專利名稱：一種正交可變擴頻因子碼的分配方法
技術領域：
本發(fā)明涉及擴頻碼的分配方法，更具體的涉及用于寬帶碼分多址通信系統(tǒng)(WCDMA)中正交可變擴頻因子碼的分配方法。
背景技術：
在碼分多址通信系統(tǒng)中，下行信道所使用的擴頻碼資源很稀少，因而極其昂貴。在寬帶碼分多址通信系統(tǒng)(WCDMA)中下行擴頻碼使用正交可變長擴頻碼，也稱為正交可變擴頻因子碼(OVSF)。由于寬帶碼分多址通信系統(tǒng)屬于資源有限系統(tǒng)，因此OVSF碼是珍貴的無線資源，在系統(tǒng)中實行OVSF碼分配的目的就是在低復雜度條件下支持盡可能多的用戶。在實際應用中，不同的用戶往往需要不同類型的業(yè)務，而不同的業(yè)務一般要求不同的傳輸速率，且一個用戶可能需要同時傳輸多種不同類型的業(yè)務，即一個用戶可能需要多個碼來支持不同的數(shù)據(jù)速率。例如，對于可視電話業(yè)務，對于低速的話音數(shù)據(jù)需要分配一個擴頻因子SF較大的碼，而對于較高速的圖象數(shù)據(jù)需要分配一個擴頻因子較小的碼。由于正交可變擴頻因子碼的數(shù)量有限，因此必須考慮碼資源的合理使用問題，以保證滿足用戶的要求。碼資源的分配就是在用戶接入或業(yè)務的服務質量(QoS)有變化時，根據(jù)用戶的要求和系統(tǒng)現(xiàn)有的碼資源，給用戶分配一個較為合適的碼。
目前的相關規(guī)范和相關文獻只是對OVSF碼選擇時應遵循的準則作了描述，并沒有一個高效的和優(yōu)化的擴頻碼的具體分配方法，現(xiàn)有技術一般采用窮舉的方法來分配OVSF碼，效率低下。因此，需要一種優(yōu)化的正交可變擴頻因子碼具體分配方法，以克服現(xiàn)有技術所存在的缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于寬帶碼分多址通信系統(tǒng)下行鏈路可變擴頻因子碼的分配方法，本發(fā)明根據(jù)OVSF碼的特性，創(chuàng)造出一個有規(guī)律的簡單實用高效的可變擴頻因子碼的分配方法。
首先解釋正交可變擴頻因子碼的基本原理。OVSF碼的基本樹型結構如圖1所示。OVSF碼表示為Cch，sf，n。其中，SF代表擴頻因子，例如擴頻因子為4，則代表該層擴頻碼的每個碼包括4位，并且該層有4個相互正交的擴頻碼，n為碼的序號，其數(shù)值為0至SF-1的整數(shù)，仍然以SF為4為例子，本層中各個碼的n序號分別為0、1、2、3，詳見圖1。擴頻因子相同的碼稱為同層碼，例如Cch，4，3和Cch，4，0是同層碼。如果一個碼生成兩個擴頻因子比本碼的擴頻因子大的碼，則相對于所生成的碼，本碼為父碼，所生成的碼為子碼，例如Cch，4，0是Cch，8，0和Cch，8，1的父碼，反過來，Cch，8，0和Cch，8，1是Cch，4，0的子碼。由一個小擴頻因子碼生成的更大擴頻因子的碼稱為生成碼，即一個碼的子碼和所有子碼的子碼相對于該碼為生成碼，體現(xiàn)在樹型圖1所示的結構上就是一個碼所處節(jié)點之下的所有分枝上的碼均屬于生成碼，例如Cch，8，0和Cch，8，1是Cch，4，0的生成碼，也是Cch，2，0的生成碼；而Cch，8，0和Cch，8，1不是Cch，4，1的生成碼，因為前兩者不在Cch，4，1節(jié)點下的分枝上。屬于同一個父碼的兩個子碼稱為親姐妹碼，其中序號n小的為姐碼，序號n大的為妹碼，例如圖1中Cch，4，2和Cch，4，3是同屬于Cch，2，1的子碼，兩者為親姐妹碼。Cch，4，2是姐碼，Cch，4，3是妹碼。將兩個親姐妹碼合并為一個它們的父碼，這個過程稱為碼和并。相反，將一個父碼拆開為兩個子碼，兩個子碼為親姐妹碼，這個過程稱為碼拆開。上述概念在對本發(fā)明的描述中將會用到。
