专利名称：一种mf-tdma系统中的载波信道内的时隙编号管理方法
技术领域：
本发明属于航天信息技术领域。具体涉及一种应用于航天信息领域的MF-TDMA通信卫 星的无线资源管理中载波信道内的时隙管理方法的设计，特别是一种适合对时隙进行时间均 匀分布时分配时隙资源管理方法。
背景技术：
天基移动通信系统是一种以卫星网络为主，利用不同轨道上多种类型的卫星作为网络的 接入节点来实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间相互通信的一种无线通信系统。该 通信系统具有星上自主的信息获取、存储、处理及分发能力，能与陆、海、空基的信息系统 互联，实现信息的多元、立体共享，成为下一代移动通信(4G)和国家信息高速公路的重要 组成部分。
宽带多媒体卫星通信系统的无线资源分配与管理是系统的关键技术之一。资源管理器的 本质就是要解决多用户多业务的无线资源共享问题。多频时分接入技术(MF-TDMA)是时分 技术和频分技术的结合，是宽带多媒体卫星通信系统关键技术之一，被广泛应用于 ATM-based, DVB-based和IP-based等卫星通信系统的上行链路设计中，是目前卫星移
动通信技术研究的热点。它允许多连接共享无线上行链路资源。如图1中所示，上行链路由 多个载波信道(0~50)构成，每个载波信道在一个超帧(如counterO或counterl)内又 被细分为若干个时隙。这种设计可以保证多用户、多业务接入的灵活性，提高卫星系统无线 资源的利用率。在业务接入阶段，需要针对每个连接的QoS请求在复杂的信道结构中分配时 隙资源，时隙资源的有效管理面临着E大的挑战，面向用户QoS的高效时隙资源分配算法一 直都是MF-TDMA技术的难点。
若将MF-TDMA中的载波/时隙资源占用表看成是一个二维的矩阵，其中列代表不同频 率的载波，行表示按时间划分的时隙，如图1所示。目前，对于宽带多媒体卫星通信系统中 的MF-TDMA，时隙资源分配问题中的约束条件主要有如下4个(l)资源管理器响应终端发
起的请求，为一个连接分配的资源要限制在一个载波中。(2)资源管理器为同一终端的分配的 时隙资源，在时间上不能重叠。(3)为避免冲突的发生，同一个时隙资源不能同时分配给两个 连接。(4)为一个终端分配的时隙总数不能超过一个载波的时隙容量。由于上述限制的存在， 所以同一个终端的所有连接资源往往都分配到一个载波中。所以时隙分配过程可以分解为两 个步骤载波选择和载波内时隙分配问题。第一步是确定在哪个载波信道中为终端用户分配
资源，第二步是如何在该信道中确定可用时隙资源分配给终端。
MF-TDMA时隙资源分配问题的可以描述为在一定约束条件下，针对某业务对时隙数 目的需求，如何从上述时隙矩阵中的空闲时隙中寻找最优时隙位置的问题。MF-TDMA系统 中，资源管理器是按照时隙为单位来管理无线资源的，而要对无线资源进行高效管理，首先 要在系统内对时隙进行统一编号。高效、明确的统一时隙编号，是提高星上资源管理器(RRM) 与地面终端交互效率的必要前提。
作为下一代移动通信(4G)和国家信息高速公路的重要组成部分，天基移动通信系统需 支持语音、视频、数据等多媒体综合业务的传输，其中视频、语音，这些业务产生的业务流 有自己的特点，业务对时间抖动的要求严格，也就是说资源管理器为连接分配的资源要时间 上尽量均匀分布。以语音业务为例，它按照语音的采样和编码速率产生数据，为了保证通话 质量，就要保证业务的实时性和连贯性。如果按照突发数据(BTP—burst time plan)模式 为用户分配时间连续时隙资源，如图2a所示，Tsf表示一个超帧的时间长度，Tsf-l，Tsf-2, Tsf-3为三个连续的超帧， 一个连接A发出带宽申请，假设按照带宽需求，每超帧需要给该 连接分配5个时隙，按照BTP时隙分配方法，那么分配结果如果图2a中的阴影部分时隙 (P1 P15)。 Tsf-l中，分配给该连接的时隙资源为Pl至P5，时隙资源集中于一个较短的 时间tl内，而剩余的时间t2内用户产生的信息不能及时传输，需要等到下一个超帧Tsf-2 中的P6 P10才能再次获得传送数据的机会。在整个时间段来看，通信的连贯性受到影响， 对视频业务和语音业务影响尤其严重。所以，在针对语音和视频等时延抖动要求高的业务时， 需要给数据源分配时间上均匀分布的时隙资源。即时隙应该在一个超帧时间内均匀分布，如 图2b所示，图中阴影部分的时隙(P1 P15)被分配给连接，它们在时间轴上均匀分布， 以时间均匀分布的分配方式，可以保障用户数据传输的连续性和有效性。
