专利名称：分码多任务系统的码信道分配法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分码多任务(Code Division Multiple Access，CDMA)系统的码信道分配法，尤其涉及一种以多重撷取干扰(Multiple AccessInterference，MAI)系数为基础的分码多任务系统码信道分配法。
背景技术：
多载波直接序列分码多任务系统(Multi-carrier direct sequenceCDMA，MC-DS-CDMA)结合了正交分频多任务(orthogonal frequencydivision multiplexing，OFDM)及扩频(spread spectrum)系统，因此同时具备正交分频多任务及扩频的优点，例如接收端设计简单、对分布式衰减更具免疫力及低峰值对平均功率比(peak-to-average power ratio，PAPR)等等，而为了增加系统容量，MC-DS-CDMA可在时间域及频率域同时进行扩频，如图1的二维正交可变扩频系数(orthogonal variable spreadingfactor，OVSF)码，其时域扩频系数为8而频域扩频系数为4，每一码树(codetree)具有相同的时域扩频结构但分别以不同的频率域扩频码展开，而码树的四层结构表示不同的传输速率，越上层传输速率越高，或者也可将三度空间的码树展开至一平面，如图2所示的展开示意图。
理论上，同一码树上的任两个时域扩频码只要不位于父子(ancestor-descendant)的关系位置上，彼此间即具有正交性；而不同码树，也即不同频域的时域扩频码之间即使位于父子关系位置上也会是互相正交的。但由于实际传输环境的频率选择性衰减(frequency selective fading)，破坏了码树之间的正交性，使得原本具有正交性的两个频域扩频码在接收端互相产生多重撷取干扰，影响系统的传输速率。因此，若能有效分配MC-DS-CDMA系统的时域及频域扩频码信道给多速率的使用者，应可使系统的干扰量降低、传输速率提升。然而现有的码分配技术多半着重于如何在单一载波的CDMA系统下减少阻塞率(call blocking rate)，而不是考虑降低系统的多重撷取干扰；或是如中国台湾专利第93 108758号的通过改变二维OVSF码的维度以维持码信道间的正交性，使多重撷取干扰量降低，但却具有阻塞率过高的缺点而无法容纳太多使用者，且在不同的传输速率下也会有不同的频率多样性增益(frequency diversity)，而无法有效进行码信道分配。
鉴于上述问题，本发明提出一种以多重撷取干扰系数为基础的分码多任务系统码信道分配法，能有效降低系统干扰量并维持低阻塞率。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种多重撷取干扰系数的表示法，用来表示在一个分码多任务系统中，码信道在使用时所遭受的多重撷取干扰量。
本发明的另一目的在于提供一种以多重撷取干扰系数为基础的分码多任务系统码信道分配法，其计算简单，并可有效避免因不适当的码信道分配而在接收端产生多余的多重撷取干扰及高阻塞率。
根据本发明，多重撷取干扰系数的表示法是将一个干扰源的码信道传输速率除以一个码信道的传输速率，得到一个比值，接着判断该比值是否大于一，若是，则将干扰源的干扰量视为一，若否，则将干扰源的干扰量视为等于该比值，计算所有干扰源的干扰量后，所有干扰量的累计值即为码信道的多重撷取干扰系数。
