选择时分多址传输信道 的方法和使用此方法的通信系统 【技术领域】
本发明涉及一种在时分多址(TDMA)协议中选择传输信道的方法和使用本发明方法的通信系统。
背景技术
在现有技术中，对于时分多址协议来说，已经提出了多种方法用来根据在多条传输信道中每条信道上测量的传输状态而从多条传输信道中选择出一条传输信道。这些方法具体应用于在基站和一组移动电话机之间无线电传输的情况，将基站链接到移动电话机的每条信道的传输质量根据电话机的移动性及其无线电环境的变化而独立地改变。
在文献US-B1-6,449,490中描述了这样一种方法，该方法是：
·为每条信道接收代表在该信道上当前可达到的传输速率的数值；
·为每条信道确定在时间窗口内在该信道上达到的传输速率；
·选择当前可达到的传输速率与在时间窗口内达到的传输速率之比最高的信道。
与并不考虑信道传输质量变化地选择方法相比，这种方法的价值在于通过选择传输状态最有利的信道，提高了每条信道的传输速率。这种选择基于可达到的传输速率和所达到的传输速率之比，从而提供相对公平地访问传输资源。这种方法的缺点在于，其上达到的速率将因为除了共享传输资源之外的某种原因受到限制(例如与移动电话机接收能力有关的约束)的信道即使其传输状态很差也可能被系统地选择。
旨在利用各信道传输质量独立变化和在同一文献中描述的另一种方法是：
·为每条信道接收信道传输质量的周期性指示；
·为每条信道计算该信道的平均传输质量；
·选择最后的传输质量指示与平均传输质量之比最高的信道。
当使用这种现有技术的教导时，将会出现向某些信道分配的传输资源部分比其它信道多得多。实际上，传输资源的分配取决于信道组传输状态随机变化的分布。此外，当信道传输状态的随机变化的分布不同时，评估资源分配和每条最终选择信道的传输质量是非常困难的，实际上也是这种情况。
【发明内容】
本发明提供一种对现有技术中这些缺点的解决方法。具体而言，本发明的方法使得能够选择相对于在时间窗口内信道的传输状态具有最佳传输状态的信道，同时确保在与信道传输状态的随机变化的分布无关的情况下，所有信道都能公平访问传输资源。此外，每条选定信道的传输质量易于评估，并仅随该信道的而非所有信道的传输状态随机变化的分布而变化。
具体而言，本发明涉及一种在时分多址协议中从多条传输信道中选择至少一条传输信道的方法。根据本发明，该选择方法包括：
·为每条信道接收该信道传输质量的周期性指示；
·存储在时间窗口内用于每条信道的这些指示；
·选择至少一条信道，所述信道具有相对于在时间窗口内所存储的用于此信道的传输质量指示的最佳当前传输质量指示位置。
根据本发明的一个方面，选择至少一条信道的步骤是从要在其上传送数据的多条信道中执行的，并且包括从这些信道中选择至少一条信道，该信道具有相对于在时间窗口内为该信道存储的传输质量指示的最佳当前传输质量指示位置或者最佳位置之一。
根据本发明的另一方面，该方法包括确定信道数量N、时间窗口大小T和在所述时间窗口内每条信道的传输质量初始值，并在于在重新初始化有限状态机选择的时刻，尤其当由于用户活动导致信道数量N改变时，可以通过中断该方法来更新这些参数。
根据本发明的另一方面，该方法包括在每个时间单元内执行指令序列，该指令序列包括：
·执行一个循环，以为每条信道确定当前传输质量指示相对于在时间窗口内为该信道存储的传输质量指示的位置；
·从要传输数据的这些信道中选择具有最佳值或最佳值之一的至少一条信道；
·将传输授权至少给予该信道。
根据本发明的另一方面，对于每条信道，该循环包括：
·获取该信道的至少一个传输质量指示，即Ci(t)；
·将位置Pi的数值初始化为1；
·执行第二循环以确定表示位置Pi的值；
·执行第三循环以更新在该时间窗口内信道的传输质量指示。
根据本发明的另一方面，对于每个循环索引(k，其中k从1至T)，第二循环包括：