由于WCDMA規(guī)定了3.84M的碼片速率，因此下行鏈路信道使用的擴頻因子范圍為SF＝4，8，16，32，64，128，256，512，即最大擴頻因子為512，最小擴頻因子可以為4。在此引入可用碼集合的概念，可用碼集合C。在此還引入可用碼集合的碼重概念，即由可用碼集合C支持的總的歸一化數(shù)據(jù)速率稱為碼重，所謂歸一化數(shù)據(jù)速率也就是將SF＝512的OVSF碼的數(shù)據(jù)速率作為一個單位，其它各層中單個碼的數(shù)據(jù)速率以該單位為基礎，可以表示為一個2的整數(shù)次冪。這里同樣應當注意，在計算可用碼集合的碼重時，不能簡單將各個層中所有可用碼的歸一化速率相加，因為每個父碼的速率中已經(jīng)包含了其兩個子碼的速率。因此，在計算可用碼集合的碼重時，只計算每個可用樹型分支中最高層父碼的歸一化速率，而不可以將一個樹型分支中最高層父碼與該碼的各層生成碼的速率重復計算。在此還引入碼利用率的概念，即在某個OVSF碼被分配給特定的用戶設備(UE)情況下，特定用戶設備所需要的歸一化數(shù)據(jù)速率除以該分配碼的歸一化數(shù)據(jù)速率既為該分配碼的碼利用率?？捎么a集合C的碼重W(C)可由下列公式(1)表示W(wǎng)(C)＝a1·27+a2·26+a3·25+a4·24+a5·23+a6·22+a7·21+a8 (1)公式(1)中，a1至a8分別代表從SF＝4至SF＝512的各個層中，作為各個可用碼樹型分枝中最高層可用碼的數(shù)量。由于樹型結構中每層碼的總數(shù)量等于該層碼的擴頻因子數(shù)值，而每層可用碼的數(shù)量總是小于或等于該層碼的總數(shù)量，因此可以推斷出a1≤4，a2≤8，a3≤16，a4≤32，a5≤64，a6≤128，a7≤256，a8≤512。
所引入的上述概念在以后的說明用于解釋本發(fā)明的方法。
上述樹型結構的OVSF碼用矩陣形式表示，可以歸納為下列公式(2)Cch，1，0＝1Cch,2,0Cch,2,1=Cch,1,0Cch,1,0Cch,1,0-Cch,1,0=111-1]]>
Cch,2(n+1),0Cch,2(n+1),1Cch,2(n+1),2Cch,2(n+1),3··Cch,2(n+1),2(n+1)-2Cch,2(n+1),2(n+1)-1=Cch,2n,0Cch,2n,0Cch,2n,0-Cch,2n,0Cch,2n,1Cch,2n,1Cch,2n,1-Cch,2n,1····Cch,2n,2n-1Cch,2n,2n-1Cch,2n,2n-1-Cch,2n,2n-1---(2)]]>在OVSF碼使用分配過程中，為保證各個下行鏈路信道所使用的碼相互正交，一旦某個碼被分配具體的用戶設備(UE)使用，則該碼子樹上所有的更低速率擴頻碼和該碼到根路徑上的所有更高速率擴頻碼都不能再分配給其他用戶設備使用。正是根據(jù)該OVSF碼使用規(guī)則，結合單枝碼分配準則和碼效率準則，本發(fā)明提出了一種高效和優(yōu)化的擴頻碼分配的方法，該方法簡單、實用、高效。
本發(fā)明的下行OVSF碼分配方法包含以下步驟確定整個系統(tǒng)中OVSF碼分配所需要的初始參數(shù)，包括確定系統(tǒng)中下行鏈路信道的可用碼集合C，以擴頻因子為512的擴頻碼數(shù)據(jù)速率為單位，計算出需要分配信道的用戶設備(UE)所要求的歸一化數(shù)據(jù)速率X和可用碼集合的碼重W(C)，為系統(tǒng)指定最低碼利用率ηmin；判斷所述用戶設備的歸一化數(shù)據(jù)速率X與系統(tǒng)中可用碼集合的碼重W(C)的相對大小，如果用戶設備速率大于碼重，則認為碼資源不足，終止碼分配，如果用戶設備速率不大于碼重，則可以進行碼分配；計算用戶設備所需要的擴頻因子M，用戶設備所需要的擴頻因子M等于512除以等于或剛剛大于歸一化數(shù)據(jù)速率X的2的整數(shù)次冪；計算出用戶設備歸一化數(shù)據(jù)速率所對應的碼利用率η，碼利用率η等于用戶設備歸一化數(shù)據(jù)速