专利名称：一种下行分组映射方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，尤其涉及正交频分多址接入(Orthogonal FrequencyDivision Multiple Access，OFDMA)系统中的一种下行分组映射方法与装置。
背景技术：
OFDMA物理层规定下行分组可以映射到任何由若干连续时隙(slot)和若干连续子信道(subchannel)组成的时频二维矩形区域内，并且在下行映射帧(DL_MAP)中用起始时隙号，起始子信道序号，时隙数目和子信道数目四个参数来表示该矩形区域。如图1所示，图中每个矩形方块表示一个分组的映射区域，分组的大小(时隙数目×子信道数目)由无线分组调度模块和无线资源管理模块确定，为所需的传输速率与分组模式(Burst Profile)所规定的传输比特率之比。
这种二维映射结构极易产生资源碎片，不当的映射方法会造成下行帧虽然有足够的空间，但无法形成完整的矩形区域来容纳一个分组。因此，需要设计适当的下行分组映射方法来确定各个分组的映射区域，使得下行信道可以容纳更多的分组并且产生更少的碎片。下行分组映射是一个很复杂的问题，需要针对给定的分组大小来确定其映射区域(包括起始时隙、时隙数目、起始子信道、子信道数目)。这个问题目前并没有得到很好的解决。
现有技术一的技术方案为了避免下行映射过程中产生的碎片，将下行分组分解成若干粒度细小的块映射到不连续的区域，同时用额外的信令指示这些区域的位置以便接收端进行重组。这种方法实现非常简单，其原理在于通过小粒度的分组来避免碎片的产生。
现有技术一的缺点如下1、将分组分成若干块之后映射到不连续的区域，需要在DL-MAP帧中用相应数目的信息单元(Information Element，IE)进行指示，导致下行信令的开销增大。
2、移动台需要在不连续的区域进行解调和解码，并且将解码数据合并成一个完整的分组，造成接收端需要较高的硬件复杂度和处理时延。
现有技术二的技术方案将信道映射模块与分组调度模块结合，在进行分组调度的时候同时考虑信道剩余资源的几何形态，使得调度出来的分组能够刚好匹配当前的几何形态，以此来降低信道的碎片比例和提高传输效率。
现有技术二的缺点如下该方法是一个联合优化的问题，实现复杂度相当高。另一方面，在分组调度时同时考虑信道映射，在一定程度上会破坏分组调度本身需要满足的一些原则，比如用户之间的公平性，时延以及时延抖动等服务质量(QoS)的保证等等。
发明内容
本发明提供一种下行分组映射方法，用以解决现有技术中存在的采用分块方式映射下行分组到不连续区域时需要增加指示区域位置的下行信令，或采用联合优化进行分组映射时实现复杂度高的问题。
根据本发明提供的方法，本发明另提供一种相对应的下行分组映射装置。
本发明方法包括设置碎片集合，存储物理帧中可用于映射下行分组的时频碎片矩形，当对下行分组进行时频映射时，执行下列步骤根据当前下行分组大小，计算该分组所有可能的映射方式与所述碎片集合中每一个碎片矩形的匹配程度；选择出匹配程度最高的碎片矩形，按照对应的映射方式映射该下行分组；并更新所述碎片集合。
所述选择出匹配程度最高的碎片矩形，具体包括分别计算所述碎片集合中每一个碎片矩形所对应的时隙数目和子信道数目与当前分组所有可能映射的时隙数目和对应的子信道数目之差；选择时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值所对应的碎片矩形为匹配程度最高的碎片矩形。
如果计算出的所述最小值有多个，且对应多个不同的碎片矩形，则在所对应的多个碎片矩形中任选其一。
如果计算出的所述最小值有多个，且对应多个不同的碎片矩形，则还包括如下步骤在所对应的每一个碎片矩形中，选取时隙数目之差和子信道数目之差的较大值；将选出的多个较大值中的最小值所对应的碎片矩形作为匹配程度最高的碎片矩形。
所述更新碎片集合，包括在选择出的匹配程度最高的碎片矩形中去除掉当前下行分组映射所占用的时频矩形区域；生成新碎片矩形；如果所述碎片集合中还存在与选择出的匹配程度最高的碎片矩形具有公共区域的碎片矩形，则将公共区域从该碎片矩形中去除掉，生成新碎片矩形；用生成的新碎片矩形组成更新后的碎片集合。