·评估由下述关系式定义的测试的结果：
Ci(t-k)＞Ci(t)；
·如果测试结果为肯定，则将位置指示Pi递增1；
·反之，评估由关系式(Ci(t-k)＝＝Ci(t)AND(RAND＜1))定义的测试的结果，其中RAND是返回一个随机变量特别是在区间[0，2]上均匀分布的随机变量的函数；
·如果测试结果为肯定，则重新执行递增位置指示Pi的步骤。
根据本发明的另一方面，对于每个循环索引(k，其中k从T到1)，第三循环包括：
·将先前存储的数值Ci(t-k+1)赋给变量Ci(t-k)。
根据本发明的另一方面，当将要传输数据的若干信道具有最小的位置指示Pi时，使用诸如随机选择的惯例。
根据本发明的另一方面，该方法包括，如果授权多条信道同时传输，则从将要传输数据的信道中选择具有最佳位置Pi的那些信道，和将传输授权给予这些信道。
根据本发明的另一方面，当信道的当前传输质量指示即Ci(t)等于时间窗口内的一个或多个数值时，第二测试执行预定的惯例来计算位置Pi。
根据本发明的另一方面，并行而非顺序地部分或全部地处理所述循环。
本发明还涉及使用本发明方法的通信系统，其特征在于它包括：
·一种为至少一条信道接收该信道传输质量的周期性指示的方法；
·一个存储在时间窗口内每条信道的传输质量指示的存储器；
·一个计算电路，为已经接收到其传输质量周期性指示的每条信道，确定该信道的当前传输质量指示相对于在该时间窗口内为该信道存储的传输质量指示的位置；
·一个电路，用于选择至少一条传输信道，所述信道具有相对于在时间窗口内为该信道存储的传输质量指示的最佳当前传输质量指示位置或者最佳位置之一。
根据本发明的另一方面，用于选择至少一条传输信道的电路包括从将在其上传输数据的一组信道中选择多条信道的装置，这些信道具有相对于在时间窗口内为该信道或这些信道存储的位置的最佳当前传输质量指示位置或者最佳位置之一。
根据本发明的另一方面，该系统包括用于获取信道在时期t的传输质量信号Ci(t)的至少一个电路。
根据本发明的另一方面，该系统包括由T个块组成的至少一个存储器，每个块k包含在时期(t-k)上信道i的传输质量值，即Ci(t-k)，其中k从1至T。
根据本发明的另一方面，该系统包括至少一组T个比较电路，每个电路比较在至少获取电路内包含的当前传输质量指示与在存储块k内包含的在时期t-k的传输质量指示，其中k从1至T。
根据本发明的另一方面，该系统包括至少一个加法器，其输入连接到每个比较电路的输出，其中k从1到T，和始终提供数值1的独立输入。
【附图说明】
借助于附图及随后对其的描述，将更好地理解本发明的特征和优点，在附图中：
图1是表示在本发明中使用的通信系统的方框图；
图2是表示三条信道传输质量的变化和用于解释本发明方法的定时图；
图3是表示计算一条信道的当前传输质量指示相对于为该信道存储的传输质量指示的位置以便根据本发明的方法来选择传输信道的系统的方框图。
图4是本发明的方法的流程图。
【具体实施方式】
图1图示使用时分多址协议的通信系统的简化结构。这样一个通信系统包括一个公用站1，它是共享一个主站和同一传输资源的一组N个电话机3的主站。尽管在本说明书中已经将电话机的数量N选择为固定的，但是显然这个数量实际上可以根据共享该通信系统的用户的活动而变化。一组N条传输信道2将所述公用站连接到一组电话机3。2_i标识将所述站1连接到电话机3_i的传输信道，其中i从1到N。在给定瞬间，如果将在信道2_i上传输数据，则将该信道称为活动的，反之则称为不活动的。对传输资源的访问通常是顺序的，由所述站1在任意时刻上将传输授权给予一条并且仅一条信道2_i。然而，在具体实施例中，所述站可以授权多条信道同时进行传输。
