CN1314064A - 资源分配方法和分配方案 - Google Patents

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德拉干·波斯科维奇
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Abstract

本发明涉及一个为通信系统中的一个终端(108)分配资源的方法。该系统支持一个第一双工方案和一个第二双工方案。根据至少一个涉及系统频谱利用的标准为终端(108)分配第一或第二双工方案中的一个方案以便优化终端(108)对系统频谱的使用效率。

Description

资源分配方法和分配方案
本发明涉及一个根据全球移动电信系统(UMTS)的第一和第二双工方案进行资源分配的方法。
蜂窝电信系统可以提供一种有能力在电信基础设施和移动终端之间双向发送电信传输的服务；这种服务被称作双工服务。两个提供双工服务的方案是时分双工(TDD)和频分双工(FDD)。TDD方案包括一个分配给TDD方案的频段，并且从所分配的频段中为一个指定移动终端分配一个单独的频率以用于上行链路和下行链路通信。FDD方案包括一个被分配给FDD方案的上行链路频段和一个下行链路频段。从上行链路频段中为一个指定移动终端分配一个单独的频率仅供上行链路通信，并且从下行链路频段中为上述指定移动终端分配一个单独的频率仅供下行链路通信。
全双工服务的使用范围取决于电信传输是否均衡。均衡电信传输的一个例子是语音传输，其中在两个方向上发送的数据量几乎相同。非均衡电信传输的特征在于一个方向上发送的数据多于另一个方向，并且非均衡电信传输是某些诸如信息下载的电信应用的典型特征。
已经有人建议UMTS将支持TDD和FDD。为特定的电信应用随便选择(预定)的双工分配方案会导致资源的低效利用。
因而本发明的一个目标是消除，或者至少减轻不良的系统资源分配问题。
根据本发明，提供了一个为通信系统中的终端分配资源的方法，该系统支持一个第一双工方案和一个第二双工方案，该方法包括的步骤有：根据至少一个涉及系统频谱利用的标准为终端分配第一或第二双工方案中的一个方案以便优化终端对系统频谱的使用效率。
根据本发明，提供了一个频率分配方案，该方案包括一个第一频段和一个第二频段，第一频段对应于一个第一双工方案的至少一个第一链路，其中第二频段的一部分被分配给上述至少一个第一链路使用。
还提出了本发明其它，最优的特性和优点，并且通过所附描述和权利要求2-18和20-22会更加明白。
现在参照附图描述本发明的至少一个例子，其中：
图1是一个电信系统中用于本发明一个实施例的部分的示意图；
图2是一个构成本发明一个实施例的装置的示意图；
图3是用于图1的装置的另一个装置的示意图；
图4是用于图1的装置的另一个装置的示意图；
图5是用于图1的装置的另一个装置的示意图；
图6是一个带宽分配的示意图；
图7是一个可选的带宽分配的示意图；
图8是一个用于图1-5的装置的方法的流程图，并且
图9是一个用于图8的方法的流程图。
在描述和附图中，类似的编号被用来表示类似的部分。
一个系统运营商运转一个诸如使用TDD方案和FDD方案的宽带CDMA蜂窝电话系统的扩展频谱无线通信系统，该系统支持一个宏小区102，并且包括一个通过射频接口106与诸如蜂窝电话的移动终端108通信的基站104。在宏小区102内有一个微小区110，并且在微小区110内有一个超微小区112。微小区110和超微小区112也被基站104支持。
宏小区可以在较大的户外区域和某些用户密度相对较低的郊区提供通信服务。在用户密度较高的区域中，更适合使用较小的小区。使用微小区便可以减小小区规模。如果需要更小的小区，则可以使用超微小区。另外，为了支持高数据速率应用，需要使用较小的小区规模来提供良好的信噪比。高数据速率超微小区经常被用于室内应用。低数据速率宏小区和微小区服务更适于室外用户，尽管其覆盖区域通常会延伸到室内。在一个用户处于不止一个小区类型的小区覆盖范围内的情况下，蜂窝电话108通常选择提供最优信号质量的小区。由于较大的小区更适于高速移动用户，所以更完善的系统还考虑到诸如电话108的移动速度的因素。
