宽带码分多址通信系统信道化码动态优化分配的方法 【技术领域】
本发明涉及一种关于WCDMA(宽带码分多址，Wide-band Code DivisionMultiple Access)移动通信系统的下行链路信道化码资源动态分配的方法，属于无线移动通信技术领域。
背景技术
移动通信在经历了第一代模拟移动通信技术、第二代数字移动通信(GSM)和窄带CDMA通信技术的发展后，现已发展到应用宽带码分多址技术的第三代移动通信系统(WCDMA)。
WCDMA通信系统采用的是码分工作方式，在物理信道成帧之后，需进行扩频和扰码操作。扩频是用一个高速数字序列与数字信号相乘，把数据符号转换为一系列码片，提高数字符号的速率，增加信号带宽；用来转换数据的数字序列符号叫做正交信道化码；每个符号被转换成的码片数目叫做扩频因子。扰码操作是用一个伪随机码序列与已扩频码相乘，对信号进行加密，这个伪随机码序列就叫做扰码。在WCDMA中，下行方向采用正交信道化码区分物理信道，上行方向采用扰码区分用户。
参见图1，由于一个小区只有一张正交信道化码表，扩频因子越小，正交信道化码Cch，i，j的个数就越少；小扩频因子对应的码树上码字是高速扩频码，大扩频因子对应地码树上码字是低速扩频码。同时，正交信道化码具有以下特点：(1)只有其父节点码字以及其子树上的任何节点码字都未被分配掉的码字才可以被分配；(2)码字被分配掉以后，就会阻塞掉其子树上的所有低速扩频码以及它到根路径上的高速扩频码。
从结构图和特点可看出：正交信道化码资源是非常有限的，因此需要对正交信道化码资源的分配采用优化分配策略，以尽量避免由码资源分配的不合理导致的多个高速扩频码被阻塞，造成系统容量减小的现象。宽带码分多址移动通信系统下行方向正交信道化码资源的分配就是在用户接入或业务的服务质量(Quality of Service，简称QoS)变化时，根据用户的要求和系统现有的码资源，给用户分配一个合适的码。正交信道化码资源分配的目的是：使系统在低复杂度条件下支持尽可能多的用户。
随着移动通信技术的快速发展，已有许多学者对移动通信的各种新技术进行了深入研究，然而对于宽带码分多址系统中，信道化码资源分配问题的研究几乎还是一片空白。程江，朱世华，党安红在《西安交通大学学报》(vol.35，No.6，Jun.2001.pp581-585)上发表的《宽带码分多址系统中正交码的分配策略研究》，给出了一种基于代价函数的宽带码分多址系统中正交码的分配策略，其代价函数为：
E=A1RE+A2(M-Σn=1Nsn)2+A3Σ{Σci∈L(n)[si(1-bτ(i)]-[1-(-1)na(n)]/2}.........(1)]]>
从上述的公式(1)可看出：对基于代价函数的方法不仅需要去确定N个子集，还要进行两重求和运算，计算复杂度很高；而且A1、A2、A3三个常数的不确定性，导致这种方法在实际实现时存在一定难度。
美国专利6,108,369《Channelization Code Allocation for RadioCommunication Systems》的重点是：保证控制和数据物理信道的信道化码的正交性。其缺点是：未涉及正交化码分配策略和优化的问题；因此，会因为在用户接入时，码资源阻塞导致系统容量的减小。美国专利6,163,524《Code Allocation in CDMA》揭示的在码资源分配方法也会在分配码资源时造成码资源的浪费，影响系统的容量。
【发明内容】
本发明的主要目的在于提供一种宽带码分多址通信系统信道化码动态优化分配方法，根据现有码资源的实际状况，对新接纳业务的正交信道化码进行实时的动态优化分配，在分配过程中采用权值比较的方法来考虑码资源的合理使用问题，使得分配掉码资源后引起码树的阻塞率最小，以使系统的码资源状况得到最优。
本发明的另一目的在于提供一种宽带码分多址通信系统信道化码动态优化分配方法，在分配过程中考虑码资源的阻塞率的问题，尽量保证在下行链路不会因为码资源受限而影响系统的容量，同时也可以提高系统的容量。
本发明的目的是这样实现的：
一种本发明所述的宽带码分多址通信系统信道化码优化分配的方法(权值法)描述如下：
首先先对一些概念作一下定义。
定义1：把扩频因子(Speading Factor，简称SF)对应的码树层上可分配的节点构成的集合称为可分配集。
在WCDMA通信系统中允许多码传输，因此在进行优化动态分配码资源时就存在着一次需分配一个和多个码字的情况。本发明给出的技术方案适合一次分配一个和多个码字两种情况。
