专利名称：多载波时分双工通信系统的动态信道分配方法
技术领域：
本发明涉及TDD(时分双工)通信系统的动态信道分配方法，尤其涉及多载波TDD通信系统的动态信道分配方法。
背景技术：
动态信道分配主要任务是进行各个小区间的资源分配。通常依据每个小区的业务不对称性的变化，在每个小区内分配和调整上下行时隙资源，以达到时隙的上下行传输能力和业务上下行负载的比值关系相匹配，进而获得最佳的频谱效率的效果。
在TDD移动通信系统中，上行和下行采用同一载频，系统主要通过调整上下行时隙的比值来满足不对称业务量的要求，如果相邻小区的上下行时隙比值不一致时会导致交叉时隙的产生。交叉时隙是指在同一载波频率上一个小区处于上行(或下行)、而在其相邻小区同一载频处于下行(或上行)的时隙。同频相邻小区间由于上下行时隙划分不一致所带来的交叉时隙干扰问题影响到整个系统的容量和性能，而且会给系统组网带来困难。
为此，华为技术有限公司在2001年1月18日向国家知识产权局提出了申请号为01102259.0的专利申请文件。在该申请文件中公开的动态信道分配方法是根据移动台到本小区基站的距离来确定是否可以分配交叉时隙码道组，即通过在小区边缘禁止分配交叉时隙资源，从而降低交叉时隙的干扰。
另外，朗迅科技公司在申请号为00136498.7中也公开了一种利用智能天线技术来抑制交叉时隙的干扰。
除了上述两种以降低交叉干扰为目的的动态信道分配方法外，现有技术中还存在其他的时隙动态分配方法，比如根据信号干扰和业务量的测量，通过人工神经网络算法求取在系统容量优化的时隙分配方法。
但是上述的动态信道分配方法都是针对单载波系统进行分配资源，并没有考虑到多载波系统。而且，对于单载波系统而言，分配的资源主要是时隙和码道。由于同频相邻小区的交叉时隙干扰影响比较严重，当业务类型较复杂时，进行时隙比值调整效果不是很明显，因此现有系统一般采用上下行时隙比值固定分配，但是由于业务的多样性和可变性，容易造成在一个方向的资源缺乏而另一个方向还有资源空闲的情况，因此导致资源利用率不高。
另外，现有单载波系统为了解决交叉时隙干扰而提出的动态信道分配方案大都比较复杂，对系统的计算能力和计算速度提出了相当高的要求，因此在工程应用上不能保证通信实时性的要求，而且往往具有较高的设备成本，因而大大降低了这类方法的实用性。
随着用户数的增长，当用户语音及数据增加产生的无线话务密度超过单载波小区在满足覆盖的前提下所能提供的容量密度时，使用多载波便成为一种有效的小区扩容途径。但是，在现有技术中并未提出一种针对多载波时分双工通信系统的动态信道分配方法。
发明内容
本发明在现有的单载波系统的动态信道分配方法的基础上，提供了一种适用多载波系统的动态信道分配方法，以通过动态调整时隙分配使得系统资源利用率得到提高。
为解决上述问题，本发明公开了一种多载波时分双工通信系统的动态信道分配方法，包括(1)预先分配每个小区的各个载波的上下行时隙比值；
(2)当小区内业务不对称性的变化超出预先设定的范围时，调整小区载波的上下行时隙比值，使得小区时隙的上下行传输能力和本小区业务上下行负载的比值关系相匹配。
步骤(2)中所述预先设定的范围为满足|P-Q|＞M1条件；其中，P是小区当前下行业务量与上行业务量的比值，Q是小区当前下行资源与上行资源的比值，M1是第一门限值，所述上行资源为小区内所有载波的上行容量之和，所述下行资源为小区内所有载波的下行容量之和。
步骤(2)所述预先设定的范围还包括满足L＞M2条件，其中，L是小区当前的业务总量，M2是第二门限值。
步骤(1)还包括根据资源利用率设置第一门限表，所述第一门限表保存本小区所有上下行资源之比值的每一比值以及所对应的第一门限值；步骤(2)还包括根据小区当前采用的上下行资源之比值，查找所述第一门限表，获得以应第一门限值。
步骤(2)具体为(21)判断L＞M2和|P-Q|＞M1是否成立，若是，则进行步骤(22)，否则，结束；(22)反转小区中一个或多个时隙的传输方向。
