专利名称：时分复用同步码分多址系统中物理信道帧分配的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，具体涉及时分复用系统中的帧分配方法和装置。更具体涉及TD-SCDMA(时分复用同步码分多址)系统中物理信道帧分配的方法和装置。
TD-SCDMA系统充分利用时分、码分系统的优点，将无线资源按频率、时隙、码道，分配给不同的用户，即一个物理信道由载频、时隙、码道来确定。
但是，TD-SCDMA系统中码字较少(一个业务时隙内的码字最多16个)，从信道化码方面可能限制系统容量；同时，TD-SCDMA系统中资源分配的粒度(即资源单位Resource Unit，每个码道所承载的数据速率)过大，一个扩频因子为16的码道所承载的物理层数据速率为17.6kbps(QPSK调制、码道中不携带信令)，用于承载速率较低的小业务时，会造成无线资源的浪费，难以满足低速率的业务需求(如速率较低的分组业务)。
TD-SCDMA系统中，为了解决码字少、资源分配的粒度不够的问题，可以在载频、时隙、码道的基础上，采用帧分配的方式，将码道分配给不同的用户，以最大限度地利用无线资源、并适应低速率业务的需求。
图1是现有技术中一个在码道已确定情况下的帧分配示意图，其中示出了三个码道的帧分配情况。由图1可见，分配无线资源时，可以采用帧分配的方式，配置码道的重复周期、重复长度、以及初始帧偏移，进而确定CFN偏移(CFNConnection FrameNumber，连接帧号)，从而唯一地确定一组按帧分配的无线资源。
帧分配方法可以应用于公共物理信道(如P-CCPCH、S-CCPCH、PICH等)、物理共享信道(如PDSCH、PUSCH等)、以及专用物理信道(如DPCH)；尤其是在速率较低的公用物理信道、共享物理信道中，以及在DPCH上的分组业务，有着典型的应用。
现有的帧分配实现方法采用人工计算的方法，事先计算帧重复周期、重复长度、以及起始帧偏移，从而唯一地确定一组按帧分配的无线资源。人工计算的方法适应于公共物理信道等分配方案简单、分配后固定的情况。但是，人工计算、事先分配的方法难于适应复杂的帧分配情况；不能动态地调整帧分配方案，如，空出的帧资源无法被其它用户使用。
本发明提供一种时分复用同步码分多址系统中物理信道帧分配的方法，包括步骤获取请求分配物理信道帧的信号；获取预备分配物理信道帧的码道，得到码道剩余资源量；判断所述请求分配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于码道剩余资源量；若所述资源需求大于所述剩余资源容量，则结束所述预备分配物理信道的帧分配过程；然后，获取下一个预备分配物理信道帧的码道，得到码道剩余资源量，返回所述判断所述请求分配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于码道剩余资源量的步骤；若所述资源需求小于或等于所述剩余资源容量，获得所述资源需求所要求的帧分配的重复周期；获得所述资源需求所要求的帧分配的重复长度；判断是否有所述获得的帧分配的重复长度的连续的同层节点，如果有，分配所述请求分配物理信道帧的信号到这些节点；如果没有，则结束所述预备分配物理信道帧上的帧分配分配过程；然后，获取下一个预备分配物理信道帧的码道，得到码道剩余资源量，返回所述判断所述请求分配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于码道剩余资源量的步骤。
可选地，所述获得所述资源需求所要求的帧分配的重复周期的步骤包括获得固定的帧分配的重复周期。
优选地，所述的同层节点指的是重复周期相同的节点。
可选地，所述判断是否有所述获得的帧分配的重复长度的连续的同层节点的步骤包括在所述同层节点中，从第一个空闲(未被占用)的节点开始寻找是否存在连续的具有所述重复周期数目的空闲节点。
优选地，所述方法还包括步骤将所述分配到的这些节点的状态标为“占用”；计算所述新占用节点的资源量Cmax*RL/RP；将码道剩余资源量减少Cmax*RL/RP；获得该数据帧的帧偏移(offset)，重复长度(RL)，和重复周期(RP)。