率X除以等于或剛剛大于歸一化數(shù)據(jù)速率X的2的整數(shù)次冪，將計算出的碼利用率η與系統(tǒng)指定的最低碼利用率ηmin比較，如果所計算出的碼利用率η不小于系統(tǒng)指定的最低碼利用率ηmin，則進行碼分配，否則終止碼分配；判斷在用戶設備所需要的擴頻因子SF等于M的同層碼中是否存在可用碼，如果存在可用碼則繼續(xù)碼分配，否則終止碼分配；判斷所述SF等于M層的可用碼中是否存在單枝可用碼的單枝分配情況，即該層的親姐妹碼中一個已經(jīng)被分配而另一個仍然屬于可用碼的情況，如果存在單枝分配情況，選擇單枝可用碼中序號最小的碼分配給用戶設備；如果在SF等于M的層中不存在單枝分配情況，進一步判斷M層的上一層即SF等于M/2的層中是否存在單枝被分配情況，如果SF等于M/2層中存在單枝分配情況，則選擇該單枝可用碼在SF等于M層中序號最小的子碼分配給用戶設備；如果在SF等于M/2的層中仍然不存在單枝分配情況，則進一步判斷更上一層即SF等于M/4的層中是否存在單枝碼，如果M/4層中存在單枝碼，則選擇該單枝碼在M層中序號最小的生成碼分配給用尸設備；判斷單枝分配情況的步驟從SF等于M層開始，向上層不斷進行，直到發(fā)現(xiàn)單枝分配情況為止，如果直到頂層即SF等于1的層仍然不存在單枝分配情況，則選擇M層中序號最小的可用碼分配給用戶設備。
在本發(fā)明的上述OVSF碼分配方法中，用戶設備所需要的歸一化數(shù)據(jù)速率不得大于128，否則將因為所對應的擴頻因子小于4而無法在WCDMA系統(tǒng)中使用。
在本發(fā)明的上述OVSF碼分配方法中，系統(tǒng)的指定碼利用率在大于0.5而小于等于1。
在本發(fā)明的上述OVSF碼分配方法中，在分配正交可變擴頻因子碼之前，還可以包括下行鏈路物理信道回收步驟，并將回收的正交可變擴頻因子碼合并到最小的擴頻因子碼。
在本發(fā)明的上述OVSF碼分配方法中，在對用戶設備分配一個碼后，將該碼自身、該碼的全部生成碼和該碼根路徑上的所有碼都設置為不可用狀態(tài)。
本發(fā)明提出的這種用于碼分多址通信系統(tǒng)的下行OVSF碼分配方法，綜合考慮了碼利用率和系統(tǒng)復雜度等多種因素，實現(xiàn)了優(yōu)化的單碼分配方法，提高了OVSF碼的利用率并且保證了OVSF碼的緊致性。


圖1表示W(wǎng)CDMA系統(tǒng)中下行鏈路信道使用的OVSF碼樹型結構的示意圖；圖2給出了本發(fā)明方法應用于具體實施例的OVSF碼樹型結構和碼分配狀態(tài)的示意圖；圖3為本發(fā)明的單碼分配方法主要步驟的流程圖。
具體實施例方式
結合附圖，將詳細解釋本發(fā)明的OVSF碼分配方法的具體實現(xiàn)方式。
圖3為本發(fā)明的單碼分配方法的主要步驟。
實際上，在分配OVSF碼之前，首先回收下行鏈路信道的OVSF碼，如果親姐妹碼均未分配并且可用，則合并為父碼，直到獲得具有最小擴頻因子的可用碼。例如，回收Cch，8，0碼和Cch，8，1碼，可以將兩碼合并，即相當于回收到Cch，4，0碼。此回收、合并碼的步驟在圖3中沒有表示。
確定整個系統(tǒng)中可用的擴頻碼分配所需的初始化參數(shù)，其中包含可用的擴頻碼集合C，用擴頻因子為512的擴頻碼所支持的數(shù)據(jù)速率為單位1，計算用戶設備(UE)所要求的歸一化數(shù)據(jù)速率X。
計算出UE所需的、歸一化數(shù)據(jù)速率X，計算出可用碼集合C的碼重W(C)，將X與W(C)進行比較，如果X大于W(C)，則返回碼分配失敗，原因是碼不足，如果X小于W(C)則繼續(xù)。
計算歸一化數(shù)據(jù)速率為X的用戶設備需要的擴頻因子，計算公式(3)如下
公式(3)中的運算符號 表示如果LOG2X本身為分數(shù)則取整數(shù)部分再加1，如果本身即為整數(shù)，則取該整數(shù)。
