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CN103002589A - 一种无线通信系统中前向调度的方法和装置 - Google Patents

一种无线通信系统中前向调度的方法和装置 Download PDF

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CN103002589A
CN103002589A CN201110273040XA CN201110273040A CN103002589A CN 103002589 A CN103002589 A CN 103002589A CN 201110273040X A CN201110273040X A CN 201110273040XA CN 201110273040 A CN201110273040 A CN 201110273040A CN 103002589 A CN103002589 A CN 103002589A
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CN
China
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factor
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scheduled
wireless communication
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CN201110273040XA
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English (en)
Inventor
杨晓义
黄伟芳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZTE Corp
Original Assignee
ZTE Corp
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Publication date
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Abstract

本发明公开了一种无线通信系统中前向调度的方法和装置,该方法包括:基站针对其覆盖的一个特定扇区,在使用比例公平原则的前向调度算法的基础上,根据用户实际接收效果从所述特定扇区内的所有用户中选出被调度的用户;基站向被调度的用户发送下行数据。本发明结合用户实际接收数据的效果对3GPP2协议提出的比例公平调度方法进行了改进,优化了调度的公平性,既保留了原有比例公平原则的思想,又兼顾了不同用户的实际接收效果,极大的提高了系统的下行数据吞吐量。

Description

一种无线通信系统中前向调度的方法和装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,尤其涉及一种无线通信系统中前向调度的方法和装置。
背景技术
在无线移动通信系统中,进行数据业务的不同用户,由于所处的无线环境不同,造成各个用户的吞吐量有差异。若要提高整个系统的吞吐量,则需降低链路条件差的用户的服务时间,若要保证每个用户都获得公平的服务时间,就会降低整个网络的吞吐量。
为了平衡公平性与效率的关系,3GPP2(3rd Generation Partnership Project 2,第三代合作伙伴计划2)协议《C.R1002-B v1.0_Evaluation_Methodology》给出了一种比例公平原则的前向调度算法。
在CDMA2000 1xEVDO系统中(EVDO实际上是三个单词的缩写:Evolution、Data Only,CDMA2000 1xEV-DO是CDMA2000 1x演进的一条路径的第一个阶段),在时隙i,用户j的平均公平吞吐量用Rj(i)表示,其请求传输的速率用DRCj(i)表示,则从K个用户中选出的被调度的用户为:
Figure BDA0000091363490000011
对应的用户,其中,α为比例公平因子。
计算Rj(i)时的更新规则为:
若用户j在上一个时隙i-1没有被调度上,则Rj(i)=βRj(i-1);