可选地，所述获得所述资源需求所要求的帧分配的重复周期的步骤包括根据所述码道剩余资源量和所述信号需要的资源量，获得帧分配的重复周期。
优选地，所述获得所述资源需求所要求的帧分配的重复长度的步骤包括根据所述码道剩余资源量和所述信号需要的资源量和所述帧分配的重复周期，获得所述资源需求所要求的帧分配的重复长度。
可选地，获得所述重复长度RL为满足下列公式CmaxRP*(RL-1)<A≤CmaxRP*RL]]>的最小的RLRL∈[1，RP]其中，RP是重复周期，RL是重复长度，C是该码道的剩余可用帧资源，A是信道分配所需要的帧资源。
优选地，所述帧分配的重复周期(RP)为满足下式Cmax2*RP<A≤CmaxRP]]>的最小RP，其中，RP为帧分配的重复周期，Cmax为码道的资源总量。
可选地，所述方法还包括步骤如果没有满足所述公式的RP存在，则结束所述预备分配物理信道帧上的分配过程；然后，获取下一个预备分配物理信道帧的码道，得到码道剩余资源量，返回所述判断所述请求分配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于码道剩余资源量的步骤。
优选地，所述方法还包括步骤如果RP等于1，则将整个资源数标记为“占用”，置码道的剩余可用资源为0、帧偏移和重复长度分别为0和1，结束在所述码道上的帧分配过程。
可选地，所述方法还包括步骤改变RL和RP为所述获得的RL和RP的2倍，如果RP不大于预定值，确定所述获得的RL和RP为分配所采用的RP和RL；执行所述步骤判断是否有所述获得的帧分配的重复长度的同层节点；如果有，返回所述改变RL和RP为所述获得的RL和RP的2倍；直到获得满足条件的最大的RL和RP。
优选地，所述的方法还包括步骤改变RL和RP为所述获得的RL和RP的2倍，如果RP大于预定值，则结束所述预备分配物理信道帧上的分配过程；获取下一个预备分配物理信道帧的码道，得到所述获取的下一个码道的剩余资源量，返回所述判断所述请求分配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于码道剩余资源量的步骤。
本发明还提供一种时分复用同步码分多址系统中物理信道帧分配的装置，包括接收装置，用于获取请求分配物理信道帧的信号；
控制与计算装置，用于获取预备分配物理信道帧的至少一个码道，得到所述码道的剩余资源量；判断装置，用于判断所述请求分配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于或等于码道的剩余资源量；其中，若所述资源需求大于所述剩余资源容量，通过所述控制与计算装置获取下一预备分配物理信道帧的码道，得到码道剩余资源量；然后所述判断装置再判断所述请求分配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于码道剩余资源量；若所述资源需求小于或等于所述剩余资源容量，所述控制与计算装置获得所述资源需求所要求的帧分配的重复周期和所要求的帧分配的重复长度；所述判断装置判断是否有所述获得的帧分配的重复长度的连续的同层节点，如果有，所述控制与计算装置分配所述请求分配物理信道帧的信号到这些节点；如果没有，控制与计算装置获取下一预备分配物理信道帧的码道，得到码道剩余资源量；然后所述判断装置再判断所述请求分配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于或等于码道剩余资源量。
利用本发明，能够很好地解决时分复用系统中物理信道帧分配问题，提高无线资源的利用率。
图2描绘了实现本发明的帧分配方法利用的资源树；图3描绘了将BCH、PCH、FACH和公共物理信道PICH采用帧分配的方式，复用在TS0的两个码道的信号的示意图；图4描绘本发明的实施例中重复周期固定的帧分配方法的流程图；图5描绘了本发明实施例中重复周期可变的帧分配方法的流程图。
为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图描绘本发明。在描绘本发明的物理信道的帧分配方法时，利用如图2所示的帧分配资源树描绘本发明的方法。为了使本领域一般技术人员容易理解本发明，首先给出说明书中使用的参数的定义和取值Fi，j帧分配的资源单元，i为RP(重复周期)，j为Offset(帧偏移)；RPRepetition Period，帧分配的重复周期。