所述碎片集合中包含的初始碎片矩形为物理帧的全部时频资源所对应的矩形。
根据本发明的上述方法，预先对需要映射到物理帧的多个下行分组按从大到小的顺序进行排序，优先映射较大的下行分组；或者预先对需要映射到物理帧的多个下行分组按业务类型进行排序，优先映射实时业务的下行分组；或者随机选取需要映射到物理帧的下行分组进行映射。
所述碎片集合中的每一个碎片矩形设置有唯一标识，以便相互区分。
本发明另提供一种下行分组映射装置，包括碎片集合存储模块，存储物理帧中可用于映射下行分组的时频碎片矩形；碎片矩形匹配模块，根据当前下行分组大小，计算该分组所有可能的映射方式与所述碎片集合中每一个碎片矩形的匹配程度，选择出匹配程度最高的碎片矩形；下行分组映射模块，按照与匹配程度最高的碎片矩形对应的映射方式映射该下行分组；碎片集合更新模块，更新碎片集合存储模块中存储的所述碎片集合。
所述碎片矩形匹配模块包括计算单元，分别计算所述碎片集合中每一个碎片矩形所对应的时隙数目和子信道数目与当前分组所有可能映射的时隙数目和对应的子信道数目之差；选择单元，选择时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值所对应的碎片矩形为匹配程度最高的碎片矩形。
所述选择单元包括第一选择子单元，选择时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值唯一对应的一个碎片矩形作为匹配程度最高的碎片矩形；第二选择子单元，当时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值所对应的碎片矩形有多个时，在所对应的多个碎片矩形中任选其一作为匹配程度最高的碎片矩形。或第三选择子单元，当时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值所对应的碎片矩形有多个时，在所对应的每一个碎片矩形中，选取时隙数目之差和子信道数目之差的较大值；将选出的多个较大值中的最小值所对应的碎片矩形作为匹配程度最高的碎片矩形。
所述碎片集合更新模块包括新碎片生成单元，在选择出的匹配程度最高的碎片矩形中去除掉当前下行分组映射所占用的时频矩形区域；生成新碎片矩形；如果所述碎片集合中还存在与选择出的匹配程度最高的碎片矩形具有公共区域的碎片矩形，则将公共区域从该碎片矩形中去除掉，生成新的碎片矩形；集合更新单元，用生成的新碎片矩形组成更新后的碎片集合。
本发明有益效果如下(1)本发明通过设置碎片集合，存储物理帧中可用于映射下行分组的时频碎片矩形，当对下行分组进行时频映射时，根据当前下行分组大小，计算该分组所有可能的映射方式与所述碎片集合中每一个碎片矩形的匹配程度；选择出匹配程度最高的碎片矩形，按照对应的映射方式映射该下行分组；并更新所述碎片集合。选择出匹配程度最高的碎片矩形时，通过分别计算碎片集合中每一个碎片矩形所对应的时隙数目和子信道数目与当前分组所有可能映射的时隙数目和对应的子信道数目之差；选择出时隙数目之差和子信道数目之差的最小值所对应的碎片矩形为匹配程度最高的碎片矩形。因此，本发明利用分组可能的映射方式与可映射的碎片矩形的匹配程度来寻找最佳的分组映射区域(每一个碎片矩形所对应的时隙数目和子信道数目与当前分组所有可能映射的时隙数目和对应的子信道数目之差最小，表示最佳匹配)，从而有效地减少了映射过程产生的碎片，使得下行传输效率得到提高。
(2)本发明不需要对分组进行分割，因此不增加额外的下行信令开销；接收端不需要在不连续的区域进行解调和解码，因此可以降低接收端的硬件复杂度。
(3)本发明实现的下行分组映射控制策略独立于分组调度模块，因此在实现上具有较低的复杂度。
图1为OFDMA模式规定的下行物理帧结构示意图；图2A、图2B为本发明实施例对下行分组进行映射时所占时频矩形示意图；图3为本发明提供的下行分组映射装置结构示意图；