传统的时隙资源编号管理方式，釆用时隙与时间相对应的编号方法，即按照时隙在超帧 中的时间先后顺序进行编号，这样的编号方法简单，易于实现。4旦采用时间顺序编号方式， 给时隙时间均匀分布分配方法的实施带来很大的困难，其时隙分配过程比BTP模式要复杂的 多。因此需要寻求一种新的时隙编号方法来管理时隙资源，从而简化时隙时间均匀分布分配 方法的实现难度。 发明 内 容
本发明提出了一种MF-TDMA系统中的载波信道内的时隙编号管理方法，主要包括时隙 的倒序编号方法和相应的组织管理结构，并给出了倒序编号方法的时隙资源组在时间域的转 换方法。在进行时隙管理时，是以采用倒序编号作为时隙的统一编号方法，将采用倒序编号 形成的倒序资源树作为资源管理的管理模型，树中节点表示的时隙资源组作为时隙分配和管 理的对象。
倒序分组时隙资源树的编号管理方法步骤如下
1、 采用常规的按照时间顺序对应的方法，给一个超帧内的时隙进行排序编号，用二进制表示;
2、 根据每个时隙的末位bit (0， 1)，将时隙分为两组。将末尾为1的归类到Groupl,末 尾为0的归类到GroupO。 0和1是这两个时隙组的编号。
3、 根据时间顺序编号的倒数第二位，进一步把GroupO和Group 1这两个组再次分隔，
GroupO中倒数第二位为0的归为GroupOO， GroupO中倒数第二位为1的归为 GroupOl， Groupl中倒数第二位为0的归为GrouplO， Groupl中倒数第二位为1 的归Groupll。 00， 01， 10， 11为这四个时隙组的编号。
4、 按照从后到前逐位将O和1进行分组，可以逐步生成资源树，资源树中的毎一层节点表 示的时隙组内包含的时隙数，是上一层节点包含时隙数的一半。 一个组的编号由其在资源 树中的位置决定，可以通过从上而下沿树枝的编号得到。
5、 逐步划分时隙组，当一个时隙组中包含一个时隙时，该时隙组的编号，就是这个时隙的倒 序编号。
6、 将倒序编号转换成时间顺序编号。
终端在发起资源申请后，将接收到资源管理器返回的时隙分配结果，该结果按照倒序编 号的时隙资源组来表示。终端需要把倒序编号的时隙组与时间顺序进行对应，在相应的 时隙内进行数据传输。倒序编号和时间顺序编号的转换方法如下
(1) 将倒序编号的组编号S与组掩码M按位相与，将结果与组掩码M—一对应，取 结果中对应的组掩码M中为1的n位(n为组掩码中1的个数)，即取组号结果 中的有效位，记为结果B;
(2) 将B的各位前后对调，得到结果C;
(3) C就是时间编号的后n位，补全编号前面若干位，可以任意填充，只要满足时间 顺序编号后n位为C的时隙，都属于组号为S的倒序编号组。
本发明从时隙编号方法方面解决了 MF-TDMA时隙管理中的时间均匀分布的分配问题， 用倒序编号的时隙组资源表示在超帧周期内均匀分布的若干时隙，解决了周期性时隙的时间 不连续与编号连续性的矛盾，简化了时隙时间均匀分布分配管理的复杂度。
图1为MF-TDMA信道结构； 图2a为时隙时间连续分配方法示意图； 图2b为时隙时间均匀分布分配方法示意图； 图3a为时隙倒序分组为groiipO和groupl;
图3b为时隙倒序分组为group00、 group01和group 10、 groupl 1;
图4为基于倒序分组的16时隙资源树； 图5为倒序编号和时间顺序编号的转换示意图； 图6为基于倒序编号的256时隙资源树。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明的一种MF-TDMA系统中的载波信道内的时隙编号管理方法，具有如下的步骤
1、 采用常规的按照时间顺序对应的方法，给一个超帧内的时隙进行排序编号，用二进制表示， 如图3a所示；