而以多重撷取干扰系数为基础的分码多任务系统码信道分配法包含三个主要步骤在步骤一中，先计算每一个候选码信道的多重撷取干扰系数及该候选码信道作为干扰源所造成的系统中其它码信道的多重撷取干扰系数增加量，比较每一个候选码信道的多重撷取干扰系数及其所造成的多重撷取干扰系数增加量的总和后，判断是否有超过一个候选码信道具有最小的总和，若否，则将总和最小的候选码信道分配给一使用者，若是，则进入下一步骤。步骤二是分别计算并比较使用上述具有最小多重撷取干扰系数增加量总和的多个候选码信道时，候选码信道及其所有干扰码信道所遭受多重撷取干扰系数的总和，再判断是否超过一个候选码信道都可使候选码信道及其所有干扰码信道遭受最小多重撷取干扰系数的总和，若否，则选择具有该最小多重撷取干扰系数总和的候选码信道分配给使用者，若是，则进入下一步骤。步骤三是依照最紧密码资源优先(crowed-first-code)原则在上一步骤的多个候选码信道中选择一个具有最少未被使用的祖先码的候选码信道分配给使用者。
本发明与现有技术相比的有益效果在于，其计算简单，并可有效避免因不适当的码信道分配而在接收端产生多余的多重撷取干扰及高阻塞率。
以下通过具体实施例配合附图详加说明，使更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
图1为现有二维OVSF码的示意图。
图2为图1二维OVSF码的展开示意图。
图3为本发明用于二维OVSF码的一个实施例示意图。
图4为本发明的码信道分配法的流程图。
图5为本发明与现有分配法的信噪比模拟结果。
图6为本发明与现有分配法的接纳率模拟结果。
具体实施例方式
本发明提供一种以多重撷取干扰系数为基础的分码多任务系统的码信道分配法，可应用于多速率时域及频域扩频多载波直接序列分码多任务系统，能同时降低系统的多重撷取干扰并维持低阻塞率。其中多重撷取干扰系数表示法是依照错误率理论分析所定义的多重撷取干扰量的指标，用来预测分配一个码信道给系统使用者时所会产生的多重撷取干扰量。
在MC-DS-CDMA系统中，当一使用者进入系统时，系统首先会依据使用者要求的传输速率选择符合的码信道，并排除与已使用的码信道位于同一码树的父子关系位置的码信道，再在候选的码信道中选择其中之一分配给使用者。由于频率选择性衰减破坏了不同频域扩频码的码树间的正交性，使不同码树中时域扩频码具有父子关系的码信道在接收端也可能互相干扰，其多重撷取干扰项可表示如式(1)Σk=1KAΣl=0Lk-1RkR0(Lk)2[2P0G0Σv=1M|αs,v|4]---(1)]]>其中KA为对码信道产生干扰的干扰源的数量，Rk为第k个干扰源的传输速率，R0为码信道的传输速率，Lk为Rk与R0的比值，P0为码信道的传输功率，G0为时率扩频系数，αs，v为第v个输入数据串中第s个载波的信道衰减大小。由于信道衰减量对KA个干扰源来说可视为常数，因此式(1)的多重撷取干扰量可简化为Σk=1KAΣl=0Lk-1RkR0(Lk)2,]]>当干扰源的传输速率Rk大于码信道的传输速率R0时，Lk＝Rk/R0＞1，而高速率干扰源所造成的多重撷取干扰量Σk=1KAΣl=0Lk-1RkR0(Lk)2=Σk=1KA1;]]>当干扰源的传输速率Rk小于码信道的传输速率R0时，令Lk＝1，可得出低速率干扰源所造成的多重撷取干扰量Σk=1KAΣl=0Lk-1RkR0(Lk)2=Σk=1KARkR0,]]>故定义出MC-DS-CDMA系统中，码信道在使用时所遭受的多重撷取干扰量，即该码信道的多重撷取干扰系数κ为式(2)κ=Σk=1KAmin(1,RkR0)---(2)]]>而计算一个码信道的多重撷取干扰系数的步骤则包括将一个干扰源的码信道传输速率除以该码信道的传输速率，得到一个比值，接着判断该比值是否大于一，若是，则干扰量等于一；若否，则干扰量等于该比值，在计算每一个干扰源的干扰量后，累计所有干扰源的干扰量，其累计值即为该码信道的多重撷取干扰系数。由于码信道的传输速率正比于其传输功率，式(2)及上述计算步骤中的传输速率比值也可以用传输功率的比值代替。
