CN101155394A - 一种无线通信系统中信道传输资源自适应分配的方法 - Google Patents

Abstract

一种无线通信系统中信道传输资源自适应分配的方法，其中该无线通信系统至少包括基站和终端，该方法包括：基站测量无线通信系统中终端对应的信道质量，并判断信道质量是否小于所述无线通信系统设定的第一门限值；若信道质量小于第一门限值，则基站为所述终端增加信道传输资源；否则，基站为所述终端降低信道传输资源。通过本发明可以很好地实现提高通信质量与增加基站容量之间地平衡。

Description

一种无线通信系统中信道传输资源自适应分配的方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别是无线通信系统中信道传输资源自适应分配的方法。

背景技术

无线通信系统中，特别是移动通信系统，无论是时分多址接入(TDMA)、频分多址接入(FDMA)还是码分多址接入(CDMA)的系统中，信道质量都随着外界因素的改变而改变。典型的如，由于移动造成衰落，由于和基站的距离改变，或由于外界干扰造成噪底抬高等问题，导致干扰增加、信道容量降低，严重情况下还会对通信质量造成影响。目前的通信系统中往往采用功率控制和编码交织解决该问题。

在话音通信中，为了达到一定话音质量需要维持一定的通信速率，即要求信道容量高于一定门限。在移动通信系统中，由于用户的移动性，导致用户终端的接收信号强弱变化，如距离基站不同距离时，由于用户的移动，会造成有害的衰落，由于汽车和其他电器的干扰往往也会影响通信质量。蜂窝系统的设计中考虑到了这些因素的影响，往往在网络覆盖方面会保留很大余量，并且通过功率控制解决距离基站远近造成的不同传输损耗影响，采用快速功率控制解决低速移动情况下慢衰落影响，采用编码、交织等技术克服快衰落造成的影响。编码、交织技术会增加冗余信息，导致信道利用率降低。

尽管在快衰落条件下编码和交织能大大提高信道质量，但统计数据表明，移动通信系统用户在多数情况下是静止不动打电话，仅有少数情况下边移动边打电话。如果对所有用户终端都采用信道编码，会增加冗余信息，浪费宝贵的信道传输资源。在目前的无线通信系统中，通常始终分配足够的信道传输资源来保证编码、交织、分集等技术手段的需要，不能动态调整用户终端的信道传输资源以增加信道容量。因此系统的信道传输资源得不到充分利用。

因此，实有必要提供一种根据信道的通信质量自适应地分配信道传输资源的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，根据用户终端的通信质量自适应地分配无线通信系统中的信道传输资源，从而提高系统信道传输资源的利用率，提高无线通信系统的容量。

为此，本发明提出一种无线通信系统中信道传输资源自适应分配的方法，其中该无线通信系统包括基站(BS)和终端(UT)，所述方法包括：

基站测量无线通信系统中终端对应的信道质量，并判断所述信道质量是否小于所述无线通信系统设定的第一门限值；若所述信道质量小于所述第一门限值，则所述基站为所述终端增加信道传输资源；否则，所述基站为所述终端降低信道传输资源。

在所述方法中，基站测量的信道质量至少是信噪比或误帧率中的一种；当基站测量的信道质量为信噪比时，所述第一门限值为期望信噪比；当基站测量的信道质量为误帧率时，所述第一门限值为期望误帧率。

在不同的无线通信系统中，信道资源的含义有所不同，所述的增加的信道传输资源在CDMA系统中是码道，在TDMA系统中是时隙，在FDMA系统中是频带。

当基站测量的信道质量为信噪比时，所述方法包括以下步骤：

步骤a：所述基站统计所述终端发送的下行接收信号的信噪比，并计算所述信噪比的均值和方差；

步骤b：所述基站判断所述均值减去m×方差的值是否大于所述无线通信系统设定的期望信噪比，并且判断其当前是否忙；若所述均值减去m×方差的值小于或等于所述期望信噪比，且所述基站当前不忙，则所述基站为所述终端增加信道传输资源；否则，返回执行步骤a；