支持宏小区110的基站104可以是摩托罗拉公司制造的一个SCTM614T基站。为了描述的简洁和清晰，只描述支持宏小区110的基站104中被用来发送和接收信号的部分。当然，本领域的技术人员会理解基站104中其它部件和功能的存在，并且还会理解这些部件的功能不涉及本发明的例子，因而不需要加以描述。
参照图2，基站104集合中的基站包括一个与存储器202相连的微处理器200，该存储器包括一个只读存储器(ROM)204，一个电可擦除只读存储器(EEPROM)206和一个随机访问存储器(RAM)208。微处理器200,ROM 204,EEPROM 206和RAM 208最好被合并到一个单独的组件210内以便执行产生协议和完成各个基站104诸如通过一个连接器212管理输入/输出信息的其它功能所必需的步骤。
组件210被连接到一个帧产生器214。帧产生器214可以是摩托罗拉公司的互补金属氧化物半导体(CMOS)专用集成电路(ASIC)。帧产生器214被连接到一个发送器电路216。
发送器电路216被连接到一个天线218和一个频率合成器220,合成器220被连接到组件210和一个接收器电路222；接收器电路222也被连接到天线218。
参照图3，发送器电路216包括一个编码器302，该编码器接收对应于从一个用户到一个使用移动终端108的客户的通信的数据位300。以一个特定的速率，例如9.6kbps接收数据位。数据位可以包含被语音编码器转换成数据的语音，纯数据或上述两种数据的组合。编码器302以固定编码速率，例如一个数据位对应两个数据符号的速率把数据位300卷积编码成数据符号，使得编码器302以19.2千符号每秒的速率输出数据符号304。
数据符号304接着被输入到一个交织器306。交织器306交织数据符号304。经过交织的数据符号308被交织器306以和输入时相同的数据符号速率，即19.2千符号每秒的速率输出到一个异或混合器312的一个输入上。可以加入参照位以便能够在接收器电路222中进行相关检测。
一个长伪噪声(PN)发生器310被实际连接到异或混合器312的其它输入以便通过对经过交织的数据符号308进行扰码来加强通信的安全性。长PN发生器310使用一个长PN序列以一个固定码片速率产生一个特定于用户的扰码序列，上述码片速率等于以19.2千符号每秒的速率被输入到异或混合器312的交织数据符号308的数据符号速率。以一个等于数据符号308被输入到异或混合器318的一个输入的速率的固定速率从异或混合器312输出经过扰码的数据符号314。
一个长分割信道选择产生器316向另一个异或混合器318的一个输入提供一个特定的预定长度扩展(沃尔什)码。码分信道选择产生器316可以提供64个正交码中的一个正交码，这64个正交码对应于一个64乘64Hadamard矩阵中的64个沃尔什码，其中一个沃尔什码是该矩阵的一个单行或单列。异或混合器318使用码分信道产生器316输入的特定沃尔什码把输入扰码数据符号314扩展成沃尔什码扩展数据符号320。以固定速率，例如1.2288兆码片每秒的速率从异或混合器318输出沃尔什码扩展数据符号320。
沃尔什码扩展数据符号320被提供给两个异或混合器322,328的一个输入。一个I信道PN发生器324和一个Q信道PN发生器330产生一对短PN序列，上述PN序列相对于长PN发生器310使用的长PN序列而言是短的。I信道和Q信道PN发生器324,330可以产生相同或不同的短PN序列。异或混合器322,328还用PN I信道发生器324和PN Q信道发生器330分别产生的短PN序列扩展输入的沃尔什码扩展数据320。得到的I信道码扩展序列326和Q信道扩展码序列332被过滤，并且通过驱动一对正弦曲线功率电平控制，上述序列被用来对一对正交正弦曲线进行双相调制。可以由微处理器200提供上述功能。正弦曲线的输出信号被累加，转换成RF频率，放大并且通过一个天线发射，从而通过一个通信信道(未示出)完成数据位300的传输。
