CN100502252C - 一种基于延时特性的码分多址系统扰码分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于延迟特性的CDMA系统扰码规划方法，包括：获取网络中不同用户的干扰信号之间的延迟概率分布信息；根据延迟映射准则将延迟分布映射到0-4码片；按照预定规则设定不同等级的扰码规划准则，并根据该扰码规划准则分配基扰码；确定各小区之间的邻区关系，对于相邻小区采用不同的下行导频组准则，将基扰码映射到扰码。采用本发明在充分考虑实际网络环境下邻区非同步对扰码规划的影响的情况下，可降低码字规划的复杂度，优化扰码分配方案，提高系统性能。

Description

一种基于延时特性的码分多址系统扰码分配方法

技术领域

本发明涉及码分多址(CDMA)组网中码字资源的配置方法，尤其涉及时分同步码分多址(TD-SCDMA)移动通信系统的小区码字资源的配置方法。

背景技术

第3代(3G)移动通信系统广泛采用了以CDMA为基础的多址接入方式，以不同的码字来区别不同的用户。具体实现为小区之间采用扰码来区分，小区内采用正交可变长扩频码(OVSF，Orthogonal Variable SpreadingFactor)码来区分用户。为了实现蜂窝组网结构，不同的CDMA系统都定义了各自不同的码字使用和分配方案，以便于为实际的蜂窝小区进行扰码规划。

在3GPP规范中，规定了TD-SCDMA系统中128个扰码分为32组，每组包含4个扰码，其基本分组如表1所示。

表1  3GPP规范中TD-SCDMA扰码分组

表1中，每码组包含1个下行导频码、8个上行导频码、4个扰码与4个基本Midamble码，其基本对应关系如下：

每个下行导频码与8个上行导频码组成的码组一一对应；

每个下行导频码与4个扰码组成的码组一一对应；

每个下行导频码与4个基本Midamble码组成的码组一一对应；

扰码与基本Midamble码一一对应。

实际移动通信网络是为了满足相应的特定地理区域的移动通信业务的要求而建设的，由于不同的地理区域无线传播环境的复杂性、各种区域通信业务量的不均匀性和网络建设中基站站址选择的难度等因素，导致移动通信网络蜂窝拓扑结构往往具有非常的复杂性。为组成实际蜂窝网络的每个小区分配扰码是CDMA系统网络规划过程中的一个重要步骤。一个优化的扰码分配方案可以大幅度地减少异常掉话现象的发生以及不必要的信令交互控制过程，因此，扰码分配的效果好坏直接关系着无线网络的整体性能和无线网络基础设备的运行稳定性。

在表1所列的各种码字对应关系的约束条件下，扰码分配的实际要求就是在扰码分配时，保证相邻小区之间没有重复的扰码和下行导频码。为此，一个简单的扰码分配步骤如下：

1、为每个小区选择适合的下行导频码；

2、从下行导频码对应的4个扰码中为每个小区选择适合的扰码与基本Midamble码；

虽然这一步骤比较简单，可以满足表1所示的基本要求。但是，对于TD-SCDMA这种时分双工-码分多址移动通信系统而言，由于采用了较短的扩频因子，系统所能使用最大扩频因子仅为16个码片(Chip)，而每个扰码的长度也是16个码片，这种较小的扩频因子所存在的主要问题就是不足以使区分相邻小区不同用户的码道保证较小的互相关性，因而为系统的连续覆盖组网带来困难。

为此，本公司提交的申请号为200410048702.3、名称为“时分-同步码分多址系统的扰码区分方法及码字划分方法”的中国专利申请中提供的TD-SCDMA系统扰码分组方案，根据扰码与扩频码形成复合码在AWGN条件下的相关特性将128个扰码分成了12组，在规划扰码时，每组扰码中的所有扰码相关特性都是一致的，这样可降低扰码规划的复杂度。

