專利名稱：寬帶碼分多址系統(tǒng)中信道化碼資源動態(tài)優(yōu)化分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通訊領(lǐng)域，特別涉及一種關(guān)于寬帶碼分多址(WCDMA)移動通信系統(tǒng)下行鏈路正交信道化碼資源動態(tài)分配方法。
隨著移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，已有許多學者對移動通信諸多新技術(shù)進行了深入研究，然而對于寬帶碼分多址系統(tǒng)中正交信道化碼資源分配問題的研究幾乎還是一片空白，《Liu Z，Zarki M E.SIR-based call admission contol forDS-CDMA cellular systems[J].IEEE J SAC，1994，12(4)638～644》提及的呼叫準入問題具有信道分配問題的性質(zhì)，但是僅僅是針對窄帶直接序列擴頻蜂窩系統(tǒng)，不具有應(yīng)用上的意義?！段靼步煌ù髮W學報》(vol.35，No.6，Jun.2001.pp581～585，程江、朱世華、黨安紅)發(fā)表的《寬帶碼分多址系統(tǒng)中正交碼的分配策略研究》提出一種關(guān)于寬帶碼分多址系統(tǒng)中正交信道化碼的分配策略，其分配策略是基于下面代價函數(shù)E=A1RE+A2(M-Σn=1Nsn)2+A3Σ{ΣCj∈L(n)[si(1-bτ(i)]-[1-(-1)na(n)]/2}---(1)]]>根據(jù)公式(1)判斷空閑碼字的分配代價，并選擇代價函數(shù)值最小的碼字分配給呼叫用戶。公式(1)中規(guī)定A1，A2，A3是常數(shù)，但是對于常數(shù)的值如何確定，該文并未給出，然而在計算代價函數(shù)值中此值的大小是至關(guān)重要的。而且公式(1)中右邊的第一項是計算由于隨機分配而不考慮正交信道化碼的特性而造成碼間干擾的干擾代價，其目標函數(shù)為minRE=WΣn=1N(snΣj∈sson(n)θjn)---(2)]]>公式(1)中右邊第二項是業(yè)務(wù)需求代價函數(shù)，右邊第三項是緊致分配代價函數(shù)；從上述的分析和公式可看出，此代價函數(shù)的計算不僅需要去確定N個子集，還要進行兩重求和運算，至于公式(1)和公式(2)中所有參數(shù)的確定都還需進行多次的判決，因此代價函數(shù)的計算復(fù)雜度很高。基于代價函數(shù)方法的正交信道化碼分配策略是對于任何一個空閑碼字均需進行代價函數(shù)的計算，而且對于每一項代價其目標函數(shù)的計算都是利用一個比較復(fù)雜的公式，這明顯增加了系統(tǒng)分配碼字的計算量，即增加了系統(tǒng)的開銷；同時，基于代價函數(shù)法涉及三個常數(shù)A1，A2，A3的確定，應(yīng)以什么標準來定也并沒有明確，這樣給計算此代價函數(shù)也帶來了困難，使得此方法實現(xiàn)起來也比較困難，同時給此方法也帶來一些主觀因素的影響。從實際應(yīng)用角度來說，此技術(shù)只是一種理論性的研究，不可能得到廣泛的實際應(yīng)用。
一份專利號為6,108,369的美國專利(Augest.2000“Channelization codeallocation for radio communication systems”)，主要針對CDMA移動通信系統(tǒng)，提出了一種在擴頻方法中采用I、Q復(fù)用以及多碼傳輸時如何分配控制和數(shù)據(jù)物理信道的信道化碼，并保證彼此之間的信道化碼正交的信道化碼分配方法，由于此專利的重點是在保證控制和數(shù)據(jù)物理信道的信道化碼的正交性，而未涉及正交信道化碼分配策略和優(yōu)化的問題，因此可能會因為在用戶接入時碼資源阻塞從而導(dǎo)致系統(tǒng)容量的減小。