2、 根据每个时隙编号的末位bit (0， 1)，将时隙分为两组。将末尾为1的归类到Groupl， 末尾为0的归类到GroupO, 0和1是这两个时隙组的编号，如图3a所示；
3、 根据时间顺序编号的倒数第二位，进一步把GroupO和Group 1这两个时隙组再次分隔， GroupO中倒数第二位为0的归为GroupOO， GroupO中倒数第二位为1的归为 GroupOl， Groupl中倒数第二位为0的归为GrouplO， Groupl中倒数第二位为1 的归为Groupll， 00， 01， 10， 11为这四个时隙组的编号，如图3b所示；
4、 从后到前逐位按照0和1进行分组，可以逐步生成资源树，资源树中的每一层节点表示 一个时隙组内包含的时隙数，并且每一层节点的时隙数都是其上一层节点包含时隙数的一 半。 一个时隙组的编号由其在资源树中的位置决定，可以通过从上而下沿树枝的编号得到。 如图4所示，16个时隙按照逐步划分可以形成一个5层的树结构，Group00、 Group01、 Group 10、 Groupl 1是第三层中的节点所代表的时隙组，每个时隙组中包含4个时隙；
5、 逐步划分时隙组，当一个时隙组中包含一个时隙时，该时隙组的编号，就是这个时隙的倒 序编号。
从资源树中得到的时隙编号，实际上就是该时隙时间顺序编号的二进制倒序。资源树中 每个节点所表示的时隙组中的时隙，其倒序编号是连续的，但在时间上是均匀分布于一个超 帧中。如图3b所示，同属GroupOO的四个时隙的倒序编号分别为0000， 0001， 0010， 0011，它们均匀分布在时间轴上。在进行时隙管理时，采用倒序编号的时隙资源组作为管理 的对象。
上述时隙资源组的统一表示方法如下
* 时隙组是资源树中的一个节点所代表的时隙的集合。 一个时隙组可以用组编号和组掩 码来表示(类似于IP地址)，由超帧内划分的时隙个数来确定组编号和组掩码的位数。 若采用n位来表示组编号和组掩码，超帧内则包含2"个时隙。
* 组编号 一个组的组编号由其在资源树中的位置决定，可以通过从上而下沿树枝的编号 得到，并置于组编号的前n位，剩余的位添0补充。
* 组掩码组掩码中的1的个数表示了组编号中的有效位数，即组编号中有几位是通过资 源树中的树枝编号得到。该时隙组包含的时隙个数，即时隙组的大小，可以由组掩码的 补码得到。
6、将倒序编号转换成时间顺序编号。
时隙资源管理按照倒序分组编号方法对时隙资源进行编号和管理，在终端通信的时候，
需要将倒序分组编号转换为时间顺序编号，从而对应时间轴上相应的时间段进行数据通信，
时隙组倒序编号到时间I顾序编号的转换可以通过如下步骤实现，以图5所示为例，有
(1) 将组编号S( 11 OOOOOO)与组掩码M( 11100000)按位相与，将结果(11000000) 与组掩码M —一对应，取结果中对应的组掩码M中为1的n位(n为组掩码中1 的个数)，图5实例中n-3，即取组号结果中的有效位，记为结果B (110);
(2) 将B的各位前后对调，得到结果C (011);
(3) C就是时间编号的后n位，补全编号前面若干位，可以任意填充(xxxxx)，只要 满足时间顺序编号后n位为C的时隙，都属于组号为S的倒序编号组。
实施 例
如图6所示，MF-TDMA系统中，每个载波信道每个超帧被划分成256个时隙，其时 隙组织和编号方法为
1. 采用常规的按照时间顺序的方法给256个时隙进行时间顺序编号b0000,0000 bllll'llll;
2. 根据时间顺序编号末位bit (0， 1)，可以将256个时隙分为两组。GroupO，组编号为 b0000，0000，组掩码为blOOO，OOOO; Groupl，组编号为b1000，0000，组掩码为 blOOO，0000;
3. 再根据时间顺序编号的末二位，继续二分两个时隙组，分为GroupOO (组编号 b0000,0000，组f奄石马bllOO'OOOO)， GroupOl (纟且编号b0100,0000，纟且f奄石马 bl副，OOOO), G腦plO (组编号b1000,0000，组掩码b1100，0000)， Groupll
(组编号bl IOO'OOOO，组掩码bl IOO'OOOO);
