专利名称：时分双工通信系统内信道动态分配方法
技术领域：
本发明涉及一种码分多址时分双工(CDMA TDD)通信系统的无线资源管理方法，尤其涉及包含语音和数据的综合业务信道的动态分配方法。
背景技术：
第三代移动通信的一个基本要求就是要支持包含数据和语音的综合业务，因此必须能够将无线信道带宽之类的系统资源有效地分配给包含实时(RT)语音和非实时(NRT)数据的综合业务。作为第三代移动通信主要标准之一的TD-SCDMA是一种时分双工系统，其每帧周期为10ms，由两个结构完全相同的子帧组成，图2示出了其中一个子帧的结构。如图2所示，每个子帧包含7个时隙TS0～TS6，其中，时隙TS0和TS4～TS6为用于下行链路(基站至移动台)的下行时隙而TS1～TS3为用于上行链路(移动台至基站)的上行时隙，时隙TS0内包含一些带有公共控制信息的控制信道(如广播信道、寻呼信道、前向接入信道等)，而其余6个时隙包含承载数据和语音业务的业务信道。为了保护下行时隙至上行时隙的转换，上行时隙与下行时隙之间以转换点分开，在图2所示的子帧结构中，上下行时隙有两处是相邻的，因此一个子帧中包含两个转换点。在TD-SCDMA中，可以改变转换点的位置使每个子帧内上下行业务时隙的数量不等，从而支持非对称的上下行业务。但是转换点的移动将导致相邻小区内上下行业务传输的不同步，由此导致上下行链路间的交叉干扰，因此目前仍然以固定转换点方式为主。以下借助图1和2描述固定转换点方式下典型的信道动态分配方法。
TD-SCDMA系统的动态信道分配过程主要包含两个步骤，即，为小区分配上下行时隙和为承载业务分配信道资源。图1为典型的第三代移动通信系统的示意图，图中101为核心网(CN)，111、112、113为与核心网相连的无线网络控制器(RNC)，121、122、123为基站(Node B)，它们与相应的RNC相连，而131、132、133、134、135、136、137、138、139为用户终端(UE)，它们通过空中接口与基站通信。在信道分配过程中，首先由RNC 121～123为其管理的每个小区进行上下行时隙的分配，由此确定每个小区的可用资源列表。对于固定转换点，每个小区上下行时隙的分配数量和排列顺序等都是相同的，并且一般采用图2所示的对称形式，即上下行业务时隙数为3。然后，当有语音和数据业务到达每个小区时，RNC 121～123将相应的可用信道资源分配给各个用户131～139，从而在Node B121～113与用户终端131～139之间进行语音和数据业务的传输。
如上所述，在固定转换点方式下，上下行时隙的分配是固定不变的，因此动态信道分配过程的关键就是如何将可用的信道资源有效地分配给所承载的业务。以下对此作进一步的描述。
在TD-SCDMA系统中，一个物理信道由它的频点、时隙和扩频码来表征，一个时隙内可包含多条以不同扩频码和频点表征的信道。在具有语音和数据业务的移动通信系统中，一般是将信道划分为语音业务信道和数据业务信道两种类型，语音业务只能使用语音业务信道，而数据业务只能使用数据业务信道。语音业务为实时业务，容许时延较小，在呼叫到达后，如果在短时间内得不到可用的信道，那么将发生掉话。而包交换的数据业务为非实时的业务，可以容许较大的时延，在数据包到达而得不到可用的信道时，可以在数据队列缓存器中排队等待，直至信道可用。由于语音和包交换的数据业务具有的特性不同，业务信道的分配也应该不同。但是在这种固定的信道资源分配方式下，当一种业务负载较低而另一种业务负载较高时，就会造成信道资源的浪费。例如，如果语音业务到达率较低而数据业务到达率较高，则由于信道分配方式固定，使得语音业务信道空闲而数据业务信道缺乏，从而导致掉包。
发明内容
本发明目的是提供一种用于码分多址时分双工移动通信系统的信道动态分配方法，它可以实现系统资源的有效利用并提高包含语音和数据的综合业务性能。