接收器电路222包括一个接收部分402，该部分通过天线404接收通过RF接口106发送的扩展频谱信号。接收的信号被下变转换器406进行下变转换，从而产生一个下变转换基带信号408。下变转换器406把接收的扩展频谱信号从射频变换成基带频率，并且还进行其它操作，例如滤波和解调。下变转换信号408被一个解扩展器和采样器410采样成数据样本。可以由使用任何本领域已知技术加以编程的微处理器200来提供解扩展器和采样器410。
解扩展器和采样器410通过以预定速率，例如1.2288兆样本每秒的速率采样从而对接收的扩展频谱信号进行采样。接着，通过使接收的采样信号与一个长扩展码相关对采样信号进行解扩展，其中通过混合长PN序列，沃尔什码和短PN序列来构成上述长扩展码。由于解扩展操作在本领域中是众所周知的，所以为了保持描述的简洁和清晰，在此对其不作进一步的描述。
接着以一个预定速率，例如307.2千样本每秒的速率对得到的解扩展采样信号进行采样以产生另一个采样解扩展信号412，并且上述得到的解扩展采样信号被输出到一个参照位抽取器414以便接收的扩展频谱信号的一个四样本序列被解扩展并且/或者被表示成一个单数据样本。
参照位抽取器414从解扩展的采样信号412中抽取参照位416并且把参照位416输出到一个信道估测器418。解扩展采样信号412中的其它数据样本420被输出到一个相关检测器422。
信道估测器418将抽取的参照位416与数据样本的一个已知参照序列相关以得到无偏移但有噪声的信道估测。为了得到更好的信道估测424，这些含噪声估测可以被传递通过一个低通滤波器以消除高频噪声分量，该滤波器可以是固定或自适应的。得到的信道估测424相对而言是无噪声的，并且可以被用于符号的相关检测。
功率控制也可以被用于增强系统的整体性能。功率控制算法可以非常类似于非相关通信系统中使用的算法。在这个例子中，功率控制算法包含每1.25ms估测一次接收功率。可以使用几种不同的技术计算功率估测。一种技术是由一个功率估测器426简单使用6个参照信号样本，即参照位抽取器414从一个42位长模块中得到的参照位416来计算一个信道估测。接着，信道估测量值的平方被功率估测器426当作功率估测428输出。
相关检测器422将解扩展采样信号412中其它数据样本420与信道估测424的共轭相乘以产生相关检测样本430。
接着，构成软判决数据的数据样本430被输入到一个解码部分432中，该部分包含一个对数据样本430进行去交织处理的去交织器434。在去交织器434中，软判决数据430被单个输入到一个定义了预定长度软判决数据块的矩阵中。软判决数据被输入到该矩阵的各个位置上以便逐行填充该矩阵，因而产生去交织软判决数据436。去交织软判决数据436被单个从矩阵内的各个位置上输出以便逐列清空该矩阵。去交织器434以与其被输入时的速率，例如28.8千位每秒相同的速率输出去交织软判决数据436。
根据从扩展频谱信号采样数据样本的最大速率导出矩阵定义的软判决数据块预定长度，其中在一个预定长度的传输块内接收到上述扩展频谱信号。
去交织软判决数据436被输入到一个解码器438，该解码器最大似然解码技术产生估测的传输信道数据位440。使用一个与维特比解码算法基本类似的算法可以扩充最大似然解码技术。
微处理器200可以提供上述功能。
使用与前面描述类似的装置以便支持微小区和超微小区，每个装置均具有独立的发送和接收电子装置，上述电子装置与宏小区的发送和接收电子装置一起被连接到一个基站控制器。
蜂窝电话108可以是一个摩托罗拉公司制造的StarTAC蜂窝电话，上述品牌的蜂窝电话被加以改装以便具有以下功能并且以下述方式工作。
