專利名稱：多速率無線通信系統(tǒng)及碼分配方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多速率無線通信裝置及碼分配方法，例如涉及用于支持多用戶接入及可變速率多媒體信息傳輸?shù)亩嗵炀€輸入輸出-正交頻分復用-碼分復用(以下稱為“MIMO-OFDM-CDM”)通信的多速率無線通信裝置及碼分配方法。
背景技術：
隨著無線網(wǎng)絡和因特網(wǎng)的逐漸融合，人們對無線通信業(yè)務的類型和質量的要求越來越高。為滿足無線多媒體和高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，需要開發(fā)新一代無線通信系統(tǒng)。其中多天線輸入和輸出(MIMO)和正交頻分復用(OFDM)相結合的MIMO-OFDM無線傳輸技術受到廣泛關注(參見非專利文獻1、2及3)。
MIMO和OFDM相結合的MIMO-OFDM技術具有兩者的優(yōu)點，它既通過OFDM調制把頻率選擇性MIMO衰落信道分解成一組并行平坦衰落信道，又利用MIMO提高了系統(tǒng)容量，適用于傳輸高速率的音、視頻多媒體業(yè)務。除了抗頻率選擇性衰落外，還可利用碼分復用(CDM，即編碼)技術獲得頻率分集(多徑分集)以提高系統(tǒng)性能(例如非專利文獻4)。
非專利文獻5提出的MIMO-OFDM-CDM系統(tǒng)可同時獲得頻率分集和高頻譜效率效果，但僅研究了單用戶單速率情況下的MIMO-OFDM-CDM系統(tǒng)的接收處理問題。使用正交可變擴頻因子(OVSF)擴頻方式，在支持不同速率業(yè)務時，要求分配給用戶的碼字必須是正交的，這易導致碼字阻塞(Blockage)。為解決碼字阻塞問題，非專利文獻5給出了基于拓撲搜索的碼分配方法，如圖1，其思想是用一代價函數(shù)與每條候選子碼樹相關聯(lián)，并分配最小代價子碼樹的根碼給新呼叫，以保證在把碼分配給最小代價的子碼樹。當新呼叫請求服務時(S12)，校驗系統(tǒng)剩余容量(S13)，若系統(tǒng)能支持該呼叫(S13“是”)，則搜索最小代價的子碼樹，且其根碼容量能支持該呼叫(S14)。當找到最小代價的子碼樹后，若該子碼樹為空(S15“是”)，則直接分配根碼給該呼叫，否則，給新呼叫分配根碼中子碼數(shù)據(jù)率最高的子碼樹(S17)。最后，在該子碼樹中重新分配子碼數(shù)據(jù)率最高的碼字給新呼叫(S18)。圖2為示意以往的接收裝置的結構的方框圖。
OVSF擴頻讓MIMO-OFDM-CDM系統(tǒng)具有支持變速率多媒體業(yè)務的優(yōu)點，但是其缺點是應用時有限制條件。由于給用戶一定需要分配正交的碼字，而致使在支持不同速率業(yè)務時碼字容易變得阻塞。解決該碼字阻塞的問題，需要重新分配碼字以支持新呼叫。然而，在以往的裝置中，由于進行大量的碼字交換和重新分配操作，而具有系統(tǒng)的復雜度高的問題。
非專利文獻1G.J.Foschini，Layered space-time architecture forwireless communication in a fading environment when using multi-elementantennas，Bell Labs Tech.J.，vol.1，1996，pp.41-59。
非專利文獻2I.E.Telatar，Capacity of multi-antenna Gaussian channels，Eur.Trans.Tel.，vol.10，no.6，Nov./Dec.1999，pp.585-595。
非專利文獻3A.J.Paularj et al.，An Overview of MIMOCommunications-A Key to Gigabit Wireless，Proceedings of IEEE，vol.92，no.2，F(xiàn)eb.2004，pp.198-218。
非專利文獻4S.Kaiser，OFDM code division multiplexing in fadingchannels，IEEE trans.Comm..，vol.50，Aug.2002，pp.1266-1273。
非專利文獻5Kilsik Ha and K.B.Lee，OFDM-CDM with V-BLASTDetection and Its Extension to MIMO Systems，in Proc.IEEE VehicularTechnology Conference 2003 Spring(VTC 2003S)，Jeju，Korea，vol.1，pp.764-768，Apr.2003。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明需要解決的問題本發(fā)明的目的在于提供一種多速率無線通信裝置及碼分配方法，對于在系統(tǒng)支持可變多媒體的應用時產(chǎn)生的碼字阻塞問題，進行復雜度低的動態(tài)碼分配，由于重新分配的次數(shù)非常的少，因而能夠減小系統(tǒng)的負荷。
解決問題的方案本發(fā)明的多速率無線通信裝置采用，包括分配單元，將表示通過樹結構的碼樹按每種擴頻率分層地相關聯(lián)的碼字群中被占用的碼字和沒有被占用的碼字的數(shù)列，變更為被分割成所述被占用的碼字和所述沒有被占用的碼字的兩部分的最優(yōu)狀態(tài)的數(shù)列；存儲單元，存儲所述最優(yōu)狀態(tài)的所述數(shù)列；以及擴頻單元，用根據(jù)所述存儲單元存儲的所述最優(yōu)狀態(tài)的所述數(shù)列分配給新呼叫的碼字，對給所述新呼叫的發(fā)送數(shù)據(jù)進行擴頻處理的結構。