在按照本发明的信道动态分配方法中，语音和数据业务都由位置固定不变的上行和下行业务时隙内的信道承载并且每一业务时隙都与语音或数据业务对应，该方法包含如下步骤(1)如果上行或下行业务为数据业务，则占用与数据业务对应的业务时隙内的信道和与语音业务对应的业务时隙内的空闲信道进行数据传输；以及(2)如果上行或下行业务为语音业务，则占用与语音业务对应的业务时隙内的信道进行语音传输，并且，如果与语音业务对应的时隙内没有足够的空闲信道可用于语音传输，则进一步包含以下步骤(2a)判断与语音业务对应的时隙内是否有被数据业务占用的信道；以及(2b)如果与语音业务对应的时隙内的信道没有被数据业务占用，则阻塞语音业务，否则，释放被数据业务占用的与语音业务对应的时隙内的信道以供语音业务使用。
如上所述，按照本发明的信道动态分配方法针对语音业务和包交换的数据业务具有不同时延的特点，在不影响语音业务性能的前提下，将语音信道提供给数据业务使用，因此降低了数据业务的掉包概率，大大提高了数据业务的性能。另外，本发明的方法还降低了数据队列缓存器中的平均等待队列长度，有利于减小存储器的长度，降低系统设计成本。此外从系统资源利用的角度来看，本发明的方法与现有技术的方法相比，系统资源的利用效率大大提高。
通过以下结合附图对本发明实施例的详细描述，可以进一步理解本发明的目标、特征和优点，其中图1为第三代无线通信系统的网络结构示意图；图2为TD-SCDMA系统的子帧结构示意图；图3为按照本发明的动态信道分配示意图；以及图4为按照本发明的信道动态分配方法的流程图。
具体实施例方式
以下以TD-SCDMA系统为例，结合附图对本发明具体实施方式
作详细描述。值得指出的是，下述示例仅具有示意性质而无限定作用。对于其它的码分多址时分双工移动通信系统，例如WCDMA TDD系统，不同之处仅在于时隙和信道参数，因此本领域内的技术人员在阅读说明书之后，无需创造性的劳动即可将本发明的思想和精神应用于其他包含语音和数据综合业务的码分多址时分双工移动通信系统中。
图3为按照本发明的信道动态分配方法的示意图，图中所示TD-SCDMA子帧结构与图2的完全相同，其中上下行时隙中各有2个与语音业务对应，各有1个与数据业务对应，即上行时隙TS1、TS2和下行时隙TS5、TS6对应语音时隙，而上行时隙TS3和下行时隙TS4对应数据时隙，TS1之前和TS3与TS4之间以固定转换点隔开。值得指出的是，上述时隙与业务类型的对应关系是任意的，例如与语音业务和数据业务对应的上行或下行时隙不必是连续的，可以是任何排列顺序。
基本资源单元(Basic Resourse Unit，以下简称为BRU)等价于任一时隙内扩频因子为16的一条信道，它以时隙号和扩频码来表征，可以视为信道资源的基本“度量单位”。因此，某一频点上的一个时隙可划分为多个BRU，在图3中可直观地表示为沿垂直于“码”表示的纵轴方向将每个业务时隙块“切割”为多个矩形块。
在TD-SCDMA系统中，每一个数据包传输所需的BRU数量依赖于数据传输的速率。例如，64k的数据传输速率需要8个BRU，而144k的数据传输速率需要16个BRU。当数据业务缓存器中队列不空时，即在上行链路(或下行链路)上需要传输数据业务时，可首先检测与数据业务对应的上行时隙TS3(或下行时隙TS4)中是否有给定数据速率下所需数量的空闲BRU，如果有所需数量的空闲BRU，则取出队列中的头数据包在空闲的BRU上进行数据传输。如果没有足够数量的空闲BRU，则进一步判断加上两个对应语音业务的上行时隙TS1和TS2(或下行时隙TS5和TS6)内的空闲BRU是否满足给定数据速率下的数据传输需求，如果能够满足并且语音时隙内的空闲BRU在同一时隙内，例如在时隙TS1中，则将头数据包取出并放入TS1时隙内的BRU进行传输。如果能够满足但是语音时隙内的空闲BRU不在同一时隙内，例如在时隙TS1和TS2中，则应先通过一个称为“信道重组过程”(channel reshuffling procedure)将这些BRU调整到一个时隙内，例如调整到时隙TS2中，然后将头数据包取出并放入TS2时隙内的BRU进行传输。如果加上两个对应语音业务的上行时隙TS1和TS2(或下行时隙TS5和TS6)内的空闲BRU仍然无法满足给定数据速率下的数据传输需求，则数据包在队列缓存器内继续排队等待，直到有足够的空闲BRU或信道。
