CN1588833A - 一种正交可变扩频因子码的分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于宽带码分多址通信系统(WCDMA)中下行链路正交可变扩频因子码(OVSF)的分配方法，本发明的下行OVSF码分配方法，综合考虑了码利用率和系统复杂度等多种因素，实现了优化的单码分配方法，提高了OVSF码的利用率并且保证了OVSF码的紧致性。

Description

一种正交可变扩频因子码的分配方法

技术领域

本发明涉及扩频码的分配方法，更具体的涉及用于宽带码分多址通信系统(WCDMA)中正交可变扩频因子码的分配方法。

背景技术

在码分多址通信系统中，下行信道所使用的扩频码资源很稀少，因而极其昂贵。在宽带码分多址通信系统(WCDMA)中下行扩频码使用正交可变长扩频码，也称为正交可变扩频因子码(OVSF)。由于宽带码分多址通信系统属于资源有限系统，因此OVSF码是珍贵的无线资源，在系统中实行OVSF码分配的目的就是在低复杂度条件下支持尽可能多的用户。在实际应用中，不同的用户往往需要不同类型的业务，而不同的业务一般要求不同的传输速率，且一个用户可能需要同时传输多种不同类型的业务，即一个用户可能需要多个码来支持不同的数据速率。例如，对于可视电话业务，对于低速的话音数据需要分配一个扩频因子SF较大的码，而对于较高速的图象数据需要分配一个扩频因子较小的码。由于正交可变扩频因子码的数量有限，因此必须考虑码资源的合理使用问题，以保证满足用户的要求。码资源的分配就是在用户接入或业务的服务质量(QoS)有变化时，根据用户的要求和系统现有的码资源，给用户分配一个较为合适的码。

目前的相关规范和相关文献只是对OVSF码选择时应遵循的准则作了描述，并没有一个高效的和优化的扩频码的具体分配方法，现有技术一般采用穷举的方法来分配OVSF码，效率低下。因此，需要一种优化的正交可变扩频因子码具体分配方法，以克服现有技术所存在的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于宽带码分多址通信系统下行链路可变扩频因子码的分配方法，本发明根据OVSF码的特性，创造出一个有规律的简单实用高效的可变扩频因子码的分配方法。

首先解释正交可变扩频因子码的基本原理。OVSF码的基本树型结构如图1所示。OVSF码表示为Cch，sf，n。其中，SF代表扩频因子，例如扩频因子为4，则代表该层扩频码的每个码包括4位，并且该层有4个相互正交的扩频码，n为码的序号，其数值为0至SF-1的整数，仍然以SF为4为例子，本层中各个码的n序号分别为0、1、2、3，详见图1。扩频因子相同的码称为同层码，例如Cch，4，3和Cch，4，0是同层码。如果一个码生成两个扩频因子比本码的扩频因子大的码，则相对于所生成的码，本码为父码，所生成的码为子码，例如Cch，4，0是Cch，8，0和Cch，8，1的父码，反过来，Cch，8，0和Cch，8，1是Cch，4，0的子码。由一个小扩频因子码生成的更大扩频因子的码称为生成码，即一个码的子码和所有子码的子码相对于该码为生成码，体现在树型图1所示的结构上就是一个码所处节点之下的所有分枝上的码均属于生成码，例如Cch，8，0和Cch，8，1是Cch，4，0的生成码，也是Cch，2，0的生成码；而Cch，8，0和Cch，8，1不是Cch，4，1的生成码，因为前两者不在Cch，4，1节点下的分枝上。属于同一个父码的两个子码称为亲姐妹码，其中序号n小的为姐码，序号n大的为妹码，例如图1中Cch，4，2和Cch，4，3是同属于Cch，2，1的子码，两者为亲姐妹码。Cch，4，2是姐码，Cch，4，3是妹码。将两个亲姐妹码合并为一个它们的父码，这个过程称为码和并。相反，将一个父码拆开为两个子码，两个子码为亲姐妹码，这个过程称为码拆开。上述概念在对本发明的描述中将会用到。

由于WCDMA规定了3.84M的码片速率，因此下行链路信道使用的扩频因子范围为SF＝4，8，16，32，64，128，256，512，即最大扩频因子为512，最小扩频因子可以为4。在此引入可用码集合的概念，可用码集合C。在此还引入可用码集合的码重概念，即由可用码集合C支持的总的归一化数据速率称为码重，所谓归一化数据速率也就是将SF＝512的OVSF码的数据速率作为一个单位，其它各层中单个码的数据速率以该单位为基础，可以表示为一个2的整数次幂。这里同样应当注意，在计算可用码集合的码重时，不能简单将各个层中所有可用码的归一化速率相加，因为每个父码的速率中已经包含了其两个子码的速率。因此，在计算可用码集合的码重时，只计算每个可用树型分支中最高层父码的归一化速率，而不可以将一个树型分支中最高层父码与该码的各层生成码的速率重复计算。在此还引入码利用率的概念，即在某个OVSF码被分配给特定的用户设备(UE)情况下，特定用户设备所需要的归一化数据速率除以该分配码的归一化数据速率既为该分配码的码利用率。可用码集合C的码重W(C)可由下列公式(1)表示：