步骤(22)具体包括(a)确定需要转换传输方向时隙及该时隙所在的载波；(b)将步骤(a)中确定的时隙中现有的所有用户先调整到其他时隙，然后将所述时隙反转传输方向。
步骤(a)中所述选取时隙转换点边上的时隙。
步骤(a)中确定所述时隙所在的载波包括使所述载波进行时隙反转后与采用同一频率的周边小区的载波的时隙分配一致。
本发明还包括根据系统各个载波的时隙分配比值，确定所述载波对应的业务上下行数据速率比范围；当用户请求接入时，根据所述用户的上下行数据速率比，将所述用户分配至与之相匹配的载波上。
步骤(1)是在系统运行初期根据对整个小区的业务量、业务的不对称程度进行预测来分配各个载波的上下行时隙比值。
与现有技术相比，本发明具有以下优点第一，本发明当小区内业务不对称性超出预先设定的范围，如业务不对称性与当前小区内资源不对称性之差的绝对值超出预先设定的范围，才触发小区上下行时隙比值调整，并且所述范围是根据系统的资源利用率设定的，由此能够保证信道分配时，资源具有较高的利用率，同时，尽量避免由于上下行业务量不对称造成资源单向受限，使得在动态信道分配时能够充分利用系统资源和提高系统容量；第二，当预先设定的范围采用条件P与Q之差的绝对值超出第一门限值时，根据具体分配的上下行资源之比确定对应的第一门限值，由此适应各种上下行资源分配情况，提高分配的精确度；第三，本发明在调整载波的上下行时隙比值时，采用转换时隙的传输方向。并且在选择进行方向转换的载波及时隙时，选择的准则是使该载波在转换后尽量与周边小区同一频率的载波的时隙分配一致，由此避免交叉时隙的产生；第四，本发明预先根据小区载波的时隙分配比值，确定对应的业务上下行数据速率比范围，用户接入时可以根据用户的上下行数据速率比选择匹配的载波，使上下行资源量与上下行业务量尽量相匹配，避免由于上下行业务量不对称造成的资源单向受限，由此达到充分利用系统资源快速接入用户的目的。
图1是为本发明的多载波TDD通信系统的动态信道分配方法的流程图；图2是图1中步骤S120的一种实现流程图。
具体实施例方式
以下结合附图，具体说明本发明。
在动态信道分配过程中，小区的上下行容量分配比值与该小区上下行业务量比值越吻合，系统的容量损失越小，由此达到最佳的频谱效率。为此，在信道分配过程中，需要根据上下行业务量来调整上下行容量。
由于单载波系统只有时隙可以调整，因此系统的上行容量与下行容量之比值即为上行时隙与下行时隙之比值。还是以TD-SCDMA系统为例，考虑到一个通信子帧只有6个业务时隙可以进行上下时隙的分配，因此在一个子帧中，上行容量与下行容量比值的划分仅为以下几种1∶5，2∶4，3∶3，4∶2，5∶1。
但是，由于在多载波系统中有载波和时隙两维资源可以调整，因此上行容量与下行容量比值的划分比值颗粒度可以更小。还是以TD-SCDMA系统为例，假设一个小区支持三个载波，一个子帧可有18个业务时隙可以进行上下行时隙的划分。在一个子帧中上行容量与下行容量比值的划分可以有以下几种3∶15，4∶14......14∶4，15∶3，因此，多载波系统比单载波系统能够达到更好地支持多变的不对称业务。
请参阅图1，其为本发明的多载波TDD通信系统的动态信道分配方法的流程图。它包括以下步骤首先进行步骤S110预先分配每个小区的各个载波的上下行时隙比值。
在网络规划时，工程人员对该地址业务特征进行估计，然后根据估计后的业务特征分配每个小区的各个载波的上下行时隙比值。所述业务特征包括小区的业务量不对称程度、小区各类业务的不对称程度及各类业务的比值。
系统可以根据小区的业务量不对称程度分配整个小区的上行容量和下行容量的比值。若估计的小区上行业务量和下行业务量大致相等，则系统预先分配的上行时隙与下行时隙的比值关系相同，否则估计的小区上行业务量和下行业务量不相等而存在上下行业务量的不对称性，系统根据上下行业务量的不对称性比值分配上下行资源。还是以一个小区支持三个载波为例，假设估计的上行业务量和下行业务量约为2∶1，则每个子帧的上行时隙个数和下行时隙个数可以划分成12∶6。