若用户j在上一个时隙i-1被调度了,则Rj(i)=βRj(i-1)+(1-β)Nj(i-1),其中β为衰减因子,i为时隙数,Nj(i-1)为上一个时隙发送给用户j的信息比特数。
从上面调度用户的方式可以看出,如果用户的信道条件较好,则请求的速率DRCj(t)也较高,就会使其优先权提高。如果一个用户因为信道条件较差,特别是由于该用户处于小区边缘时,信干比长时间较低,得不到传输机会,则其平均吞吐量减小,这同样会使其优先权提高,获得传输机会。比例公平调度算法是追求系统吞吐量最大化和各用户间公平性两个目标的一种折衷方法。可以通过调节公平性因子α,使得满足各用户公平性的同时,达到最大系统吞吐量。
在WCDMA HSDPA(Wideband Code Division Multiple Access-High SpeedDownlink Packet Access,宽带码分多址-高速下行分组接入)和LTE(Long TermEvolution,长期演进)系统中也同样使用了比例公平调度的思想,公式形式稍有不同。从K个待选用户中,选出的被调度的用户为:
Figure BDA0000091363490000021
对应的用户,其中Ratej(i)为用户j在时隙i上报的CQI(Channel Quality Indicator,信道质量指示)值对应的数据块长度与传输该数据块所需传输时间的比值,Throughputj(i)为用户j在时隙i内的下行数据吞吐量。对于CQI较好的用户,随着其吞吐量的增加,其优先级将会有所下降,以达到公平性。
计算Throughputj(i)时的更新规则为:
若用户j在上一个时隙i-1没有被调度上,则Throughputj(i)=φThroughputj(i-1);
若用户j在上一个时隙i-1被调度了,则
Throughputj(i)=φThroughputj(i-1)+(1-φ)Ratej(i-1),其中φ为衰减因子。
3GPP2协议中的上述调度用户的方式虽然考虑了用户的信道环境和用户的历史下行数据吞吐量,但是由于用户也可能因为其它原因(如缓存空间等)不能成功接收前向数据包,因此,3GPP2协议中提供的比例公平调度的算法中没有体现用户的实际接收结果对其自身调度的影响。
发明内容
本发明提供一种无线通信系统中前向调度的方法和装置,以解决现有前向调度方法不能体现用户的实际接收结果对其自身调度影响的问题。
本发明采用的技术方案是,所述无线通信系统中前向调度的方法,包括:
基站针对其覆盖的一个特定扇区,在使用比例公平原则的前向调度算法的基础上,根据用户实际接收效果从所述特定扇区内的所有用户中选出被调度的用户;基站向被调度的用户发送下行数据。
进一步的,所述在使用比例公平原则的前向调度算法的基础上,根据用户实际接收效果从所述特定扇区内的所有用户中选出被调度的用户,具体包括:
在当前时隙,对所述特定扇区内的每一个用户进行如下处理:采用用户实际接收效果因子对用户当前网络环境的表征值与用户历史下行数据吞吐量的表征值的商进行修正,得到所述用户对应的处理结果;
在得到的处理结果中选取最大值对应的用户作为被调度的用户。
进一步的,所述采用用户实际接收效果因子对用户当前网络环境的表征值与用户历史下行数据吞吐量的表征值的商进行修正,具体包括:
采用用户实际接收效果因子对用户历史下行数据吞吐量的表征值进行修正,或者,对用户当前网络环境的表征值进行修正。
进一步的,在上一个时隙某用户未被调度的情况下,所述用户实际接收效果因子中包括用户的重传率因子和用户的丢包率因子;
在上一个时隙某用户被调度的情况下,所述用户实际接收效果因子中包括用户的重传率因子、用户的丢包率因子以及基站发给所述用户的信息比特数因子。
进一步的,所述方法还包括:按照设定的时间间隔更新所述特定扇区内的所有用户的重传率因子和用户的丢包率因子;和/或,
根据需要调整用户实际接收效果因子中各因子所占的权重。
本发明还提供一种无线通信系统中前向调度的装置,包括:
用户选择模块,用于针对基站覆盖的一个特定扇区,在使用比例公平原则的前向调度算法的基础上,根据用户实际接收效果从所述特定扇区内的所有用户中选出被调度的用户;
用户数据发送模块,用于向被调度的用户发送下行数据。
进一步的,所述用户选择模块,具体包括:
用户处理结果计算子模块,用于在当前时隙,对所述特定扇区内的每一个用户进行如下处理:采用用户实际接收效果因子对用户当前网络环境的表征值与用户历史下行数据吞吐量的表征值的商进行修正,得到所述用户对应的处理结果;