本发明的一个核心特征就是用分配状态和权值两个属性来描述码字在码表中的分配状况；根据信道化码的生成特点，可以把小区的下行链路的所有信道化码构成一棵完全二叉树，对于下行方向，整棵码树共有8层，对应的扩频因子扩频因子＝{4，8，16，32，64，128，256，512}。每层上对应的结点总数等于扩频因子的大小。码字两个属性：分配状态(Flag：可设为3个值，分别代表已分配、未分配、为下行共享信道预留的子码树状态)和权重(Weight)，其初始值为未分配，权重为0。扩频因子＝{4，8，16，32，64，128，256，512}层所对应的节点最大权值分别为MaxWeight＝{128，64，32，16，8，4，2，1}，如果节点被分配，则令该节点的Flag＝已分配，Weight＝MaxWeight[i]，其中i为申请的扩频因子所对应的层；然后，修改相应的父节点和子节点的权值，分配状态不用修改。父节点的权值只需累加其相应两个子节点的权值，此节点之下的所有低速子节点的权值都设为对应层上的最大权值。
在小区建立时需要初始化码表(设置码字的分配状态和权值为初始值：[未分配状态，0])。
WCDMA通信系统中动态分配信道化码资源的总体步骤如下：
第一步：取输入参数(扩频因子扩频因子)和要分配的码字个数N；
第二步：首先判断输入的扩频因子对应的码树层上是否有N(N＝1，...，6)个可分配的信道化资源(判断方法：无论码表的分配状况如何，每层上各节点的权值总和都相等，因此在判断是否有可分配的码资源时，只需累加最小扩频因子层上节点的权值和，然后再加上将要分配的扩频因子层N个最大权值，得到判断分值，若判断分值大于单层所有节点最大权值的总和，则表明此时码表没有与业务相匹配的码资源，返回码资源已被分配完的命令；否则表明有可分配的码资源)；若没有可分配的码资源，则执行第十步；否则表明有可分配的码资源，继续执行第三步；
第三步：调用分配单枝被占用的空闲码字方法，执行完毕后继续第四步；
第四步：判断第三步返回的是否分配成功命令，若分配成功，则执行第七步；否则执行第五步；
第五步：调用在可分配集中分配信道化码的方法，执行完毕后继续第六步；
第六步：判断第五步返回的是否分配成功命令，若分配成功，则执行第七步；否则执行第九步；
第七步：从寄存器中取出前N个分配的码字，并修改这N个码字的分配状态和权值以及其所有父节点和子节点的权值，执行第八步；
第八步：返回分配成功的命令(包括分配的码字编号)。
第九步：返回由于破网(当用户结束通信时，码资源管理模块就会释放此用户使用的码资源，但由于用户结束通信过程是随机的，因此造成正交信道化码树的码资源占用情况变得很不紧致，也就是所谓的破网)造成不能分配的命令。
第十步：返回码资源不够分配的命令。
分配单枝被占用的空闲码字的步骤如下：
第一步：初始化参数：设置优化分配计数器，分配码字个数为N，设置一个中间变量Startid用以指示本扩频因子层比较节点的标号；
第二步：判断本扩频因子的码字节点是否比较完；若没有比较完，则执行第三步；若比较完，则执行第十步；
第三步：判断Startid标志的节点是否空闲码字；若为空闲码字，则执行第四步；若不是空闲码字，则执行第六步；
第四步：判断该空闲码字的兄弟节点是否被占用；若被占用，则执行第七步；否则执行第五步；
第五步：把此Startid号加入可分配集中，并把Startid加2(因为是双枝未分配，所以其下一个节点就不用再判断)，然后跳到第二步；
第六步：比较本扩频因子层上的下一码字节点(Startid加1)，并跳到第二步；
第七步：优化分配码字计数器加1，并把该码字的编号存储到码字存储器中；
第八步：判断优化分配码字个数是否已满足需求；若满足，则执行第九步；否则跳到第六步；
第九步：返回分配成功(含N个分配码字标号)，结束。
第十步：返回分配未成功(含已分配的码字标号)，结束。
在可分配集中分配信道化码的步骤如下：
第一步：判断已优化分配的码字个数与可分配集中的元素个数的2倍之和是否满足需要分配的码字个数；若满足，则执行第二步；否则执行第十二步；
第二步：从本扩频因子层的第一层父节点(FatherLayer＝1)开始进行优化分配；
第三步：从可分配集中的第一个元素(i＝0)开始；
第四步：判断可分配集中的元素是否比较完；若比较完，则执行第十一步；否则执行第五步；
第五步：判断该元素的第FatherLayer层父节点的兄弟节点是否被占用；若被占用，则执行第七步；若未被占用，则执行第六步；