(在图2中，RP表示为资源树上的节点层次。如RP＝1表示资源树上的第1层节点，RP＝2表示资源树上的第2层节点，RP＝4表示资源树上的第3层节点，RP＝8表示资源树上的第4层节点，依次类推。)取值范围整数(Integer)(1，2，4，8，16，32，RPmax)；RP＝1时表示连续的帧分配，即该码道全部分配给一个用户；对于TD-SCDMA系统而言，当前协议规定RP最大不能超过64，即最多只能分配给64个用户。
RLRepetition Length，帧分配的重复长度。
在图2中，RL表示为资源树上的节点个数。如RL＝1表示资源树上的1个节点，RL＝2表示资源树上的2个节点，RP＝3表示资源树上的3个节点，依次类推。
取值范围整数(Integer)(1，…，RP)；若RP＝1，则为连续分配方式，此时，帧偏移、重复长度分别为0、1。
Offset帧偏移；参见图1；取值整数(Integer)(0，…，RP-1)；TTImax帧分配的重复长度约束因子。
TTImax实际上为一个CCTrCH(编码组合传输信道)内的最大TTI值。
取值范围整数(Integer)(1，2，4，8)；对于TD-SCDMA系统而言，当前协议规定帧分配的重复长度RP必须为TTImax的整数倍。
即TTImax为协议约束因子，与帧分配方案本身无关。
A信道分配所要求的资源量；
C图2的资源树的剩余可用资源量，标识该码道的剩余可用帧资源；Cmax图2的资源树的帧资源总量，即为该码道的资源总量(如一个扩频因子为16的码道其资源总量为17.6kbps，一个扩频因子为8的码道其资源总量为35.2kbps)；在图2的资源树中，资源单元F1，0的资源量即为Cmax；资源单元Fi，j的资源量为Cmax*(1/i)。下面描绘资源树的结构和性质1、资源树结构图2所示的资源树是通过将一个码道下的帧资源组织成为类似OVSF(正交可变扩频因子)码树的二杈树结构形成的。利用这个资源树，我们描绘如何实现本发明的原理和实现方法。
在这个资源树中，Fi，j表示重复周期RP为i、帧偏移为j的一个帧资源节点。2、资源树的类正交性用于帧分配的资源树的父节点与子节点之间存在“类正交性”。
此处的“类正交性”意义如下若资源树的某一节点被占用，则该节点到根节点的所有节点(包括父节点)均不可用，该节点的所有子节点也不可用。
例如，若F1，0被占用，则整个子树都不可用(此即连续分配方式，不存在帧分配问题)；若F4，1被占用，则其父节点(F2，0，F1，0)，以及其所有子节点(F8，2，F8，3…，)都不可用，但F2，1和F4，0子树的资源都可用。
换句话说，“类正交性”的意义在于，若某节点被占用，则该节点的所有直系亲属均不可用，而该节点的旁系亲属不受影响。
由此“类正交性”，可以保证多个物理信道复用到同一个信道化码时，不会相互重叠。
图3描绘了将BCH、PCH、FACH和公共物理信道PICH采用帧分配的方式，复用在TS0的两个码道的信号的示意图。在TD-SCDMA系统中，为了节省资源，可以将BCH、PCH、FACH和公共物理信道PICH采用帧分配的方式，复用在TS0的两个码道(如CQ＝16(k＝1)、CQ＝16(k＝2))上。
在本发明的实施例中，对4种信道进行帧分配时，采用的重复周期相同(为16)，其中BCHRP＝16，RL＝6，Offset＝0，即占用图1的资源树中的F16，0～F16，5节点；PICHRP＝16，RL＝2，Offset＝6，即占用图1的资源树中的F16，6～F16，7节点；FACHRP＝16，RL＝4，Offset＝8，即占用图1的资源树中的F16，8～F16，11节点；PCHRP＝16，RL＝4，Offset＝12，即占用图1的资源树中的F16，12～F16，15节点。
对于实际的TD-SCDMA系统，图1资源树应扩展到F64，0，…，F64，63。
本发明的帧分配利用到了一个协议的要求和约束的隐含的假设为某个物理信道进行帧分配时，只能采用一种重复周期、重复长度，(即一个物理信道只能对应于一个确定的重复周期)。在图2资源树上可以直观地表示为一个物理信道只能使用资源树同一层次上的节点；若一个物理信道需使用多个Fi，j节点才能满足资源需求，则其中的i(重复周期)就必须相同。