系统还可以根据小区各类业务的不对称程度及各类业务的比值来分配各个载波的上下行时隙的个数。比如，业务包括话音业务，上下行不对称数据业务，单向传输的数据业务。并且各类业务的比值大约为1∶1∶1。则系统可以对小区的多个载波实施更精细的区分。假设三载波的TD-SCDMA小区上下行容量的比值为1∶1，则可以将第一个载波的上下行时隙的比值划分为3∶3，第二个载波的上下行时隙的比值划分为1∶5，第三个载波的上下行时隙的比值划分为5∶1，这样就可以在不同的载波上传输各种对称和不对称业务。第一个载波上接入上下行速率均为12.2K的话音业务，而在其他两个载波上分别接入上行32K下行128K的不对称数据业务。上述这种划分更有利于支持不对称业务，而且更有效的降低同频、交叉时隙干扰。
然后进行步骤S120当小区内业务不对称性超出预先设定的范围时，调整小区载波的上下行时隙比值，使得小区时隙的上下行传输能力和本小区业务上下行负载的比值关系相匹配，进而获得较佳的频谱效率。
预先设定的范围是根据本小区资源利用率来设定的。当小区内业务不对称性发生的变化落在所述范围内，本申请人则认为所述变化是允许的，只有超出所述范围，才触发载波上下行时隙比值调整。
在本发明以两个实例来说明预先设定范围，但并非局限于此。
第一实施例当小区当前业务满足|P-Q|＞M1条件才触发载波的上下行时隙调整；其中，P是小区当前下行业务量与上行业务量的比值，Q是小区当前的下行资源与上行资源的比值，M1是第一门限值，所述上行资源为一子帧中小区所有载波的上行时隙之和，所述下行资源为一子帧中小区所有载波的下行时隙之和。第一门限值M1是根据本小区资源的利用率来设置的，通过条件|P-Q|＞M1来判断是否需要进行上下行时隙比值调整，以提高系统资源的利用率。
而且，在步骤S120中，除了判断条件|P-Q|＞M1外，可以还考虑另一个条件L1＞M2。其中，L是小区当前的业务总量，M2是第二门限值，当前业务总量为小区当前业务量与下行业务量之和。另外，在步骤S120时，也可以仅考虑是否满足L1＞M2。但是，若在触发时隙比值调整时还考虑到当前小区的业务量，则避免了当前小区的业务量较小也进行时隙比值调整的情况发生，即触发时隙比值调整的考虑情况更全面。因为当前小区的业务量较小时，系统资源足够，即使业务不对称，还是可以接入。另外，第二门限值通常根据小区具体情况进行设定。
在TD-SCDMA通信系统中存在多个小区，每个小区的业务不对称因子P会随着时间而发生改变。P可以是当前小区上行业务量和当前小区下行业务量之比值，也可以是当前小区下行业务量和当前小区上行业务量之比值。在本实施例中，P为当前小区下行业务量和当前小区上行业务量之比值。小区上/下行业务量为小区每个载波中上/下行业务量之和。
每个小区还设置有小区资源不对称因子Q，在本实施例中，Q为小区下行容量Cdow和小区上行容量Cup之比值。
若当前业务量较小，需要接收的上行业务量小于小区上行容量且需要发送的下行业务量小于小区下行容量，则小区无需触发时隙比值调整。但是，在实际小区环境中，经常发生小区中请求的资源数要远大于小区可分配的资源数。而且，若P＞Q，一个新的业务请求将由于下行资源的缺乏而阻塞。因而使用的上行资源量为Cdown/P，所以Cup-(Cdown/P)的上行资源被浪费了，整个小区的资源利用率u为
U=Cdown+Cdown/PCup+Cdown]]>假设本小区有3个载波，一个子帧中上行容量为10，下行容量为8，则Q＝0.8，假设当前上行业务量为10、下行业务量也为10。则P＝1，很显然P＞Q，业务请求由于下行资源的缺乏而阻塞。因而使用的下行资源量为8，而上行使用的资源应该是8/P＝8，所以损失了2。