然而这种分组方案忽略了实际信道中的多径效应，在两个码道不是理想同步时，相关特性就会有差别。本公司提交的申请号为200610057869.5、名称为“降低码分多址移动通信系统同频干扰的扰码分配方法”的中国专利申请提供的方案中，对0到15chip延迟的扰码相关性进行了研究，并定义了参数扰码相关最大值，扰码间相关最大值概率，扰码相关最大值均值、方差，利用这些参数可以较全面的研究扰码之间的相关性，并给出了一个初步的规划准则。但是，这种方案只给出了一定延迟范围内的最大值，并且忽略了不同延迟的发生概率。由于未考虑复合码之间不同延迟偏移量下的互相关特性，不能充分降低实际网络中的同频干扰。因此，需要对现有的扰码分配方案进行优化，以提高移动通信网络的整体性能和网络运行稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种基于延迟特性的CDMA系统扰码规划方法，以优化扰码分配方案，提高移动通信网络的整体性能和网络运行稳定性。

本发明提供的一种基于延迟特性的扰码规划方法，包括：

获取网络中不同用户的干扰信号之间延迟概率分布信息；

根据延迟映射准则将延迟分布映射到0-4码片，其中延迟映射准则为：

将延迟0、8码片的概率相加，

将延迟1、7、9、15码片的概率相加，

将延迟2、6、10、14码片的概率相加，

将延迟3、5、11、13码片的概率相加，

将延迟4、12码片的概率相加，得到一个延迟0-4码片的概率密度分布；

确定各小区之间的邻区关系，按照预定规则设定不同等级的扰码规划准则，并根据该扰码规划准则分配基扰码；

对于相邻小区采用不同的下行导频组准则，将基扰码映射到扰码。

所述预定规则包括：

按照两扰码之间相关最大值越小，优先级越高的规则；或

按照两扰码之间的相关最大值均值越小，优先级越高的规则；或

根据相关图案中某个相关值出现的个数确定优先级，该相关值出现个数越多，优先级越高。

更适宜地，按照下列步骤分配基扰码：

按照预定规则确定的顺序选择需要分配基扰码的小区；

检查所述小区的所有邻区基扰码分配情况；

根据所述扰码规划准则更新可用基扰码集合；

按照基扰码编号顺序从所述可用基扰码集合中选择一个基扰码，分配给所述小区。

更适宜地，按照下列步骤将基扰码映射到扰码：

按照预定顺序选择一个小区；

在小区基扰码对应的所有扰码中按照预定顺序选择一个扰码；

检查所选扰码是否与邻区已分配的扰码属于同一个下行导频组；

若其不属于同一个下行导频组，则将所选扰码分配给该小区；

若属于同一个下行导频组，按照预定义顺序选择下一个扰码；

继续选择下一个小区进行基扰码到扰码的映射，直至完成所有小区扰码的映射。

优选地，通过下列步骤设定扰码规划准则的等级：

对所有扰码组合在考察延迟下得到的所有相关图案按照优先级顺序进行排序，根据所述相关图案的优先级顺序设定该准则的等级。

通过采用系统仿真方法获取所述延迟概率分布信息；或者，

采用在0-15码片延迟等概率出现的情况下的延迟概率分布作为所述延迟概率分布信息。

将扰码分为48族，同一族内的所有扰码延迟组与其他的扰码延迟组形成的相关图案一致。

当在所有规划准则约束下，无法找到合适的扰码时，按照所述规划准则的优先级由低到高的顺序逐步减少规划准则的约束。

现有的规划方案中均没有根据TD-SCMDA系统的扰码延迟下的相关性特点设定扰码规划方案。规划出的结果不能根据实际情况达到最优，或者规划复杂度较高。本发明考虑了TD-SCMDA系统的扰码延迟下的相关性特点，提供一种简单易行的扰码规划方法，通过建立并根据延迟映射准则，将网络的延迟概率分布信息映射到相应码片，按照设定的扰码规划准则分配基扰码，得到延迟下的扰码分族关系，在相邻小区采用不同下行导频组的准则，将基扰码映射到扰码。在充分考虑实际网络环境下邻区非同步对扰码规划的影响的情况下，可降低码字规划的复杂度，采用本发明提供的扰码规划方法进行实际网络中的扰码规划，可以达到最优化的扰码分配，提高系统性能。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的扰码规划方法流程图；

