确保基站快速响应为恒定位速率服务要求更多带宽的请求，使分配给当前未在最大速率下工作的恒定位速率服务的上行链路带宽足够大，足以适应服务的当前速率和带宽请求。
图5的流程图中表示了单独轮询的信息交换顺序。如图5中所示，基站最好具有控制带宽请求和分配过程的几层控制机制或协议组502、504和506。基站MAC被细分成两个子域：(1)HL-MAA MAC域504和LL-MAA MAC域506。LL-MAA MAC域正好跨越一个物理信道。每个物理信道需要LL-MAA MAC域的一个实例。HL-MAA MAC域跨越多个物理信道，一般来说所述多个物理信道都在相同的扇区中。MAC域包括与HL-MAA MAC域内的物理信道相关的HL-MAAMAC域和LL-MAA MAC域。
如图5所示，通过分配足以供CPE报以带宽请求消息的带宽，基站单独轮询(由控制箭头508表示)CPE。在上行链路子帧400中分配该带宽。如果CPE MAC 510确定要为选定的连接k发送的数据(一般通过控制路径514，由更高的CPE控制层512指令确定)，则CPEMAC控制机制向基站MAC 506发出带宽请求516。如果基站的LL-MAA 506确定不存在供CPE 110之用的足够带宽，则不批准带宽请求。否则，将批准带宽请求，并且通过在上行链路子帧400中向CPE分配额外带宽，基站隐含地把带宽请求批准传递给CPE MAC 510。图5中借助控制路径518表示了这一点。随后CPE将开始利用分配给它的带宽，在上行链路上向基站传送数据。
图6是表示本发明提供的单独轮询技术600的流程图。如图6中所示，该方法开始于确定带宽是否适用于单独轮询CPE的决定步骤602。如果不存在适用于单独轮询CPE 110的更多带宽，则该方法转到步骤604，启动组播或广播轮询方法。在下面的子节中更详细地描述了组播和广播轮询方法。但是，如果足够的带宽可以用于单独轮询CPE，则该方法前进到判定步骤606，确定是否存在具有“poll-me”位组的任意未被轮询的激活CPE。如果是，则该方法前进到控制点608。如果否，则该方法前进到判定步骤610，确定是否存在任意未被轮询的非激活CPE。如果是，则该方法前进到控制点608。如果否，则该方法前进到控制点612。
本发明的方法从控制点608转到步骤614，单独轮询选定的CPE。从而，该方法确保只单独轮询请求更多带宽(通过设置它们各自的“poll-me”位)的未被轮询的激活CPE和非激活CPE。和单独轮询所有CPE的轮询方法，这降低了带宽。
如图6中所示，在步骤614，基站开始选定CPE的轮询，并且把该CPE标记为已轮询。图6中在说明框614′中示意地表示了这一点。图6的说明框614′表示了上面在图3中描述的下行链路子帧映射300。MAC帧控制信头302的MAC控制部分314最好包括上行链路子帧映射400′。当基站通过下行链路把该信息传送给CPE时，上行链路子帧映射400′被传递给CPE MAC。如图6中所示，并且响应轮询步骤614，基站MAC在上行链路中向选择的CPE(在图6中，该CPE被称为CPE“k”)分配额外带宽。增大后的带宽分配通过上行链路子帧映射400′被传递给CPE k。从而响应轮询选定CPE的需要不要求额外的带宽。
如图6中所示，该方法随后返回判定步骤602，确定是否存在适用于单独轮询CPE的更多带宽。当(分别在判定步骤606和610)确定不存在具有poll-me位组的任意激活CPE，并且不存在任何未被轮询的非激活CPE时，该方法转到判定步骤616。在判定步骤616，该方法确定是否进行任意单独轮询。如果否，则该方法转到控制点618，并且随后在终止步骤620终止该方法。但是，如果进行单独轮询，则该方法转到步骤622，等待来自被轮询CPE(例如CPE“k”)的单独带宽请求。如图6的说明框622′中所示，带宽请求430由被轮询的CPE(例如CPE“k”)在上行链路子帧400中预定给所选定CPE的CPE预定数据块406内产生。在一个实施例中，所有数据包括指示正被传送数据的类型的信头。例如，在本实施例中，控制消息具有当CPE登录时，分配给它们的与CPE相关的独特连接标识符。控制消息的结构允许基站确定控制消息是带宽请求。
如图6中所示，该方法从步骤622转到判定步骤624，确定是否收到任意带宽请求。如果否，则终止该方法。但是，如果是，则该方法转到步骤626，启动带宽分配方法。如同下面更详细所述，基站使用带宽分配方法向发出请求的CPE分配带宽。在一个实施例中，还使用自校正带宽请求/准许协议。下面参考图15a和15b更详细地说明了自校正带宽请求/准许协议的细节。在另一实施例中，带宽分配方法使用“填充分组”来提高无线通信系统中的带宽分配效率。后面参考图16更详细地说明了该实施例。通过恰当地改变上行链路子帧映射400′，相对于CPE预示带宽分配。该方法随后在步骤620终止。
争用轮询技术(组播和广播轮询)
如上参考图6的单独轮询方法的步骤604所述，如果不存在适用于单独轮询CPE的足够带宽，则本发明可被用于在多址通信组中轮询CPE，并且基站可发出广播轮询。另外，如果存在的非激活CPE多于所存在的适合于单独轮询所述非激活CPE的带宽，则可在多址通信组中轮询某些CPE，并且可发出广播轮询。
根据一个实施例，最好如下进行CPE的寻址：每个CPE被赋予一个在登录过程中使用的独特的永久地址(例如在一个实施例中，CPE具有一个48位的地址)；另外每个CPE被给予一个基本连接ID(例如在一个实施例中，在登录过程中，CPE被给予一个16位的基本连接ID和一个16位的控制连接ID)。向选定的CPE提供的每项服务也被赋予一个连接ID。连接ID由基站MAC产生(具体地说，由基站HL-MAA产生)，并且在HL-MAA MAC域内是唯一的。当CPE登录基站时被赋予的基站连接ID被基站MAC和CPE MAC用于在CPE和基站之间交换MAC控制消息。控制连接ID(同样在登录过程中被赋予)被基站和CPE用于在更高的控制层面上，在基站和CPE之间交换控制和配置信息。
根据一个实施例，为多址通信组和广播消息保留某些连接ID。适用的所有地址中，最好保留一部分地址供多址通信之用。例如，在本发明的一个实施例中，如果连接ID的四个最高有效位被设置成逻辑1(hex“Fxxxx”)，则该地址被理解成为多址通信应用留出的地址。该实施例中，总共4k的不同多址通信地址可供使用。这种多址通信应用的一个例子是视频服务的分发。在一个优选实施例中，用于预示相对于所有台站的广播的连接ID是(0xFFFF)(即，所有16位都被设置成逻辑1)。