     W(C)＝a1·2⁷+a2·2⁶+a3·2⁵+a4·2⁴+a5·2³+a6·2²+a7·2¹+a8     (1)

公式(1)中，a1至a8分别代表从SF＝4至SF＝512的各个层中，作为各个可用码树型分枝中最高层可用码的数量。由于树型结构中每层码的总数量等于该层码的扩频因子数值，而每层可用码的数量总是小于或等于该层码的总数量，因此可以推断出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说明用于解释本发明的方法。

上述树型结构的OVSF码用矩阵形式表示，可以归纳为下列公式(2)：

C_ch，1，0＝1

$\left[\begin{array}{c}{C}_{\mathrm{ch},\mathrm{2,0}}\\ C_{\mathrm{ch},\mathrm{2,1}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}& C_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}\\ C_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}& -C_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]$

$\left[\begin{array}{c}{C}_{\mathrm{ch},2^{(n+1)},0}\\ C_{\mathrm{ch},2^{(n+1)},1}\\ C_{\mathrm{ch},2^{(n+1)},2}\\ C_{\mathrm{ch},2^{(n+1)},3}\\ \·\\ \·\\ C_{\mathrm{ch},{2^{(n+1)},2}^{(n+1)}-2}\\ C_{\mathrm{ch},2^{(n+1)}{,2}^{(n+1)}-1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{\mathrm{ch},2^n,0}& C_{\mathrm{ch},2^n,0}\\ C_{\mathrm{ch},2^n,0}& -C_{\mathrm{ch},2^n,0}\\ C_{\mathrm{ch},2^n,1}& C_{\mathrm{ch},2^n,1}\\ C_{\mathrm{ch},2^n,1}& -C_{\mathrm{ch},2^n,1}\\ \·& \·\\ \·& \·\\ C_{\mathrm{ch},2^n,2^n-1}& C_{\mathrm{ch},2^n,2^n-1}\\ C_{\mathrm{ch},2^n,2^n-1}& {-C}_{\mathrm{ch},2^n,2^n-1}\end{array}\right]---\left(2\right)$

在OVSF码使用分配过程中，为保证各个下行链路信道所使用的码相互正交，一旦某个码被分配具体的用户设备(UE)使用，则该码子树上所有的更低速率扩频码和该码到根路径上的所有更高速率扩频码都不能再分配给其他用户设备使用。正是根据该OVSF码使用规则，结合单枝码分配准则和码效率准则，本发明提出了一种高效和优化的扩频码分配的方法，该方法简单、实用、高效。

本发明的下行OVSF码分配方法包含以下步骤：

确定整个系统中OVSF码分配所需要的初始参数，包括确定系统中下行链路信道的可用码集合C，以扩频因子为512的扩频码数据速率为单位，计算出需要分配信道的用户设备(UE)所要求的归一化数据速率X和可用码集合的码重W(C)，为系统指定最低码利用率η_min；

判断所述用户设备的归一化数据速率X与系统中可用码集合的码重W(C)的相对大小，如果用户设备速率大于码重，则认为码资源不足，终止码分配，如果用户设备速率不大于码重，则可以进行码分配；

计算用户设备所需要的扩频因子M，用户设备所需要的扩频因子M等于512除以等于或刚刚大于归一化数据速率X的2的整数次幂；

计算出用户设备归一化数据速率所对应的码利用率η，码利用率η等于用户设备归一化数据速率X除以等于或刚刚大于归一化数据速率X的2的整数次幂，将计算出的码利用率η与系统指定的最低码利用率η_min比较，如果所计算出的码利用率η不小于系统指定的最低码利用率η_min，则进行码分配，否则终止码分配；

判断在用户设备所需要的扩频因子SF等于M的同层码中是否存在可用码，如果存在可用码则继续码分配，否则终止码分配；

判断所述SF等于M层的可用码中是否存在单枝可用码的单枝分配情况，即该层的亲姐妹码中一个已经被分配而另一个仍然属于可用码的情况，如果存在单枝分配情况，选择单枝可用码中序号最小的码分配给用户设备；

如果在SF等于M的层中不存在单枝分配情况，进一步判断M层的上一层即SF等于M/2的层中是否存在单枝被分配情况，如果SF等于M/2层中存在单枝分配情况，则选择该单枝可用码在SF等于M层中序号最小的子码分配给用户设备；