另一份專利號為6,163,524的美國專利(December.2000，“Code allocation in CDMA”)，主要針對擴頻通信系統(tǒng)擴頻正交碼的分配問題提出，其原理是首先從碼樹上找到可分配的最高帶寬的碼字，然后根據(jù)實際業(yè)務(wù)的帶寬在此碼字的子碼樹上往下一級一級的匹配，直至選擇到一個適合此業(yè)務(wù)的碼字。從此方法可以看出在碼字分配的緊致性方面也不夠理想，這必然會在分配碼資源時造成了碼資源的浪費，最終也影響了系統(tǒng)的容量。
首先對下述概念作一定義定義1可分配集擴頻因子(Spreading Factor，SF)對應(yīng)的碼樹層上可分配的節(jié)點構(gòu)成的集合，簡稱為A＝{a1，a2，…，am}，見附圖2。
定義2不可分配集擴頻因子(SF)對應(yīng)的碼樹層上不可分配的節(jié)點構(gòu)成的集合，簡稱為B＝{b1，b2，…，bn}，并且m+n＝SF/2。見附圖2。
定義3路徑距離矩陣可分配集中的元素ai與不可分配集中的元素bj在碼樹上的路徑距離定義為dij見附圖2，由A和B兩個集合的元素構(gòu)成的路徑距離集，即D=d11d12Λd1nd21d22Λd2nMMMMdm1dm2Λdmn]]>定義4偽度量衡量可分配集與不可分配集之間的路徑長短。
本發(fā)明提出的寬帶碼分多址系統(tǒng)中信道化碼資源動態(tài)優(yōu)化分配方法，包括以下步驟第一步根據(jù)WCDMA通信系統(tǒng)中用戶所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)速率，獲得匹配的擴頻因子(SF)，并作為輸入?yún)?shù)；第二步判斷該擴頻因子(SF)所對應(yīng)的碼樹層上是否有可分配的碼資源；若沒有可分配的碼資源，則執(zhí)行第六步；否則表明有可分配的碼資源，繼續(xù)執(zhí)行第三步；第三步通過偽度量分配方法進行碼資源的優(yōu)化分配，返回分配碼字編號；第四步判斷返回的編號是否是分配成功的碼字編號；若不是，則執(zhí)行第七步；第五步返回分配成功的命令(包含分配的正交信道化碼標號)，結(jié)束；第六步返回碼資源已被分配完的命令，結(jié)束；第七步返回由于破網(wǎng)(當用戶結(jié)束通信時，碼資源管理模塊就會釋放此用戶使用的碼資源，但由于用戶結(jié)束通信過程是隨機的，因此造成正交信道化碼樹的碼資源占用情況變得很不緊致，也就是所謂的破網(wǎng))造成不能分配的命令，結(jié)束。
第三步中所述的偽度量分配方法，進一步包括以下步驟第1步根據(jù)輸入的擴頻因子判斷本擴頻因子所對應(yīng)的碼樹層是否有單枝被分配的情況，若有則執(zhí)行第7步；若沒有，則執(zhí)行第2步；第2步根據(jù)可分配集和不可分配集的構(gòu)成規(guī)則把雙枝都未分配的左節(jié)點號加入可分配集，把雙枝都已分配的左結(jié)點號加入不可分配集，在本擴頻因子對應(yīng)的碼樹層上分別得到可分配集A和不可分配集B，每個集合中的元素對應(yīng)的是正交信道化碼在碼樹上對應(yīng)的節(jié)點號。
第3步計算可分配集A和不可分配集B之間的路徑距離；第4步確定路徑距離矩陣中的最小路徑距離；第5步找到與最小路徑距離對應(yīng)的可分配集中的元素；第6步修改分配節(jié)點和所有相關(guān)父節(jié)點和子節(jié)點的分配狀態(tài)和權(quán)值；第7步返回分配的正交信道化碼標號，結(jié)束。
由于在下行方向進行正交信道化碼分配時，首先要分配公用信道的正交信道化碼，而公用正交信道化碼的碼字是固定的，只需直接分配即可。因此對于整個碼表來說，并不存在一開始對應(yīng)的擴頻因子層上所有的碼字均未被分配的情況。