类似于上面参考图5和6描述的单独轮询技术，组播轮询消息也不是由基站明确地传送给CPE。相反，当基站在上行链路子帧映射中分配带宽时，组播轮询消息被暗中传送给CPE。但是，不是像进行单独轮询时那样使分配的带宽和CPE的基本连接ID联系起来，基站使分配的带宽和组播或广播连接ID相联系。在图7中所示的组播/广播上行链路子帧映射400″中表示了这种组播/广播带宽分配。比较当单独轮询CPE时，基站使用的上行链路子帧400(图4)和图7的上行链路子帧映射400″是有教益的。图7表示了在下行链路的MAC控制部分中传送的上行链路子帧映射。
如图7中所示，使用的组播/广播上行链路子帧映射400″包括映射图4的登录争用时隙402的登录争用时隙402″。但是，不是使分配的带宽和选定CPE的基站连接ID相联系，而是使分配的带宽和保留的登录ID相联系。如图7中所示，上行链路子帧映射400″最好包括多个多址通信组带宽请求争用时隙404″，404等。上行链路子帧映射400″还包括广播带宽请求争用时隙410。最后，类似于图4的上行链路子帧，本发明用于启动组播或广播轮询的上行链路子帧映射包括用于传送上行链路通信数据的多个CPE预定数据块406″，406等。
根据本发明的方法和设备，当轮询指向组播或广播连接ID时，属于被轮询组的CPE利用在上行链路子帧映射400″中分配的带宽请求争用时隙(或者为该组指定的组播争用时隙或者广播带宽请求争用时隙410)请求带宽。为了降低冲突的可能性，只允许需要带宽的CPE应答组播或广播轮询。带宽请求争用时隙中不允许零长度带宽请求。在一个实施例中，CPE通过利用QAM-4调制，在带宽请求争用时隙(例如争用时隙404)中传送带宽请求。该实施例中，估计争用时隙的大小，以便容纳1-PS前同步码和带宽请求消息。由于物理分辨率特性的缘故，在使用QAM-4调制的情况下，消息需要1PI(或者6PS)。本实施例中，来自相同CPE的多个带宽请求消息归入单个带宽请求争用时隙中，而不会增大带宽利用或者发生冲突的可能性。这允许相同的CPE在相同时隙中发出多个带宽请求。
如果当进行组播或广播轮询时发生错误(例如检测到无效连接ID)，则基站向CPE传送明确的错误消息。如果在预定时段内，基站不报以错误消息或者带宽分配，则CPE会假定发生了冲突。这种情况下，CPE使用选择的预定争用解决程序。例如，在一个优选实施例中，CPE使用众所周知的“时隙ALOHA”争用解决程序补偿并在另一争用时机进行尝试。
争用解决程序
当在恰当的时间间隔内不存在足以单独轮询所有CPE的时间时，争用是必要的。基站能够为多址通信组以及为所有CPE(即广播)确定争用时期。在考虑到CPE预定数据、控制消息和轮询之后，基站向出于带宽请求或出于登录目的的争用分配TDD帧的上游部分中的所有未用时间。一般来说，带宽请求时间间隔的长度可以是多个PI(例如在使用QAM-4调制的情况下，1PI＝6PS)。CPE必须在该时间间隔内的任意时间(在突发边界)传送它们的请求，以便降低发生冲突的可能性。
根据本发明，需要在请求间隔中进行传送的CPE最好随机地选择该间隔内的PI，并在相关的起始PS中发生请求。这种随机化使冲突概率降至最小。如果在预定时段内，不存在来自基站的对该请求的任何响应，则认为发生了冲突。如果在预定时段内，基站不应答，则启动本发明的冲突解决程序。
一个实施例使用下述解决程序：假定初始补偿(backoff)参数为i，并且最后的补偿参数为f。
在第一次冲突时，CPE等待零和2i争用时机之间的任意时间间隔，并且随后再次尝试。
如果发生另一冲突，则该时间间隔被加倍，CPE再次进行尝试，不断重复，直到达到时间间隔2f为止。
如果CPE仍然不成功，则向系统控制器报告错误，并且异常中断争用过程。其它争用解决机制也可用于实践本发明。例如，众所周知的Ternary树形机制可用于解决争用。
图8是表示本发明的组播和广播轮询方法800的流程图。如图8中所示，组轮询方法800从初始步骤802转到判定步骤804，确定是否存在适用于组播轮询的足够带宽。如果存在适用于组播轮询的足够带宽，则方法转到步骤806，在MAC帧控制信头302的MAC控制部分314中轮询下一多址通信组。但是，如果不存在适合于进行组播轮询的足够带宽，则方法转到判定步骤808，确定是否存在适合于进行广播轮询的足够带宽。如果是，则方法转到步骤810。如果否，则方法转到判定步骤812。
如图8中所示，在步骤810，通过在MAC帧控制信头302的MAC控制部分314中置入广播轮询，启动广播轮询。类似于单独轮询技术，通过在上行链路子帧映射400″中分配带宽，隐含地把组播轮询消息传送给CPE。分配的带宽和组播或广播连接ID相联系。
在判定步骤812，该方法确定是否启动了广播或组播轮询。如果是，则该方法转到步骤814，监视恰当的带宽请求争用时隙(例如由带宽争用时隙描述404″，404以及图7的广播带宽请求争用时隙描述410定义的带宽请求争用时隙)。如果没有启动广播或组播轮询，则该方法转到控制点816，并且随后在终止步骤818终止。
该方法从监视步骤814转到判定步骤820，确定是否检测到有效的(即非冲突)带宽请求。如果在步骤820确定没有检测到任何有效带宽请求，则该方法转到控制点816，并且在终止步骤818终止。但是，如果该方法检测到有效带宽请求，则该方法从步骤820转到步骤822。在步骤822，该方法使用适宜的带宽分配算法向请求带宽的CPE分配带宽。下面参考图12-13更详细说明优选的带宽分配算法。在如图8中所示在上行链路子帧映射400″中分配带宽。
Poll-Me位
如上参考图3-8所述，并且根据本发明，当前激活的CPE在MAC分组中设置“poll-me”位或者“优先poll-me”，以便向基站表示它要求改变带宽分配。例如，在本发明的一个实施例中，选择的CPE通过在MAC信头中设置poll-me(“PM”)位，请求轮询。类似地，根据本发明，选择的CPE在MAC信头中设置优先poll-me(“PPM”)位，以便指示需要优先轮询。
为了降低与单独轮询每个激活CPE相关的带宽需要，当且仅当CPE设置poll-me位之一时，才单独轮询激活CPE。当基站检测到轮询请求时(当CPE设置其poll-me位时)，启动图9中所示的单独轮询技术，以便满足该请求。图9中表示了CPE激励基站轮询CPE的程序。在备选实施例中，具有指示CPE需要发出带宽分配请求的“poll-me”位组的多个分组请求多个连接。