在以多重撷取干扰系数代表每一个码信道所遭受的干扰量后，本发明提出一种通过比较每一个码信道的多重撷取干扰系数以选择对系统干扰量最小的码信道分配给使用者的码信道分配法，其可应用于图2所示的OVSF码结构，如图3所示，其中C2l-1，n(i)代表第i个码树中第1层的第n个码信道，在时域上具有父子关系的码信道则称为相关(relative)码信道，例如C4，1(1)与C8，1(2)即为相关码信道，若同时使用则会在接收端互相造成干扰，而深灰色代表目前已使用的码信道，浅灰色则代表候选码信道。
首先依对应的码树位置分组，可将候选码信道分为四组，而每一组的候选码信道均具有相同的多重干扰系数，再在每一组中选出一个候选码信道作为代表，此时可选择位于最左边的候选码信道以符合最紧密码资源优先原则，而分组的目的是为了减少计算量，使后续的计算步骤可省略部分候选码信道的计算。
在选择出作为代表的4个候选码信道C8，8(1)、C8，1(3)、C8，5(4)及C8，7(4)号后，如图4的码信道分配法流程图中步骤S10所示，分别计算上述4个候选码信道的多重撷取干扰系数及其作为干扰源所造成的其它已使用码信道的多重撷取干扰系数增加量。以C8，8(1)为例，其相关码信道为C2，2(2)与C2，2(3)，即使用C8，8(1)时，对其造成干扰的来源为C2，2(2)与C2，2(3)，且对C2，2(2)与C2，2(3)而言，C8，8(1)则为一个新增的干扰源。利用式(2)可计算出C8，8(1)的多重撷取干扰系数为κ(C8,8(1))=min(1,R2,2(2)R8,8(1))+min(1,R2,2(3)R8,8(1))=min(1,41)+min(1,41)=2]]>而C2，2(2)及C2，2(3)的多重撷取干扰系数增加量为Vκ(C2,2(2))=min(1,R8,8(1)R2,2(2))=14,]]>Vκ(C2,2(3))=min(1,R8,8(1)R2,2(3))=14]]>故C8，8(1)本身及其所造成的多重撷取干扰系数增加量总和为2+1/4+1/4＝2.5，以相同的方法可计算出C8，1(3)的总和为2.5、C8，5(4)的总和为4及C8，7(4)的总和为4.25。
接下来步骤S12比较4个候选码信道的总和后，选择最小的总和，并在步骤S14中判断是否多个候选码信道都具有最小总和，若否，则进入步骤S16，选择该具有最小总和的候选码信道分配给一使用者，并结束本次的码信道分配流程；若是，则进入步骤S18，分别计算使用该多个具有最小总和的候选码信道时，该候选码信道及其所有相关码信道的多重撷取干扰系数总和。以图3为例，步骤S12比较的结果得出最小总和为2.5，步骤S14判断出C8，8(1)及C8，1(3)都具有最小总和，因此接下来进行步骤S18，分别计算使用C8，8(1)及C8，1(3)时，本身及其所有干扰码信道所遭受多重撷取干扰系数的总和。