相同地，当小区中请求的资源数要远大于小区可分配的资源数且P＜Q时，一个新的业务请求将由于上行资源的缺乏而阻塞，使用的下行资源量为Cup×P，所有Cdown-Cup×P的下行资源被浪费了，整个小区的资源利用率为u=Cup+Cup×PCup+Cdown]]>对于一个TD-SCDMA通信系统，每个小区的载波个数n是确定的，由此可以列举出本小区所有可能的下行容量与上行容量之比值，获得所有小区资源不对称因子Q。以一个Q为例来说明如何获得所述Q所对应的第一门限值。
首先确定Cdown和Cup，很显然当P＝Q时，资源利用率u最大。然后确定当资源利用率u达到预先设定要求时，P所在的范围，由此确定|P-Q|的阈值，即第一门限值。
还是以一个小区采用3个载波为例，一个子帧中小区上行资源与下行资源的比值可以有3∶15、4∶14......15∶3，对应每一个比值，计算在系统能够接受的资源利用率u的范围内，P与Q的最大差值(即前述所述的第一门限值)，并将之保存成第一门限表。
当小区业务不对称性发生变化时，根据小区当前采用的上行时隙与下行时隙之比值，查找第一门限表，获得对应的第一门限值，然后计算P与Q之差是否已超过所述第一门限值，若是则进行小区上下行时隙比值调整。
第二实施例在步骤S120中可以以一个载波为考虑对象调整小区载波的上下行时隙比值，也可以以载波的一个时隙为考虑对象调整小区载波的上下行时隙比值。以下以一个时隙为考虑对象说明如何完成步骤S120(请参阅图2)。
首先进行步骤S210当小区的业务不对称性发生变化时，判断小区内业务不对称性的变化是否超出预先设定范围，若是，则进行步骤S220，否则退出；步骤S220调整其中载波的一个时隙的传输方向，并进行步骤S210。
步骤S210中通常选取时隙转换点边上的时隙做为需要转换传输方向的时隙，并且在转换方向之前，先待反转的时隙上的用户调整到其他时隙或其他载波的时隙上。比如决定将某个时隙的传输方向由上行转换成下行，这时需要将目前该时隙上存在的上行方向用户调整到其他时隙或载波，只有该时隙上没有了上行用户后才能正式将其传输方向改变。
即当小区内的上下行业务量比值和上下行资源量比值之差达到一定程度时，就将其中载波一个时隙传输方向进行反转，重新配置小区的上下行资源量，避免出现资源的单向受限。在选取时隙比值调整的载波时又有两种策略一种策略是尽量使得与业务繁忙地区周边小区相同频率的载波的时隙比值分配趋于一致，这样可以减少交叉时隙干扰；另外一种策略就是在系统负荷较轻的区域可以让不同载波的时隙分配不一致，这样更有利于各种不对称业务的直接接入而无需触发资源整合和时隙反转。
另外，业务包括上下行对称业务和上下行不对称业务。所述不对称业务包括上行大于下行的业务和下行大于上行的业务。在步骤S110中，系统根据业务的种类及业务所占的比重，将载波设置不同上下行时隙比值，以便于完成不同业务的请求。
用户的上下行数据速率能够反映业务的上下行业务量。为此，在系统运行之前，根据载波的个数设置对应的速率类型，每一类型对应一上下行数据速率之比值范围。当接收到用户的业务请求时，根据用户的上下行数据速率之比确定对应的类型，通过所述类型找到与之匹配的载波。在载波分配时，优先将所述用户分配至所述载波，尽量以避免了上下行业务量不对称造成的资源单向受限，从而充分利用了资源，使得系统容量有较大提升。
还是以三载波TD-SCDMA系统为例，假设通过时隙比值调整将3个载波的上下行业务时隙比值配置成1∶5、2∶4和3∶3；那么我们可以将接入的业务根据其上下行数据速率比也分成3类，第一类业务为对称业务，如语音业务；第二类为次不对称业务，第三类为不对称业务，对于业务类别的划分界线，可以根据系统长时间对业务的统计进行调整，避免小区内实际发起的某一类业务很少，而另一类业务很多，造成某个载波容易出现拥塞。
在用户发起呼叫时，先判断属于哪类业务，对于上下行不对称的业务根据不对称程度优先接入到1∶5或2∶4配置的载波上，对于上下行对称的业务优先分配到3∶3配置的载波，如果该载波不能接入再接入到其他载波。这样可以减少资源单向受限的情况发生，大大提高资源利用率。