根據(jù)碼的利用效率準則判斷是否可以分配碼，如果碼利用率大于系統(tǒng)指定的最低碼利用率，可以分配，否則不執(zhí)行分配；碼利用率的計算公式(4)如下 公式(4)中的運算符號 含義與公式(3)中相同。
判斷在用戶設備所需要擴頻因子為M的層中，是否存在可用碼，如果存在可用碼，則碼分配可以繼續(xù)下去；反之，如果在擴頻因子為M的層中不存在可用碼，則表明已經(jīng)沒有合適的碼資源可以分配，則終止碼分配程序。
接著，在擴頻因子SF等于M的層中查找單枝分配情況，如果存在單枝分配情況，則選擇序號最小的單枝可用碼分配給用戶設備；如果在M層中沒有單枝分配情況，則在上一層即M/2層中繼續(xù)查找單枝分配情況，該查找單枝分配情況的步驟一直持續(xù)，直到在M層之上的某層中找到單枝分配情況，這時，選擇M層之上某層的該單枝碼在M層的生成碼中序號最小的碼分配給用戶設備。
如果在SF等于M的層及以上所有層中都沒有查找到單枝分配情況，則直接在SF等于M的層中選擇序號最小的可用碼分配給用戶設備。
以上所描述本發(fā)明方法的各個步驟，參照圖3有利于更清楚理解各個步驟的作用。
圖2給出了一個實際例子，可以實施圖3所示的本發(fā)明的碼分配方法。由于圖2所例舉的例子相對簡單，在圖2所示碼組情況下，圖3中的部分步驟可能沒有用到。圖2中僅僅標記了SF＝32層中碼的序號，即序號為0至31，而沒有標記SF＝16、8、4層中的碼序號，而上述三層中的碼序號的排列方式與SF＝32層中的類似，圖中最左側的碼序號為0，向右一個位置則序號遞增1。在圖2中，樹型結構中Cch，16，0碼、Cch，32，14碼、Cch，32，15碼、Cch，32，24碼和Cch，32，25碼是已被分配的碼，在圖中上述已分配碼用六邊形表示。圖2中Cch，32，0和Cch，32，1碼由于父碼Cch，16，0碼被分配而不可用，此類因父碼被分配而不可用的碼在圖中用菱形表示。圖2中Cch，4，0碼、Cch，4，1碼、Cch，4，3碼、Cch，8，0碼、Cch，8，3碼、Cch，8，6碼、Cch，16，7碼和Cch，16，12碼都屬于已經(jīng)分配碼的根路徑上的碼，也屬于不可用，此類已分配碼根路徑上的不可用碼在圖中以實心圓表示。
現(xiàn)假設用戶設備申請的歸一化速率X為15，系統(tǒng)指定的最低碼利用率ηmin為0.80。根據(jù)本方法的計算公式(3)，計算出所需要的擴頻因子M＝32，利用公式(4)計算出的碼利用率η為0.9375，大于系統(tǒng)指定的最低碼利用率0.8，可以進行碼的分配。在圖2所示的M＝32的層中，序號為2至13、序號為16至23、序號為26至31的碼都屬于可用碼。但是，在判斷M＝32層中是否存在單枝碼情況時，在M＝32層中并沒有發(fā)現(xiàn)屬于單枝可用碼的情況。由于M為32的層中沒有單枝分配情況，所以需要在其上一層即SF等于16的層中繼續(xù)查找單枝分配情況。在圖2所示的例子中，Cch，16，0已經(jīng)被分配，而該碼的親姐妹碼Cch，16，1尚未分配并為可用碼，此兩碼屬于單枝分配情況。這樣，選擇尚未分配的可用碼Cch，16，1在M＝32層中序號最小的生成碼，即Cch，32，2分配給用戶設備。由于圖2所示的例子中，在M層的上一層中就找到了單枝分配情況，因此不需要在更上層查找單枝分配情況的步驟。
以上具體實施方式
僅限于說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于此，依本發(fā)明方法，同領域的普通技術人員可以很容易地實現(xiàn)本發(fā)明，或通過其他方式予以改進，應該知道凡不脫離本發(fā)明思想的任何改進都是本發(fā)明權利要求的范圍。
權利要求