步骤c：所述基站继续统计所述终端发送的下行接收信号的信噪比，并计算此时信噪比的均值和方差；

步骤d：所述基站判断所述均值减去n×方差的值是否大于所述期望信噪比；若大于，则所述基站为所述终端降低所述信道传输资源，之后执行步骤a；否则，返回执行步骤c；

其中，-4≤m≤6，且-4≤n≤6，优选为m＝1、n＝2。

在所述步骤b中，所述基站在判断所述均值减去m×方差的值是否大于所述期望信噪比的同时还可以进一步判断所述方差的绝对值是否大于所述无线通信系统设定的第二门限值，若所述方差的绝对值大于所述第二门限值，则接着判断所述基站是否忙；否则，返回执行步骤a。

在所述步骤b中，判断基站当前是否忙的方法为：所述基站判断其当前用户数是否小于所述无线通信系统设定的第三门限值，若小于，则所述基站当前不忙；否则，所述基站当前忙。

特别地，在CDMA系统中，增加信道传输资源的过程通过建立码道捆绑来实现，而降低信道传输资源的过程则通过拆除码道捆绑来实现。

码道捆绑的建立进一步包括以下步骤：

步骤b1：所述基站分配一个空闲码道与当前码道进行捆绑，并在所述当前码道上将分配结果通过连接捆绑请求消息通知所述终端，同时启动定时器；

步骤b2：如果所述终端收到所述连接捆绑请求消息，则所述终端根据所述连接捆绑请求消息将所述空闲码道与所述当前码道捆绑，并向所述基站发送信号帧，例如语音帧；

步骤b3：所述基站判断其是否在所述空闲码道与所述当前码道上都收到所述终端发送的信号帧，且判断所述定时器是否超时；若所述基站在所述定时器超时前在所述空闲码道与所述当前码道上都收到所述终端发送的信号帧，则码道捆绑建立成功，基站终止定时器；否则，所述基站再次在所述当前码道上向所述终端发送所述连接捆绑请求消息，并重新启动所述定时器，之后执行步骤b2。

在建立码道捆绑的过程中，若所述基站向所述终端重发了预定次数的连接捆绑请求消息后码道捆绑仍未成功建立，则所述基站放弃本次码道捆绑的建立。

而且，在所述基站放弃本次码道捆绑的建立后，其重新发起另一次建立码道捆绑的请求的时间间隔至少为3秒。

码道捆绑的拆除进一步包括以下步骤：

步骤d1：所述基站在捆绑码道中码道号较小的码道上发送拆除捆绑请求消息通知所述终端拆除码道捆绑，同时启动定时器；

步骤d2：如果所述终端收到所述拆除捆绑请求消息，则所述终端将捆绑码道中码道号较大的码道释放，仅在所述码道号较小的码道上发送信号帧，例如语音帧；否则，所述终端继续在所述捆绑码道上发送所述信号帧；

步骤d3：所述基站在所述定时器超时后，关闭码道号较大的码道；

步骤d4：如果所述终端持续仅在所述码道号较小的码道上收到所述基站发来的信号帧后，则所述终端释放所述码道号较大的码道。

信道传输资源增加以后，新增加的信道传输资源与原来的信道传输资源一起使用，在所述两部分信道传输资源所传输的内容相同时，采用时间分集方法利用信道传输资源；在所述两部分信道传输资源所传输的内容不同时，则至少采用信道编码、交织技术将发送信息分配到所述两部分信道传输资源中。

通过本发明可以解决提高移动通信用户终端通话效果和增加基站容量之间的相互矛盾。本发明通过监测用户终端的信道质量，在用户终端的信道质量高时为其分配较少的信道传输资源，以增加基站容量，在监测到某个用户终端到基站的信道质量降低时，针对该用户终端分配更多的信道传输资源，以保证通信质量。通过这种方法，本发明可以动态地在系统容量和通信质量之间获取最优的平衡，从而实现了资源利用的最优化。