蜂窝电话108包括一个与存储器502相连的微处理器500，该存储器包括一个只读存储器(ROM)504，一个电可擦除只读存储器(EEPROM)506和一个随机访问存储器(RAM)508。微处理器500,ROM504,EEPROM 506和RAM 508最好被合并到一个单独的组件510内以便执行产生协议和完成蜂窝电话108诸如通过一个连接器512管理输入/输出信息的其它功能所必需的步骤。通过一个键盘514和一个显示器516连接组件510并且使用该组件管理输入/输出信息。
组件510以直接和通过一个帧产生器520的方式被连接到一个音频电路518。帧产生器520可以是摩托罗拉公司的互补金属氧化物半导体(CMOS)专用集成电路(ASIC)。帧产生器520被连接到一个发送器电路526。音频电路518被连接到一个扬声器522和一个话筒524。
发送器电路526被连接到一个天线528和一个频率合成器530，合成器530被连接到组件510和一个接收器电路532；接收器电路532也被连接到天线528。
以和参照图3和4描述的方式相同的方式提供对蜂窝电话108的通信的发送和接收。
参照图6，系统运营商被分配一个X MHz到Y MHz的预定带宽范围，例如1910MHz-1960MHz(在频段连续的情况下)或1910MHz-1940MHz和2110MHz-2130MHz(在频段不连续的情况下)。为了支持FDD和TDD方案，带宽范围被分成三个部分。第一部分602被分配用于FDD方案的上行链路传输，第二部分604被分配用于TDD方案，第三部分606被分配用于FDD方案的下行链路传输。当然，带宽范围可以被分成不止三个部分，其中各个部分被分配用于FDD上行链路/下行链路传输(为此可以分配不止两个部分)和TDD通信(参见图7)。
上述各个部分占用预定带宽范围的子区间，根据系统需求各个子区间的宽度可以改变，例如10MHz用于TDD方案，20MHz用于FDD方案内一个上行链路子区间，20MHz用于FDD方案内一个下行链路子区间。通过改变预定带宽范围的子区间的宽度，可以提高系统容量，例如，FDD方案的带宽分配可以重叠，与此同时，TDD方案可以基本上没有使用。在这样一种情况下，以减少涉及TDD方案的子区间宽度为代价，增加涉及FDD方案的子区间宽度是有好处的。在另一个示例性的情况下，下行链路传输带宽可以大于上行链路传输带宽，就象数据下载那样。在这种情况下，以减少涉及FDD方案上行链路传输的子区间宽度和/或涉及TDD方案的子区间宽度为代价，增加涉及FDD方案下行链路传输的子区间宽度是有好处的。
在预定带宽范围的子区间之间有保护频段608。预定带宽范围的子区间之间的保护频段608的位置和宽度被称作“保护频段需求”。
根据某些涉及系统频谱使用的因素，例如指定通信的位速率要求为指定通信分配最合适的双工方案和某些情况下最合适的小区，即宏小区，微小区，超微小区；高位速率需求偏好较小的小区，例如微小区和超微小区。如果数据传输是非对称的，则倾向使用的方案是TDD方案。如果蜂窝电话108以每小时100公里那样的高速度通过，则分配一个较大的小区，例如宏小区，从而使切换次数下降。同时也考虑到可用的小区类型和可用的双工方案类型。
在普通操作期间，蜂窝电话108处于一个待机模式，直到用户发出或接收一个呼叫。在发出呼叫的情况下，蜂窝电话108的微处理器500确定被请求的服务的特征，例如通信位速率和/或在上行链路与下行链路通信之间期望的任何非对称特性和/或要求的服务质量。根据蜂窝电话108实现的一个应用可以确定蜂窝电话108期望的非对称性和要求的位速率；在呼叫过程中，蜂窝电话108或系统基础设施均可以测量非对称性和位速率。
另外，微处理器500也可以确定移动终端108的环境，例如蜂窝电话108的速度和位置。基站104也可以完全或部分地确定蜂窝电话108的环境。
一旦确定了上述内容，蜂窝电话108向基站104发送所请求服务的特征，蜂窝电话108的环境和服务请求。