4. 逐步二分，可以得到倒序时隙资源树，如图6;
5. 当一个时隙组中包含一个时隙时，如图6中的F和G两个时隙组中只包含一个时隙，那 么这时时隙的倒序编号即为该时隙组的组编号。时隙F的倒序编号为00011111，时隙 G的倒序编号为00011110。
倒序编号的时隙资源树中，节点A表示了一个时隙组，其时隙组编号为bOOOO，OOOO， 组掩码为b1000，0000，该时隙组内包含的时隙个数为组掩码的补码，即b1000，0000 (128 个)。节点B也表示了一时隙组，其时隙组编号为bO 100,0000，组掩码为bl 100,0000, 该时隙组内包含的时隙个数为组掩码的补码，即b0100，0000 (64个)。将倒序编号转换成 时间顺序编号，方法如下
1. B的组编号(b0100,0000)与B组掩码(bl 100,0000)相与，取其结果中有效的2位, 为01;
2. 将01按位前后对调为10;
3. 将其置于时间顺序编号的后两位，任意填充时间顺序编号的前6位(b000000 bllllll),所有时间顺序编号末2位为10的时隙都属于B组。
B组内的时隙倒序编号为0100，000 0111，1111，其倒序编号连续，时间循序编号中， 末位是10时隙在时间轴上均匀分布。故符合设计中编号连续，时间均匀分布的要求。
权利要求
1、一种MF-TDMA系统中的载波信道内的时隙编号管理方法，其特征在于，包括如下步骤(a)采用常规的按照时间顺序对应的方法，给一个超帧内的时隙进行排序编号，用二进制表示；(b)根据每个时隙的末位bit(0，1)，将时隙分为两组，将末尾为1的归类到Group1，末尾为0的归类到Group0，0和1是这两个时隙组的编号；(c)根据时间顺序编号的倒数第二位，进一步把Group0和Group1这两个组再次分隔，Group0中倒数第二位为0的归为Group00，Group0中倒数第二位为1的归为Group01，Group1中倒数第二位为0的归为Group10，Group1中倒数第二位为1的归Group11，00，01，10，11为这四个时隙组的编号；(d)按照从后到前逐位将0和1进行分组，可以逐步生成资源树，资源树中的每一层节点表示的时隙组内包含的时隙数，是上一层节点包含时隙数的一半，一个组的编号由其在资源树中的位置决定，可以通过从上而下沿树枝的编号得到；(e)逐步划分时隙组，当一个时隙组中包含一个时隙时，该时隙组的编号，就是这个时隙的倒序编号；(f)将倒序编号转换成时间顺序编号。
2、 根据权利要求1所述的一种MF-TDMA系统中的载波信道内的时隙编号管理方法，其特征在于步骤(f)将倒序编号转换成时间顺序编号依据如下步骤进行 (I )将组编号S与组掩码M按位相与，将结果与组掩码M —一对应，取结果中对应的组 掩码M中为1的n位，n为组掩码中1的个数，即取组号结果中的有效位，记为结 果B;(II)将B的各位前后对调，得到结果C;(HI) C就是时间编号的后n位，任意填充补全编号前面若干位，只要满足时间顺序编号后 n位为C的时隙，都属于组号为S的倒序编号组。
全文摘要
本发明公开了一种MF-TDMA系统中的载波信道内的时隙编号管理方法，该方法首先采用常规的按照时间顺序对应的方法，给一个超帧内的时隙进行排序编号，用二进制表示；然后根据每个时隙的末位bit(0，1)，将时隙分为两组Group0和Group1。根据时间顺序编号的倒数第二位，进一步把Group0和Group1这两个组再次分隔；按照从后到前逐位按照0和1进行分组，可以逐步生成资源树；逐步划分时隙组。本发明从时隙编号方法方面解决了MF-TDMA时隙管理中的时间均匀分布的分配问题，用倒序编号的时隙组资源表示在超帧周期内均匀分布的若干时隙，解决了周期性时隙的时间不连续与编号连续性的矛盾，简化了时隙时间均匀分布分配管理的复杂度。
文档编号H04B7/185GK101345573SQ20081011880
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月22日 优先权日2008年8月22日
发明者军 张, 涛 张, 董启甲 申请人:北京航空航天大学