本发明的分配方案采用的一个基本思想是为物理信道进行帧分配时，采用尽可能小的重复周期、重复长度。
本发明给出了两种不同的帧分配方案的实现方法一种是重复周期固定的方法；另一种是重复周期可变的方法。
图4描绘本发明的实施例中在重复周期固定的帧分配方法的流程图。对TD-SCDMA系统，当前协议要求RP取值为1、2、4、8、16、32、64。资源树的节点包括占用节点和空闲节点，在本流程开始前，这些节点的状态已确定。
当一个数据需要传输而需要在帧中分配时，在步骤10.比较所要求的资源量A(如17.8kbps)和码道剩余资源量C(如17.6kbps)。若资源需求A大于该码道的剩余资源容量，则无法采用帧分配方式满足该资源需求，方法进到步骤15，结束在该码道上的帧分配过程。重复本方法，到其它码道寻找资源。
若该码道能满足该资源需求，方法进到步骤20.计算该资源需求所要求的节点数(即帧分配的重复长度RL)。由于每个节点的资源量为Cmax/RP，因此，可用下式确定重复长度RL，使得CmaxRP*(RL-1)<A≤CmaxRP*RL]]>成立。
其中，RL∈[1，RP]对于TD-SCDMA系统，协议要求RL为TTImax的整数倍。
步骤30.
计算出所需的节点数RL后，从资源树的FRP，j节点(j＝0)开始，寻找RL个连续的可用节点。即判断在图1的资源树上是否存在RL个连续的可用的同层(RP相同)节点。其中，j的初始值根据码道的剩余资源情况而优化。如不存在RL个连续的可用的同层节点，进入步骤35，到其它码道寻找资源，重复本方法的步骤；若找到RL个连续的可用节点，则满足帧分配要求，进到步骤36、将这些节点(即所找到的RL个节点)的状态标为“占用”；然后在步骤37、计算新占用的资源量Cmax*RL/RP；在步骤38、将码道剩余资源量C减少Cmax*RL/RP；最后，在步骤40、获得该数据帧的offset，RL，RP。返回系统的正常处理过程。
本方法可以根据当前码道的剩余资源量，动态地计算出当前码道的帧分配的方案。
图5描绘了本发明实施例中重复周期可变的帧分配方法的流程图。其中，帧分配流程分为两大部分1、初步确定重复周期、重复长度(步骤20、25)；2、最终确定重复周期、重复长度、偏移量(步骤45、40)。
当一个数据需要传输而需要在帧中分配时，在步骤10.比较所要求的资源量A(如17.8kbps)和码道剩余资源量C(如17.6kbps)。若资源需求A大于该码道的剩余资源容量，则无法采用帧分配方式满足该资源需求，方法进到步骤15，结束在该码道的帧分配过程。重复本方法，到其它码道寻找资源；
若该码道能满足该资源需求，方法进到步骤20.初步确定重复周期RP(确定节点层次)。即从RP＝1开始，寻找RP，使得Cmax2*RP<A≤CmaxRP]]>成立其中RP为帧分配的重复周期，Cmax为码道的资源总量。
对于TD-SCDMA系统，协议要求RP∈{1，2，4，8，16，32，64}若这样的RP不存在(步骤30)，则结束在该码道的帧分配过程，该码道上的帧分配过程失败(步骤35)；重复本方法，到其他码道寻找资源。
若这样的RP存在，则进到步骤22。
步骤22判断初步确定的RP是否为1。
若初步确定的RP为1，则为连续帧分配，将整个码道(即整棵资源树)分配给该物理信道，资源树的所有节点标记为占用，获得该数据帧的offset、RL、RP(分别为0、1、1)，帧分配成功，帧分配过程结束。(未示出)若初步确定的RP不为1，则进入步骤25。
步骤25初步确定重复长度，寻找RL，使得CmaxRP*(RL-1)<A≤CmaxRP*RL]]>成立其中，RL为帧分配的重复长度，且RL∈[1，RP-1]对于TD-SCDMA系统，协议还要求RL为TTImax的整数倍若这样的RL不存在，则该码道上的帧分配失败，需要到其他码道寻找资源；若这样的RL存在，则RP、RL即为初步确定的重复周期、重复长度，进行下一步(步骤45)的操作。
此处采用了一个隐含的假设为某个物理信道进行帧分配时，只能采用一种重复周期、重复长度(即一个物理信道只能对应于一个确定的重复周期)。