图2为根据本发明的实施例的小区基扰码分配流程图；

图3为根据本发明的实施例的基扰码到扰码的映射流程图；

图4为CDMA移动通信系统的网络小区分布结构示意图；

图5为CDMA移动通信系统的网络拓朴结构示意图；

表101所示为扰码延迟组之间的相关图案特性；

表102所示为根据相关图案1的扰码延迟组分类；

表103至表113分别为扰码相关图案1至扰码相关图案11。

具体实施方式

鉴于CDMA系统中复合码之间不同延迟偏移量下的互相关特性，为尽可能降低实际网络中的同频干扰，本发明提出了基于延迟环境下的扰码规划方法，核心思想是：建立并根据延迟映射准则，将网络中不同用户的干扰信号之间的延迟概率分布信息映射到相应码片，按照设定的扰码规划准则分配基扰码，得到延迟下的扰码分族关系，在相邻小区采用不同下行导频组的准则，将基扰码映射到扰码，从而完成各小区的扰码映射。

为使本发明的原理、特性和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

下面参照图1对根据本发明的具体实施例的方法流程予以说明。

步骤S01：获得网络中不同用户的干扰信号之间的延迟概率分布信息，以概率密度分布的形式表示。关于不同用户的干扰信号之间延迟的概率分布说明如下：假设有基站A和基站B，用户1服务于基站A，用户2服务于基站B，由于基站之间是同步的，如果用户2对用户1的信号形成强干扰，这两个信号必然会存在一个时延差，所谓概率分布，就是指整个网络范围内或者是针对特定小区，对这种干扰信号时延差的统计结果。

具体方法可以采用系统仿真方法，或理论粗略计算。如果实际网络中无法准确的获得延迟分布信息，可以假定0-15码片延迟等概率出现，采用在0-15码片延迟等概出现的情况下的延迟概率分布作为所述延迟概率分布信息。

步骤S02：根据延迟映射准则将延迟分布映射到延迟0-4码片的概率；其中延迟映射准则如下：

延迟0、8码片合为一组，即将延迟0、8码片的概率相加，另外

延迟1、7、9、15码片合为一组，

延迟2、6、10、14码片合为一组，

延迟3、5、11、13码片合为一组，

延迟4、12码片合为一组，最终得到一个延迟0-4码片的概率密度分布。

步骤S03：确定各小区之间的邻区关系。

具体可根据工程经验或根据实际测试得到的导频强度来确定。

步骤S04：按照预定的规则设定不同等级的扰码规划准则。

任意一对扰码组合在不同的延迟下，会形成不同的相关图案，所谓相关图案是指，两个扰码在特定延迟下所形成的16*16个复合码组合相关得到的一个16*16的相关值矩阵，扰码相关图案具体见附后的表格及相关描述；若相关图案中任意一个相关值出现的个数相等，则称为相同的相关图案。

按照预定的规则，如：相关图案形成的矩阵的方差越小，则优先级约高；或两扰码所形成的复合码之间(如扰码SC1与16个OVSF扩频码点乘得到的16个复合码”与“扰码SC2与16个OVSF扩频码点乘得到的16个复合码之间)相关最大值越小，优先级越高的准则等，对所有扰码组合在考察延迟下得到的所有相关图案进行排序。对于任意一种相关图案，规定产生此图案的基扰码组不允许出现在相邻小区的扰码相关图案中，并根据图案的优先级顺序设定该准则的等级。

所谓考察延迟是指：设定一个概率值门限，所有概率值高于此门限的延迟的集合称为考察延迟。

步骤S05：应用不同等级的扰码规划准则分配基扰码，参照图2，具体包括：

51)按照预定义顺序确定一个需要分配基扰码的小区；

52)检查该小区的所有邻区已经分配基扰码的情况；

53)将所设定的规划准则全部设置为有效；即在所有的规划准则约束下，选择扰码。

54)根据所有有效的准则更新可用基扰码集合；当在所有的规划准则约束下，无法找到合适的扰码时，逐步减少规划准则的约束，先排除优先级较低的规划准则。也就是说，当严格的规划准则不能满足时，逐步放弃优先级较低的规划准则，在其他较高优先级的规划准则约束下选择扰码。