图4为仿真不同的分组总大小情况下，分组数目与不能容纳的分组数目坐标图；图5为仿真不同的分组数目情况下，分组总大小与碎片比例坐标图。
具体实施例方式
本发明提供的下行分组映射方法，应用于OFDMA系统，包括设置碎片集合，存储物理帧中可用于映射下行分组的时频碎片矩形，当对下行分组进行时频映射时，根据当前下行分组大小，计算该分组所有可能的映射方式与所述碎片集合中每一个碎片矩形的匹配程度；选择出匹配程度最高的碎片矩形，按照对应的映射方式映射该下行分组；并更新碎片集合。
下面用具体实施例结合附图对本发明方法加以详细阐述。
为描述方便，设碎片集合为U。该碎片集合U中可能包含一个或多个元素，每一个元素为一个可用于映射下行分组的时频碎片矩形，给每一个碎片矩形设置一个唯一的对应标识，以便于相互区分。碎片集合U初始化时包含的初始碎片矩形为物理帧的全部时频资源所对应的矩形。
下面以一个物理帧的时隙数目和子信道数目分别为c和d，一共有由包调度算法确定的M个分组需要映射到该物理帧为例，给出本发明方法的一个具体的实施例。
假设每个分组的大小为{si，i＝1，2，…M}。由于一个OFDMA物理层的子信道由若干经过交织的子载波组成，可认为每个子信道的信道增益相近，因此可以将分组放置在下行物理帧的任何一个位置，而不影响其传输效率。
本发明的目的是尽可能地将M个分组映射到物理帧中，为了提高空口的利用率可以先映射大的分组后映射小的分组。将物理帧的时隙数目c和子信道数目d组成为一个矩形，表示为{(0，0)，(c，d)}，设该矩形的标识为R0，该R0为碎片集合U中的初始碎片矩形。参见图2A、图2B，其中，(0，0)为矩形的左下角。将M个分组按照其大小从大到小排序，假设将最大的分组映射到物理帧时频矩形的左下角，其中映射的时隙数目和子信道数目分别为a和b(a和b的数值将由下面的准则计算出)，即在矩形R0＝{(0，0)，(c，d)}中放置矩形R1＝{(0，0)，(a，b)}；此时将剩下两个矩形R2＝{(a，0)，(c，d)}和R3＝{(0，b)，(c，d)}，且两个矩形的公共部分R4＝{(a，b)，(c，d)}，如图2A所示。至此，完成了第一个最大下行分组的映射，其映射的时频矩阵为R1。
第一个最大下行分组映射完成后，需要更新碎片集合U，具体更新方法为在选择出的匹配程度最高的碎片矩形(第一个分组必然是R0)中去除掉当前下行分组映射所占用的时频矩形区域R1；生成新碎片矩形R2和R3；用生成的新碎片矩形R2和R3组成更新后的碎片集合U。
按照上述M个下行分组的大小顺序，取出第二个较大的下行分组进行映射，此时，可映射的碎片矩形为碎片集合中的R2和R3所标识的对应矩形区域。
假设计算出第二个分组的某种映射方式(m×n)与碎片集合U中碎片矩形R2匹配程序最高(具体如何匹配在下面进行描述)，该分组映射后所占用的时频资源为图2B中的R5＝{(a，0)，(a+m，n)}所示。第二个下行分组映射完毕后，同样需要更新碎片集合U。具体更新方法为在选择出的匹配程度最高的碎片矩形R2中去除掉当前下行分组映射所占用的时频矩形区域R5；生成新碎片矩形R6＝{(a+m，0)，(c，d)}和R7＝{(a，n)，(c，d)}；且R6、R7两个矩形的公共部分R8＝{(a+m，n)，(c，d)}。另外，碎片集合中的R3与本次选择出的匹配程度最高的碎片矩形R2存在公共部分R4＝{(a，b)，(c，d)}，因此，还必须在碎片集合中的R3减去R4，生成新的碎片矩形R9＝{(0，b)，(a，d)}。用生成的新碎片矩形R6、R7和R9组成更新后的碎片集合。
按照上述方法依次将M个下行分组映射完毕，或者直到当前物理帧的资源被分配完。
下面对如何实现碎片矩形的最佳匹配给出具体说明。
为不失一般性，假设当前下行分组的序号为i，碎片集合U中可用于映射的碎片矩形有X个(序号分别为1，2...X)，则按下式(1)分别计算该下行分组的每一种映射方式与每一个碎片矩形的匹配度(fjki1,fjki2)=(xj-mki,yi-nki)---(1)]]>其中xj，yj是第j个碎片矩形的长度和宽度，j＝1，2...X是碎片集合U中可映射的碎片矩形的序号，式(1)中mki，nki分别表示该下行分组的第k种映射方式对应的时隙数目和子信道数目，且mki，nki满足mki×nki=si.]]>根据以下准则选择该分组的映射方式(时隙数目和子信道数目)以及映射到的碎片矩形序号。
