CN101242196A - 基于时分同步码分多址的自组织网络扩频码分配方法 - Google Patents

Abstract

基于时分同步码分多址的自组织网络扩频码分配方法涉及一种基于TD－SCDMA(时分同步码分多址)空中接口构建自组织网络使用的OVSF码(正交可变扩频因子码)动态分配方法，具体实现包括以下步骤：第一步：扩频码OVSF申请阶段：借助在公共控制信道上交互消息，并制定码字搜索规则完成对新用户扩频码的分配；第二步：扩频码OVSF重分配阶段：对产生码阻塞的码字进行重分配；第三步：扩频码OVSF维护阶段：借助在公共控制信道上交互消息，更新各节点存储的扩频码树信息；第四步：扩频码OVSF释放阶段：根据扩频码树相应释放占用码字及其父码和子码。

Description

基于时分同步码分多址的自组织网络扩频码分配方法

技术领域

本发明涉及一种基于TD-SCDMA(时分同步码分多址)空中接口构建自组织网络使用的OVSF码(正交可变扩频因子码)动态分配方法，属于移动通信技术领域。

背景技术

TD-SCDMA作为国际上第三代移动通信的技术标准之一，使用了时分双工、上行同步、智能天线、联合检测和接力切换等多种先进技术。使用TD-SCDMA空中接口构建移动自组织网络，既可以利用TD-SCDMA时分双工的特点而无需对接口做大的修改，也可以实现对TD-SCDMA蜂窝网络实现补盲，丰富TD-SCDMA终端支持的业务类型。

OVSF码具有正交性和对不同速率业务提供支持的特性，广泛应用于第三代移动通信系统中。在基于TD-SCDMA空中接口的自组织网络中，利用OVSF码进行扩频，以保证不同终端节点之间信号的正交性。典型的四层OVSF码生成树如图1所示。

在OVSF码树中，不同扩频因子的OVSF码对应的数据传输速率不同，较大的扩频因子对应较低的数据传输速率，较小的扩频因子对应较高的数据传输速率。

同时由于不同信道的传输需要满足正交性原则，OVSF码的分配必须满足：对于某个待分配的码，它的所有父码和子码均没有被分配。

OVSF码根据工作状态可以分为“占用”、“不可用”和“空闲”三种状态。占用是指码字当前正在被扩频使用；不可用是指因为码字是某个占用码字的父码或子码而处于的不可使用状态；空闲是指码字处于占用和不可用状态之外的状态，此时码字可供分配使用。

在TD-SCDMA蜂窝小区中都有一套独立的OVSF码可供分配，在TD-SCDMA规范中对于OVSF码的使用具有详细的规定，部分公共物理信道的OVSF码是指定的。OVSF码的扩频因子范围限定为1，2，4，8，16。基于TD-SCDMA空中接口的自组织网络对于OVSF码的使用需要满足相同的限制条件。

在TD-SCDMA蜂窝网络中每个蜂窝小区存在固定的一组OVSF码组，而在基于TD-SCDMA空中接口的自组织网络由于扩展性，其规模不可预测。因此，OVSF码的重用问题必须考虑。

因此在基于TD-SCDMA空中接口的自组织网络中，OVSF码的动态分配必须以无阻塞分配、吞吐量最大化和码字重用率高为目标。

在现有研究中，扩频码分配方法一般单独针对解决码阻塞或者码重用问题，扩频码分配应用的背景一般是基于蜂窝小区或者是基于单跳范围的自组织网络。这些方法在多跳自组织网络中无法进行扩频码分配的实际应用。

因此，如何在基于TD-SCDMA空中接口的自组织网络中设计一种既能解决扩频码码阻塞问题，同时能够达到系统吞吐量最大化的OVSF码分配方法成为一个亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于时分同步码分多址的自组织网络扩频码分配方法，此方法能够根据当前自组织网络情况和OVSF码分配情况寻找最优的OVSF码分配方案，实现分配的OVSF码在多跳条件下实现重用，码树的阻塞率最小，并且系统吞吐量达到最优。