附图说明

图1是SCDMA系统中信道条件好的情况下信道处理系统图；

图2是本发明所述方法的处理流程图；

图3是本发明一优选实施例中SCDMA系统发起码道增加请求的信令流程；

图4是SCDMA系统中信道条件变差的情况下，采用本发明所述方法增加信道传输资源后，通过编码、交织技术的信道物理层的处理系统图；

图5是SCDMA系统中信道条件变差的情况下，采用本发明所述方法增加信道传输资源后，通过时间分集技术的信道物理层的处理系统图；

图6是采用本发明所述的处理方式与原有处理方式的对比图。

具体实施方式

根据本发明，当信道条件好时，可以为每个用户终端分配较低的信道传输资源，以提高基站容量。若因为距离增加导致信号变弱，或移动引起衰落等因素导致信道容量降低，则给该用户终端分配更多的信道传输资源以满足传输要求。

下面以本发明所述方法在SCDMA系统中的实现为例，对本发明进行详细的描述。然而，本领域普通技术人员应该认识到，本发明所描述的方法并不局限于用于CDMA系统，本发明同样可以用于TDMA系统、FDMA系统以及其它的移动通信系统。如本领域普通技术人员所知，在不同的通信系统中，增加信道传输资源有不同的含义，在FDMA系统中是增加频带，在CDMA系统中是增加码道，在TDMA系统中是增加时隙。

在信道质量正常情况下，SCDMA系统的信道处理过程如图1所示，这种情况下分配给用户的资源较少，有利于扩大基站容量。SCDMA系统采用32bit的Wallsh码扩频，最多能提供32个正交码道。其中一部分码道用于广播、智能天线辅助，最多有29个码道可以用来承载语音信息。如图1所示，上层信令(L2、L3层下传的信令)和G.729声码器产生的信息经过复接成帧，复接成25.6Kbps的数据流，经过差分编码和串并转换后分成两路，分别用相同的Walsh码和PN码扩频加扰，扩频之后的数据经过正交调制合并后发送出去。每个码道所能提供的净速率为9.6Kbps，在不采用信道编码情况下，刚好可以承载一路话音信息。在移动通信中，若用户在通话时保持静止，这种处理方式没有问题，实际上大部分情况下，用户通话时都保持静止或步行速度。但是当用户以车速在市区内移动时，由于多普勒频率扩散效应导致有害的衰落，造成信道容量降低，通信质量会受到严重影响。

信道质量的好坏可以通过信噪比或者误码率或者其他指标来表征，下面以信噪比为例，结合SCDMA无线通信系统中的语音通信过程，详细描述本发明自适应分配信道传输资源的过程。

通常，接收机通过统计接收信号信噪比确定当前是否存在有害的衰落。在接收信号存在由于高速移动引起的快衰落的情况下，并不是每帧信噪比都降低，而是表现为信噪比剧烈跳动，相邻两帧相差很大。通过计算信噪比方差和均值可以发现，此时均值较高，但方差很大。往往信噪比均值在10dB左右，且在4dB到16dB之间跳动。在SCDMA无线通信系统中，要求信噪比大于8dB才能满足通话质量要求。终端可测量下行信号质量以获得信噪比，并通过上行链路发送下行接收信号的信噪比。基站对上行信噪比进行统计，计算信噪比的均值和方差，当均值减去m×方差的值低于期望的信噪比(第一门限值)，并且方差绝对值大于第二门限值，以及基站当前用户数在第三门限值以下时，则基站可以发起增加码道资源流程，如图2所示；而当信噪比均值减去n×方差的值大于期望的信噪比(第一门限值)时，基站可以发起降低码道资源流程。判断基站当前是否忙的方法是，基站判断其当前用户数是否小于无线通信系统设定的第三门限值，若小于，则表示基站当前不忙；否则，表示基站当前忙。优选地，在SCDMA系统中，信噪比均值减去m(或n)×方差的门限(第一门限值)为8，方差绝对值门限(第二门限值)为5，基站用户数门限(第三门限值)为20个。其中，m和n的取值范围为：-4≤m≤6，且-4≤n≤6，在本优选实施例中m＝1、n＝2。本领域普通技术人员应该认识到，上述的各个门限值以及m和n的取值范围并不局限于上面给定的值，而是可以根据具体的通信系统以及实际应用中的具体情况进行调节。