首先去掉不合理的映射方式，即fjki1<0]]>或者fjki2<0,]]>然后按以下两个步骤进行选择。第一步根据准则(j*,k*)=argminj,kmin(fjki1,fjki2)---(2)]]>上式(2)是取j*和k*，使得fjki1和fjki2两个量中较小的那个值最小。这样使得被分配的碎片矩形尽可能地用完符号或者频率资源，使得碎片最小。按照(2)式所对应的准则选择具有最小的碎片长度或宽度的映射方式和对应矩形。如果有多种组合具有同样的最小碎片长度或宽度(即如果计算出的每一个碎片矩形的时隙数目和子信道数目与当前分组所有可能映射的时隙数目和对应的子信道数目之差的最小值有多个，且对应多个不同的碎片矩形)，则第二步根据准则(j*,k*)=argminj,kmax(fjki1,fjki2)---(3)]]>由于经过准则(2)挑选的(j，k)组合以后，不同的可映射碎片矩形中可能仍然存在多种可能的(j，k)组合，使得对于每种组合具有相同的min(fjki1，fjki2)。在这些组合中，按照准则(3)挑选最优的组合(j*，k*)，使得分配给该下行分组的矩形区域尽可能地用完被选择的碎片矩形的所有资源，满足碎片最小。
根据式(2)和式(3)这两个准则选择出最优的(j*，k*)之后，将分组i映射到第j个碎片矩形左下角长和宽分别为mki，nki的矩形区域内。
当然，式(3)是进一步挑选最佳匹配矩形的方案；也可以不执行式(3)的准则，在式(2)所选择出的多个碎片矩形中任选其一进行分配，如果根据式(2)仅有一个碎片矩形为最佳匹配，则选定该碎片矩形映射当前下行分组。
归纳上述，本发明的主要实现流程为1、根据分组调度模块，得到下一帧要传输的分组数目M以及各个分组的大小{si，i＝1，2，…M}；2、对每一个分组，确定所有可行的映射方式(mki，nki)，满足mki×nki=si,]]>初始化碎片集合U；3、重复以下步骤直到所有的分组映射完毕或者所有的信道被占用a)选择一个需要映射的下行分组(可以按照分组大小顺序选择下行分组，或将下行分组按其业务类型进行排序，优先选择实时业务的下行分组)；b)根据式(1)计算该分组的任何一种映射方式与碎片集合中任一个碎片矩形的匹配程度；c)根据上述式(2)或式(2)和式(3)所给出的准则选择出最佳的映射矩形映射该下行分组；d)根据上述方法更新碎片集合。
根据本发明的上述方法，本发明另提供一种相对应的下行分组映射装置，如图3所示，包括碎片集合存储模块，存储物理帧中可用于映射下行分组的时频碎片矩形；碎片矩形匹配模块，根据当前下行分组大小，计算该分组所有可能的映射方式与所述碎片集合中每一个碎片矩形的匹配程度，选择出匹配程度最高的碎片矩形；下行分组映射模块，按照与匹配程度最高的碎片矩形对应的映射方式映射该下行分组；碎片集合更新模块，更新碎片集合存储模块中存储的所述碎片集合。
碎片矩形匹配模块还包括
计算单元，分别计算碎片集合中每一个碎片矩形所对应的时隙数目和子信道数目与当前分组所有可能映射的时隙数目和对应的子信道数目之差；选择单元，选择时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值所对应的碎片矩形为匹配程度最高的碎片矩形。
其中选择单元还包括第一选择子单元，选择时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值唯一对应的一个碎片矩形作为匹配程度最高的碎片矩形；第二选择子单元，当时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值所对应的碎片矩形有多个时，在所对应的多个碎片矩形中任选其一作为匹配程度最高的碎片矩形。