技术方案：本发明基于时分同步码分多址的自组织网络扩频码分配方法，对系统作如下假设：

1.基于TD-SCDMA空中接口的自组织网络已经完成全网同步；

2.系统存在公共控制信道；

3.假设网络节点均装备GPS(全球定位系统)装置，可获知自身位置信息；

4.网络节点的移动速度较低。

基于TD-SCDMA空中接口的自组织网络中OVSF码分配方法共分为申请、重分配、维护和释放四个阶段。

OVSF码申请可以分为以下步骤：

步骤一：当新用户进入系统，计数器初始化。如果OVSF码树所能支持的通信速率小于用户业务传输速率的要求，则OVSF码分配失败，否则转到步骤二。

步骤二：根据用户业务类型，信道类型和扩频速率等条件，参照TD-SCDMA协议的有关规定确定需分配的OVSF码的扩频因子N。

步骤三：在公共控制信道发送ORBM(OVSF码请求广播消息)，ORBM消息格式为<自身位置信息，2，消息序号>。

ORBM消息中消息序号为节点选定的随机数，用于消息区分。ORBM消息中2为跳数门限，ORBM消息每经过一跳，其跳数门限值减1。经过一跳传输后，ORBM消息变为<自身位置信息，1，消息序号>。经过两跳传输后，ORBM消息变为<自身位置信息，0，消息序号>，此时接收节点不再转发。

步骤四：接收ORM(OVSF码答复消息)，ORM消息格式为<自身位置信息，占用OVSF码，2，消息序号>。

ORM消息中占用OVSF码使用二进制数表示。ORM消息中消息序号与ORBM中消息序号相同，用于消息区分。ORM消息中2同为跳数门限，ORM消息每经过一跳，其跳数门限值减1。经过一跳传输后，ORM消息变为<自身位置信息，1，消息序号>。经过两跳传输后，ORM消息变为<自身位置信息，O，消息序号>，此时接收节点不再转发。

步骤五：根据接收ORM消息生成OVSF空闲码树，依据搜索规则搜索N位OVSF码对应的分配表，直到搜索到符合条件的第一个空闲OVSF码为止，同时将该OVSF码标记为占用，与之相关的父码、子码标记为不可用，即这些码字在两跳范围内均不可被分配给其他网络节点。找到符合要求的码字进入步骤七。

具体的搜索规则为：满足要求的码中优先选择其不可用父码数最多的码字。

步骤六：如果没有搜索到符合要求的OVSF码，计数器加1，通过计数器判断是否已经是第3次分配不成功，若是，进入重分配过程；若否，返回步骤二。

步骤七：用户OVSF码分配成功，生成并存储当前OVSF码树。发送OABM(OVSF码确认广播消息)，OABM消息格式为<自身位置信息，占用OVSF码，2>。用户OVSF码分配完成。

OABM消息中2同为跳数门限，OABM消息每经过一跳，其跳数门限值减1。经过一跳传输后，OABM消息变为<自身位置信息，1，消息序号>。经过两跳传输后，OABM消息变为<自身位置信息，0，消息序号>，此时接收节点不再转发。

OVSF码重分配可以分为以下步骤：

步骤31：统计满足用户要求但当前处于占用或不可用状态的候选码字。

步骤32：在候选码中选择子码占用数最少的码字。

步骤33：在步骤二选出的码字中选择支持速率最低的码字。

步骤34：释放所有以选定码字为根节点的占用子码，对应网络节点重新申请OVSF码。

步骤35：将选择码字分配给申请用户，将此码字标记为占用，其父子码标记为不可用。重分配阶段完成。

OVSF码维护阶段可以分为以下步骤：

步骤41：根据拓扑变化速度或用户移动速度配置更新周期τ或者当接收到ORBM消息，网络节点使用OABM消息进行交互，获知当前两跳内OVSF码树状态。

步骤42：根据接收到的OABM消息更新存储的OVSF码树。

OVSF码释放阶段可以分为以下步骤：

步骤51：置占用码字为空闲。

步骤52：置占用码字的所有子码为空闲。

步骤53：判断占用码字的所有兄弟码是否处于空闲，若否，释放结束。

步骤54：置占用码字的所有父码为空闲。释放结束。

有益效果：本发明的方法是利用无线信道的广播特性，利用ORBM、ORM和OABM控制消息在公共控制信道上传输OVSF码树信息，使得基于TD-SCDMA空中接口的自组织网络的每个网络节点均可获知两跳内所有邻节点对于OVSF码的占用情况，从而正确地选择空闲的OVSF码字，保证了不同信道传输的正交性。

本发明的方法做出的码字选择均基于两跳内局部信息，是一种分布式方法，因而只要处于两跳范围之外网络节点均可以对占用码字实现重用。

本发明的方法规定的在OVSF空闲码树中的搜索规则决定了OVSF码分配的紧凑性，最大可能的留出较短的OVSF码处于空闲状态，保证了未来可能高速率业务的使用。在这种码字搜索规则下，OVSF码树分配效率可以达到最优，系统吞吐量可以达到最大。