本發(fā)明提出的動態(tài)優(yōu)化分配正交信道化碼方法，由于在分配時就已經(jīng)考慮了正交信道化碼本身的特點碼字被分配掉以后，就會阻塞掉其子樹上的所有低速擴頻碼和其到根路徑上的高速擴頻碼，所以利用阻塞來屏蔽掉基于代價函數(shù)法中所提到的干擾代價和業(yè)務(wù)代價函數(shù)的計算，在實際實現(xiàn)時很容易實現(xiàn)。根據(jù)此方法，可以解決任何情況下的正交信道化碼資源的分配問題，而且還能保證正交信道化碼的緊致性。根據(jù)技術(shù)方案的論述和實施例的實現(xiàn)可看出，本方法是尋找可分配集與不可分配集之間的最短路徑，其目的就是保證分配正交信道化碼引起的整個碼表阻塞率最小，也既是代價最?。欢覀味攘糠o須去確定未知的、與系統(tǒng)有關(guān)的參數(shù)，使得此方法不會由于主觀原因產(chǎn)生任何偏差。因此，相對于基于代價函數(shù)法的正交信道化碼分配方法，本方法不僅實現(xiàn)簡單、計算量小，而且實現(xiàn)了對當前碼表任何分配狀況進行正交信道化碼的優(yōu)化分配。
圖2是對偽度量的定義說明圖。
圖3是本發(fā)明所述動態(tài)分配正交信道化碼的方法總體流程圖。
圖4是圖3中所述的偽度量分配方法流程圖。
圖5是本發(fā)明所述的優(yōu)化分配正交信道化碼的一個實例圖。
具體實施例方式
在WCDMA中，行方向采用正交信道化碼，來區(qū)分物理信道，上行方向采用擾碼區(qū)分用戶。然而，由于一個小區(qū)只有一張正交信道化碼表(正交信道化碼樹的結(jié)構(gòu)如附

圖1所示)，擴頻因子越小，正交信道化碼的個數(shù)就越少；小擴頻因子對應(yīng)的碼樹上碼字是高速擴頻碼，大擴頻因子對應(yīng)的碼樹上碼字是低速擴頻碼。而且正交信道化碼具有以下特點(1)只有其父節(jié)點碼字和其子樹上的任何節(jié)點碼字都沒有被分配掉的碼字才可以被分配；(2)碼字被分配掉以后，就會阻塞掉其子樹上的所有低速擴頻碼和其到根路徑上的高速擴頻碼；從其結(jié)構(gòu)圖和特點可看出其正交信道化碼資源是非常有限的，因此需要對正交信道化碼資源的分配采用優(yōu)化分配策略，盡量避免由碼資源分配的不合理導(dǎo)致多個高速擴頻碼被阻塞從而造成系統(tǒng)容量減小。寬帶碼分多址移動通信系統(tǒng)下行方向正交信道化碼資源的分配就是在用戶接入或業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service-QoS)有變化時，根據(jù)用戶的要求和系統(tǒng)現(xiàn)有的碼資源，給用戶分配一個合適的碼。正交信道化碼資源分配的目的是使系統(tǒng)在低復(fù)雜度條件下支持盡可能多的用戶。
圖1說明了正交信道化碼樹結(jié)構(gòu)，圖2說明了偽度量的定義。根據(jù)正交信道化碼的生成特點，可以把小區(qū)的下行鏈路的所有正交信道化碼構(gòu)成一棵完全二叉樹。對于下行方向，整棵碼樹共有8層，對應(yīng)的擴頻因子SF＝{4，8，16，32，64，128，256，512}。每層上的對應(yīng)的結(jié)點總數(shù)等于擴頻因子的大小。首先設(shè)碼樹上的每個碼字具有兩個屬性分配狀態(tài)(Flag可設(shè)為3個值分別代表已分配、未分配、為下行共享信道預(yù)留的子碼樹狀態(tài))和權(quán)重(Weight)，其初始值Flag＝未分配，Weight＝0。對應(yīng)SF層上的節(jié)點最大權(quán)值為Ma×Weight＝{128，64，32，16，8，4，2，1}，如果節(jié)點被分配，則令此節(jié)點的Flag＝已分配，Weight＝MaxWeight[i]，然后修改相應(yīng)的父節(jié)點和子節(jié)點的權(quán)值，分配狀態(tài)不用修改。父節(jié)點的權(quán)值只需累加其相應(yīng)兩個子節(jié)點的權(quán)值就可，此節(jié)點之下的所有低速子節(jié)點的權(quán)值都設(shè)為對應(yīng)層上的最大權(quán)值。