步骤45从资源树的Fi，j节点(i＝RP，j＝0)开始，寻找RL个连续可用的同层节点(即多个Fi，j节点中，i值相同)。
其中，j的初始值可以根据剩余码资源的情况优化；若找到RL个连续可用的资源节点，则满足帧分配要求，进行如下步骤步骤50、将这些节点以及这些节点的所有父节点、直系子节点标记为“占用”；步骤55、获得码道被占资源量Cmax*RL/RP步骤60、将码道剩余资源量C减少Cmax*RL/RP；步骤65、RP、RL、Offset(Offset＝j)即为所求的帧分配结果。然后，进入正常操作。
若未找到RL个连续可用的资源节点，就不满足帧分配要求，进入步骤40。
步骤40RL和RP都变成原来的2倍，若此时RP大于最大值(协议规定为64)，则帧分配不成功，需要到其它码道寻找帧资源。否则，在其下一级节点上重复执行步骤45。
利用本发明，可以根据当前码道的剩余资源量，动态地计算出当前码道的帧分配方案，提高了帧利用率，减少了信道阻塞的概率，提高了蜂窝小区可服务的用户数量。
虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。
权利要求
1.一种时分复用同步码分多址系统中物理信道帧分配的方法，其特征在于，包括步骤获取请求分配物理信道帧的信号；获取预备分配物理信道帧的码道，得到码道剩余资源量；判断所述请求分配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于码道剩余资源量；若所述资源需求大于所述剩余资源容量，则结束所述预备分配物理信道的帧分配过程；然后，获取下一个预备分配物理信道帧的码道，得到码道剩余资源量，返回所述判断所述请求分配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于码道剩余资源量的步骤；若所述资源需求小于或等于所述剩余资源容量，获得所述资源需求所要求的帧分配的重复周期；获得所述资源需求所要求的帧分配的重复长度；判断是否有所述获得的帧分配的重复长度的连续的同层节点，如果有，分配所述请求分配物理信道帧的信号到这些节点；如果没有，则结束所述预备分配物理信道帧上的帧分配分配过程；然后，获取下一个预备分配物理信道帧的码道，得到码道剩余资源量，返回所述判断所述请求配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于码道剩余资源量的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得所述资源需求所要求的帧分配的重复周期的步骤包括获得固定的帧分配的重复周期。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的同层节点指的是重复周期相同的节点。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断是否有所述获得的帧分配的重复长度的连续的同层节点的步骤包括在所述同层节点中，从第一个空闲(未被占用)的节点开始寻找是否存在连续的具有所述重复周期数目的空闲节点。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤将所述分配到的这些节点的状态标为“占用”；计算所述新占用节点的资源量Cmax*RL/RP；将码道剩余资源量减少Cmax*RL/RP；获得该数据帧的帧偏移(offset)，重复长度(RL)，和重复周期(RP)。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得所述资源需求所要求的帧分配的重复周期的步骤包括根据所述码道剩余资源量和所述信号需要的资源量，获得帧分配的重复周期。
7.如权利要求2或6所述的方法，其中，所述获得所述资源需求所要求的帧分配的重复长度的步骤包括根据所述码道剩余资源量和所述信号需要的资源量和所述帧分配的重复周期，获得所述资源需求所要求的帧分配的重复长度。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，获得所述重复长度RL为满足下列公式CmaxRP*(RL-1)<A≤CmaxRP*RL]]>的最小的RLRL∈[1，RP]其中，RP是重复周期，RL是重复长度，C是该码道的剩余可用帧资源，A是信道分配所需要的帧资源。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述帧分配的重复周期(RP)为满足下式Cmax2*RP<A≤CmaxRP]]>的最小RP，其中，RP为帧分配的重复周期，Cmax为码道的资源总量。