因为C8，8(1)的相关码信道为C2，2(2)与C2，2(3)，所以使用C8，8(1)时，本身及其所有干扰码信道所遭受多重撷取干扰系数的总和(即C8，8(1)及其相关码信道的多重撷取干扰系数总和)相当于C8，8(1)的多重撷取干扰系数、C2，2(2)的多重撷取干扰系数与C2，2(3)的多重撷取干扰系数的总和，即κ(C8,8(1))+κ(C2,2(2))+κ(C2,2(3))]]>=2+(min(1,R4,3(1)R2,2(2))+min(1,R8,7(1)R2,2(2))+min(1,R8,8(1)R2,2(2))+min(1,R2,2(3)R2,2(2)))]]>+(min(1,R4,3(1)R2,2(3))+min(1,R8,7(1)R2,2(3))+min(1,R8,8(1)R2,2(3))+min(1,R2,2(2)R2,2(3)))=2+2+2=6]]>利用相同方法，可计算出使用C8，1(3)时系统的多重撷取干扰系数总和等于4.5。
而下一步骤S20比较步骤S18中计算的系统多重撷取干扰系数总和并选择最小的总和，即实施例中的4.5；步骤S22判断是否尚有多个候选码信道都可使候选码信道及其相关码信道具有该最小的多重撷取干扰系数总和，若否，进入步骤S16，选择具有最小总和的候选码信道分配给一使用者，并结束本次码信道分配流程；若是，则进入步骤S24，依照最紧密码资源优先原则选择具有最少未被使用祖先码的候选码信道分配给使用者。而实施例中仅有一个候选码信道具有最小的总和4.5，因此在步骤S22之后进入步骤S16，选择C8，1(3)作为本次的分配结果。
图5及图6为使用本发明码信道分配法的效能仿真结果，其中图5是比较平均的接收信噪比(Eb/N0)，而图6是比较平均的接纳率，即1减去阻塞率(blocking rate)，阻塞率是指一个新加入的使用者可能降低系统的信号质量，使任一个码信道的信噪比低于临界值(threshold)而被阻挡在系统之外的机率，仿真时该信噪比的临界值为5dB。图中的RM代表随机分配法，CF代表现有使用最紧密码资源优先原则的分配法，在分配时并不考虑多重撷取干扰系数，IA+CF代表本发明的码信道分配法。模拟时以每一时间点1/2到达率(arrive rate)的波松(Poisson)分布仿真使用者进入系统的情形，且离开率(departure rate)为{1/24，1/32，1/40，1/48，1/56，1/64}。所使用的频域扩频系数为8，时域扩频系数为[4 8 16 32]，使用者要求的传输速率机率模式为[11 2 8]，通讯负载ρ是使用者所带来的通讯量，其中当ρ＞1时表示可能有干扰的情况发生。
由图5及图6的模拟结果可以看出，本发明的码信道分配法在信噪比及阻塞率的比较上均优于随机分配法，而现有的最紧密码资源优先原则分配法虽具有较低的阻塞率，但当通讯负载ρ＞1时，其信噪比甚至比随机分配法还低，而本发明与现有的最紧密码资源优先原则分配法相比牺牲了少量的阻塞率(2～3％)而换取大量的信噪比的提升，在通讯负载ρ为0.75～2时，本发明可提升约1.3～2dB的信噪比，因此本发明在降低多重撷取干扰的同时，也维持一个可接受的低阻塞率。
以上所述是通过实施例说明本发明的特点，其目的在于使本技术领域内的技术人员能了解本发明的内容并据以实施，而不是用来限定本发明的专利范围，因此任何其它未脱离本发明所阐述的精神所完成的等同性润饰或修改，都应包含在本发明的权利要求范围中。
权利要求
1.一种多重撷取干扰系数表示法，用来表示在一个分码多任务系统中，码信道在使用时所遭受的多重撷取干扰量，其特征在于，该表示法包括下列步骤(a)将一干扰源的码信道传输速率除以该码信道的传输速率，得到一个比值；(b)判断该比值是否大于一若是，则视为该干扰源的干扰量等于一；以及若否，则视为该干扰源的干扰量等于该比值；(c)重复上述(a)、(b)步骤，以得到多个干扰源的干扰量；以及(d)累计所有干扰源的干扰量，其累计值即为该码信道的多重撷取干扰系数。