例如当一个12.2K语言业务到来时，可以将其优先接入到3∶3配置的载波；当一个64K下行流业务到来时，优先接入到1∶5配置的载波；当一个上行64K下行128K的分组业务到来时，优先接入到2∶4配置的载波。如果业务在其最优先的载波不能接入时，再接入到其他载波。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种多载波时分双工通信系统的动态信道分配方法，其特征在于，包括(1)预先分配每个小区的各个载波的上下行时隙比值；(2)当小区内业务不对称性的变化超出预先设定的范围时，调整小区载波的上下行时隙比值，使得小区时隙的上下行传输能力和本小区业务上下行负载的比值关系相匹配。
2.如权利要求1所述的多载波时分双工通信系统的动态信道分配方法，其特征在于，步骤(2)中所述预先设定的范围为满足|P-Q|＞M1条件；其中，P是小区当前下行业务量与上行业务量的比值，Q是小区当前下行资源与上行资源的比值，M1是第一门限值，所述上行资源为小区内所有载波的上行容量之和，所述下行资源为小区内所有载波的下行容量之和。
3.如权利要求1或2所述的多载波时分双工通信系统的动态信道分配方法，其特征在于，步骤(2)所述预先设定的范围还包括满足L＞M2条件，比值，其中，L是小区当前的业务总量，M2是第二门限值。
4.如权利要求2或3所述的多载波时分双工通信系统的动态信道分配方法，其特征在于，步骤(1)还包括根据资源利用率设置第一门限表，所述第一门限表保存本小区所有上下行资源之比值的每一比值以及所对应的第一门限值；步骤(2)还包括根据小区当前采用的上下行资源之比值，查找所述第一门限表，获得以应第一门限值。
5.如权利要求3所述的多载波时分双工通信系统的动态信道分配方法，其特征在于，步骤(2)具体为(21)判断L＞M2和|P-Q|＞M1是否成立，若是，则进行步骤(22)，否则，结束；(22)反转小区中一个或多个时隙的传输方向。
6.如权利要求5所述的多载波时分双工通信系统的动态信道分配方法，其特征在于，步骤(22)具体包括(a)确定需要转换传输方向时隙及该时隙所在的载波；(b)将步骤(a)中确定的时隙中现有的所有用户先调整到其他时隙，然后将所述时隙反转传输方向。
7.、如权利要求6所述的多载波时分双工通信系统的动态信道分配方法，其特征在于，步骤(a)中所述选取时隙转换点边上的时隙。
8.如权利要求6或7所述的多载波时分双工通信系统的动态信道分配方法，其特征在于，步骤(a)中确定所述时隙所在的载波包括使所述载波进行时隙反转后与采用同一频率的周边小区的载波的时隙分配一致。
9.如权利要求1或3所述的的多载波时分双工通信系统的动态信道分配方法，其特征在于，还包括根据系统各个载波的时隙分配比值，确定所述载波对应的业务上下行数据速率比范围；当用户请求接入时，根据所述用户的上下行数据速率比，将所述用户分配至与之相匹配的载波上。
10.如权利要求1或3所述的多载波时分双工通信系统的动态信道分配方法，其特征在于，步骤(1)是在系统运行初期根据对整个小区的业务量、业务的不对称程度进行预测来分配各个载波的上下行时隙比值。
全文摘要
本发明公开了一种多载波时分双工通信系统的动态信道分配方法，包括(1)预先分配每个小区的各个载波的上下行时隙比值；(2)当小区内业务不对称性发生的变化超出预先设定的范围时，调整小区载波的上下行时隙比值，使得小区时隙的上下行传输能力和本小区业务上下行负载的比值关系相匹配。通过本发明提到的时隙比值调整方案，使得上下行资源量与上下行业务量相匹配，尽量避免因为上下行业务量不对称造成的资源单向受限，从而充分利用了系统资源，提高了系统容量；另外本发明提出的业务接入方法适应于各个载波时隙分配不一致的情况，可以在充分利用系统资源的情况下快速接入用户。
文档编号H04W72/04GK1787678SQ200410096639
公开日2006年6月14日 申请日期2004年12月6日 优先权日2004年12月6日
发明者毛磊, 赵瑾波, 周德锁 申请人:大唐移动通信设备有限公司