然而，本领域普通技术人员应该认识到，对信道质量的判断并不局限于信噪比，同样可以通过误码率或者信噪比与误码率的结合以及其它可以用来表征信道质量的指标来判断系统的信道质量。当基站测量的信道质量为误帧率时信道传输资源自适应分配的方法与信噪比类似，在此不再赘述。

同样，基站根据对系统当前通信状况的监测结果决定是否改变当前的码道分配状态，其中监测结果包括但并不限于终端上传的信噪比以及基站忙闲状态，还可以根据需要综合考虑其他因素，比如上行链路质量，功率控制结果等。

图3所示为本发明一优选实施例中SCDMA系统发起码道增加请求的信令流程。当基站决定改变码道分配状态时，会在当前码道向终端发送连接捆绑请求(LINK BINDING COMMAND)消息，提示需要增加传输码道，且基站会同时启动定时器Tl1；此外，终端在收到LINK BINDINGCOMMAND消息后，会向基站发送码道捆绑请求同意应答消息(LINKBINDING ACK)；若基站在定时器Tl1超时之前收到LINK BINDINGACK消息，则终止定时器Tl1；若基站在定时器Tl1超时之前没有收到LINK BINDING ACK消息，则基站会向终端重新发送LINK BINDINGCOMMAND消息，并重新启动定时器Tl1，且若基站在重试3～5次后仍没有收到LINK BINDING ACK消息，则基站放弃本次增加传输码道的需求。此外，终端在发送LINK BINDINGACK消息后会马上向基站发送握手信号(SABM)，并会同时启动定时器Tl2；若基站在收到LINK BINDINGACK消息后又接收到SABM信号，则会向终端发送握手应答信号(SABM ACK)；终端在接收到SABM ACK信号后会终止定时器Tl2；至此系统进入两码道通信状态。

下面以SCDMA系统中的语音通信为例详细描述码道分配的流程。

一、建立码道捆绑

若基站决定建立码道捆绑，则会新分配一个空闲码道与当前码道进行捆绑，并将分配结果通过LINK BINDING COMMAND消息通知终端。基站发出该消息后，启动定时器，并在两个码道上同时准备接收语音帧。

◆正常处理

当终端收到基站发来的LINK BINDING COMMAND消息指示其建立码道捆绑时，终端根据基站码道分配的结果，将新码道与原码道捆绑发送语音帧。若在定时器超时之前，基站在两个码道上都收到了终端发来的语音帧，则表示码道捆绑成功建立，基站终止定时器。

◆异常处理

若定时器超时，基站仅在原码道上收到终端发来的语音帧，则基站再次在原码道上发送LINK BINDING COMMAND消息，并重新启动定时器。若基站重发预定次数Nl1次(通常为3～5次)均没有成功，则放弃本次捆绑建立请求。其中，基站重新发起建立码道捆绑请求的时间间隔至少为3秒钟。

二、拆除码道捆绑

若基站决定拆除码道捆绑，则在码道号较小的码道上发送拆除捆绑请求消息通知终端，并启动定时器。在定时器超时之前，基站在两个码道上接收终端发来的语音帧。定时器到时，则释放码道号较大的码道。

◆正常处理

当终端收到基站发来的拆除捆绑请求消息指示其拆除码道捆绑时，则终端将码道号较大的码道释放，在码道号较小的码道上发送语音帧。

◆异常处理

若拆除捆绑请求消息丢失，终端仍在两个码道上发送语音帧，而基站则在定时器超时后，关闭码道号较大的码道。在终端持续(持续的时间一般在0.5秒～5秒范围内选取，对应帧数是50帧～500帧)仅在码道号较小的单码道上收到基站发来的语音帧后，终端自动释放码道号较大的码道。

在上述的建立码道捆绑和拆除码道捆绑的过程中使用的定时器的超时时间一般根据需要设定在0.5秒-5秒范围内。而且，建立码道捆绑和拆除码道捆绑的过程中采用的定时器的超时时间可以相同也可以不同。

在CDMA系统中，上述增加信道传输资源的过程可以完全由软件实现，不需要对现有设备进行改造，而在其他系统中，特别是FDMA系统，增加信道传输资源需要看硬件是否支持带宽变更。