55)检查可用基扰码集合是否为空；若是，则转到步骤551；否则，执行步骤552；

551)将优先级最低有效准则设置为无效，转到步骤54；

552)在可用扰码集合中按照预定的顺序选择一个基扰码；

56)更新基扰码分配结果；

57)检查是否所有小区都已分配基扰码。如果是，则结束基扰码的分配；否则，转步骤51，继续选择下一个小区进行基扰码分配。

步骤S06：根据相邻小区采用不同下行导频组的准则，将基扰码映射到扰码。参照图3，具体包括：

61)按照预定义顺序选择一个小区；

62)在小区基扰码对应的所有扰码中按照预定义顺序选择一个扰码；

63)检查该扰码是否与邻区已分配的扰码属于同一个下行导频组，如果是，转步骤631；否则，转步骤64。

631)按照预定义顺序选择下一个扰码，转步骤63。

64)将此扰码分配给该小区；

65)检查是否所有小区都已完成扰码的映射。如果是，则结束；否则，执行步骤66；

66)按照预定义顺序选择下一个小区，转到步骤62，继续选择下一个小区进行基扰码到扰码的映射，直至完成所有小区扰码的映射。

下面以一个7小区结构的网络为例说明根据本发明的扰码规划方案，

网络基本结构如图4所示。

步骤S11，确定网络环境的相邻小区间干扰信号延迟分布；

通过静态仿真可以得到小区半径为1000米下的市区宏小区环境下，邻小区信号延迟分布大概如下表所示：

表3  邻区干扰信号延迟分布(0-15码片)

 

延迟	0	1	2	3	4	5	6	7
									概率	0.1160	0.0513	0.0633	0.0048	0.1271	0.0044	0.0806	0.1116
延迟	8	9	10	11	12	13	14	15
									概率	0.1124	0.0438	0.0484	0.0034	0.1119	0.0023	0.0476	0.0711

步骤S12，根据延迟映射准则将0-15码片延迟分布映射到0-4码片的延迟分布；将延迟0、8码片的概率相加；延迟1、7、9、15码片的概率相加；延迟2、6、10、14码片的概率相加；延迟3、5、11、13码片的概率相加；延迟4、12码片的概率相加得到如下延迟分布：

表4：简化后的邻区延迟分布(0-4码片)

 

延迟	0	1	2	3	4	5	6	7
									概率	0.1160	0.0513	0.0633	0.0048	0.1271	0.0044	0.0806	0.1116
延迟	8	9	10	11	12	13	14	15
									概率	0.1124	0.0438	0.0484	0.0034	0.1119	0.0023	0.0476	0.0711

步骤S13，确定邻区关系；

为小区分配扰码时，考虑将来的网络拓朴结构。如图5所示，可以确定这7、个小区与另外6个小区互为邻区关系。

步骤S14，设定不同等级的扰码规划准则；

设定概率门限为0.2，则根据表格发现概率大于门限的延迟有0、1、2、4码片。考察所有基扰码扰码组合在延迟[0，1，2，4]码片时的相关图案，共有11种。为了简化说明扰码规划的流程，本实施例只给出了3个等级的准则，等级定义的原则是根据相关图案中相关值为16出现的个数为依据，出现的个数越多，优先级越高。

准则1，相关图案中不允许出现16个16的。即

延迟为0时，按照邻小区采用不同的基扰码。

延迟为4时，相邻小区基扰码扰码不要出现以下组合

(2，5)，(3，4)，(6，11)，(8，9)，(10，12)

准则2，相关图案中不允许出现8个16的。即

延迟为2时，相邻小区基扰码扰码不要出现以下组合

(1，3)，(1，4)，(6，7)，(7，11)，(8，10)，(8，12)，(9，10)，(9，12)

准则3，相关图案中不允许出现4个16的。即：

延迟为1时，相邻小区基扰码扰码不要出现以下组合

(2，9)，(2，10)，(5，8)，(5，12)