图9是表示poll-me位如何被用于激励轮询的流程图。如图9中所示，该方法首先在判定步骤902确定下面更详细描述的捎带确认技术是否已被用尽。如果否，则方法转到步骤904，首先尝试进行“捎带确认”。随后该方法转到步骤906，把连接设置成等于第一连接。这样，为CPE内的每个连接扫描poll-me位。图9中所示的方法随后转到判定步骤908，确定是否存在任意带宽需要。如果否，则方法转到步骤916，并且扫描下一连接。如果存在带宽需要，则方法转到判定步骤910。在步骤910，该方法确定是否更多的分组适合于接纳poll-me位。如果否，则该方法在步骤910终止。但是，如果存在这样的分组，则方法转到步骤912，在适用的分组中设置poll-me位。
图10表示了本发明在利用上述“poll-me”位请求轮询中使用的消息序列。如图10中所示，在数据连接930，CPE通过在MAC信头中设置其相关poll-me位，启动轮询序列。基站MAC通过单独轮询选定的CPE，借助数据消息932作出响应。如图10中所示，通过在上行链路子帧映射中向选定的CPE分配带宽，产生该响应。选定的CPE随后以带宽请求表示回答，如通信路径934中所示。响应CPE的带宽请求，基站批准带宽，并且在上行链路子帧映射中向CPE分配带宽，如通信路径936中所示。随后，选定的CPE通过相关连接链路，将其数据传送给基站。
“捎带确认”技术
如上参考本发明的方法和设备所述，为了进一步降低带宽分配过程所必需的带宽开销，当前激活的CPE可以它们当前的传输上“捎带确认”带宽请求(或者其它任意控制消息)。CPE通过使用现有带宽分配的TC/PHY分组中的未用带宽，完成带宽的这种捎带确认。图11中表示了按照这种方式使用额外带宽的方法。
如图11中所示，该方法在步骤950启动捎带确认过程。该方法转到判定步骤952，确定CPE是否要求额外的带宽。如果是，则方法转到判定步骤954，如果否，则方法转到终止步骤964，终止该方法。在判定步骤954，该方法确定当前分配中是否存在任意未用字节。如果是，则该方法转到步骤956，把带宽请求插入未用字节中。如果否，则该方法转到判定步骤958。在判定步骤958，该方法确定是否任意分组被分配给该CPE。如果在判定步骤958没有找到任意分组，则方法转到步骤960。但是，如果分配了分组，则方法转到步骤962，CPE设置其poll-me位。随后方法转到步骤960，CPE等待被相关基站轮询。随后该方法在步骤964终止。
带宽分配
如上所述，基站MAC负责分配上行链路和下行链路上物理信道的可用带宽。在上行链路和下行链路子帧内，基站MAC调度程序根据不同服务的服务质量(QoS)施加的优先级和规则，在不同的服务之间分配可用带宽。另外，基站MAC的更高控制子层跨越一个以上的物理信道进行分配。
下行链路带宽分配-一个实施例
如图12中所示分配下行链路带宽。基站MAC保存它服务的每个物理信道的一组队列。在每个物理信道队列组中，基站保存每个QoS的队列。队列保存有准备传送给存在于物理信道上的CPE的数据。基站协议组的高层负责把数据放入单个队列中的顺序。基站高级控制层可以随意实现关于在相同QoS下，连接之间的访问的共享的任意适宜公平或通信整形(shaping)算法，而不会影响基站低级MAC控制层。一旦数据存在于队列中，则基站低级控制层(例如图5和10的BSLL-MAA)负责根据QoS分配带宽。
在本发明的一个实施例中，就关于特定CPE在特定的QoS条件下，确定要分配的带宽量来说，基站考虑QoS、调制及使用的公平标准，以使单个CPE避免用完所有可用带宽。最好按照QoS顺序分配带宽。如果存在不能在特定TDD帧内完全传送的队列，则在该队列内使用诸如公平加权排队之类的QoS专用公平算法。根据其相关权重，每个连接被给予一部分剩余可用带宽。权重的导出与QoS相关。例如，可根据契约带宽限制或者保证，对ATM通信加权，而IP连接都可获得相同的加权。一旦带宽被分配，则按照依据调制类型对数据分类的方式传送数据。
上行链路分配-一个实施例
上行链路带宽分配方法非常类似于上面参考图12说明的下行链路带宽分配方法。但是，数据队列不是由基站保存，而是分布在各个单独的CPE之间，并由各个单独的CPE保存。不是直接检查队列状态，相反基站最好利用上面参考图3-11描述的技术，从CPE接收带宽请求。通过利用这些带宽请求，基站重构CPE数据队列的状态的逻辑图。根据该组队列的逻辑图，基站按照分配下行链路带宽的相同方式，分配上行链路带宽。图13中表示了上行链路带宽分配技术。
如上所述，以在上行链路子帧映射中分配的带宽的形式，把分配给任意选定CPE的带宽传送给选定的CPE。从TDD中的某一时刻开始，上行链路子帧映射把一定量的带宽分配给选定的CPE。选定的CPE随后在其连接间分配该带宽。如果CPE在等待带宽分配的时候，收到优先级较高的数据，则这允许CPE按照不同于所请求的方式使用带宽。如上所述，由于带宽要求的动态性质，带宽分配处于不断变化的状态。从而，选定的CPE可接受相对于批准的带宽的逐帧主动修改。如果选定的CPE分到的帧带宽小于传送所有等待数据所必需的带宽，则CPE必须使用QoS和公平算法来服务其队列。CPE可从低QoS连接“窃取”带宽，以便利用前面描述的捎带确认技术，捎带确认关于更多带宽的请求。在上行链路中，还没有处于最大带宽条件下的TDM连接被分配足够的额外带宽，以便捎带确认关于额外带宽的请求。
QoS专用公平算法
最好依据服务质量(QoS)规定，对在上行链路和下行链路上传输的数据排队。如上所述，按照QoS队列优先级传送数据。当传送排列数据时，可存在对于其来说，在当前TDD帧内不存在足以传送所有排队数据的足够带宽的QoS队列。当发生这种情况时，启动QoS专用公平算法来确保公开处理按该QoS排队的数据。存在三种可实现的基本公平算法：(1)连续准许；(2)公平加权排队；和(3)循环。
MAC最好不管制关于带宽应用的连接。管制应由高级控制层完成。MAC假定所有待决数据已满足契约限制，并且可被传送。连续准许队列具有最简单的公平算法。每个TDD帧必须发送这些队列中的所有数据。不足的带宽指示供给方面的错误。
公平加权排队
公平加权排队要求在给定QoS下，所有连接具有分配给它们的权重，以便确定它们有资格接收的可用带宽的百分比。最好根据所准备连接的契约参数，由三个数据速率参数得到该权重值。这三个参数是：(1)待决数据；(2)保证的速率；(3)平均速率。