對一個移動通信系統(tǒng)來說，其正交信道化碼的分配和釋放是隨機的。首先假設(shè)現(xiàn)有的正交信道化碼樹已分配和占用的碼字如圖5所示。需要說明的是，圖5只是為了說明動態(tài)優(yōu)化分配正交信道化碼的應(yīng)用，只畫出了碼樹的一部分。而動態(tài)優(yōu)化分配正交信道化碼的作用是針對整棵碼樹的。本實例只是針對技術(shù)方案，描述基于偽度量法的動態(tài)優(yōu)化分配碼資源的具體實現(xiàn)步驟。
在圖5中，其中8、9、20、21號節(jié)點是已被分配的節(jié)點，4號和5號節(jié)點是由于其父節(jié)點被分配而間接被占用的節(jié)點。現(xiàn)在假設(shè)擴頻因子為32的業(yè)務(wù)申請正交信道化碼。
針對圖5，并且參照圖1所述正交化信道碼樹和圖2所述偽度量，同時根據(jù)圖3和圖4所述的方法，可以看出，本發(fā)明所述的動態(tài)優(yōu)化分配正交信道化碼資源的具體實現(xiàn)步驟如下(1)首先判斷擴頻因子為32的層上是否有可分配碼資源；判斷方法無論碼表的分配狀況如何，每層上各節(jié)點的權(quán)值總和都相等，因此在判斷是否有可分配的碼資源時，只需累加最小擴頻因子層上節(jié)點的權(quán)值和，然后再加上將要分配的SF層的一個最大權(quán)值，得到判斷分值，若判斷分值大于單層最大權(quán)值的總和，則表明此時碼表沒有與業(yè)務(wù)相匹配的碼資源，返回碼資源已被分配完的命令；否則表明有可分配的碼資源，繼續(xù)執(zhí)行第(2)步；(2)在碼樹上對應(yīng)的擴頻因子為32的層上根據(jù)可分配集的構(gòu)建規(guī)則得到此層上可分配碼字的集合A。在本實例中，得到A＝
。
(3)在碼樹上對應(yīng)的擴頻因子為32的層上根據(jù)不可分配集的構(gòu)成規(guī)則得到不可分配碼字的集合B。在本實例中，得到B＝[4，8，20]。
(4)計算可分配集中的每個元素與不可分配集中的每個元素之間在二叉樹上的最短路徑長度，其路徑長度的計算只需找到可分配集中的元素與不可分配集中的元素的共同的父節(jié)點(包括祖父節(jié)點及更上層的祖父節(jié)點)，然后把其中一個元素到此父節(jié)點的距離乘以2，就得到兩元素之間的路徑距離長度dij。
(5)由第三步就可得到路徑距離矩陣D (6)判斷路徑距離矩陣中的最小值。在本實例中為d31、d42、d93；(7)然后在可分配集中找到對應(yīng)數(shù)組標號為3，4，9的元素，由此即可得到優(yōu)化分配碼字為可分配集中的6、10、22。這說明三者對碼樹造成的阻塞率是相同的，與實際的分析也想吻合。如果當前只需分配一個碼字，只需在這三者當中任分配一個即可；如果當前需同時分配多個碼字，則只需在路徑距離矩陣中找到最短路徑對應(yīng)的節(jié)點號i(每個節(jié)點號代表兩個碼字i和i+1)，然后取出實際需要碼字的個數(shù)，如果最短路徑對應(yīng)的節(jié)點號個數(shù)不夠需要的個數(shù)，則再在次最短路徑中取，以此類推，直到取到所需的碼字個數(shù)；(8)修改分配節(jié)點到根路徑上的所有父節(jié)點和其子樹上的所有子節(jié)點的權(quán)值，以及修改分配節(jié)點的分配狀態(tài)；(9)返回分配成功的命令(含分配的碼字標號)。