第六步：从可分配集中取出当前元素后的第2FatherLayer个元素(因为如果该元素的FatherLayer层父节点的兄弟节点没有被占用，那么则不用去取出可分配集中该元素的FatherLayer层父节点的兄弟节点子树上的空闲码字进行比较)，然后跳到第四步；
第七步：此时表明该元素即为可分配的码字，由于该元素的FatherLayer层父节点子树上扩频因子层的空闲码字个数有2FatherLayer个，因此令优化分配码字计数器加2FatherLayer；把此次优化分配的码字编号Nodei，Nodei+1，...，Nodei+2FatherLayer(Nodei为当前判断的可分配集中第i个元素对应的码字编号)放到寄存器中；并更新可分配集(在分配集中去掉第i，i+1，i+2FatherLayer-1个元素)，继续第八步；
第八步：判断优化分配码字个数是否已满足需求；若满足，则执行第九步；否则执行第十步；
第九步：返回分配成功(含N个分配码字节点标号)，结束。
第十步：从可分配集中仍取出第i个元素，跳到第四步；
第十一步：此时说明在扩频因子层的第FatherLayer层已经比较完，还没有满足分配的需求，那么此时就要通过判断更高一层的父节点的兄弟节点的占用情况来分配信道化码，令FatherLayer加1，并跳到第三步；
第十二步：返回由于链路随时释放造成破网导致分配失败的命令，结束。
注意：上述的占用包括分配、屏蔽和阻塞三种情况。
注意：由于在下行方向进行信道化码分配时，首先要分配某些公用信道的信道化码，而某些公用信道化码的码字是固定的，只需直接分配即可。因此对于整个码表来说，并不存在一开始对应的扩频因子层上所有的码字均未被分配的情况。
通过以上技术方案，本发明具有如下效果：
采用本发明所述方法，与现有技术相比，具有易于实现、计算复杂度更低、系统开销小的特点，便于在实际的系统开发中应用，达到了理论与实际应用相结合的效果，并且提高了在宽带码分多址移动通信系统中信道化码分配的效率。从宽带码分多址移动通信系统下行链路的容量角度来说，其容量受限于基站最大总功率和信道化码资源，采用本发明提出的方法进行实际实现，可以提高宽带码分多址移动通信系统的容量，对于宽带码分多址移动通信系统的实际开发具有非常重要的意义。
【附图说明】
图1为信道化码树结构图；
图2为动态分配信道化码的总体流程图；
图3为分配单枝被占用的码资源方法流程图；
图4为在可分配集中分配信道化码方法流程图；
图5为优化分配信道化码的一个实例图。
【具体实施方式】
以下结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明：
参见图2，动态分配信道化码资源的总体步骤如下：
第一步：取输入参数(扩频因子扩频因子)和要分配的码字个数N；
第二步：首先判断输入的扩频因子对应的码树层上是否有N(N＝1，...，6)个可分配的信道化资源(判断方法：无论码表的分配状况如何，每层上各节点的权值总和都相等，因此在判断是否有可分配的码资源时，只需累加最小扩频因子层上节点的权值和，然后再加上将要分配的扩频因子层N个最大权值，得到判断分值，若判断分值大于单层所有节点最大权值的总和，则表明此时码表没有与业务相匹配的码资源，返回码资源已被分配完的命令；否则表明有可分配的码资源)；若没有可分配的码资源，则执行第十步；否则表明有可分配的码资源，继续执行第三步；
第三步：调用分配单枝被占用的空闲码字方法，执行完毕后继续第四步；
第四步：判断第三步返回的是否分配成功命令，若分配成功，则执行第七步；否则执行第五步；
第五步：调用在可分配集中分配信道化码的方法，执行完毕后继续第六步；
第六步：判断第五步返回的是否分配成功命令，若分配成功，则执行第七步；否则执行第九步；
第七步：从寄存器中取出前N个分配的码字，并修改这N个码字的分配状态和权值以及其所有父节点和子节点的权值，执行第八步；
第八步：返回分配成功的命令(包括分配的码字编号)。
第九步：返回由于破网(当用户结束通信时，码资源管理模块就会释放此用户使用的码资源，但由于用户结束通信过程是随机的，因此造成正交信道化码树的码资源占用情况变得很不紧致，也就是所谓的破网)造成不能分配的命令。
第十步：返回码资源不够分配的命令。
参见图3，分配单枝被占用的空闲码字的步骤如下：
第一步：初始化参数：设置优化分配计数器，分配码字个数为N，设置一个中间变量Startid用以指示本扩频因子层比较节点的标号；