本發(fā)明的碼分配方法包括以下步驟將表示通過樹結構的碼樹按每種擴頻率分層地相關聯(lián)的碼字群中被占用的碼字和沒有被占用的碼字的數(shù)列，變更為被分割成所述被占用的碼字和所述沒有被占用的碼字的兩部分的最優(yōu)狀態(tài)的數(shù)列；存儲所述最優(yōu)狀態(tài)的所述數(shù)列；以及根據(jù)存儲的所述最優(yōu)狀態(tài)的所述數(shù)列，將碼字分配給新呼叫。
發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，對于在系統(tǒng)支持可變多媒體的應用時產(chǎn)生的碼字阻塞問題，進行復雜度低的動態(tài)碼分配，由于重新分配的次數(shù)非常的少，因而能夠減少系統(tǒng)的負荷。


圖1是示意以往的碼分配方法的流程圖；圖2是示意以往的接收裝置的結構的方框圖；圖3是示意本發(fā)明的實施方式涉及的發(fā)送裝置的結構的方框圖；圖4是示意本發(fā)明的實施方式涉及的接收裝置的結構的方框圖；圖5是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；圖6A是示意發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；圖6B是示意本發(fā)明的實施方式涉及的拓撲記數(shù)法的圖；圖7A是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；圖7B是示意本發(fā)明的實施方式涉及的拓撲記數(shù)法的圖；圖8A是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；
圖8B是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；圖9A是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；圖9B是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；圖10A是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；圖10B是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；圖11A是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；圖11B是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；圖11C是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；圖12A是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；圖12B是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；圖12C是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；圖13A是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；圖13B是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼樹的圖；以及圖14是示意本發(fā)明的實施方式涉及的碼分配方法的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明，基于碼樹的最優(yōu)狀態(tài)和E-t記數(shù)法，提供動態(tài)碼分配方法。其主要思想為，在有接受新呼叫的容量的情況下，對新呼叫分配碼字并且維持碼樹的最優(yōu)狀態(tài)。
下面結合附圖對本實施方式作具體說明。應該指出，所描述的實施方式僅是為了說明本發(fā)明的目的，而不是對本發(fā)明范圍的限制。
(實施方式)在以下的描述中，將以MIMO-OFDM-CDM系統(tǒng)作為多速率無線通信系統(tǒng)的示例，對本發(fā)明進行描述，但應當理解，本發(fā)明并不局限于此。
為使系統(tǒng)在多用戶接入時具有支持變速率多媒體信息傳輸?shù)哪芰?，本發(fā)明提出數(shù)據(jù)流在進入天線復用步驟之前，利用給每個用戶分配單一的正交可變擴頻因子(OVSF)的擴頻序列對信息比特擴頻。輸入的比特流經(jīng)過編碼、交織、調制、擴頻處理后復用為多個子流。每個子流變換成并行數(shù)據(jù)符號，送入CDM復用器擴頻得到子流輸出信號，再將經(jīng)交織、OFDM調制處理后的信號發(fā)射。通過CDM處理后，數(shù)據(jù)符號被擴展到多個子載波上傳輸。各子載波上傳送的不再是單一符號，而是各個符號的線性組合。這樣，即使有某個子載波存在深度衰落(Deep Fading)，也能從其他子載波中恢復發(fā)射信號，因而具有頻率分集效果。在接收端，經(jīng)符號同步、OFDM解調、解交織、信號檢測后，解擴、解調、解交織、解碼后恢復比特流。為獲得多天線信道傳輸矩陣，提出OFDM-CDM發(fā)送導頻序列，接收端測量導頻信號并進行AGC、符號同步、信道估計等方案。進一步，在接收端，為獲得次優(yōu)(Suboptimum)信道容量，本發(fā)明提出采用球形解碼(Spheredecoding)的接收處理方案。