根据待决数据，利用公平加权排队，以DAMA连接的形式建立实时VBR连接。为不具有足以传送队列中的所有数据的足够带宽的TDD帧中的这种QoS队列，确定该队列中每个连接的权重。在一个实施例中，该权重是关于该连接的，被表述成该队列中所有待决数据的百分率的待决数据的数量。由于待决数据的数量是动态的，因此对于不存在足以发送受影响队列中的所有数据的足够带宽的每个TDD帧，必须确定这些类型的队列的权重。
对于在保证的速率下定约的DAMA连接，根据保证的速率计算权重。这种情况下，权重最好被表述成具有队列中的待决数据的所有连接的总的保证速率的百分率。由于规定了保证速率，因此不必关于使用权重的每个TDD帧，确定权重。相反，只有当存在关于队列中的连接之一的provisioning变化(即新的连接，连接参数方面的变化或者连接终止)时，才确定关于该队列的权重。
对于在平均速率下定约的DAMA连接，最好根据平均速率计算权重。该权重是表示成具有队列中的待决数据的所有连接的平均速率的百分率的平均速率。由于规定了平均速率，因此对于使用权重的每个TDD帧来说，不必确定权重。相反，只有当对于队列中的连接之一存在provisioning变化时，才重新计算该队列的权重。
就上述所有情况来说，带宽分配的间隔尺寸可能过于粗糙，不能在队列中的连接之间提供理想的基于百分率的加权分配。这会导致在特定的TDD帧中，某些队列不能收到任何带宽。为了确保这种情形的发生公平地分布在队列中的连接间，下一次对于该队列存在带宽不足的情形时，没有收到带宽的连接被赋予优先权。对于具有基于保证速度或平均速率的权重的队列来说，某些连接可能不具有足以使用根据其计算权重，它们有权使用的所有带宽的待决数据。这些情况下，在具有多余待决数据的连接之间公平地分配该连接的未用带宽。
某些QoS要求数据被陈化。对于这些QoS条件下的队列来说，存在优先级高一阶的相关队列。如果没有依据规定的陈化参数传送数据，则该数据被转移到更高QoS队列，并且不考虑连接的相对权重，被赋予优先于初始队列中的较新数据的优先权。
循环
在所有连接具有相同权重的情况下，循环公平算法被用于besteffort连接。当带宽不足以在特定的TDD帧中传送队列中的所有数据时，循环地向连接分配带宽，每个连接接收最多多达队列专用最大值的一块带宽。下一次存在带宽不足情形时，没有接收带宽的连接被赋予优先权。
带宽分配算法
对于每个TDD帧，基站分配TDD帧的下行链路部分，并且估计上行链路通信，以便向CPE分配上行链路带宽。CPE单独地在它们的待决数据连接之间分配它们分到的带宽。
基站下行链路
如图2中所示，在本发明的一个优选实施例中，根据ATDD拆分(即分配给上行链路和下行链路的百分率)，基站具有适用于下行链路传输的TDD帧中的800PS中的某一些PS。下行链路带宽分配算法最好如下进行。
首先，基站把PS分配给用于PHY控制的PI，并把足够的PS分配给用于MAC控制的至少一个PI。基站最好在上行链路带宽分配前进行上行链路分配，以便确定关于MAC控制要分配的PI的数目。在一个优选实施例中，总是利用QAM-4调制发送PHY控制和MAC控制。
对于具有下行链路连续准许待决数据的连接来说，基站确定传送该数据所需的PI的数目。随后把该数目转化成随用于与每个连接相关的CPE的调制而变化的PS。对于剩余的每个QoS，或者在完全分配可用带宽之前，基站确定是否存在满足QoS队列的全部需要的足够带宽。如果是，则基站分配所需的带宽。否则，如果不存在满足该队列的足够带宽，则基站执行上述队列专用公平算法。
基站上行链路
在一个优选实施例中，根据上面参考图2说明的ATDD拆分，基站具有适用于上行链路传输的TDD帧中预定数目的PS。基站必须保存该数据的估计值，并且为它服务的CPE控制在每个QoS条件下的待决消息。基站根据从CPE接收的带宽请求和根据实际数据通信的观测数据，估计数据通信。基站根据当前参与的协议(即连接建立，“poll-me”位应用等等)，并且根据基站的轮询策略(即单独，组播和广播)，估计上行链路消息通信量。上行链路分配算法如下进行。
对于具有上行链路连续准许待决数据的连接来说，基站最好确定传送该数据所需的PI的数目。随后把该数目转换成PS的数目，由用于和每个连接相关的调制来确定。当前带宽小于最大带宽的连续准许连接总是被分配为：1)它们的最大带宽或者2)它们的当前带宽加上发送CG带宽变化消息所需的带宽中的较小者的上行链路带宽。
对于剩余的每个QoS，或者在完全分配可用带宽之前，基站确定是否存在足以满足QoS队列的全部需要的带宽，并且随后分配所需的带宽。否则，如果不存在足以满足该队列的带宽，则基站执行上述队列专用公平算法。
CPE上行链路
如上所述，对于每个TDD帧，CPE被分配一部分上行链路子帧，在所述一部分上行链路子帧中传送它们各自的数据。由于自从基站收到它用于分配上行链路带宽的带宽请求信息以来，CPE的带宽要求可能已发生变化，因此CPE自己负责根据它们当前的带宽要求，分配它们分到的带宽。即，CPE并不拘束于按照CPE向基站请求带宽时所使用的相同方式，向它们的数据连接分配分到的带宽。CPE的上行链路带宽分配算法最好如下进行。
对于具有上行链路连续准许待决数据的连接来说，CPE确定传送该数据所需的PI的数目。随后根据CPE使用的调制方案，把该数目转换成PS数目。对于剩余的每个QoS，或者在完全分配可用带宽之前，CPE确定是否存在足以满足QoS队列的全部需要的带宽。如果是，则CPE分配所需的带宽。否则，如果不存在足以满足该队列的带宽，则CPE执行上述队列专用公平算法。
例证的通信系统
现在说明适合于和带宽分配协议一起使用的例证通信系统。图14表示了适合于和这里描述的实施例一起使用的例证通信系统的简化方框图。如图14中所示，例证的通信系统1400包括基站1450和多个CPE 1410-1440。虽然图14中只表示了三个CPE，不过通信领域中的技术人员会认识到基站1450一般和数百个CPE相联系。基站(BS)1450包括基站调制解调器1452，基站CPU 1454和CPU/调制解调器接口1456。
如图14中所示，BS 1450通过BS调制解调器1452与多个CPE1410-1440通信。BS调制解调器1452按照通信领域中技术人员众所周知的方式，建立与多个CPE 1410-1440中的任意CPE的上行链路和下行链路。如上所述，BS 1450在下行链路上，向多个CPE 1410-1440传送诸如带宽分配消息和CG之类的信息以及ATM数据。在上行链路上，BS从多个CPE 1410-1440接收诸如带宽请求消息和CG之类的信息以及ATM数据。