在實際應(yīng)用中，正交信道化碼資源的分配模塊處于無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNCRadio Network Control)的無線資源管理部分。正交信道化碼資源的分配直接影響無線資源的合理使用，并且在下行鏈路接納控制時碼資源是否受限是接納的一個非常重要的判決條件。因此正交信道化碼資源的分配也直接影響到下行鏈路的容量大小。一個正交信道化碼資源的分配方法是直接在將分配的SF層尋找一個空閑碼字，分配最先找到的一個，沒有考慮保證碼表阻塞率最小的問題，因此系統(tǒng)的容量也比較小。并且，對于節(jié)點號也沒有使用權(quán)值來表征其阻塞的屬性，只是在分配節(jié)點的根路徑父節(jié)點上用計數(shù)器來記錄低速擴頻碼被占用的個數(shù)，然后根據(jù)各節(jié)點計數(shù)器的值的大小來判斷所處的狀態(tài)，正是由于不能直接根據(jù)計數(shù)器的狀態(tài)來分配碼字，因此每個節(jié)點的狀態(tài)都必須存儲在數(shù)據(jù)庫中，每個小區(qū)都必須對應(yīng)一張正交信道化碼表，每次分配碼資源時，都到數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的表中去查表。而一個RNC下可以掛很多個小區(qū)，若用這樣的分配方法分配碼資源不僅占用的硬盤存儲空間很大，而且每次查表需要遍歷整張表，時間復(fù)雜度也比較大。而采用本發(fā)明的動態(tài)優(yōu)化分配碼資源方法，只需為每個小區(qū)開一個存儲碼樹節(jié)點號的數(shù)組就可，而不用存儲到數(shù)據(jù)庫中，從而節(jié)省大量的硬盤存儲空間；由于每個節(jié)點用分配狀態(tài)和權(quán)值兩個屬性來表征，并充分利用完全二叉樹的子節(jié)點和父節(jié)點的標號關(guān)系特點來分配碼字，而不用去遍歷整個數(shù)組，所以減小了時間復(fù)雜度；另外，本發(fā)明利用了偽度量法保證分配碼字的緊致性，減小分配掉的碼字對高速擴頻碼的阻塞率，提高了WCDMA通信系統(tǒng)下行鏈路的容量。
采用本發(fā)明所述方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有易于實現(xiàn)，計算復(fù)雜度低，系統(tǒng)開銷小的特點，便于在實際的系統(tǒng)開發(fā)中應(yīng)用，達到了理論與實際應(yīng)用相結(jié)合的效果，并且提高了在寬帶碼分多址移動通信系統(tǒng)中正交信道化碼分配的效率。從寬帶碼分多址移動通信系統(tǒng)下行鏈路的容量角度來說，其容量是受限于基站最大總功率和正交信道化碼資源，因此采用本發(fā)明提出的方法進行實際實現(xiàn)，可以提高寬帶碼分多址移動通信系統(tǒng)的容量，這對于寬帶碼分多址移動通信系統(tǒng)的實際開發(fā)具有非常重要的意義。
權(quán)利要求
1.一種寬帶碼分多址系統(tǒng)中信道化碼資源動態(tài)優(yōu)化分配方法，包括以下步驟第一步根據(jù)用戶所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)速率，獲得匹配的擴頻因子，并作為輸入?yún)?shù)；第二步判斷該擴頻因子所對應(yīng)的碼樹層上是否有可分配的碼資源；若沒有可分配的碼資源，則執(zhí)行第六步；第三步通過偽度量分配方法進行碼資源的優(yōu)化分配，返回分配碼字編號；第四步判斷返回的編號是否是分配成功的碼字編號；若不是，則執(zhí)行第七步；第五步返回分配成功的命令，結(jié)束；第六步返回碼資源已被分配完的命令，結(jié)束；第七步返回由于破網(wǎng)造成不能分配的命令，結(jié)束。