从信息论本质上讲，衰落造成的信道容量降低，只有扩大信道传输资源才能够克服，而编码、交织、分集等技术则是更好的利用这些资源的手段。

通过增加传输码道资源，并引入编码、交织等增加传输信号冗余度手段，可以有效改善衰落信道下的通信质量，降低误码率。图4示出了SCDMA系统中信道条件变差的情况下，采用本发明所述方法增加信道传输资源后，通过编码、交织技术的信道物理层的处理系统图。声码器产生的数据和上层信令复接成25.6K的帧。1/2卷积码有两个生成多项式，把每一路生成多项式的输出单独输出，而在以往很多情况是经过并-串转换转换成一路。单独输出的好处是编码器输出的每一路都包含完整的输入信息，可以获得更好的分集效果。当前帧编码数据的其中一路在当前帧经过交织发射出去，另外一路延迟一帧，经过交织在下一帧发射。这样，只要有一帧没有被衰落也能完全恢复发射信息。卷积码编码器的输出信息经过延迟后两组信息处理完全一样，只是采用不同的Walsh码扩频到两个不同的码道，其他处理方式与图2所示处理方式完全相同，在此不再赘述。

增加的信道传输资源与原来的信道传输资源一起使用，这两部分传输资源所传输的内容可以是相同的，也可以是不同的。当信道承载业务对误码率有要求，对误帧率没有要求，如语音和其他实时业务，可以令两部分传输内容相同，即不采用信道编码技术，仅采用时间分集。通过获得时间分集可以改善移动条件下的性能，这些技术在移动通信系统中广泛使用，如GSM系统和CDMA系统；当承载业务要求误帧率低，不允许有误码情况，如数据业务，令两部分传输内容不同较好，即对需要发送的信息进行信道编码、交织等，把发送信息分配到这两部分资源中。一般的系统通常会选择编码交织，而在SCDMA系统中，不进行编码交织，仅采用时间分集效果更好。图4所描述的就是采用编码交织的情况。

本发明也可以采用时间分集的方式来利用增加的信道传输资源，改善通信质量。图5是SCDMA系统中信道条件变差的情况下，采用本发明所述方法增加信道传输资源后，通过时间分集技术的信道物理层的处理系统图。从声码器和上层控制信道输入的发送数据调制后用Walsh号为Wa的码扩频，并和前一帧的数据采用Walsh号为Wb的扩频码扩频后的结果合并，一起发送出去。接收端解调以后对Walsh号为Wa的码道解调的数据与前一帧采用Walsh号为Wb的码道所解调的数据比较信噪比，选择信噪比较大的一帧作为最终话音数据输出。

通过上面的描述我们看到，在SCDMA系统的话音通信的过程中，基站可以根据当前链路的状况，动态调整码道分配情况。然而本领域普通技术人员应该认识到，本发明也可以使用在其他通信模式中，包括数据、图像甚至视频传输等通信模式。

采用本发明所述的处理方式与原有处理方式对比如图6所示。图中每一个点代表一组处理数据结果对比。统计10秒钟内通话数据，记录10秒钟内信噪比低于9的帧数占总数的百分比。横坐标即为该百分比。纵坐标表示误帧率，即发射错误的帧所占总帧数的百分比。图中叉表示编码前处理结果，点表示编码后结果。从图中可以看到，增加信道传输资源，采用编码和交织处理后误帧率大幅度降低。由于编码交织会带来冗余，需要占用额外的信道传输资源，本发明的目的正在于在需要增加冗余时提供额外的信道传输资源使需要编码时可以编码。

尽管通过上述的优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员应该理解：在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明做出不同的变化和修改。

Claims (12)

1.一种无线通信系统中信道传输资源自适应分配的方法，所述无线通信系统包括基站和终端，其特征在于，所述方法包括：

基站测量无线通信系统中终端对应的信道质量，并判断所述信道质量是否小于所述无线通信系统设定的第一门限值；若所述信道质量小于所述第一门限值，则所述基站为所述终端增加信道传输资源；否则，所述基站为所述终端降低信道传输资源。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述基站测量的信道质量至少是信噪比或误帧率中的一种；