步骤S15，分配基扰码；

假设按照1-7的顺序为小区分配基扰码。具体步骤如下：

选择1号小区，发现其邻区都为分配基扰码，根据步骤S14中的设定准则，确定可选基扰码集合为1-12。假设基扰码选择顺序为1-12顺序选择，则，选择扰码1分配给1号小区。

然后，选择2号小区为下一个待分配基扰码小区。发现邻区1号小区已经分配基扰码1，根据步骤4的准则发现基扰码1、3、4不允许分给2号小区。其他基扰码均可分配给2号小区。按照顺序将基扰码2分布给2号小区。

之后，选择3号小区为下一个待分配基扰码小区。发现邻区1号小区已分配基扰码1，邻区2号小区已分配基扰码2。根据步骤4的准则发现基扰码{1，2，3，4，5，9，10}不能分配给3号小区，按照顺序将基扰码6分配给3号小区。

选择4号小区。同样可以确定基扰码{1，2，3，4，5，6，7，9，10，11}不可用，选择基扰码8分配给4号小区。

之后，选择5号小区。应用3个准则发现没有基扰码可用。将准则3设为无效。仍然无法找到可用基扰码，继续将准则2设置为无效，发现基扰码{1，2，5，6，8，11，9}，不可用，选择基扰码3分配给5号小区。

同样的可以将7号基扰码分配给6号小区，将基扰码10分配给7号小区。至此所有小区分配基扰过程结束。最终的基扰码分配结果如下表所示：

表5：规划后各小区的基扰码

 

延迟	0	1	2	3	4	5	6	7
									概率	0.1160	0.0513	0.0633	0.0048	0.1271	0.0044	0.0806	0.1116
延迟	8	9	10	11	12	13	14	15
									概率	0.1124	0.0438	0.0484	0.0034	0.1119	0.0023	0.0476	0.0711

步骤S16，基扰码映射到扰码。

仍然按照1-7号小区的顺序选择小区映射扰码。在基扰码对应的扰码组中按照从小到大的顺序选择扰码。具体步骤如下：

1号小区分配基扰码1，在基扰码1对应的扰码中选择1号扰码分配个1号小区。

2号小区分配基扰码2，在基扰码2对应的扰码中选择2号扰码发现与1号小区属于同一个下行导频组，则选择下一个扰码6分配给2号小区。同样的为3号小区分配扰码52，为4号小区分配扰码61，为5号小区分配扰码12，为6号小区分配扰码81，为7号小区分配扰码67。至此，扰码映射过程结束。

下面对根据本发明的扰码规划方法得到的扰码延迟组分类特性予以说明。

在申请号为“200410048703.8”和“200410048702.3”的中国专利申请中，根据扰码与扩频码形成复合码在高斯白噪声(AWGN)条件下的相关特性将128个扰码分成了12组基扰码。每个基扰码延迟0-15码片可以形成16个不同的码字。这样12组基扰码可以形成192个不同的基扰码延迟组合，以二元组(A，B)表示一个基扰码A向右偏移B个码片后的码字，每个组合对应与在一定偏移量下的一个实际的扰码。考察这192个不同的基扰码延迟组合之间的相关性，发现其相关特性共有11类情况，表103至表114。从第一种相关图样可以发现，这种相关图样说明两个扰码形成的符合码完全相同。

不同的扰码相关图案之间的区别在于相关矩阵中特定相关值的个数不同，出现的位置可以不同。对于表103至表114所示的11种相关图案总结如表101所示。

分析得出相关图案1的特点如下：

横向16个复合码字的任一个码字与纵向复合码字的某一个码字完全相关，与其他15个码相互正交。如横向码字1与纵向码字1完全相关，与其他15个纵向码字相互正交。

相关图案具有上述特征的两个扰码延迟组A、B构成的复合码字群之间存在特性：扰码A对应的复合码字群内的任一个复合码字，在扰码B构成的复合码字群内总是存在一个与之完全相关的复合码字，完全相关的复合码字间存在强的干扰。根据扰码延迟之间相关图案1分类，可以将192个扰码延迟组分为48族。每族中的任意两个扰码延迟组之间的相关图案都与附录中的相关图案1相同。