在上述数据业务的信道分配过程中，只有当数据时隙的空闲信道无法满足数据传输需求的情况下才检测语音时隙内是否有足够数量的空闲信道。但并不是唯一的方式，实际上，在本发明中，即使数据时隙内有充足的空闲信道，也可以出于某些应用需要，借用语音时隙内的空闲信道。
需要说明的是，高数据速率业务可以通过分配多个BRU实现传输，而这种分配方式可以基于码域，也可以基于时域，或者是这两种方式的任意组合。但是如果采用基于时域的分配方式，则同一个数据包将会在多个时隙上传输，而由于各个时隙上的干扰情况并不相同，很难同时达到干扰门限要求，这样数据包也很难完全正确接收，因此数据业务信道分配比较好的是采用基于码域分配方式而不采用时域分配方式，这就要求将使用的各个BRU尽量调整到一个时隙内。在上述数据业务占用语音业务时隙内空闲BRU的过程中，之所以要通过信道重组过程将语音业务时隙内这些空闲的BRU都调整到一个语音业务时隙内，原因即在于此。
在TD-SCDMA系统中，一个语音业务在上下行方向上各需要2个BRU，因此如果在对应语音业务的2个上行时隙TS1、TS2和2个下行时隙TS5、TS6中各存在2个以上的BRU，则可以建立语音信道进行通话。按照本发明的动态信道方法，如果在对应语音业务的2个上行时隙TS1、TS2和/或2个下行时隙TS5、TS6中虽然不存在2个以上的BRU但是存在被数据业务占用的2个以上的BRU，例如在上行时隙TS1中有1个空闲BRU，在上行时隙TS2中有1个被数据业务占用的BRU，而在下行时隙TS5和TS6中有2个空闲的BRU，则将TS2中被数据业务占用的BRU上传输的数据包放入队列缓存器内并释放该BRU使其处于空闲状态以供语音业务使用。
如图3所示，按照本发明的信道动态分配方法将使与数据业务对应的时隙TS3和TS4分别向各自相邻的语音业务时隙TS2和TS5移动，也就是说，数据业务时隙与语音业务时隙的边界可以向语音业务时隙方向移动，因此这种方法又称为可移动边界方法。
以下借助图4描述按照本发明的信道动态分配方法的具体流程。图中，401为初始化状态；402为事件监测状态；411为是否有空闲信道的判断过程，412位分配信道过程，413为呼叫服务过程，414为语音呼叫阻塞过程；421为语音信道释放过程；431为数据包输入缓存器过程，432为输入成功与否判断过程，433为数据包掉包过程；441为数据业务释放信道过程；451为缓存器不空和有可用数据业务传输信道判断过程，452为读缓存器头数据包过程，453为数据包传输过程。以下对上述各步骤作进一步的描述。
在步骤401中，系统进行初始化，给出上下行业务时隙的初始分配，确定语音业务和数据业务初始可用的信道数目，然后进入步骤402。
在步骤402中，系统进入事件监测状态，监测事件的发生。监测的事件包括语音呼叫到达、语音呼叫结束、数据包到达和数据包传输结束。
当语音呼叫到达时，执行步骤411，检测语音业务时隙内是否有空闲的语音信道，被数据业务借用的语音信道也被视为空闲信道。如果有满足语音业务所需数量的空闲信道，则执行步骤412，为该语音呼叫分配所需的信道，并进入步骤413，开始对该语音呼叫进行服务，然后返回步骤402。如果没有足够的空闲信道，则执行步骤414，阻塞掉此语音呼叫，然后也返回步骤402。
当语音呼叫结束时，执行步骤421，释放所使用的语音信道并返回步骤402。