如果在SF等于M/2的层中仍然不存在单枝分配情况，则进一步判断更上一层即SF等于M/4的层中是否存在单枝码，如果M/4层中存在单枝码，则选择该单枝码在M层中序号最小的生成码分配给用尸设备；

判断单枝分配情况的步骤从SF等于M层开始，向上层不断进行，直到发现单枝分配情况为止，如果直到顶层即SF等于1的层仍然不存在单枝分配情况，则选择M层中序号最小的可用码分配给用户设备。

在本发明的上述OVSF码分配方法中，用户设备所需要的归一化数据速率不得大于128，否则将因为所对应的扩频因子小于4而无法在WCDMA系统中使用。

在本发明的上述OVSF码分配方法中，系统的指定码利用率在大于0.5而小于等于1。

在本发明的上述OVSF码分配方法中，在分配正交可变扩频因子码之前，还可以包括下行链路物理信道回收步骤，并将回收的正交可变扩频因子码合并到最小的扩频因子码。

在本发明的上述OVSF码分配方法中，在对用户设备分配一个码后，将该码自身、该码的全部生成码和该码根路径上的所有码都设置为不可用状态。

本发明提出的这种用于码分多址通信系统的下行OVSF码分配方法，综合考虑了码利用率和系统复杂度等多种因素，实现了优化的单码分配方法，提高了OVSF码的利用率并且保证了OVSF码的紧致性。

附图说明

图1表示WCDMA系统中下行链路信道使用的OVSF码树型结构的示意图；

图2给出了本发明方法应用于具体实施例的OVSF码树型结构和码分配状态的示意图；

图3为本发明的单码分配方法主要步骤的流程图。

具体实施方式

结合附图，将详细解释本发明的OVSF码分配方法的具体实现方式。

图3为本发明的单码分配方法的主要步骤。

实际上，在分配OVSF码之前，首先回收下行链路信道的OVSF码，如果亲姐妹码均未分配并且可用，则合并为父码，直到获得具有最小扩频因子的可用码。例如，回收Cch，8，0码和Cch，8，1码，可以将两码合并，即相当于回收到Cch，4，0码。此回收、合并码的步骤在图3中没有表示。

确定整个系统中可用的扩频码分配所需的初始化参数，其中包含可用的扩频码集合C，用扩频因子为512的扩频码所支持的数据速率为单位1，计算用户设备(UE)所要求的归一化数据速率X。

计算出UE所需的、归一化数据速率X，计算出可用码集合C的码重W(C)，将X与W(C)进行比较，如果X大于W(C)，则返回码分配失败，原因是码不足，如果X小于W(C)则继续。

计算归一化数据速率为X的用户设备需要的扩频因子，计算公式(3)如下：

公式(3)中的运算符号 表示如果LOG₂X本身为分数则取整数部分再加1，如果本身即为整数，则取该整数。

根据码的利用效率准则判断是否可以分配码，如果码利用率大于系统指定的最低码利用率，可以分配，否则不执行分配；码利用率的计算公式(4)如下：

公式(4)中的运算符号 含义与公式(3)中相同。

判断在用户设备所需要扩频因子为M的层中，是否存在可用码，如果存在可用码，则码分配可以继续下去；反之，如果在扩频因子为M的层中不存在可用码，则表明已经没有合适的码资源可以分配，则终止码分配程序。

接着，在扩频因子SF等于M的层中查找单枝分配情况，如果存在单枝分配情况，则选择序号最小的单枝可用码分配给用户设备；如果在M层中没有单枝分配情况，则在上一层即M/2层中继续查找单枝分配情况，该查找单枝分配情况的步骤一直持续，直到在M层之上的某层中找到单枝分配情况，这时，选择M层之上某层的该单枝码在M层的生成码中序号最小的码分配给用户设备。

如果在SF等于M的层及以上所有层中都没有查找到单枝分配情况，则直接在SF等于M的层中选择序号最小的可用码分配给用户设备。

以上所描述本发明方法的各个步骤，参照图3有利于更清楚理解各个步骤的作用。

图2给出了一个实际例子，可以实施图3所示的本发明的码分配方法。由于图2所例举的例子相对简单，在图2所示码组情况下，图3中的部分步骤可能没有用到。图2中仅仅标记了SF＝32层中码的序号，即序号为0至31，而没有标记SF＝16、8、4层中的码序号，而上述三层中的码序号的排列方式与SF＝32层中的类似，图中最左侧的码序号为0，向右一个位置则序号递增1。在图2中，树型结构中Cch，16，0码、Cch，32，14码、Cch，32，15码、Cch，32，24码和Cch，32，25码是已被分配的码，在图中上述已分配码用六边形表示。图2中Cch，32，0和Cch，32，1码由于父码Cch，16，0码被分配而不可用，此类因父码被分配而不可用的码在图中用菱形表示。图2中Cch，4，0码、Cch，4，1码、Cch，4，3码、Cch，8，0码、Cch，8，3码、Cch，8，6码、Cch，16，7码和Cch，16，12码都属于已经分配码的根路径上的码，也属于不可用，此类已分配码根路径上的不可用码在图中以实心圆表示。