在一个实施例中，例证的通信系统1400使用“填充分组”和众所周知的TDMA多路复用方案。在众所周知的TDMA多路复用方案中，BS 1450将其一部分上行链路子帧(即带宽)指定给相关的CPE。根据例证的通信系统1400，相关的CPE在上行链路上把数据传送给BS1450。当CPE不具有足以使用其整个部分带宽的足够上行链路数据时，它传送填充分组来填充未被使用的带宽部分。在另一实施例中，例证的通信系统1400利用增加的或者聚集的带宽请求来降低BS 1450关于同一连接，错误地向同一CPE发出重复带宽分配的风险。
BS调制解调器1452和BS CPU 1454通过CPU/调制解调器接口1456传送上行链路和下行链路数据。上行链路和下行链路数据的例子包括控制消息，带宽请求消息，带宽分配消息，CG数据，DAMA数据，填充分组和标志分组。现在说明带宽请求协议的实施例。
自校正带宽请求/准许协议
自校正带宽请求/准许协议提供有效分配带宽的机制。自校正带宽请求/准许协议既可用在TDD通信系统中，又可用在FDD通信系统中。自校正带宽请求/准许协议利用增量和聚集带宽请求。CPE首先传送增量带宽请求，之后定期传送集合带宽请求。增量带宽请求的应用降低了基站错误地关于同一连接，向同一CPE发出重复带宽分配的风险。通过要求CPE按照增量方式请求带宽，消除了当只使用集合带宽请求时发生的竞争情形。但是，(表述它们各自的连接队列的当前状态的)定期集合带宽请求的应用，使带宽分配方法和设备能够“自校正”。
该方法是自校正的，因为当接收并处理集合带宽请求时，由丢失的增量带宽请求引起的误差被基站校正。当收到集合带宽请求时，基站重置它们的记录，以便正确反映它们的相关CPE的当前带宽要求。集合带宽请求的定期使用提供一种自校正带宽分配协议，而不存在通常和现有的自校正协议(例如保证传送协议)相关的带宽开销(例如传送确认所需的带宽)。
在无线通信系统中，以请求-分配为基础，向DAMA服务分配带宽。当CPE在DAMA连接上要求额外的带宽时，它把带宽请求消息传送给其相关基站。根据通信系统使用的模式，CPE传送指向专用连接或者指向连接所属的QoS类别的带宽请求。在一个例证实施例中，在建立连接的时候确定该连接的QoS，并且随后基站或CPE根据所使用的工作模式，参考所述QoS。
根据适合于和自校正协议一起使用的通信系统的一个实施例，在各种带宽请求计时器(例如下面参考图15a和15b更详细描述的带宽请求计时器“MT5”和“MT10”)的帮助下，CPE保留带宽。在这些通信系统中，带宽请求计时器被用于防止CPE过于频繁地请求带宽。由于可根据某些系统特征，动态改变带宽请求计时器数值，因此带宽请求计时器被看成是“动态的”。例如，可动态改变带宽请求计时器数值，以便反映通过CPE端口接收的当前数据流。带宽请求计时器还可根据系统中的连接优先级，动态改变它们的数值。在使用动态带宽请求计时器的系统中，CPE一般根据下述说明利用带宽请求计时器。
在数据突发的起点，CPE重置动态带宽请求计时器。在数据突发内，CPE根据当前数据流和CPE的连接优先权，降低或者缩小带宽请求计时器数值(从而减小相邻带宽请求的传输之间的时段)。CPE通过控制带宽请求计时器数值，防止过于频繁地传送带宽请求。更具体地说，CPE确保带宽请求计时器数值决不被降低到低于预定阈值，从而确保不会过于频繁地传送带宽请求。通信领域中的普通技术人员会认识到也可使用“静态”计时器来实践本发明。和上述动态计时器不同，静态计时器并不根据某些系统特征动态变化。于是，本领域的技术人员会认识到动态带宽请求计时器的应用并不意味着对本发明的限制，因为也可使用静态计时器。
根据一个实施例，CPE具有传送包含DAMA连接/QoS的全部即时要求(即集合带宽要求)或者包含DAMA连接/QoS的增量即时要求(即增量带宽要求)的消息的选择权。CPE主要传送增量带宽请求，但是定期(例如每隔四个请求)传送一个集合带宽请求。增量带宽请求指定关于CPE的增加或减小的带宽要求(即，自从发出最新的带宽请求以来，已改变的带宽要求的数量)。集合带宽要求指定DAMA连接/QoS的全部即时带宽要求。集合带宽请求被基站用于重置它们的记录，以便反映相关CPE的当前全部带宽要求。在一个实施例中，传送连续四个增量带宽请求。这些增量带宽请求之后是一个集合带宽请求。现在参考图15a和15b更详细地说明自校正带宽请求/准许协议的方法。
图15a是表示自校正带宽请求/准许协议1500的一个实施例的流程图。如图15a中所示，该方法开始于步骤1510，在步骤1510，CPE等待还没有为其请求带宽的数据的到达。当数据到达时，该方法转到判定步骤1520，确定计时器(图15中称为“MT10计时器”)是否已到期。MT 10计时器最好是如上所述的动态带宽请求计时器。MT 10计时器与连接/QoS相联系。MT 10计时器的数值被用于确定在集合带宽请求的传输之间，该方法等待的帧的数目(换句话说，MT 10计时器确定集合带宽请求的定期传输之间，计时器周期的持续时间)。对于系统使用的每种QoS，MT 10计时器可具有不同的数值。可根据当前数据流和连接优先级，动态地把MT 10计时器更新为不同的数值。根据定义，在MT 10计时器到期之前发送的任意带宽请求是增量带宽请求。在一个实施例中，集合带宽请求的传输之间的帧的数目取决于QoS。在一个例证实施例中，MT 10计时器的持续时间等于30帧(对于“实时VBR连接”，或者“rt-VBR”)。在另一例证实施例中，MT 10计时器的持续时间等于100帧(对于“非实时VBR”连接，或者“nrt-VBR”)。
再次参见图15a，如果在步骤1520确定MT 10计时器已到期，则方法转到步骤1524，在步骤1524，该方法产生集合带宽请求。如果在步骤1520，MT 10计时器还没有到期，则方法转到判定步骤1532，在步骤1532，该方法确定第二计时器，图15a中称为“MT5计时器”，是否已到期。类似于上述MT10(集合带宽请求计时器)，MT5计时器也最好是动态带宽请求计时器。MT5计时器也和连接/QoS相联系。MT5计时器用于确定对于带宽请求的响应，该方法要等待的帧的数目。如上所述，可利用“捎带确认”技术或者通过单独轮询，传送带宽请求。MT5计时器测量关于这些带宽请求之一的响应，该方法等待的帧的数目。MT5计时器可使用和系统应用的不同服务质量(QoS)相关的不同数值(换句话说，MT5的技术时间取决于QoS)。可根据当前数据流和连接优先级，动态改变MT5计时器的计时器数值。在一个实施例中，该方法等待10帧的持续时间(对于rt-VBR)。另一种情况下，该方法等待20帧的持续时间(对于nrt-VBR)。