当数据包到达时，执行步骤431，将此数据包输入数据队列缓存器，然后进入步骤432。
在步骤432中，判断步骤431的数据包输入是否成功，如果输入成功，则执行步骤451，判断数据队列缓存器是否为空以及是否有可用于传输数据的空闲信道。在判断是否有可用于传输数据的空闲信道时，首先要判断数据时隙中是否有足够的可用数据信道，如果没有则进一步检测语音时隙中的空闲信道与数据时隙中可用数据信道之和是否满足数据包传输需求，如果满足则视为有可用信道，否则视为无可用信道。如果数据队列不空且有可用信道时，则执行步骤452，将队列缓存器中的头数据包取出，随后进入步骤453。在步骤453中开始传输该数据包，随后返回步骤402。如果数据队列空或者没有可用信道时，则直接返回步骤402。如果输入不成功，则执行步骤433，丢弃此数据包，该数据包发生掉包。然后执行步骤451。
在某数包传输结束时，执行步骤441，释放所使用的信道，然后执行步骤451。
如上所述，在步骤451中，判断“是否有可用于数据传输的空闲信道”时，现有技术的方法是仅在数据时隙中寻找空闲信道，而按照本发明的方法则首先在数据时隙中寻找，如果数量不够则继续在语音时隙中寻找空闲信道而且当语音时隙中有足够数目的空闲信道时就可以被数据业务占用。
而在步骤411中，判断“是否有空闲的语音信道”时，按照本发明的方法，将被数据业务占用的信道也视为空闲信道，因此语音业务就可以在新的语音呼叫到达而没有空闲语音信道时，强占被数据业务借用的信道，避免了语音业务的阻塞，从而确保了语音业务的性能。而数据业务在被强占后被放入数据队列缓存器中排队，直至有空闲信道可用。
权利要求
1.一种用于码分多址时分双工移动通信系统中的信道动态分配方法，语音和数据业务都由位置固定不变的上行和下行业务时隙内的信道承载，并且每一业务时隙都与语音或数据业务对应，其特征在于，所述方法包含如下步骤(1)如果上行或下行业务为数据业务，则占用与数据业务对应的业务时隙内的信道和与语音业务对应的业务时隙内的空闲信道进行数据传输；以及(2)如果上行或下行业务为语音业务，则占用与语音业务对应的业务时隙内的信道进行语音传输，并且，如果与语音业务对应的时隙内没有足够的空闲信道可用于语音传输，则进一步包含以下步骤(2a)判断与语音业务对应的时隙内是否有被数据业务占用的信道；以及(2b)如果与语音业务对应的时隙内的信道没有被数据业务占用，则阻塞语音业务，否则，释放被数据业务占用的与语音业务对应的时隙内的信道以供语音业务使用。
2.如权利要求1所述的信道动态分配方法，其特征在于，在步骤(1)中的数据业务占用与语音业务对应的业务时隙内的空闲信道进行数据传输之前，包括将这些空闲信道调整入同一时隙内的步骤。
3.如权利要求1或2所述的信道动态分配方法，其特征在于，所述码分多址时分双工移动通信系统为TD-SCDMA系统。
4.如权利要求1或2所述的信道动态分配方法，其特征在于，所述码分多址时分双工移动通信系统为WCDMA TDD系统。
全文摘要
本发明提供一种用于码分多址时分双工移动通信系统的信道动态分配方法。按照该方法，数据业务可以借用语音业务的信道进行传输，另一方面，当新的语音业务没有可用的信道时，又可以强占被数据业务借用的信道以确保语音业务的性能不受影响。因此本发明的信道动态分配方法可在不影响语音业务性能的前提下，增加数据业务使用的信道数量，降低了数据业务的掉包概率，大大提高了数据业务的性能。另外，本发明的方法还降低了数据队列缓存器中的平均等待队列长度，有利于减小存储器的长度，降低系统设计成本。此外从系统资源利用的角度来看，本发明的方法与现有技术的方法相比，系统资源的利用效率大大提高。
文档编号H04W72/08GK1464756SQ02112289
公开日2003年12月31日 申请日期2002年6月28日 优先权日2002年6月28日
发明者孙程君, 巴勇, 曹鹏志 申请人:上海贝尔有限公司