参照图8，基站104接收服务请求(步骤802)并且通过分析一个含有涉及蜂窝电话和为其分配的双工方案的数据的系统数据库来确定FDD和TDD方案的可用性。如果FDD和TDD方案均不可用，则拒绝蜂窝电话108接入系统(步骤806)。如果只有FDD或TDD方案可用，则为蜂窝电话108分配可用的双工方案(步骤808)。接着通过更新系统数据库来更新系统状态(步骤814)以便反映蜂窝电话108已经被分配FDD或TDD方案的事实。接着估计为支持使用系统的当前用户而设定的保护频段需求(步骤816)，通过选择一个对应于可接受干扰电平的数值来估计预定带宽范围的子区间的宽度，以便根据用户要求确定保护频段宽度(低干扰电平需要较大的保护频段宽度)并且选择子区间宽度。
如果TDD和FDD方案均可用，则基站104的微处理器200确定一个被蜂窝电话108使用的最优双工方案。根据基站104从蜂窝电话108接收的蜂窝电话108的环境，特征和服务请求，尤其是根据上述服务和特征来确定最优的双工方案(步骤810)。另外，为了确定最优双工方案，可以使用涉及系统中干扰的特征。基站104可以计算涉及干扰的特征，例如对现有用户的干扰和/或对新用户的干扰。为了计算涉及干扰的特征，可以估测新用户和现有用户之间的影响。并且，也可以考虑所使用的双工方案和小区类型产生的干扰电平变化。
涉及终端速度，终端位置，要求的位速率，上行链路/下行链路通信的非对称性，要求的服务质量，对现有用户的干扰和/或对新用户的干扰的数值分别与加权数值K1,K2,K3,K4,K5,K6和K7相乘。
下面描述一个如何导出和使用对应于蜂窝电话108的速度和位置的加权值的例子。
参照图9，分析蜂窝电话108的速度Vel以确定蜂窝电话108是否具有以下速度：
1．一个小于第一预定速度V1的速度(步骤902)；
2．一个在第一预定速度V1和第二预定速度V2之间的速度(步骤904)；
3．一个在第二预定速度V2和第三预定速度V3之间的速度(步骤906)。
可以测试其它更高或更低的速度范围。
如果Vel小于V1，则一个第一增益值G11被分配给蜂窝电话108(步骤908)并且与第一加权值K1相乘(步骤910)。类似地，如果Vel在V1和V2之间，则一个第二增益值G12被分配给蜂窝电话108(步骤912)并且与第一加权值K1相乘(步骤910)。如果Vel在V2和V3之间，则一个第三增益值G13被分配给蜂窝电话108(步骤914)并且与第一加权值K1相乘(步骤910)。
另外也分析蜂窝电话108的位置以确定蜂窝电话108是否：
1．只在一个宏小区内(步骤916)；
2．在一个宏小区和一个微小区内(步骤918)；
3．在一个宏小区，微小区和超微小区内(步骤920)。
也可以测试其它位置，例如蜂窝电话108是否只在一个宏小区和超微小区内。
如果蜂窝电话108只在宏小区内，则一个第四增益值G21被分配给蜂窝电话108(步骤922)并且与第二加权值K2相乘(步骤924)。如果蜂窝电话108在一个宏小区和一个超微小区内，则一个第五增益值G22被分配给蜂窝电话108(步骤926)并且与第二加权值K2相乘(步骤924)。如果蜂窝电话108在一个宏小区，一个微小区和一个超微小区内，则一个第六增益值G23被分配给蜂窝电话108(步骤928)并且与第二加权值K2相乘(步骤924)。
一旦进行了上述计算，则累加经过加权的数值(与加权值K1和K2相乘的数值)(步骤930)并且微处理器500确定累加值是否超出一个预定阈值(步骤932)，其结果决定把TDD方案还是FDD方案分配给蜂窝电话108(步骤812)。
尽管没有描述(为了保持清晰)，但是也可以通过与前面描述的方式类似的方式计算经过加权的，涉及其它会影响双工方案选择的因素的数值。
增益值G11,G12,G13,G21,G22,G23是常量，由系统运营商根据模拟结果或经验预定设置其数值。
一旦确定了最优双工方案(步骤810)，便将该方案分配给蜂窝电话108。接着系统更新(步骤814)系统数据库以指示分配给蜂窝电话108的双工方案。接着估计系统的保护频段需求，估计出的保护频段需求被用来更新系统数据库。
接着基站104等待下一个服务请求(步骤818)。一旦接收到下一个服务请求，便重新开始上述过程(步骤802)。