本方法具有如下优点：

①是一种完整的分布式方法，完全适用于基于TD-SCDMA空中接口的多跳自组织网络环境。

②通过在公共控制信道上交互控制信息和制定码搜索规则，本方法可以保证信道之间通信的正交性，同时码字重用率高，系统吞吐量大。

③控制信息交互的范围控制在两跳之内，极大地控制了实现复杂度，防止了广播风暴的发生。

附图说明

图1是四层OVSF码示意图。

图2是OVSF码申请流程图。

图3是OVSF码重分配流程图。

图4是OVSF码维护流程图。

图5是OVSF码释放流程图。

图6是OVSF码分配示例。

具体实施方式

本发明基于时分同步码分多址的自组织网络扩频码分配方法的具体实现包括以下步骤：

第一步：扩频码OVSF申请阶段：借助在公共控制信道上交互消息，并制定码字搜索规则完成对新用户扩频码的分配；

第二步：扩频码OVSF重分配阶段：对产生码阻塞的码字进行重分配；

第三步：扩频码OVSF维护阶段：借助在公共控制信道上交互消息，更新各节点存储的扩频码树信息；

第四步：扩频码OVSF释放阶段：根据扩频码树相应释放占用码字及其父码和子码。

处于基于TD-SCDMA空中接口的自组织网络中的网络节点加电后，首先完成网络同步，并通过其MAC(媒体接入控制)层协议完成网络接入。在网络节点进行通信之前，必须进行OVSF码的申请。

首先计数器初始化。如果OVSF码树所能支持的通信速率小于用户业务传输速率的要求，则OVSF码分配失败。根据用户业务类型，信道类型和扩频速率等条件，参照TD-SCDMA协议的有关规定确定需分配的OVSF码的扩频因子N。

接着节点在公共控制信道发送ORBM消息，ORBM消息格式为<自身位置信息，2，消息序号>。ORBM消息中消息序号为节点选定的随机数，用于消息区分。ORBM消息中2为跳数门限，ORBM消息每经过一跳，其跳数门限值减1。经过一跳传输后，ORBM消息变为<自身位置信息，1，消息序号>。经过两跳传输后，ORBM消息变为<自身位置信息，0，消息序号>，此时接收节点不再转发。

节点等待并接收两跳范围内邻节点发回的ORM消息，ORM消息格式为<自身位置信息，占用OVSF码，2，消息序号>。ORM消息中占用OVSF码使用二进制数表示。ORM消息中消息序号与ORBM中消息序号相同，用于消息区分。ORM消息中2同为跳数门限，ORM消息每经过一跳，其跳数门限值减1。经过一跳传输后，ORM消息变为<自身位置信息，1，消息序号>。经过两跳传输后，ORM消息变为<自身位置信息，0，消息序号>，此时接收节点不再转发。

节点根据接收ORM消息生成OVSF空闲码树，依据搜索规则搜索N位OVSF码对应的分配表，直到搜索到符合条件的第一个空闲OVSF码为止，同时将该OVSF码标记为占用，与之相关的父码、子码标记为不可用，即这些码字在两跳范围内均不可被分配给其他网络节点。具体的搜索规则为：满足要求的码中优先选择其不可用父码数最多的码字。

在图6中，使用黑色实心圆表示码字占用状态，使用灰色实心圆表示码字不可用状态，使用黑色空心圆表示码字空闲状态。当码树处于如图6所示状态时，按照上述搜索规则，符合扩频因子为16要求的码字选择顺序依次为：A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K，L。

如果没有搜索到符合要求的OVSF码，计数器加1，通过计数器判断是否已经是第3次分配不成功，若是，进入重分配过程；若否，返回计算扩频因子操作。

用户OVSF码分配成功，生成并存储当前OVSF码树。发送OABM消息，OABM消息格式为<自身位置信息，占用OVSF码，2>。用户OVSF码分配完成。

OABM消息中2同为跳数门限，OABM消息每经过一跳，其跳数门限值减1。经过一跳传输后，OABM消息变为<自身位置信息，1，消息序号>。经过两跳传输后，OABM消息变为<自身位置信息，0，消息序号>，此时接收节点不再转发。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (5)