现假设用户设备申请的归一化速率X为15，系统指定的最低码利用率η_min为0.80。根据本方法的计算公式(3)，计算出所需要的扩频因子M＝32，利用公式(4)计算出的码利用率η为0.9375，大于系统指定的最低码利用率0.8，可以进行码的分配。在图2所示的M＝32的层中，序号为2至13、序号为16至23、序号为26至31的码都属于可用码。但是，在判断M＝32层中是否存在单枝码情况时，在M＝32层中并没有发现属于单枝可用码的情况。由于M为32的层中没有单枝分配情况，所以需要在其上一层即SF等于16的层中继续查找单枝分配情况。在图2所示的例子中，Cch，16，0已经被分配，而该码的亲姐妹码Cch，16，1尚未分配并为可用码，此两码属于单枝分配情况。这样，选择尚未分配的可用码Cch，16，1在M＝32层中序号最小的生成码，即Cch，32，2分配给用户设备。由于图2所示的例子中，在M层的上一层中就找到了单枝分配情况，因此不需要在更上层查找单枝分配情况的步骤。

以上具体实施方式仅限于说明本发明，但本发明并不局限于此，依本发明方法，同领域的普通技术人员可以很容易地实现本发明，或通过其他方式予以改进，应该知道凡不脱离本发明思想的任何改进都是本发明权利要求的范围。

Claims (5)

1.一种用于宽带码分多址通信系统下行链路正交可变扩频因子码的分配方法，该方法包含以下步骤：

确定整个系统中正交可变扩频因子码分配所需要的初始参数，包括确定系统中下行链路信道的可用码集合C，以扩频因子为512的扩频码数据速率为单位，计算出需要分配信道的用户设备(UE)所要求的归一化数据速率X和可用码集合的码重W(C)，为系统指定最低码利用率η_min；

判断所述用户设备的归一化数据速率X与系统中可用码集合的码重W(C)的相对大小，如果用户设备速率大于码重，则认为码资源不足，终止码分配，如果用户设备速率不大于码重，则可以进行码分配；

计算用户设备所需要的扩频因子M，用户设备所需要的扩频因子M等于512除以等于或刚刚大于归一化数据速率X的2的整数次幂；

计算出用户设备归一化数据速率所对应的码利用率η，码利用率η等于用户设备归一化数据速率X除以等于或刚刚大于归一化数据速率X的2的整数次幂，将计算出的码利用率η与系统指定的最低码利用率η_min比较，如果所计算出的码利用率η不小于系统指定的最低码利用率η_min，则进行码分配，否则终止码分配；

判断在用户设备所需要的扩频因子SF等于M的同层码中是否存在可用码，如果存在可用码则继续码分配，否则终止码分配；

判断所述SF等于M层的可用码中是否存在单枝可用码的单枝分配情况，即该层的亲姐妹码中一个已经被分配而另一个仍然属于可用码的情况，如果存在单枝分配情况，选择单枝可用码中序号最小的码分配给用户设备；

如果在SF等于M的层中不存在单枝分配情况，进一步判断M层的上一层即SF等于M/2的层中是否存在单枝被分配情况，如果SF等于M/2层中存在单枝分配情况，则选择该单枝可用码在SF等于M层中序号最小的子码分配给用户设备；

如果在SF等于M/2的层中仍然不存在单枝分配情况，则进一步判断更上一层即SF等于M/4的层中是否存在单枝码，如果M/4层中存在单枝码，则选择该单枝码在M层中序号最小的生成码分配给用户设备；

判断单枝分配情况的步骤从SF等于M层开始，向上层不断进行，直到发现单枝分配情况为止，如果直到顶层即SF等于1的层仍然不存在单枝分配情况，则选择M层中序号最小的可用码分配给用户设备。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于：用户设备所需要的归一化数据速率不得大于128，否则将因为所对应的扩频因子小于4而无法在WCDMA系统的下行链路中使用。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于：系统的指定码利用率在大于0.5而小于等于1。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于：在分配正交可变扩频因子码之前，还包括下行链路物理信道回收步骤，并将回收的正交可变扩频因子码合并到最小的扩频因子码。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于：在对用户设备分配一个码后，将该码自身、该码的全部生成码和该码根路径上的所有码都设置为不可用状态。

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