每条信道2_i通常是微波通信信道，其质量具体取决于所述站1与相应电话机3_i的距离以及在该微波路径上由各种无线电现象引起的干扰。在具体实施例中，在下行链路方向上进行传输，也就是从所述站1到该组电话机3。然后例如利用由站1发送的导频信号在相应电话机3_i上测量每条信道2_i的传输质量，并由电话机3_i定期地向站1发送该传输质量指示，适当的时候通过与传输信道2_i不同的信道。当所述站1未接收到这个传输质量指示或者该指示出错时，使用任意一个数值，例如所接收的最后一个传输质量指示。在另一个实施例中，在上行链路方向上进行传输，也就是说从该组电话机3到所述站1。然后，直接由所述站1来测量每条信道的传输质量。
所述站1根据下文中所描述的一种方法从多条活动信道中选择出一条具有相对于所存储的传输质量指示的最佳当前传输质量指示位置的活动信道，并授权该信道传输一定时间。在具体实施例中，仅当传输资源可用时，此授权才生效，所述传输资源可以由先前已经被授权传输并依然被授权传输的信道之一使用，或者由不属于所考虑的该组信道2的一条信道使用。在具体实施例中，其中所述站1在适当的时候授权多条信道同时传输，选定的信道是相对于分别为这些信道中的每条信道存储的传输质量指示具有最佳当前传输质量指示位置的那些信道。
图2图示代表N＝3条信道的传输质量变化和有助于解释由本发明方法使用的信道选择原理的时序图。在这个例子中，传输质量指示可以采用一组六个数值-1，2，3，4，5，6-对应于递增的传输质量：数值1代表差传输质量，数值6代表好传输质量。数据组(1)、(2)和(3)给出分别在信道2_1、2_2和2_3的每个时间单元内由所述站1所接收的并存储在在此将其大小选择为T＝8个时间单元的时间窗口内的传输质量指示。将信道2_i在时期t的传输质量指示标记为Ci(t)，Pi(t)是该值相对于在时间窗口内存储的传输质量指示的位置。
在图示(1)中可以看出信道2_1在当前时期t的传输质量指示是Ci(t)＝4，而为该信道在时间窗口内存储的数值C1(t-k)＝2，3，2，3，1，1，2，1，其中k从1到T。因为C1(t)＞C1(t-k)，其中k从1到T，当前传输质量处于相对于在该时间窗口内存储的那些指示的第一位置，即P1(t)＝1。类似地，在图示(2)中可以看出信道2_2在当前时期t的传输质量指示是C2(t)＝5，在相对于该时间窗口内存储的那些指示的第三位置上，即P2(t)＝3。当一条信道的当前传输质量指示等于在该时间窗口内存储的一个或多个数值时，采用惯例来决定其位置。因而，可以看出在图示(3)中信道2_3在当前时期t的传输质量指示是C3(t)＝3，等于数值C3(t-3)，根据所选择的惯例在相对于该时间窗口内所存储指示的第四或第五位置上。在一种具体实施例中，随机地选择当前传输质量指示相对于所存储的同一数值指示的位置。因而，根据随机测试结果，信道2_3的当前传输质量指示位置将是P3(t)＝4或P3(t)＝5。
在时期t上选择的信道是具有最佳当前传输质量指示位置的活动信道。因为在图2的情况下P1(t)＜P2(t)＜P3(t)，所选择的信道是信道2_1，如果这条信道是活动的；所选择的信道是信道2_2，如果信道2_1是不活动的且信道2_2是活动的；或者选择信道2_3，如果信道2_1和2_2是不活动的。当多条活动信道达到最小数值Pi(t)时，采用惯例来决定选择这些信道中的哪一条信道。在一种具体实施例中，随机地选择这些信道中的一条信道。
在其中所述站可以授权多条信道同时传输的一种实施例中，所选择的信道是具有相对于在时间窗口内分别为这些信道中的每条信道所存储的指示的最佳当前传输质量指示位置的活动信道。因为在图2的情况下P1(t)＜P2(t)＜P3(t)，例如假设所有三条信道都是活动的，根据将要选择的信道数量，所选择的信道将是信道2_1、信道2_1和2_2、或者所有三条信道。如上面所解释的，在多条信道具有相同位置Pi(t)的情况下，采用一种惯例，例如随机选择这些信道的子集。