选取子模块,用于在得到的处理结果中选取最大值对应的用户作为被调度的用户。
进一步的,所述用户处理结果计算子模块,具体用于:
采用用户实际接收效果因子对用户历史下行数据吞吐量的表征值进行修正,或者,对用户当前网络环境的表征值进行修正。
进一步的,在上一个时隙某用户未被调度的情况下,所述用户实际接收效果因子中包括用户的重传率因子和用户的丢包率因子;
在上一个时隙某用户被调度的情况下,所述用户实际接收效果因子中包括用户的重传率因子、用户的丢包率因子以及基站发给所述用户的信息比特数因子。
进一步的,所述装置还包括:
更新模块,用于按照设定的时间间隔更新所述特定扇区内的所有用户的重传率因子和用户的丢包率因子;和/或,
前向调度算法微调模块,用于根据需要调整用户实际接收效果因子中各因子所占的权重。
采用上述技术方案,本发明至少具有下列优点:
本发明所述无线通信系统中前向调度的方法和装置,结合用户实际接收数据的效果对现有3GPP2协议提供的比例公平调度方法进行了改进,优化了调度的公平性,既保留了原有比例公平原则的思想,又兼顾了不同用户的实际接收效果,极大的提高了系统的下行数据吞吐量。
附图说明
图1为本发明第一实施例中所述无线通信系统中前向调度的方法流程图;
图2为本发明第二实施例中所述无线通信系统中前向调度的装置结构示意图;
图3为本发明仿真实例中的网络拓扑结构图;
图4为本发明仿真实例中整网扇区平均下行数据吞吐量随变化的权重值a的增长情况示意图;
图5为本发明仿真实例中整网扇区平均下行数据吞吐量随变化的权重值b的增长情况示意图;
图6为本发明仿真实例中整网扇区平均下行数据吞吐量随同时变化的权重值a、b的增长情况示意图;
图7为本发明仿真实例中整网所有用户中的最小被调度次数随权重值a、b的变化情况示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例,对本发明进行详细说明如后。
本发明第一实施例,一种无线通信系统中前向调度的方法,如图1所示,包括以下具体步骤:
步骤S101,基站针对其覆盖的一个特定扇区,在使用比例公平原则的前向调度算法的基础上,根据用户实际接收效果从所述特定扇区内的所有用户中选出被调度的用户;
具体的,所述含有用户实际接收效果因子且基于比例公平原则的前向调度算法,是在现有3GPP2协议提供的基于比例公平原则的前向调度算法基础上所做的改进。现有3GPP2协议提供的基于比例公平原则的前向调度算法是:在当前时隙,用户当前网络环境的表征值除以用户历史下行数据吞吐量的表征值,在得到的结果中选取最大值对应的用户作为被调度的用户。
本发明在现有3GPP2协议提供的前向调度算法中加入了用户实际接收效果因子,具体为:
在当前时隙,对所述特定扇区内的每一个用户进行如下处理:采用用户实际接收效果因子对用户当前网络环境的表征值与用户历史下行数据吞吐量的表征值的商进行修正。优选的,为了在现有的基于比例公平原则的前向调度算法的基础上进行平滑过渡,可以采用用户实际接收效果因子对用户历史下行数据吞吐量的表征值进行修正,或者,对用户当前网络环境的表征值进行修正。
所述用户实际接收效果因子的组成又分为两种情况:
在上一个时隙某用户未被调度的情况下,所述用户实际接收效果因子中包括用户的重传率因子和用户的丢包率因子;
在上一个时隙某用户被调度的情况下,所述用户实际接收效果因子中包括用户的重传率因子、用户的丢包率因子以及基站发给所述用户的信息比特数因子。
需要说明的是,本发明不限于以时隙为时间单位对用户相关数据进行处理,可以根据实际需要设置处理用户相关数据的时间单位。
步骤S102,基站向被调度的用户发送下行数据。
可选的,该方法还包括步骤S103和/或步骤S104:
步骤S103,按照设定的时间间隔更新所述特定扇区内的所有用户的重传率因子和用户的丢包率因子。
步骤S104,根据需要调整用户实际接收效果因子中各因子所占的权重。
本发明第二实施例,一种无线通信系统中前向调度的装置,如图2所示,包括以下组成部分:
用户选择模块10,用于针对基站覆盖的一个特定扇区,根据含有用户实际接收效果因子且基于比例公平原则的前向调度算法,在所述特定扇区内的所有用户中选出被调度的用户。
具体的,所述用户选择模块10,具体包括:
用户处理结果计算子模块11,用于在当前时隙,对所述特定扇区内的每一个用户进行如下处理:采用用户实际接收效果因子对用户当前网络环境的表征值与用户历史下行数据吞吐量的表征值的商进行修正,得到所述用户对应的处理结果;优选的,为了在现有3GPP2协议提供的基于比例公平原则的前向调度算法的基础上进行平滑过渡,用户处理结果计算子模块11,具体用于:采用用户实际接收效果因子对用户历史下行数据吞吐量的表征值进行修正,或者,对用户当前网络环境的表征值进行修正。
选取子模块12,用于在得到的处理结果中选取最大值对应的用户作为被调度的用户。
所述用户实际接收效果因子的组成又分为两种情况:
在上一个时隙某用户未被调度的情况下,所述用户实际接收效果因子中包括用户的重传率因子和用户的丢包率因子;
在上一个时隙某用户被调度的情况下,所述用户实际接收效果因子中包括用户的重传率因子、用户的丢包率因子以及基站发给所述用户的信息比特数因子。
用户数据发送模块20,用于向被调度的用户发送下行数据。
可选的,该装置还包括:
更新模块30,用于按照设定的时间间隔更新所述特定扇区内的所有用户的重传率因子和用户的丢包率因子;和/或,
前向调度算法微调模块40,用于根据需要调整用户实际接收效果因子中各因子所占的权重。
下面在第一、二实施例的基础上,分别在CDMA2000 1xEVDO系统、WCDMA HSDPA系统和LTE系统等基于比例公平原则进行前向调度的无线通信系统下进行前向调度仿真。仿真时采用的网络拓扑图如图3所示,小圆圈代表基站,一个基站覆盖三个扇区,每个扇区中心的数字是该扇区的编号。仿真条件设置情况见表1所示。
表1 仿真条件表
仿真实例1-CDMA2000 1xEVDO系统前向调度仿真过程:
步骤一、基站每隔时间间隔T,根据用户j的重传和丢包情况,统计出第j个用户的重传率σj和丢包率ξj。这是现有基站具有的功能,故此处不详述。
步骤二、基站根据重传率σj和丢包率ξj以及统计的上一个时隙i-1基站发送给用户j的信息比特数Nj(i-1),计算当前时隙i用户j的平均公平吞吐量Rj(i)、重传率因子Aj(i)以及丢包率因子Bj(i)。设衰减因子β、μ、λ=0.998,比例公平因子α=0.75。包括本仿真实例在内,衰减因子β、μ、λ可以取值的范围为0~1。
若用户j在上一个时隙i-1没有被调度上,则:
Rj(i)=βRj(i-1)
Aj(i)=μAj(i-1)
Bj(i)=λBj(i-1)
若用户j在上-个时隙i-1被调度上了,则:
Rj(i)=βRj(i-1)+(1-β)Nj(i-1)
Aj(i)=μAj(i-1)+(1-μ)σj
Bj(i)=λBj(i-1)+(1-λ)ξj
其中,σj为基站侧统计的用户j的重传率,基站侧每隔时间间隔T更新一次σj值;ξj为基站侧统计的用户j的丢包率,基站侧每隔时间间隔T更新一次ξj值。从上述计算式可知,如果用户j一直没有被调度上,用户j的平均公平吞吐量Rj(i)从初始默认值开始只在衰减因子β的作用下变化,一旦用户j在某个时隙被调度了,在下一个时隙,用户j的平均公平吞吐量Rj(i)的值才会受到上一个时隙基站发送给用户j的数据的影响。
步骤三、计算得到Rj(i)、Aj(i)和Bj(i),结合用户j上报的DRC信息、重传率权重值a(a>=0)和丢包率权重值b(b>=0),计算得到被调度的用户:
max j = 1 , . . . , K { DRC j ( i ) [ ( 1 + a × A j ( i ) + b × B j ( i ) ) × R j ( i ) ] α } 对应的用户。
Rj(i)α为现有3GPP2协议提供的用户历史下行数据吞吐量的表征值,DRCj(i)为用户当前网络环境的表征值。本发明采用用户实际接收效果因子(1+a×Aj(i)+b×Bj(i))α对现有3GPP2协议提供的用户历史下行数据吞吐量的表征值进行修正。
除此之外,本发明还支持其他的修正方式,比如:
max j = 1 , . . . , K { DRC j ( i ) [ ( 1 + a × A j ( i ) × B j ( i ) ) × R j ( i ) ] α } ;
max j = 1 , . . . , K { DRC j ( i ) [ ( 1 + a × A j ( i ) + b × B j ( i ) ) × R j ( i ) ] α } ;
max j = 1 , . . . , K { DRC j ( i ) ( 1 + a × A j ( i ) × B j ( i ) ) × [ R j ( i ) ] α } ;
max j = 1 , . . . , K { ( 1 - a × A j ( i ) - b × B j ( i ) ) × DRC j ( i ) [ R j ( i ) ] α } ;