2.如權(quán)利要求1所述的寬帶碼分多址系統(tǒng)中信道化碼資源動態(tài)優(yōu)化分配方法，其特征在于第三步中所述的偽度量分配方法，包括以下步驟第一步根據(jù)輸入的擴頻因子判斷本擴頻因子所對應(yīng)的碼樹層是否有單枝被分配的情況，若有則執(zhí)行第七步；第二步根據(jù)可分配集和不可分配集的構(gòu)成規(guī)則，在本擴頻因子對應(yīng)的碼樹層上分別得到可分配集和不可分配集，每個集合中的元素對應(yīng)的是正交信道化碼在碼樹上對應(yīng)的節(jié)點號；第三步計算可分配集和不可分配集之間的路徑距離；第四步確定路徑距離矩陣中的最小路徑距離；第五步找到與最小路徑距離對應(yīng)的可分配集中的元素；第六步修改分配節(jié)點和所有相關(guān)父節(jié)點和子節(jié)點的分配狀態(tài)和權(quán)值；第七步返回分配的正交信道化碼標號，結(jié)束。
3.如權(quán)利要求2所述的寬帶碼分多址系統(tǒng)中信道化碼資源動態(tài)優(yōu)化分配方法，其特征在于所述第二步中，可分配集和不可分配集的構(gòu)成規(guī)則是把雙枝都未分配的左節(jié)點號加入可分配集，把雙枝都已分配的左結(jié)點號加入不可分配集。
4.如權(quán)利要求2所述的寬帶碼分多址系統(tǒng)中信道化碼資源動態(tài)優(yōu)化分配方法，其特征在于所述第三步中，計算路徑距離的方法是找到可分配集中的元素與不可分配集中的元素的共同的父節(jié)點，然后把其中一個元素到此父節(jié)點的距離乘以2。
5.如權(quán)利要求1所述的寬帶碼分多址系統(tǒng)中信道化碼資源動態(tài)優(yōu)化分配方法，其特征在于所述第五步中返回分配成功的命令里包含分配的正交信道化碼標號。
6.如權(quán)利要求1所述的寬帶碼分多址系統(tǒng)中信道化碼資源動態(tài)優(yōu)化分配方法，其特征在于，所述第二步中，判斷是否有可分配的碼資源方法是累加最小擴頻因子層上節(jié)點的權(quán)值和，然后再加上將要分配的擴頻因子層的一個最大權(quán)值，得到判斷分值，若判斷分值大于單層最大權(quán)值的總和，則表明此時碼表沒有與業(yè)務(wù)相匹配的碼資源，返回碼資源已被分配完的命令；否則表明有可分配的碼資源。
全文摘要
本發(fā)明提出一種寬帶碼分多址系統(tǒng)中信道化碼資源動態(tài)優(yōu)化分配方法，包括一獲得匹配的擴頻因子，并作為輸入?yún)?shù)；二判斷該擴頻因子所對應(yīng)的碼樹層上是否有可分配的碼資源；若沒有可分配的碼資源，則執(zhí)行第六步；三通過偽度量分配方法進行碼資源的優(yōu)化分配，返回分配碼字編號；四判斷返回的編號是否屬于本擴頻因子所對應(yīng)的碼樹層碼資源編號；若不屬于，則執(zhí)行第七步；五返回分配成功的命令，結(jié)束；六返回碼資源已被分配完的命令，結(jié)束；七返回由于破網(wǎng)造成不能分配的命令，結(jié)束。本方法解決任何情況下的正交信道化碼資源分配問題，還能保證正交信道化碼的緊致性。相對于基于代價函數(shù)法的正交信道化碼分配方法，實現(xiàn)簡單、計算量小。
文檔編號H04W72/04GK1430356SQ0113808
公開日2003年7月16日 申請日期2001年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月30日
發(fā)明者柯雅珠, 竇建武, 魯翌暉, 黃勝華, 李春艷, 鄭濤 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司上海第二研究所