1.一种基于时分同步码分多址的自组织网络扩频码分配方法，其特征在于扩频码分配方法的具体实现包括以下步骤：

第一步：扩频码OVSF申请阶段：借助在公共控制信道上交互消息，并制定码字搜索规则完成对新用户扩频码的分配；

第二步：扩频码OVSF重分配阶段：对产生码阻塞的码字进行重分配；

第三步：扩频码OVSF维护阶段：借助在公共控制信道上交互消息，更新各节点存储的扩频码树信息；

第四步：扩频码OVSF释放阶段：根据扩频码树相应释放占用码字及其父码和子码。

2.根据权利要求1所述的基于时分同步码分多址的自组织网络扩频码分配方法，其特征在于扩频码OVSF申请阶段的具体实现包括以下步骤：

步骤一：当新用户进入系统，计数器初始化；如果扩频码树所能支持的通信速率小于用户业务传输速率的要求，则扩频码分配失败，否则转到步骤二，

步骤二：根据用户业务类型，信道类型和扩频速率等条件，参照TD-SCDMA协议的有关规定确定需分配的扩频码的码长N，

步骤三：在公共控制信道发送扩频码请求广播消息，此消息格式为<自身位置信息，2，消息序号>；扩频码请求广播消息ORBM中消息序号为节点选定的随机数，用于消息区分，扩频码请求广播消息中2为跳数门限，扩频码请求广播消息每经过一跳，其跳数门限值减1，经过一跳传输后，扩频码请求广播消息变为<自身位置信息，1，消息序号>，经过两跳传输后，扩频码请求广播消息变为<自身位置信息，0，消息序号>，此时接收节点不再转发，

步骤四：接收扩频码答复消息ORM，此消息格式为<自身位置信息，占用扩频码，2，消息序号>，

扩频码答复消息中占用扩频码使用二进制数表示，扩频码答复消息中消息序号与扩频码请求广播消息中消息序号相同，用于消息区分，扩频码答复消息中2同为跳数门限，扩频码答复消息每经过一跳，其跳数门限值减1，经过一跳传输后，扩频码答复消息变为<自身位置信息，1，消息序号>；经过两跳传输后，扩频码答复消息变为<自身位置信息，0，消息序号>，此时接收节点不再转发，

步骤五：根据接收扩频码答复消息生成扩频码空闲码树，依据搜索规则搜索N位扩频码对应的分配表，直到搜索到符合条件的第一个空闲扩频码为止，同时将该扩频码标记为占用，与之相关的父码、子码标记为不可用，即这些码字在两跳范围内均不可被分配给其他网络节点，找到符合要求的码字进入步骤七，具体的搜索规则为：满足要求的码中优先选择其不可用父码数最多的码字，

步骤六：如果没有搜索到符合要求的OVSF码，计数器加1，通过计数器判断是否已经是第3次分配不成功，若是，进入重分配过程；若否，返回步骤二，

步骤七：用户扩频码分配成功，生成并存储当前扩频码树，发送OVSF码确认广播消息OABM，OABM消息格式为<自身位置信息，占用OVSF码，2>，用户OVSF码分配完成，

OABM消息中2同为跳数门限，OABM消息每经过一跳，其跳数门限值减1，经过一跳传输后，OABM消息变为<自身位置信息，1，消息序号>，经过两跳传输后，OABM消息变为<自身位置信息，0，消息序号>，此时接收节点不再转发。

3.根据权利要求1所述的基于时分同步码分多址的自组织网络扩频码分配方法，其特征在于OVSF码重分配阶段的具体实现包括以下步骤：

步骤31：统计满足用户要求但当前处于占用或不可用状态的候选码字，

步骤32：在候选码中选择子码占用数最少的码字，

步骤33：在步骤二选出的码字中选择支持速率最低的码字，

步骤34：释放所有以选定码字为根节点的占用子码，对应网络节点重新申请OVSF码，

步骤35：将选择码字分配给申请用户，将此码字标记为占用，其父子码标记为不可用，重分配阶段完成。

4.根据权利要求1所述的基于时分同步码分多址的自组织网络扩频码分配方法，其特征在于OVSF码维护阶段的具体实现包括以下步骤：

步骤41：根据拓扑变化速度或用户移动速度配置更新周期τ或者当接收到ORBM消息，网络节点使用OABM消息进行交互，获知当前两跳内OVSF码树状态，

步骤42：根据接收到的OABM消息更新存储的OVSF码树。

5.根据权利要求1所述的基于时分同步码分多址的自组织网络扩频码分配方法，其特征在于OVSF码释放阶段的具体实现包括以下步骤：

步骤51：置占用码字为空闲，

步骤52：置占用码字的所有子码为空闲，

步骤53：判断占用码字的所有兄弟码是否处于空闲，若否，释放结束，

步骤54：置占用码字的所有父码为空闲，释放结束。

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