尽管前面针对在请求服务时分配双工方案的背景描述了上述例子，但是应当理解，可以在蜂窝电话108处于活跃状态，即被提供服务的整个时间段内分配双工方案，以便蜂窝电话108可以根据与双工方案最优选择有关的因素因用户活动而产生的变化来改变双工方案。

Claims (22)

1．一个为通信系统中的一个终端分配资源的方法，该系统支持一个第一双工方案和一个第二双工方案，该方法包括的步骤有：
根据至少一个涉及系统频谱利用的标准为终端分配第一或第二双工方案中的一个方案以便优化终端对系统频谱的使用效率。
2．如权利要求1所述的方法，其中至少一个涉及系统频谱利用的标准与终端请求的服务类型有关。
3．如权利要求1所述的方法，其中至少一个涉及系统频谱利用的标准与终端的物理环境有关。
4．如权利要求1所述的方法，其中至少一个涉及系统频谱利用的标准是系统负载。
5．如权利要求1所述的方法，其中至少一个涉及系统频谱利用的标准与系统中的干扰有关。
6．如权利要求2所述的方法，其中与终端请求的服务类型有关的至少一个涉及系统频谱利用的标准是位速率。
7．如权利要求2所述的方法，其中与终端请求的服务类型有关的至少一个涉及系统频谱利用的标准是信息对称性。
8．如权利要求2所述的方法，其中与终端请求的服务类型有关的至少一个涉及系统频谱利用的标准是要求的服务质量。
9．如权利要求3所述的方法，其中与终端的物理环境有关的至少一个涉及系统频谱利用的标准是终端位置。
10．如权利要求3所述的方法，其中与终端的物理环境有关的至少一个涉及系统频谱利用的标准是终端速度。
11．如权利要求5所述的方法，其中还包括系统中至少一个其它终端，与系统中的干扰有关的至少一个涉及系统频谱利用的标准是对系统中至少一个其它终端的潜在干扰。
12．如权利要求5所述的方法，其中还包括系统中至少一个其它终端，与系统中的干扰有关的至少一个涉及系统频谱利用的标准是至少一个其它终端对终端的潜在干扰。
13．如前面权利要求中任何一个所述的方法，其中包括一个频率分配方案，该方案包括一个第一频段和一个第二频段，第一频段对应于一个第一双工方案的至少一个第一链路，其中第二频段的一部分被动态分配给上述至少一个第一链路使用。
14．如权利要求13所述的方法，其中第二频段对应于第一双工方案的一个第二链路。
15．如权利要求13所述的方法，其中第二频段对应于一个第二双工方案的至少一个链路。
16．如权利要求13所述的方法，其中还包括对应于第一双工方案的至少一个第二链路的一个第三频段。
17．如前面权利要求中任何一个所述的方法，其中第一双工方案是一个频分双工方案。
18．如前面权利要求中任何一个所述的方法，其中第一双工方案是一个时分双工方案。
19．包括一个第一频段和一个第二频段的频率分配方案，第一频段对应于一个第一双工方案的至少一个第一链路，其中第二频段的一部分被动态分配给上述至少一个第一链路使用。
20．如权利要求19所述的方法，其中第二频段对应于第一双工方案的一个第二链路。
21．如权利要求19所述的方法，其中第二频段对应于一个第二双工方案的至少一个链路。
22．如权利要求19所述的方法，其中还包括对应于第一双工方案的至少一个第二链路的一个第三频段。
CN99809829.9A 1998-07-20 1999-07-19 资源分配方法和分配方案 Pending CN1314064A (zh)

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EP98401838.2 1998-07-20
EP98401838A EP0975184A1 (en) 1998-07-20 1998-07-20 Method of allocating resources and allocation scheme therefor

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