1.一種用于寬帶碼分多址通信系統(tǒng)下行鏈路正交可變擴頻因子碼的分配方法，該方法包含以下步驟確定整個系統(tǒng)中正交可變擴頻因子碼分配所需要的初始參數(shù)，包括確定系統(tǒng)中下行鏈路信道的可用碼集合C，以擴頻因子為512的擴頻碼數(shù)據(jù)速率為單位，計算出需要分配信道的用戶設備(UE)所要求的歸一化數(shù)據(jù)速率X和可用碼集合的碼重W(C)，為系統(tǒng)指定最低碼利用率ηmin；判斷所述用戶設備的歸一化數(shù)據(jù)速率X與系統(tǒng)中可用碼集合的碼重W(C)的相對大小，如果用戶設備速率大于碼重，則認為碼資源不足，終止碼分配，如果用戶設備速率不大于碼重，則可以進行碼分配；計算用戶設備所需要的擴頻因子M，用戶設備所需要的擴頻因子M等于512除以等于或剛剛大于歸一化數(shù)據(jù)速率X的2的整數(shù)次冪；計算出用戶設備歸一化數(shù)據(jù)速率所對應的碼利用率η，碼利用率η等于用戶設備歸一化數(shù)據(jù)速率X除以等于或剛剛大于歸一化數(shù)據(jù)速率X的2的整數(shù)次冪，將計算出的碼利用率η與系統(tǒng)指定的最低碼利用率ηmin比較，如果所計算出的碼利用率η不小于系統(tǒng)指定的最低碼利用率ηmin，則進行碼分配，否則終止碼分配；判斷在用戶設備所需要的擴頻因子SF等于M的同層碼中是否存在可用碼，如果存在可用碼則繼續(xù)碼分配，否則終止碼分配；判斷所述SF等于M層的可用碼中是否存在單枝可用碼的單枝分配情況，即該層的親姐妹碼中一個已經(jīng)被分配而另一個仍然屬于可用碼的情況，如果存在單枝分配情況，選擇單枝可用碼中序號最小的碼分配給用戶設備；如果在SF等于M的層中不存在單枝分配情況，進一步判斷M層的上一層即SF等于M/2的層中是否存在單枝被分配情況，如果SF等于M/2層中存在單枝分配情況，則選擇該單枝可用碼在SF等于M層中序號最小的子碼分配給用戶設備；如果在SF等于M/2的層中仍然不存在單枝分配情況，則進一步判斷更上一層即SF等于M/4的層中是否存在單枝碼，如果M/4層中存在單枝碼，則選擇該單枝碼在M層中序號最小的生成碼分配給用戶設備；判斷單枝分配情況的步驟從SF等于M層開始，向上層不斷進行，直到發(fā)現(xiàn)單枝分配情況為止，如果直到頂層即SF等于1的層仍然不存在單枝分配情況，則選擇M層中序號最小的可用碼分配給用戶設備。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于用戶設備所需要的歸一化數(shù)據(jù)速率不得大于128，否則將因為所對應的擴頻因子小于4而無法在WCDMA系統(tǒng)的下行鏈路中使用。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于系統(tǒng)的指定碼利用率在大于0.5而小于等于1。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于在分配正交可變擴頻因子碼之前，還包括下行鏈路物理信道回收步驟，并將回收的正交可變擴頻因子碼合并到最小的擴頻因子碼。
5.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于在對用戶設備分配一個碼后，將該碼自身、該碼的全部生成碼和該碼根路徑上的所有碼都設置為不可用狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于寬帶碼分多址通信系統(tǒng)(WCDMA)中下行鏈路正交可變擴頻因子碼(OVSF)的分配方法，本發(fā)明的下行OVSF碼分配方法，綜合考慮了碼利用率和系統(tǒng)復雜度等多種因素，實現(xiàn)了優(yōu)化的單碼分配方法，提高了OVSF碼的利用率并且保證了OVSF碼的緊致性。
文檔編號H04J11/00GK1588833SQ20041007071
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權日2004年7月22日
發(fā)明者吳成明 申請人:北京北方烽火科技有限公司