在一个实施例中，对于相同的QoS，MT5计时器计数的周期小于MT10计时器计数的周期。如果在判定步骤1532确定MT5计时器还没有到期，则方法返回步骤1520，确定MT10计时器是否已到期。但是，如果在判定步骤1532确定MT5计时器已到期，则方法转到步骤1522，在步骤1522，该方法产生增量带宽请求。后面参考表1更详细说明了形成增量和集合带宽请求所使用的格式。
如图15a中所示，该方法转到步骤1526，在步骤1526，在步骤1522形成的带宽请求(增量带宽请求)或者在步骤1524形成的带宽请求(集合带宽请求)被传送给选定的基站。如同步骤1526的注释中所示，用于传送带宽请求的机制可变化。通信系统设计领域中的技术人员会认识到，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可使用各种带宽请求消息传送方法。该方法转到控制点(即在图15a中由步骤1538表示)，在该控制点，该方法返回步骤1510，等待还没有为其请求带宽的数据的到达。
在一个实施例中，在带宽请求/准许消息中表示的所请求带宽的单位是系统的“自然”单位。在可变长度分组系统中，用字节量度系统的“自然”单位，于是利用字节作为带宽测量的单位请求带宽。在固定长度分组系统中，用分组量度系统的“自然”单位，于是利用分组作为带宽测量的单位请求带宽。
图15b是表示本发明的自校正带宽请求/准许协议1500′的备选实施例的流程图。如图15b中所示，该方法开始于步骤1510′，而步骤1510′，CPE等待还没有为其请求带宽的数据的到达。当数据到达时，该方法转到判定步骤1520′，确定计时器(在图15b中称为“MT10计时器”)是否已到期。图15b中的MT10计时器基本上和上面关于图15a说明的MT10计时器相似，从而这里不进行详细说明。
再次参见图15b，如果在步骤1520′确定MT10计时器已到期，则方法转到步骤1524′，在步骤1524′，该方法形成集合速度请求。如果在步骤1520′确定MT10计时器还没有到期，则方法转到步骤1522′，在步骤1522′，该方法形成增量带宽请求。下面参考表1更详细说明了形成增量和集合带宽请求所使用的格式。
随后方法转到步骤1526′，在步骤1526′，在步骤1522′形成的带宽请求(增量带宽请求)或者在步骤1524′形成的带宽请求(集合带宽请求)被传送给选定的基站。用于传送带宽请求的机制可变化。通信系统设计领域的技术人员会认识到在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可使用各种带宽请求消息传送方法。
该方法转到步骤1528，等待接收指示已形成带宽准许的上行链路子帧映射。随后该方法转到判定步骤1530，确定该带宽准许是否适用于传送数据速或者等待适当的准许。如果准许是适当的，则方法转到步骤1534。否则，该方法转到判定步骤1532′。在判定步骤1532′，该方法确定第二计时器，在图15b中称为“MT5计时器”，是否已到期。图15b中的MT5计时器基本上和上面参考图15a说明的MT5计时器相似，从而这里不进行更详细的说明。
在一个实施例中，该方法等待10帧的持续时间(对于rt-VBR)。另一种情况下，该方法等待20帧的持续时间(对于nrt-VBR)。在一个实施例中，对于相同的QoS，MT5计时器计数的周期小于MT10计时器计数的周期。如果在判定步骤1532′确定MT5计时器已到期，则方法返回判定步骤1520′，确定MT10计时器是否已到期。否则，方法返回步骤1528，等待接收上行链路映射。如果在判定步骤1530确定带宽准许是适当的，则方法转到步骤1534。
如图15b中所示，在步骤1534，CPE跨越连接传送数据，并且转到判定步骤1536，确定带宽准许是否完全满足带宽请求。如果带宽准许完全满足带宽请求，则方法转到控制点(即图15b中由步骤1538′表示)，在所述控制点，方法返回步骤1510′。否则，方法返回步骤1528，在步骤1528，方法等待从基站接收包含带宽准许的上行链路子帧映射。如上参考图15a所述，在一个实施例中，在带宽请求/准许消息中指示的带宽的单位是系统的“自然”单位。在可变长度分组系统中，用字节量度系统的“自然”单位，于是通过利用字节作为带宽测量的单位，请求带宽。在固定长度分组系统中，用分组量度系统的“自然”单位，于是，通过利用分组作为带宽测量的单位，请求带宽。
在一个实施例中，最好利用下述5字节格式(概述于下表1中)，产生从CPE到基站的带宽请求。在一个实施例中，带宽请求包含四个字段：“消息类型ID”字段，“连接ID”或者“QoS”字段，“请求类型”字段和“请求数量”字段。消息类型ID字段的长度为1个字节，包含十六进制值“0xB0”。连接ID(或QoS)字段的长度为2个字节，包含被请求连接的连接ID或QoS。连接ID或QoS字段的内容取决于MAC控制消息的BW请求范围字段。请求类型字段的长度为1位，包含指示带宽请求是增量带宽请求还是集合带宽请求的信息。请求类型字段被设置为逻辑1，指示带宽请求是增量请求。请求类型字段被设置成逻辑0，指示带宽请求是集合带宽请求。在一个实施例中，请求数量字段的长度为15位，包含(1)关于CG连接，每帧请求的带宽的数量(以系统的自然单位量度)或者(2)为DAMA连接请求的增量/集合带宽的数量(用系统的自然单位量度)。如上参考图15b所述，对于DAMA连接，在可变长度分组通信系统中用字节量度带宽单位，在固定长度分组通信系统中，用分组量度带宽单位。
字段 大小 注释
消息类型ID 1字节 值＝0xB0
连接ID或QoS 2字节 取决于MAC控制消息的BW请求范围字段
请求类型 1位 0＝关于连接/QoS的全部需要1＝关于连接/QoS的增量需要
请求数量 15位 对于CG连接以每帧为单位，对于DAMA连接为未决的全部或增量字节对于可变长度分组系统，单位＝字节，对于固定长度分组系统，单位＝分组。
总计 5字节
               表1-例证的带宽请求格式
简化的带宽请求/准许协议系统
在使用简化的带宽请求/准许协议系统的实施例中，系统利用填充分组来请求减少分配给CPE的带宽。该实施例被“简化”，因为不要求零带宽请求消息。下面详细说明简化的带宽请求/准许协议系统。