当基站测量的信道质量为信噪比时，所述第一门限值为期望信噪比；当基站测量的信道质量为误帧率时，所述第一门限值为期望误帧率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当基站测量的信道质量为信噪比时，所述方法包括以下步骤：

步骤a：所述基站统计所述终端发送的下行接收信号的信噪比，并计算所述信噪比的均值和方差；

步骤b：所述基站判断所述均值减去m×方差的值是否大于所述无线通信系统设定的期望信噪比，并且判断其当前是否忙；若所述均值减去m×方差的值小于或等于所述期望信噪比，且所述基站当前不忙，则所述基站为所述终端增加信道传输资源；否则，返回执行步骤a；

步骤c：所述基站继续统计所述终端发送的下行接收信号的信噪比，并计算此时信噪比的均值和方差；

步骤d：所述基站判断所述均值减去n×方差的值是否大于所述期望信噪比；若大于，则所述基站为所述终端降低所述信道传输资源，之后执行步骤a；否则，返回执行步骤c；

其中，-4≤m≤6，且-4≤n≤6。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤b中，所述基站在判断所述均值减去m×方差的值是否大于所述期望信噪比的同时进一步判断所述方差的绝对值是否大于所述无线通信系统设定的第二门限值，若所述方差的绝对值大于所述第二门限值，则接着判断所述基站是否忙；否则，返回执行步骤a。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在所述步骤b中，判断基站当前是否忙的方法为：所述基站判断其当前用户数是否小于所述无线通信系统设定的第三门限值，若小于，则所述基站当前不忙；否则，所述基站当前忙。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在码分多址接入系统中，

在所述步骤b中，增加信道传输资源的过程通过建立码道捆绑来实现；

在所述步骤d中，降低信道传输资源的过程通过拆除码道捆绑来实现。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，码道捆绑的建立进一步包括以下步骤：

步骤b1：所述基站分配一个空闲码道与当前码道进行捆绑，并在所述当前码道上将分配结果通过连接捆绑请求消息通知所述终端，同时启动定时器；

步骤b2：如果所述终端收到所述连接捆绑请求消息，则所述终端根据所述连接捆绑请求消息将所述空闲码道与所述当前码道捆绑，并向所述基站发送信号帧；

步骤b3：所述基站判断其是否在所述空闲码道与所述当前码道上都收到所述终端发送的信号帧，且判断所述定时器是否超时；若所述基站在所述定时器超时前在所述空闲码道与所述当前码道上都收到所述终端发送的信号帧，则码道捆绑建立成功，所述基站终止所述定时器；否则，所述基站再次在所述当前码道上向所述终端发送所述连接捆绑请求消息，并重新启动所述定时器，之后执行步骤b2。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，若所述基站向所述终端重发了预定次数的连接捆绑请求消息后码道捆绑仍未成功建立，则所述基站放弃本次码道捆绑的建立。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述基站放弃本次码道捆绑的建立后，其重新发起另一次建立码道捆绑的请求的时间间隔至少为3秒。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，码道捆绑的拆除进一步包括以下步骤：

步骤d1：所述基站在捆绑码道中码道号较小的码道上发送拆除捆绑请求消息通知所述终端拆除码道捆绑，同时启动定时器；

步骤d2：如果所述终端收到所述拆除捆绑请求消息，则所述终端将捆绑码道中码道号较大的码道释放，仅在所述码道号较小的码道上发送信号帧；否则，所述终端继续在所述捆绑码道上发送所述信号帧；

步骤d3：所述基站在所述定时器超时后，关闭码道号较大的码道；

步骤d4：如果所述终端持续仅在所述码道号较小的码道上收到所述基站发来的信号帧后，则所述终端释放所述码道号较大的码道。

11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，增加的信道传输资源与原来的信道传输资源一起使用，在所述两部分信道传输资源所传输的内容相同时，采用时间分集方法。

12.根据权利要求3，其特征在于，增加的信道传输资源与原来的信道传输资源一起使用，在所述两部分信道传输资源所传输的内容不同时，至少采用信道编码、交织技术将发送信息分配到所述两部分信道传输资源中。

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