2.根据权利要求1所述的多重撷取干扰系数表示法，其特征在于，该多重撷取干扰量是因该干扰源的码信道与该码信道间正交性的丧失所引起。
3.根据权利要求2所述的多重撷取干扰系数表示法，其特征在于，该干扰源的码信道与该码信道间是因频率选择性衰减而造成正交性的丧失。
4.根据权利要求1所述的多重撷取干扰系数表示法，其特征在于，该干扰源所使用的时域扩频码与该码信道所使用的时域扩频码具有父子关系。
5.根据权利要求1所述的多重撷取干扰系数表示法，其特征在于，该干扰源所使用的时域扩频码与该码信道所使用的时域扩频码是使用不同的频率域扩频码。
6.根据权利要求1所述的多重撷取干扰系数表示法，其特征在于，该干扰源的码信道传输速率与该码信道传输速率的比值等于该干扰源的码信道传输功率与该码信道传输功率的比值。
7.一种以多重撷取干扰系数为基础的分码多任务系统码信道分配法，其中多重撷取干扰系数是用来表示在一个分码多任务系统中，候选码信道在使用时所遭受的多重撷取干扰量，其特征在于，该分配法包括下列步骤计算每一个候选码信道的多重撷取干扰系数及该候选码信道作为干扰源所造成的系统中其它码信道的多重撷取干扰系数增加量；比较每一个该候选码信道的多重撷取干扰系数及该候选码信道所造成的该多重撷取干扰系数增加量的总和；以及选择该总和最小的该候选码信道分配给一使用者。
8.根据权利要求7所述的分配法，其特征在于，该多重撷取干扰系数的表示法包括下列步骤(a)将一个干扰源的码信道传输速率除以一个码信道的传输速率，得到一个比值；(b)判断该比值是否大于一若是，则视为该干扰源的干扰量等于一；以及若否，则视为该干扰源的干扰量等于该比值；(c)重复上述(a)、(b)步骤，以得到多个干扰源的干扰量；以及(d)累计所有干扰源的干扰量，其累计值即为该码信道的多重撷取干扰系数。
9.根据权利要求8所述的分配法，其特征在于，该多重撷取干扰量是因该干扰源的码信道与该码信道间正交性的丧失所引起。
10.根据权利要求9所述的分配法，其特征在于，该干扰源的码信道与该码信道间是因频率选择性衰减而造成正交性的丧失。
11.根据权利要求8所述的分配法，其特征在于，该干扰源所使用的时域扩频码与该码信道所使用的时域扩频码具有父子关系。
12.根据权利要求8所述的分配法，其特征在于，该干扰源所使用的时域扩频码与该码信道所使用的时域扩频码是使用不同的频率域扩频码。
13.根据权利要求8所述的分配法，其特征在于，该干扰源的码信道传输速率与该码信道传输速率的比值等于该干扰源的码信道传输功率与该码信道传输功率的比值。
14.根据权利要求7所述的分配法，其特征在于，在选择该候选码信道分配给该使用者的步骤前，进一步包括一个判断是否多个该候选码信道都具有该最小的该总和的步骤。
15.根据权利要求14所述的分配法，其特征在于，该判断结果若为是，则分别计算使用该多个候选码信道时，该候选码信道及其相关码信道的该多重撷取干扰系数总和，并选择该多重撷取干扰系数总和最小的该候选码信道分配给该使用者；该判断结果若为否，则选择该总和最小的该候选码信道分配给该使用者。
16.根据权利要求15所述的分配法，其特征在于，该相关码信道是与该码信道在时域上具有父子关系的码信道。
17.根据权利要求15所述的分配法，其特征在于，在选择该多重撷取干扰系数总和最小的该候选码信道分配给该使用者前，进一步包括一个判断是否多个该候选码信道都可使该候选码信道及其相关码信道具有该最小的该多重撷取干扰系数总和的步骤。
18.根据权利要求17所述的分配法，其特征在于，若该判断结果为是，则依照最紧密码资源优先原则在该多个候选码信道中选择一个具有最少未被使用祖先码的该候选码信道分配给该使用者；若该判断结果为否，则选择该总和最小的该候选码信道分配给该使用者。