max j = 1 , . . . , K { ( 1 - a × A j ( i ) × B j ( i ) ) × DRC j ( i ) [ R j ( i ) ] α } ;
max j = 1 , . . . , K { DRC j ( i ) [ R j ( i ) ] α - a × A j ( i ) - b × B j ( i ) } ; 以及,
max j = 1 , . . . , K { DRC j ( i ) [ R j ( i ) ] α - a × A j ( i ) × B j ( i ) } 等。
步骤四、调度结束,基站向被调度的用户发送数据。
仿真验证:
当a=1~5、b=0时,整网扇区的平均下行数据吞吐量的提升效果如图4所示,随着权重值a的增大,在同一时间段内仿真拓扑网络内所有用户的平均下行数据吞吐量与现有3GPP2协议提供的比例公平前向调度算法得到的结果相比,提升的幅度百分比Raise%也在逐渐升高,变化范围在8~22%。
当a=0、b=1~5时,整网扇区的平均下行数据吞吐量的提升效果如图5所示,随着权重值b的增大,在同一时间段内仿真拓扑网络内所有用户的平均下行数据吞吐量与现有3GPP2协议提供的比例公平前向调度算法得到的结果相比,提升的幅度百分比Raise%也在逐渐升高,变化范围在0.7~1.5%。
当a=b=1~1280,整网扇区的平均下行数据吞吐量的提升效果如图6所示,这种变化权重值的方式可以使得仿真拓扑网络内所有用户的下行数据吞吐量提升幅度最大,范围在5~45%。同时用户的最小调度次数Number的变化情况如图7所示,可见该算法是以牺牲公平性来提升扇区下行数据吞吐量。
需要说明的是,以上仿真验证的结果系在设定的仿真条件和仿真场景下得到,改变仿真条件和仿真场景,仿真结果会有变化,但总的来说对扇区内被调度用户的下行数据吞吐量平均值具有显著的提高。
应用实例2-WCDMAHSDPA系统和LTE系统的前向调度仿真过程:
步骤一、基站每隔时间间隔T,根据用户j的重传和丢包情况,计算出第j个用户的重传率σj和丢包率ξj
步骤二、基站根据重传率σj和丢包率ξj计算当前时隙i用户j的重传率因子Aj(i)以及丢包率因子Bj(i)。
若用户j在上一个时隙i-1没有被调度上,则:
Aj(i)=μAj(i-1)
Bj(i)=λBj(i-1)
Throughputj(i)=φThroughputj(i-1)
若用户j在上一个时隙i-1被调度上了,则:
Aj(i)=μAj(i-1)+(1-μ)σj(i-1)
Bj(i)=λBj(i-1)+(1-λ)ξj(i-1)
Throughputj(i)=φThroughputj(i-1)+(1-φ)Ratej(i-1)其中,σj为基站侧统计的用户j的重传率,基站侧每隔时间间隔T更新一次σj值;ξj为基站侧统计的用户j的丢包率,基站侧每隔时间间隔T更新一次ξj值。
步骤三、计算得到Throughputj(i)、Aj(i)和Bj(i),通过用户j上报的CQI计算得到Ratej(i),再结合Ratej(i)、重传率权重值a(a>=0)和丢包率权重值b(b>=0),计算得到被调度的用户:
max j = 1 , . . . , K { Rate j ( i ) ( 1 + a × A j ( i ) + b × B j ( i ) ) × ( Throughput j ( i ) + 1 ) } 对应的用户。
Throughputj(i)为现有的用户历史下行数据吞吐量的表征值,Ratej(i)为用户当前网络环境的表征值。本发明采用用户实际接收效果因子(1+a×Aj(i)+b×Bj(i))对现有的用户历史下行数据吞吐量的表征值进行修正。
除此之外,本发明还支持其他的修正方式,比如:
max j = 1 , . . . , K { Rate j ( i ) ( 1 + a × A j ( i ) × B j ( i ) ) × ( Throughput j ( i ) + 1 ) } ;
max j = 1 , . . . , K { ( 1 - a × A j ( i ) - b × B j ( i ) ) × Rate j ( i ) Throughput j ( i ) + 1 } ;