第二步：判断本扩频因子的码字节点是否比较完；若没有比较完，则执行第三步；若比较完，则执行第十步；
第三步：判断Startid标志的节点是否空闲码字；若为空闲码字，则执行第四步；若不是空闲码字，则执行第六步；
第四步：判断该空闲码字的兄弟节点是否被占用；若被占用，则执行第七步；否则执行第五步；
第五步：把此Startid号加入可分配集中，并把Startid加2(因为是双枝未分配，所以其下一个节点就不用再判断)，然后跳到第二步；
第六步：比较本扩频因子层上的下一码字节点(Startid加1)，并跳到第二步；
第七步：优化分配码字计数器加1，并把该码字的编号存储到码字存储器中；
第八步：判断优化分配码字个数是否已满足需求；若满足，则执行第九步；否则跳到第六步；
第九步：返回分配成功(含N个分配码字标号)，结束。
第十步：返回分配未成功(含已分配的码字标号)，结束。
参见图4，在可分配集中分配信道化码的步骤如下：
第一步：判断已优化分配的码字个数与可分配集中的元素个数的2倍之和是否满足需要分配的码字个数；若满足，则执行第二步；否则执行第十二步；
第二步：从本扩频因子层的第一层父节点(FatherLayer＝1)开始进行优化分配；
第三步：从可分配集中的第一个元素(i＝0)开始；
第四步：判断可分配集中的元素是否比较完；若比较完，则执行第十一步；否则执行第五步；
第五步：判断该元素的第FatherLayer层父节点的兄弟节点是否被占用；若被占用，则执行第七步；若未被占用，则执行第六步；
第六步：从可分配集中取出当前元素后的第2FatherLayer个元素(因为如果该元素的FatherLayer层父节点的兄弟节点没有被占用，那么则不用去取出可分配集中该元素的FatherLayer层父节点的兄弟节点子树上的空闲码字进行比较)，然后跳到第四步；
第七步：此时表明该元素即为可分配的码字，由于该元素的FatherLayer层父节点子树上扩频因子层的空闲码字个数有2FatherLayer个，因此令优化分配码字计数器加2FatherLayer；把此次优化分配的码字编号Nodei，Nodei+1，...，Nodei+2FatherLayer(Nodei为当前判断的可分配集中第i个元素对应的码字编号)放到寄存器中；并更新可分配集(在分配集中去掉第i，i+1，i+2FatherLayer-1个元素)，继续第八步；
第八步：判断优化分配码字个数是否已满足需求；若满足，则执行第九步；否则执行第十步；
第九步：返回分配成功(含N个分配码字节点标号)，结束。
第十步：从可分配集中仍取出第i个元素，跳到第四步；
第十一步：此时说明在扩频因子层的第FatherLayer层已经比较完，还没有满足分配的需求，那么此时就要通过判断更高一层的父节点的兄弟节点的占用情况来分配信道化码，令FatherLayer加1，并跳到第三步；
第十二步：返回由于链路随时释放造成破网导致分配失败的命令，结束。
参见图5，对一个移动通信系统来说，其信道化码的分配和释放是随机的。首先我们假设现有的信道化码树已分配和占用的码字如图5所示，需要说明的是，图5只是为了说明权值法的应用，只画出了码树的一部分。而权值法的作用是针对整棵码树的。本实施例只是针对图5，给出权值法的具体实现步骤。
在图5中，其中6、8、9、20、21号节点是已被分配的节点，4号和5号节点是由于其父节点被分配而间接被占用的节点。现在假设扩频因子为32的业务申请6个信道化码。
图5中，空白圆形形代表未被占用的空闲码字，三角形代表已分配的码字，深色圆形代表由于低速扩频因子的码字被分配而屏蔽掉的高速扩频因子码字，方框代表高速扩频因子码字被分配而屏蔽掉的低速扩频因子码字，六边形代表优化分配的码字(根据申请的扩频因子)。
采用技术方案中描述的权值法具体实现步骤如下：
第一步，判断扩频因子为32对应的码树层上是否有可分配6个码字的码资源；判断方法依据技术方案中的方法，若没有可分配的码资源则返回码资源已被分配完的命令；若有可分配的码资源，继续执行第二步；
第二步，初始化参数：设置优化分配码字计数器AssNodeCounter＝0；
第三步，在码树上对应的扩频因子为32对应的码树层上寻找空闲码字，根据可分配集的构成规则得到此层上可分配码字的集合A。在本实例中，得到A＝[0，2，10，12，14，16，18，22，24，26，28，30]。分配标号为7的码字为第一个将要被分配的码字，并把7存储到寄存器B中：B＝[7]，此时优化分配码字计数器(AssNodeCounter)为1；由于优化分配码字计数器为1，小于6，则应继续进行第三步的分配；加入分配集的节点顺序为0-2-(把7号节点存储起来)-10-12-14-16-18-24-26-28-30；