19.根据权利要求7所述的分配法，其特征在于，其进一步包括一个将所有该候选码信道依其对应的码树位置分组，并在每一组中各挑选一个候选码信道进行后续该多重撷取干扰系数的计算与比较的步骤，以减少计算量。
20.一种以多重撷取干扰系数为基础的分码多任务系统码信道分配法，其中多重撷取干扰系数是用来表示在一个分码多任务系统中，候选码信道在使用时所遭受的多重撷取干扰量，其特征在于，该分配法包括下列步骤计算每一个候选码信道的多重撷取干扰系数及该候选码信道作为干扰源所造成的系统中其它码信道的多重撷取干扰系数增加量；比较每一个该候选码信道的多重撷取干扰系数及该候选码信道所造成的该多重撷取干扰系数增加量的总和；判断是否多个该候选码信道都具有该最小的该总和；若否，则选择该候选码信道分配给一使用者；以及若是，则分别计算使用该多个候选码信道时，该候选码信道及其相关码信道的该多重撷取干扰系数总和；比较使用该多个候选码信道时，该候选码信道及其相关码信道的该多重撷取干扰系数总和；以及判断是否多个该候选码信道都可使该候选码信道及其相关码信道具有该最小的该多重撷取干扰系数总和；若否，则选择该候选码信道分配给该使用者；以及若是，则依照最紧密码资源优先原则在该多个候选码信道中选择一个具有最少未被使用祖先码的该候选码信道分配给该使用者。
21.根据权利要求20所述的分配法，其特征在于，该多重撷取干扰系数的表示法包括下列步骤(a)将一个干扰源的码信道传输速率除以一个码信道的传输速率，得到一个比值；(b)判断该比值是否大于一若是，则视为该干扰源的干扰量等于一；以及若否，则视为该干扰源的干扰量等于该比值；(c)重复上述(a)、(b)步骤，以得到多个干扰源的干扰量；以及(d)累计所有干扰源的干扰量，其累计值即为该码信道的多重撷取干扰系数。
22.根据权利要求21所述的分配法，其特征在于，该多重撷取干扰量是因该干扰源的码信道与该码信道间正交性的丧失所引起。
23.根据权利要求22所述的分配法，其特征在于，该干扰源的码信道与该码信道间是因频率选择性衰减而造成正交性的丧失。
24.根据权利要求21所述的分配法，其特征在于，该干扰源所使用的时域扩频码与该码信道所使用的时域扩频码具有父子关系。
25.根据权利要求21所述的分配法，其特征在于，该干扰源所使用的时域扩频码与该码信道所使用的时域扩频码是使用不同的频率域扩频码。
26.根据权利要求21所述的分配法，其特征在于，该干扰源的码信道传输速率与该码信道传输速率的比值等于该干扰源的码信道传输功率与该码信道传输功率的比值。
27.根据权利要求20所述的分配法，其特征在于，该相关码信道是与该码信道在时域上具有父子关系的码信道。
28.根据权利要求20所述的分配法，其特征在于，其进一步包括一个将所有该候选码信道依其对应的码树位置分组，并在每一组中各挑选一个候选码信道进行后续该多重撷取干扰系数的计算与比较的步骤，以减少计算量。
全文摘要
由于频率选择性衰减的信道环境中，两个使用具有父子关系的正交时域扩频码的码信道，即使其频域扩频码为正交，也可能因为频率选择性衰减而失去正交性以至于在接收端产生多重撷取干扰，而本发明即在提出一种用来预测系统的多重撷取干扰量的评量标准，称为多重撷取干扰系数，并根据多重撷取干扰系数的观念提出一种分码多任务系统的码信道分配法，选择具有最小多重干扰系数的码信道分配给一使用者，使系统的干扰量降低并维持低阻塞率。
文档编号H04L12/26GK101087279SQ200610083780
公开日2007年12月12日 申请日期2006年6月6日 优先权日2006年6月6日
发明者王蒞君, 张志文 申请人:王蒞君