其中选择单元也可以包括第一选择子单元，选择时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值唯一对应的一个碎片矩形作为匹配程度最高的碎片矩形；第三选择子单元，当时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值所对应的碎片矩形有多个时，在所对应的每一个碎片矩形中，选取时隙数目之差和子信道数目之差的较大值；将选出的多个较大值中的最小值所对应的碎片矩形作为匹配程度最高的碎片矩形。
碎片集合更新模块包括新碎片生成单元，在选择出的匹配程度最高的碎片矩形中去除掉当前下行分组映射所占用的时频矩形区域；生成新碎片矩形；如果碎片集合中还存在与选择出的匹配程度最高的碎片矩形具有公共区域的碎片矩形，则将公共区域从该碎片矩形中去除掉，生成新的碎片矩形；集合更新单元，用生成的新碎片矩形组成更新后的碎片集合。
通过仿真模拟实验，可以得到本发明所取得的性能，具体仿真参数如下表所示
图4为仿真不同的分组总大小情况下，分组数目与不能容纳的分组数目坐标图；从图4可以看出，当分组总大小确定时，不能容纳的分组数随着分组数目增加而减少。这是因为随着分组数的增加，每个分组的平均大小减小了，算法在分组数较多，分组大小较小的情况下能够有效地利用资源，减少碎片的比例。反之，如图5所示，当分组数固定，分组的平均大小越大，即越接近满负荷的时候，算法产生的碎片越多，但碎片最多不会超过总体的12％。这已经达到相当高的性能，能够满足工程要求。尽管现有技术一能够达到更高的资源利用率，但需要额外的信令开销，增加系统负担；现有技术二算法复杂度较高，需要每帧都进行计算，而在工程上对算法的复杂度有严格的要求。本发明不需要增加信令开销、只需较低的算法复杂度就可以达到较高的性能，是一种实际可行的优选方案。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种下行分组映射方法，应用于正交频分多址接入OFDMA系统，其特征在于，包括设置碎片集合，存储物理帧中可用于映射下行分组的时频碎片矩形，当对下行分组进行时频映射时，执行下列步骤根据当前下行分组大小，计算该分组所有可能的映射方式与所述碎片集合中每一个碎片矩形的匹配程度；选择出匹配程度最高的碎片矩形，按照对应的映射方式映射该下行分组；并更新所述碎片集合。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择出匹配程度最高的碎片矩形，具体包括分别计算所述碎片集合中每一个碎片矩形所对应的时隙数目和子信道数目与当前分组所有可能映射的时隙数目和对应的子信道数目之差；选择时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值所对应的碎片矩形为匹配程度最高的碎片矩形。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，如果计算出的所述最小值有多个，且对应多个不同的碎片矩形，则在所对应的多个碎片矩形中任选其一。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，如果计算出的所述最小值有多个，且对应多个不同的碎片矩形，则还包括如下步骤在所对应的每一个碎片矩形中，选取时隙数目之差和子信道数目之差的较大值；将选出的多个较大值中的最小值所对应的碎片矩形作为匹配程度最高的碎片矩形。
5.如权利要求1-4任意权项所述的方法，其特征在于，所述更新碎片集合，包括在选择出的匹配程度最高的碎片矩形中去除掉当前下行分组映射所占用的时频矩形区域；生成新碎片矩形；如果所述碎片集合中还存在与选择出的匹配程度最高的碎片矩形具有公共区域的碎片矩形，则将公共区域从该碎片矩形中去除掉，生成新碎片矩形；用生成的新碎片矩形组成更新后的碎片集合。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述碎片集合中包含的初始碎片矩形为物理帧的全部时频资源所对应的矩形。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，预先对需要映射到物理帧的多个下行分组按从大到小的顺序进行排序，优先映射较大的下行分组；或者预先对需要映射到物理帧的多个下行分组按业务类型进行排序，优先映射实时业务的下行分组；或者随机选取需要映射到物理帧的下行分组进行映射。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述碎片集合中的每一个碎片矩形设置有唯一标识，以便相互区分。