max j = 1 , . . . , K { ( 1 - a × A j ( i ) × B j ( i ) ) × Rate j ( i ) Throughput j ( i ) + 1 } ;
max j = 1 , . . . , K { Rate j ( i ) Throughput j ( i ) + 1 - a × A j ( i ) - b × B j ( i ) } ; 以及,
max j = 1 , . . . , K { Rate j ( i ) Throughput j ( i ) + 1 - a × A j ( i ) × B j ( i ) } 等。
步骤四、调度结束,基站向被调度的用户发送数据。
通过具体实施方式的说明,应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解,然而所附图示仅是提供参考与说明之用,并非用来对本发明加以限制。

Claims (10)

1.一种无线通信系统中前向调度的方法,其特征在于,包括:
基站针对其覆盖的一个特定扇区,在使用比例公平原则的前向调度算法的基础上,根据用户实际接收效果从所述特定扇区内的所有用户中选出被调度的用户;基站向被调度的用户发送下行数据。
2.根据权利要求1所述的无线通信系统中前向调度的方法,其特征在于,所述在使用比例公平原则的前向调度算法的基础上,根据用户实际接收效果从所述特定扇区内的所有用户中选出被调度的用户,具体包括:
在当前时隙,对所述特定扇区内的每一个用户进行如下处理:采用用户实际接收效果因子对用户当前网络环境的表征值与用户历史下行数据吞吐量的表征值的商进行修正,得到所述用户对应的处理结果;
在得到的处理结果中选取最大值对应的用户作为被调度的用户。
3.根据权利要求2所述的无线通信系统中前向调度的方法,其特征在于,所述采用用户实际接收效果因子对用户当前网络环境的表征值与用户历史下行数据吞吐量的表征值的商进行修正,具体包括:
采用用户实际接收效果因子对用户历史下行数据吞吐量的表征值进行修正,或者,对用户当前网络环境的表征值进行修正。
4.根据权利要求1所述的无线通信系统中前向调度的方法,其特征在于,在上一个时隙某用户未被调度的情况下,所述用户实际接收效果因子中包括用户的重传率因子和用户的丢包率因子;
在上一个时隙某用户被调度的情况下,所述用户实际接收效果因子中包括用户的重传率因子、用户的丢包率因子以及基站发给所述用户的信息比特数因子。
5.根据权利要求4所述的无线通信系统中前向调度的方法,其特征在于,所述方法还包括:按照设定的时间间隔更新所述特定扇区内的所有用户的重传率因子和用户的丢包率因子;和/或,
根据需要调整用户实际接收效果因子中各因子所占的权重。
6.一种无线通信系统中前向调度的装置,其特征在于,包括:
用户选择模块,用于针对基站覆盖的一个特定扇区,在使用比例公平原则的前向调度算法的基础上,根据用户实际接收效果从所述特定扇区内的所有用户中选出被调度的用户;
用户数据发送模块,用于向被调度的用户发送下行数据。
7.根据权利要求6所述的无线通信系统中前向调度的装置,其特征在于,所述用户选择模块,具体包括:
用户处理结果计算子模块,用于在当前时隙,对所述特定扇区内的每一个用户进行如下处理:采用用户实际接收效果因子对用户当前网络环境的表征值与用户历史下行数据吞吐量的表征值的商进行修正,得到所述用户对应的处理结果;
选取子模块,用于在得到的处理结果中选取最大值对应的用户作为被调度的用户。
8.根据权利要求7所述的无线通信系统中前向调度的装置,其特征在于,所述用户处理结果计算子模块,具体用于:
采用用户实际接收效果因子对用户历史下行数据吞吐量的表征值进行修正,或者,对用户当前网络环境的表征值进行修正。
9.根据权利要求6所述的无线通信系统中前向调度的装置,其特征在于,在上一个时隙某用户未被调度的情况下,所述用户实际接收效果因子中包括用户的重传率因子和用户的丢包率因子;
在上一个时隙某用户被调度的情况下,所述用户实际接收效果因子中包括用户的重传率因子、用户的丢包率因子以及基站发给所述用户的信息比特数因子。
10.根据权利要求9所述的无线通信系统中前向调度的装置,其特征在于,所述装置还包括:
更新模块,用于按照设定的时间间隔更新所述特定扇区内的所有用户的重传率因子和用户的丢包率因子;和/或,
前向调度算法微调模块,用于根据需要调整用户实际接收效果因子中各因子所占的权重。
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