图3图示计算信道2_i在时期t的传输质量相对于在时间窗口内存储的先前数值的位置Pi(t)的系统的简化结构。该系统主要包括：
·用于获取信道2_i在时期t的传输质量信号即Ci(t)的电路A1；
·包括T个块的存储器A2，每个块A2.k包含信道2_i在时期t-k的传输质量值，即Ci(t-k)，其中k从1到T；
·一组T个比较电路A3，每个电路A3.k比较在电路A1内包含的当前传输质量指示和在存储块A2.k内包含的在时期t-k的传输质量指示，其中k从1到T；和
·加法器A4，其输入连接到每个比较电路A3.k的输出，其中k从1到T，并且还有一个始终提供数值1的独立输入。
在时期t上，偏置先前在电路A1和存储器A2内包含的在时期t-1更新的信道2_i的传输质量值，使得块A2.1在时期t包含先前在获取电路A1内包含的数值Ci(t-1)，每个块A2.k在时期t包含先前在块A2.(k-1)内包含的数值Ci(t-k)，其中k从2到T。由电路A1获得信道2_i在时期t的传输质量，即Ci(t)。
如果Ci(t)＜Ci(t-k)，则每个比较电路A3.k返回数值1，如果Ci(t)＞Ci(t-k)，则返回0。如果Ci(t)＝Ci(t-k)，则根据一种实施例，电路A3.k返回数值0；根据另一种实施例，返回数值1；根据第三实施例，如果随机测试的结果为肯定，则返回数值1，反之返回数值0。在加法器A4的输出端给出信道2_i在时期t的传输质量指示相对于在时间窗口内为该信道存储的那些指示的位置Pi(t)。
图4图示本发明方法的一种实施例的流程图。
在步骤S0，初始化信道数量N、时间窗口T和在该时间窗口内每条信道的传输质量值。在由重新初始化有限状态机选择的时间，特别是如上文所述，当由于用户活动导致信道数量N改变时，可以通过中断该方法来更新这些参数。重新初始化有限状态机的确定不在本申请的范围之内。
然后，该控制在时钟H驱动的每个时间单元内执行一系列的指令，这些指令具体可以由上述的重新初始化有限状态机来中断。该一系列的指令包括：
·执行下文所述的循环B1，以便为每条信道2_i确定当前传输质量指示相对于在该时间窗口内为该信道存储的那些指示的位置Pi；
·在步骤S5中从活动信道中选择出数值Pj最小的信道2_j；
·在步骤S6中将传输授权给信道2_j。
对于每条信道2_i，其中i从1至N，循环B1包括：
·在步骤S1中，获取信道2_i的传输质量指示，即Ci(t)；
·在步骤S2，将Pi的值初始化为1；
·执行下文中所述的循环B2以确定Pi的值；
·执行下文中所述的循环B3以更新信道2_i在时间窗口内的传输质量指示。
对于每个k，其中k从1至T，循环B2包括：
·评估测试T1：Ci(t-k)＞Ci(t)的结果；
·如果测试T1的结果为肯定，则在步骤S3将Pi递增1；
·反之，评估测试T2：(Ci(t-k)＝＝Ci(t))且(RAND＜1)的结果，其中RAND是一个返回在区间[0，2]上均匀分布的随机变量的函数；
·如果测试T2的结果为肯定，则执行步骤S3。
对于每个k，其中k从T至1，循环B3包括：
·在步骤S4将数值Ci(t-k+1)赋给变量Ci(t-k)。
显然，当多条活动信道具有最小值Pi时，在步骤S5中使用诸如随机选择的惯例。同样显然地，在所述站1授权多条信道同时传输的具体实施例中，步骤S5包括从活动信道中选择出数值Pi最小的信道，步骤S6包括将传输授权给予那些信道。
显然，当信道的当前传输质量指示即Ci(t)等于时间窗口内的一个或多个数值时，可以应用除了测试T2的随机选择之外的任何惯例来计算Pi的值。
显而易见地，可以并行地而非顺序地处理部分或全部的循环B1、B2和B3。