第四步，然后统计可分配的码字个数(AssNodeCounter+2×可分配集中元素个数)，在本实例中为1+11×2＝23，大于6，说明没有因为破网造成不够分配的情况，继续下一步；
第五步，根据权值法的优化分配流程图，可知首先判断扩频因子＝16的码树层上的可分配集中的节点对应的父节点的兄弟节点是否被分配；
第六步，从0号节点开始判断，由于0号节点的父节点的兄弟节点未被分配，则根据分配原则，需更新可分配集(在可分配集中去掉2号节点)，A＝[0，10，12，14，16，18，22，24，26，28，30]。由于此时判断的节点不是可分配集的最后一个节点，则继续判断新可分配集中的该节点的下一个节点，即10号节点；
第七步，由于10号节点的父节点的兄弟节点已被分配，则分配10和11号节点为将要分配的码字节点号，把10、11标号存储到寄存器B中(B＝[7，10，11])，然后把优化分配码字计数器加2(AssNodeCounter＝3)；由于AssNodeCounter小于6，则更新分配集：去掉10号节点，A＝[0，12，14，16，18，22，24，26，28，30]，继续判断可分配集中的下一个节点(12号节点)；
第八步，由于12号节点的父节点的兄弟节点未被分配，则根据分配原则，需更新可分配集(在可分配集中去掉14号节点)，A＝[0，12，16，18，22，24，26，28，30]。由于此时判断的节点不是可分配集的最后一个节点，则继续判断新可分配集中的该节点的下一个节点，即16号节点；16号节点与12号节点的性质相同，只需在更新可分配集(在可分配集中去掉18号节点)即可；然后判断22号节点；
第九步，22号节点与10号节点性质相同，此时将分配22和23号节点，把22、23标号存储到寄存器B中(B＝[7，10，11，22，23])，然后把优化分配码字计数器加2(AssNodeCounter＝5)；由于AssNodeCounter小于6，则更新分配集：去掉22号节点；A＝[0，12，16，24，26，28，30]，继续判断可分配集中的下一个节点(24号节点)；24、28号节点都是其父节点的兄弟节点未分配的情况，因此只需更新可分配集即可，最后可分配集A＝[0，12，16，24，28]；
第十步，由于此时AssNodeCounter＝5小于6，因此还需根据更高一层(扩频因子＝8)的父节点来判断新分配集中应分配哪一个节点；
第十一步，首先判断0号节点，因其扩频因子层上的父节点的兄弟节点已被分配，则分配0、1、2、3号节点；把0、1、2、3标号存储到寄存器B中(B＝[7，10，11，22，23，0，1，2，3])，然后把优化分配码字计数器加4(AssNodeCounter＝9)；由于AssNodeCounter＞6，此时就不用再继续分配；
第十二步，从寄存器B中取出前6个码字编号，修改这6个码字的分配状态和权值以及它们所对应的所有父节点和子节点的权值，返回优化分配的码字。
基于代价函数方法的正交化码分配策略是对于任何一个空闲码字均需进行代价函数的计算，而且对于每一项代价其目标函数的计算都是利用一个比较复杂的公式，这明显增加了系统分配码字的计算量，即增加了系统的开销；同时，基于代价函数法涉及三个常数A1，A2，A3的确定，应以什么标准来定也没有明确，这样给计算此代价函数带来了困难，使得此方法实现起来比较困难，同时给此方法也带来一些主观因素的影响。而本发明提出的基于权值法的动态优化分配信道化码方法，由于在分配时就已经考虑了正交化码本身的特点：分配码的结果，就会阻塞掉其子树上的所有低速扩频码和它到根路径上的高速扩频码，所以利用阻塞来屏蔽掉基于代价函数法中提到的干扰代价和业务代价函数的计算，在实际中很容易实现。根据此方法，可以求得任何情况下的正交化码的资源分配问题，而且还能保证正交化码的紧致性。根据技术方案的论述和实施例的实现可看出，其目的就是保证分配信道化码引起的整个码表阻塞率最小，也就是代价最小；而且权值法无须去确定未知的、与系统有关的参数，使得此方法不会由于主观原因产生任何偏差。因此，相对于基于代价函数法的信道化码分配方法，本方法不仅实现简单、计算量小，而且实现了对当前码表任何分配状况进行信道化码的优化分配。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。