根据相关图案1的扰码延迟组分类(分族关系)如表102所示。

表102中(A，B)表示基扰码A形成的16个复合码向右偏移B个码片后形成的码字。

根据表102可分析得出以下信息：

1)任何一个码片在延迟4个码片后，都将与其自己或其他另一个扰码互为同码。

2)在192组扰码延迟组中，只有48个是两两之间不同码，并且延迟分布在0-4码片之间。所谓同码是指两个扰码形成的复合码完全相同。

3)同一族里面的扰码延迟组与OVSF码合成的复合码是完全相同的

4)在延迟偏移量为±4个码片时，基扰码2与5，3与4，6与11，8与9，10与12是互为同码；而基扰码1与7又各自与其本身为同码，即在延迟±4个码片时，本小区内也会产生很强的干扰。

5)任何一个扰码与其延迟8个码片后形成的扰码属于同码。

根据表102所示的基扰码延迟分族情况以及由此总结出的基扰码延迟下的相关特性，本发明扰码规划方案充分考虑到实际网络环境中邻区非同步时的产生干扰以及考察延迟特性的情况，优化的扰码分配，提高系统性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1、一种基于延迟特性的扰码规划方法，其特征在于，包括：

获取网络中不同用户的干扰信号之间的延迟概率分布信息；

根据延迟映射准则将延迟分布映射到0-4码片，其中延迟映射准则为：

将延迟0、8码片的概率相加，

将延迟1、7、9、15码片的概率相加，

将延迟2、6、10、14码片的概率相加，

将延迟3、5、11、13码片的概率相加，

将延迟4、12码片的概率相加，得到一个延迟0-4码片的概率密度分布；

确定各小区之间的邻区关系，按照预定规则设定不同等级的扰码规划准则，并根据该扰码规划准则分配基扰码；

对于相邻小区采用不同的下行导频组准则，将基扰码映射到扰码。

2、如权利要求1所述的扰码规划方法，其特征在于，所述预定规则包括：

按照两扰码所形成的复合码之间相关最大值越小，优先级越高的规则；或

按照两扰码所形成的复合码之间的相关最大值均值越小，优先级越高的规则；或

根据相关图案中某个相关值出现的个数确定优先级，该相关值出现个数越多，优先级越高。

3、如权利要求1或2所述的扰码规划方法，其特征在于，按照下列步骤分配基扰码：

按照预定规则确定的顺序选择需要分配基扰码的小区；

检查所述小区的所有邻区基扰码分配情况；

根据所述扰码规划准则更新可用基扰码集合；

按照基扰码编号顺序从所述可用基扰码集合中选择基扰码，分配给所述小区。

4、如权利要求1或2所述的扰码规划方法，其特征在于，按照下列步骤将基扰码映射到扰码：

按照预定顺序选择一个小区；

在小区基扰码对应的所有扰码中按照预定顺序选择一个扰码；

检查所选扰码是否与邻区已分配的扰码属于同一个下行导频组；

若其不属于同一个下行导频组，则将所选扰码分配给该小区；

若属于同一个下行导频组，按照预定义顺序选择下一个扰码；

继续选择下一个小区进行基扰码到扰码的映射，直至完成所有小区扰码的映射。

5、如权利要求1或2所述的扰码规划方法，其特征在于，通过下列步骤设定扰码规划准则的等级：

对所有扰码组合在考察延迟下得到的所有相关图案按照优先级顺序进行排序，根据所述相关图案的优先级顺序设定该准则的等级。

6、如权利要求1或2所述的扰码规划方法，其特征在于，通过采用系统仿真方法获取所述延迟概率分布信息；或者，

采用在0-15码片延迟等概率出现的情况下的延迟概率分布作为所述延迟概率分布信息。

7、如权利要求1或2所述的扰码规划方法，其特征在于，将扰码分为48族，同一族内的所有扰码延迟组与其他的扰码延迟组形成的相关图案一致。

8、如权利要求1或2所述的扰码规划方法，其特征在于，

当在所有规划准则约束下，无法找到合适的扰码时，按照所述规划准则的优先级由低到高的顺序逐步减少规划准则的约束。

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