图16表示了简化的带宽请求/准许协议系统的流程图。简化的带宽请求/准许协议方法1600包括BS调制解调器部分和BS CPU部分。BS调制解调器部分包括步骤1610-1630，BS CPU部分包括步骤1640。根据一个实施例，BS调制解调器部分内的步骤(例如步骤1610)由BS调制解调器1452进行。类似地，BS CPU部分内的步骤由BS CPU1454进行。通信领域的技术人员会认识到，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，也可以其它构形执行本发明方法的步骤。例如，本发明的方法可在BS调制解调器中执行步骤1610，并在BS CPU中执行步骤1620-1640。
参见图16，该方法开始于步骤1610，在步骤1610，BS调制解调器从CPE获得分组。该方法随后转到判定步骤1620，在步骤1620，该方法确定在步骤1610中获得的分组是否是填充分组。如果是，则方法转到步骤1630，在步骤1630，BS调制解调器把填充分组及其相关CPE通知BS CPU，否则，方法返回步骤1610。在步骤1630的一个实施例中，从BS调制解调器发向BS CPU的通知包括标志分组，所述标志分组包括识别传送填充分组的相关CPE的数据。通信领域的技术人员将认识到在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可利用其它方法通知BS CPU。例如，可利用共享存储器方法。
根据本方法的步骤1630，BS调制解调器根据上行链路子帧的传输部分识别已传送填充分组的CPE。通信领域的技术人员会认识到在不脱离本发明的范围或精神的情况下，通信领域的技术人员会认识识别CPE的其它方法。BS调制解调器可每隔上行链路子帧或者上行链路调度时间间隔识别CPE。在步骤1630之后，该方法转到步骤1640。
如图16中所示，BS CPU部分包括步骤1640，在步骤1640，BS CPU注意到相关CPU在通信系统上处于激活状态，并且具有过多的带宽。根据一个实施例，BS CPU可降低相关CPE的带宽分配。BS CPU重置相关CPE的所有请求带宽。通信领域中的技术人员会认识到在不脱离本发明的范围或精神的情况下，其它的降低CPE带宽分配的方法可和该实施例一起使用。该实施例不需要零带宽请求消息。
总结
总之，带宽分配协议方法和设备包括在宽带无线通信系统中分配带宽的强力、高效手段。实施例使用协议或者协议的组合，例如增量/集合带宽请求技术或“填充分组”技术，以及单独及组轮询技术，争用轮询，捎带确认和CPE启动技术，在通信系统中有效分配带宽。有利的是，用于传送响应带宽请求的确认的带宽通常可用于其它目的，例如用于传送数据。
在一个实施例中，通过定期传送集合带宽请求，保持CPE和基站之间的带宽分配同步。集合带宽请求被用于重置基站，以便反映它们各自相关CPE的即时全部带宽要求。从而，集合带宽请求使本发明的带宽请求/准许协议能够“自校正”。当基站接收并处理集合带宽请求时，由于增量带宽请求的丢失而引起的，在基站和它们相关CPE之间发生的任意同步损失被纠正。有利的是，集合带宽请求使本发明的带宽请求/准许协议能够自校正，而不需要带宽请求的保证传送(即不需要通常与带宽请求确认消息的使用相联系的带宽开销)。
在另一实施例中，协议利用简化的带宽请求/准许协议分配带宽。简化的带宽请求/准许协议系统利用填充分组请求减少分配给CPE的带宽。在一个实施例中，当BS调制解调器从CPE收到填充分组时，基站调制解调器通知基站CPU。在通知BS CPU之后，本发明的方法能够降低相关CPE的带宽分配。
上面描述了多个实施例。但是，要明白在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可做出各种变化。例如，本发明的方法和设备可用在任意类型的通信系统中。其应用并不局限于无线通信系统。这样的一个例子是本发明在卫星通信系统中的应用。在这样的通信系统中，卫星代替上述基站。另外，CPE不再与卫星保持固定距离。于是，更难以为CPE调度DAMA服务。另一方面，本发明可用在有线通信系统中。有线系统和上面说明的无线系统之间的唯一差别在于这两个系统之间信道特征不同。但是，这两种类型的系统之间，带宽分配并不发生变化。
虽然上面描述的自校正带宽请求/准许协议的实施例使用4-1增量带宽请求-集合带宽请求模式(即传送四个增量带宽请求，之后是一个集合带宽请求)。在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可使用备选的增量/集合带宽请求模式。例如，在一个备选实施例中，传送三个增量带宽请求，之后跟随一个集合带宽请求。另一备选实施例使用3-2增量-集合带宽请求传输模式。因此，要明白本发明并不受举例说明的具体实施例的限制，而只由附加权利要求的范围限定。

Claims (35)

1、一种在宽带无线通信系统中分配带宽的方法，其中所述无线通信系统包括与对应的相关基站进行通信的多个客户站设备，并且基站保存用于表示上行链路和下行链路通信路径中的带宽分配的上行链路和下行链路子帧映射，所述方法包括：
(a)确定选定的客户站设备的增量带宽要求；
(b)将增量带宽请求传送到与所述选定的客户站设备相关的基站，其中所述增量带宽请求包含用于指示在步骤(a)中确定的增量带宽要求的信息；
(c)确定所述选定的客户站设备的集合带宽要求；
(d)确定是否应将集合带宽请求传送到与所述选定的客户站设备相关的基站，其中所述集合带宽请求包含用于指示在步骤(c)中确定的集合带宽要求的信息；和
(e)如果在步骤(c)中确定需要所述集合带宽请求，则将所述集合带宽请求传送给所述相关基站，并返回步骤(a)，否则在不传送所述集合带宽请求的情况下返回步骤(a)。
2、按照权利要求1所述的分配带宽的方法，其中所述增量带宽要求包含自从所述选定的客户站设备最后向所述相关基站请求带宽以来带宽要求中的变化。
3、按照权利要求1所述的分配带宽的方法，其中在步骤(c)中确定的集合带宽要求包含所述选定的客户站设备的全部即时带宽要求。
4、按照权利要求1所述的分配带宽的方法，其中确定是否应将集合带宽请求传送给相关基站的步骤(d)包括：
(1)对增量带宽请求的连续传输进行计数；
(2)比较在步骤(1)中计数的连续传输的数目和预定的增量带宽请求阈值；
(3)如果所述增量带宽请求的连续传输的数目等于所述预定阈值，则指示需要集合带宽请求，否则返回步骤(1)。
5、按照权利要求1所述的分配带宽的方法，其中确定是否应将集合带宽请求传送给相关基站的步骤(d)包括：