10.如权利要求9所述方法，其特征在于，还包括步骤如果没有满足所述公式的RP存在，则结束所述预备分配物理信道帧上的分配过程；然后，获取下一个预备分配物理信道帧的码道，得到码道剩余资源量，返回所述判断所述请求分配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于码道剩余资源量的步骤。
11.如权利要求9所述方法，其特征在于，还包括步骤如果RP等于1，则将整个资源数标记为“占用”，置码道的剩余可用资源为0、帧偏移和重复长度分别为0和1，结束在所述码道上的帧分配过程。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括步骤改变RL和RP为所述获得的RL和RP的2倍，如果RP不大于预定值，确定所述获得的RL和RP为分配所采用的RP和RL；执行所述步骤判断是否有所述获得的帧分配的重复长度的同层节点；如果有，返回所述改变RL和RP为所述获得的RL和RP的2倍；直到获得满足条件的最大的RL和RP。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括步骤改变RL和RP为所述获得的RL和RP的2倍，如果RP大于预定值，则结束所述预备分配物理信道帧上的分配过程；获取下一个预备分配物理信道帧的码道，得到所述获取的下一个码道的剩余资源量，返回所述判断所述请求分配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于码道剩余资源量的步骤。
14.一种时分复用同步码分多址系统中物理信道帧分配的装置，其特征在于，包括接收装置，用于获取请求分配物理信道帧的信号；控制与计算装置，用于获取预备分配物理信道帧的至少一个码道，得到所述码道的剩余资源量；判断装置，用于判断所述请求分配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于或等于码道的剩余资源量；其中，若所述资源需求大于所述剩余资源容量，通过所述控制与计算装置获取下一预备分配物理信道帧的码道，得到码道剩余资源量；然后所述判断装置再判断所述请求分配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于码道剩余资源量；若所述资源需求小于或等于所述剩余资源容量，所述控制与计算装置获得所述资源需求所要求的帧分配的重复周期和所要求的帧分配的重复长度；所述判断装置判断是否有所述获得的帧分配的重复长度的连续的同层节点，如果有，所述控制与计算装置分配所述请求分配物理信道帧的信号到这些节点；如果没有，控制与计算装置获取下一预备分配物理信道帧的码道，得到码道剩余资源量；然后所述判断装置再判断所述请求分配物理信道帧的信号需要的资源量是否小于或等于码道剩余资源量。
全文摘要
本发明提供了一种时分复用同步码分多址系统中物理信道帧分配的方法，包括步骤获取请求分配信道帧的信号；获取信道帧的码道，得到码道剩余资源量；判断需要的资源量是否小于剩余资源量；若需求大于剩余资源容量，获取下一个信道帧的码道，得到码道剩余资源量，判断资源量是否够；若够，获得资源需求所要求的帧分配的重复周期；获述资源需求所要求的帧分配的重复长度；判断是否有连续的同层节点，如果有，分配信号到这些节点；如果没有，获取下一个信道帧的码道，得到剩余资源量，返回需要的资源量是否小于剩余资源量的步骤。本发明还提供实现该方法的装置。利用本发明，能够很好地解决时分复用系统中物理信道帧分配问题，提高无线资源的利用率。
文档编号H04B7/26GK1476193SQ0314848
公开日2004年2月18日 申请日期2003年7月1日 优先权日2003年7月1日
发明者华长发, 郭俊利, 王玲 申请人:大唐移动通信设备有限公司