9.一种下行分组映射装置，其特征在于，包括碎片集合存储模块，存储物理帧中可用于映射下行分组的时频碎片矩形；碎片矩形匹配模块，根据当前下行分组大小，计算该分组所有可能的映射方式与所述碎片集合中每一个碎片矩形的匹配程度，选择出匹配程度最高的碎片矩形；下行分组映射模块，按照与匹配程度最高的碎片矩形对应的映射方式映射该下行分组；碎片集合更新模块，更新碎片集合存储模块中存储的所述碎片集合。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述碎片矩形匹配模块包括计算单元，分别计算所述碎片集合中每一个碎片矩形所对应的时隙数目和子信道数目与当前分组所有可能映射的时隙数目和对应的子信道数目之差；选择单元，选择时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值所对应的碎片矩形为匹配程度最高的碎片矩形。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述选择单元包括第一选择子单元，选择时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值唯一对应的一个碎片矩形作为匹配程度最高的碎片矩形；第二选择子单元，当时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值所对应的碎片矩形有多个时，在所对应的多个碎片矩形中任选其一作为匹配程度最高的碎片矩形。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述选择单元包括第一选择子单元，选择时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值唯一对应的一个碎片矩形作为匹配程度最高的碎片矩形；第三选择子单元，当时隙数目之差和子信道数目之差不小于零的最小值所对应的碎片矩形有多个时，在所对应的每一个碎片矩形中，选取时隙数目之差和子信道数目之差的较大值；将选出的多个较大值中的最小值所对应的碎片矩形作为匹配程度最高的碎片矩形。
13.如权利要求9-12任意权项所述的装置，其特征在于，所述碎片集合更新模块包括新碎片生成单元，在选择出的匹配程度最高的碎片矩形中去除掉当前下行分组映射所占用的时频矩形区域；生成新碎片矩形；如果所述碎片集合中还存在与选择出的匹配程度最高的碎片矩形具有公共区域的碎片矩形，则将公共区域从该碎片矩形中去除掉，生成新的碎片矩形；集合更新单元，用生成的新碎片矩形组成更新后的碎片集合。
全文摘要
本发明公开了一种下行分组映射方法，应用于正交频分多址接入OFDMA系统，包括设置碎片集合，存储物理帧中可用于映射下行分组的时频碎片矩形，当对下行分组进行时频映射时，根据当前下行分组大小，计算该分组所有可能的映射方式与所述碎片集合中每一个碎片矩形的匹配程度；选择出匹配程度最高的碎片矩形，按照对应的映射方式映射该下行分组；并更新所述碎片集合。本发明另公开了一种相对应的下行分组映射装置。采用本发明能有效减少映射过程中产生的碎片，提高下行传输效率，且不需要额外的信令开销，实现复杂度低。
文档编号H04L29/06GK1968200SQ200610090440
公开日2007年5月23日 申请日期2006年6月27日 优先权日2006年6月27日
发明者余官定, 张朝阳, 王吉滨, 巢志骏 申请人:浙江大学, 华为技术有限公司