(1)等待集合带宽请求的传输之间的预定时间间隔；
(2)当所述预定的时间间隔到期时，指示需要集合带宽请求，否则返回步骤(1)。
6、按照权利要求1所述的分配带宽的方法，其中在步骤(e)中传送的集合带宽请求使所述相关基站重置用于表示所述选定的客户站设备的全部带宽要求的记录，从而使所述方法能够自校正。
7、按照权利要求1所述的分配带宽的方法，其中所述选定的客户站设备利用捎带确认技术，将增量和集合带宽请求传送给所述相关基站，其中所述选定的客户站设备利用现有带宽分配的分组中的未用带宽，传送带宽请求。
8、按照权利要求1所述的分配带宽的方法，其中所述选定的客户站设备利用单独轮询技术，将增量和集合带宽请求传送给所述相关基站，其中对于所述选定的客户站设备的带宽要求，所述相关基站单独轮询所述选定的客户站设备。
9、按照权利要求8所述的分配带宽的方法，其中所述相关基站在上行链路子帧中将带宽分配给所述选定的客户站设备，其中基站确定所述选定的客户站设备是否通过设定与其相关的poll-me位来请求轮询。
10、按照权利要求1所述的分配带宽的方法，其中利用带宽请求消息，将带宽请求传送给所述相关基站。
11、按照权利要求10所述的分配带宽的方法，其中带宽请求消息包括消息类型ID字段、连接ID/QoS字段、请求类型字段和请求数量字段。
12、按照权利要求11所述的分配带宽的方法，其中所述请求类型字段指示正在传送的是增量带宽请求还是集合带宽请求。
13、按照权利要求11所述的分配带宽的方法，其中所述请求数量字段指示所述选定的客户站设备所请求的带宽的数量。
14、按照权利要求13所述的分配带宽的方法，其中以无线通信系统的自然单位表述所请求的带宽的数量。
15、按照权利要求14所述的分配带宽的方法，其中对于利用可变长度分组的通信系统，所述自然单位包括字节，对于利用固定长度分组的通信系统，所述自然单位包括分组。
16、按照权利要求11所述的分配带宽的方法，其中所述消息类型ID字段包括用于向通信系统指示正在传送带宽请求消息的预定常数值。
17、按照权利要求11所述的分配带宽的方法，其中所述连接ID/QoS字段指示所述选定的客户站设备和所述相关基站之间的连接的标识符，或者指示与所述选定的客户站设备和所述相关基站之间的连接相关的服务质量。
18、按照权利要求17所述的分配带宽的方法，其中当首次建立所述客户站设备和所述相关基站之间的连接时，指定与所述连接相关的服务质量。
19、按照权利要求1所述的分配带宽的方法，还包括：
(f)获得分组；
(g)确定步骤(f)的分组是否是填充分组；
(h)如果分组是填充分组，则将填充分组和相关客户站设备通知基站CPU，否则返回步骤(f)；
(i)减小所述相关客户站设备的带宽分配；和
(j)返回步骤(f)。
20、按照权利要求19所述的分配带宽的方法，其中通知基站CPU的步骤(h)包括向基站CPU传送标志分组。
21、按照权利要求20所述的分配带宽的方法，其中所述标志分组包括和相关CPU有关的信息。
22、按照权利要求19所述的分配带宽的方法，其中通知基站CPU的步骤(h)包括共享存储器处理器。
23、按照权利要求19所述的带宽分配方法，其中步骤(f)-(h)由基站调制解调器执行，步骤(i)由基站CPU执行。
24、按照权利要求19所述的分配带宽的方法，其中步骤(f)由基站调制解调器执行，步骤(g)-(i)由基站CPU执行。
25、按照权利要求19所述的分配带宽的方法，其中减小带宽分配的步骤(i)包括重置相关客户站设备的所有请求带宽。
26、一种在带宽无线通信系统中分配带宽的设备，其中所述宽带无线通信系统包括与对应的相关基站进行通信的多个客户站设备，其中基站保存用于表示上行链路和下行链路通信路径中的带宽分配的上行链路和下行链路子帧映射，所述设备包括：
(a)用于计算选定的客户站设备的增量带宽要求和集合带宽要求的带宽要求计算装置；
(b)可操作地与所述带宽要求计算装置耦合、用于将增量带宽请求和集合带宽请求传送给与所述选定的客户站设备相关的基站的传输装置，其中所述增量带宽请求表示所述选定的客户站设备的增量带宽要求，所述集合带宽请求表示所述选定的客户站设备的集合带宽要求；
(c)可操作地与传输装置耦合、用于确定是否应将集合带宽请求传送给所述相关基站的确定装置，其中当所述确定装置确定应将集合带宽请求传送给所述相关基站时，所述确定装置使所述传输装置定期地传送集合带宽请求。
27、按照权利要求26所述的分配带宽的设备，其中所述增量带宽要求包含自从所述选定的客户站设备最后向所述相关基站请求带宽以来带宽要求方面的变化。
28、按照权利要求26所述的分配带宽的设备，其中所述集合带宽要求包含所述选定的客户站设备的全部即时带宽要求。
29、按照权利要求26所述的分配带宽的设备，其中所述确定装置被配置成：
对增量带宽请求的连续传输进行计数；
比较所述计数的连续传输的数目和预定的增量带宽请求阈值；
每当所述增量带宽请求的连续传输的数目等于所述预定阈值时，指示需要集合带宽请求。
30、按照权利要求29所述的分配带宽的设备，其中所述确定装置包括用于对增量带宽请求的连续传输进行计数的动态计时器。
31、按照权利要求30所述的分配带宽的设备，其中所述动态计时器被设定为所述设备在集合带宽请求的传输之间等待的预定数目的帧，其中每次传送增量带宽请求时，递减所述动态计时器。
32、按照权利要求31所述的分配带宽的设备，其中所述设备在集合带宽请求的传输之间等待的预定数目的帧取决于与所述选定的客户站设备和所述相关基站之间的连接相关的服务质量。
33、按照权利要求26所述的分配带宽的设备，还包括：
用于获得分组的分组获得装置；
与所述分组获得装置耦合、用于确定分组是否是填充分组的分组确定装置；
与所述分组确定装置耦合、用于将填充分组和相关客户站设备通知给基站CPU的基站CPU通知装置；
与所述基站CPU通知装置耦合、用于减小所述相关客户站设备的带宽分配的带宽分配减小装置。
34、按照权利要求33所述的分配带宽的设备，其中所述分组获得装置、所述分组确定装置和所述基站CPU通知装置位于基站调制解调器中，并且所述带宽分配减小装置位于基站CPU中。
35、按照权利要求33所述的分配带宽的设备，其中所述分组获得装置位于基站调制解调器中，并且所述分组确定装置、所述基站CPU通知装置和所述带宽分配减小装置位于基站CPU中。
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