圖3為安裝有NL根發(fā)射天線的MIMO-OFDM-CDM系統(tǒng)的方框圖，輸入的比特流經(jīng)過由信道編碼單元T101進行編碼，由交織單元T102進行交織，由調制單元T103進行調制后復用，成為NL個子流。接著，在S/P單元T105，把NL個子流變換成P個并行數(shù)據(jù)符號，并將變換后的并行數(shù)據(jù)符號送出給CDM復用器T107，通過擴頻及復用，得到式(1)所示的第nf子流輸出信號。
ynt=SPxnt---(1)]]>在式(1)，其每列為正交擴頻碼序列。式(1)的第nf子流輸出信號，在交織單元T108進行交織的同時，IDFT單元T109及CP附加單元T110中經(jīng)過OFDM調制后，從第nt個天線發(fā)射(T111)。通過CDM處理后，數(shù)據(jù)符號被擴展到多個子載波上傳輸，各子載波上傳送的是各個符號的線性組合。這樣，即使有某個子載波存在深度衰落，也能從其他子載波中恢復發(fā)射信號，達到頻率分集效果。
在接收端，接收信號由時間頻率同步單元R212進行符號同步，由CP去除單元R210及DFT單元209進行OFDM解調，由交織單元R208進行數(shù)據(jù)解交織，由球形解碼接收器R214進行信號檢測，由解調單元R203解調，由解交織單元R202進行解交織，再由解碼單元R201進行解碼解碼后，恢復成比特流。第Nr根天線的接收信號由式(2)表示。
rnr=Σnt=1NtHnrntSPxnt+wnr---(2)]]>
式(2)中，信道增益矩陣的元素為零均(zero mean)值和單位方差的復高斯隨機變量，噪聲向量的各元素為獨立同分布(I.I.D，independentindentically distributed))的復高斯隨機變量。
針對MIMO-OFDM-CDM系統(tǒng)，非專利文獻5提出了V-BLAST檢測方法，但是該方法存在系統(tǒng)容量損失的問題。近年來，文獻R.wang，G.B.Giannakis，Approaching MIMO channel capacity with reduced complexity softsphere decoding，WCNC 2004研究了基于球形解碼的MIMO檢測方法。
本發(fā)明提出將基于球形解碼的MIMO檢測方法應用于MIMO-OFDM-CDM系統(tǒng)，以接收信號為中心，在一定半徑的球內(nèi)搜索發(fā)射信號。該系統(tǒng)的框架能得到次優(yōu)信道容量。球形解碼時，為獲得信道傳輸矩陣，需已知各子信道衰落系數(shù)。MIMO-OFDM-CDM系統(tǒng)發(fā)送導頻序列，接收端測量導頻信號并進行AGC、符號同步、信道估計等。
非專利文獻5僅研究了單用戶單速率時的系統(tǒng)性能，為使系統(tǒng)在多用戶環(huán)境下支持變速率多媒體信息傳輸?shù)哪芰?。本發(fā)明提出在由S/P單元T105進行天線復用之前，由擴頻單元T104利用給每個用戶分配單一的正交可變擴頻因子(OVSF)的擴頻序列，對信息符號流擴頻。這樣，不同速率的數(shù)據(jù)流經(jīng)過不同倍數(shù)的擴頻，即對低速符號流采用長碼擴頻，對高速符號流采用短碼擴頻后，以相同的碼片(Chip)速率傳輸(見圖3中的虛線部分)，此處類似于SF-CDMA方式。需注意到，在符號流復用前進行擴頻的作用在于，使系統(tǒng)具有支持多用戶和變速率的能力；在復用后按每根天線進行CDM擴頻的作用在于，把數(shù)據(jù)符號擴展到OFDM的子載波上，二者的作用不同。
OVSF擴頻使MIMO-OFDM-CDM系統(tǒng)具有支持變速率多媒體業(yè)務的優(yōu)點，但有在應用上存在約束條件的缺點。它要求分配給用戶的碼字必須是正交的，這樣在支持不同速率業(yè)務時很容易導致碼字阻塞。為解決該碼字阻塞問題，需要進行碼字的重新分配以能夠支持新的呼叫。系統(tǒng)采用的碼分配裝置如圖3中所示，它包括存儲單元101、比較單元102、計算單元103、分配單元104四個模塊。
存儲單元101，用于存儲系統(tǒng)的碼樹，所述碼樹處于最優(yōu)狀態(tài)(稍后將進行描述)。在此，碼樹為通過樹結構按每種擴頻率使擴頻碼分層地相關聯(lián)。
比較單元102，用于在接收到新呼叫時，根據(jù)存儲在存儲單元101中的碼樹的狀態(tài)和新呼叫所需的速率t，判斷系統(tǒng)是否能夠容納新呼叫。如果系統(tǒng)不能容納新呼叫，則保持系統(tǒng)的碼樹的狀態(tài)，不觸發(fā)計算單元103；如果系統(tǒng)能夠容納新呼叫，則觸發(fā)計算單元103。
計算單元103，用于根據(jù)存儲在存儲單元101中的碼樹的狀態(tài)和新呼叫所需的速率t，進行計算，并將計算結果提供給分配單元104。
分配單元104，根據(jù)來自計算單元103的計算結果，將適當?shù)拇a字分配給新呼叫，如果需要，相應地改變已分配的碼字，從而使系統(tǒng)的碼樹仍然處于最優(yōu)狀態(tài)，并將改變后的碼樹存儲在存儲單元101中。也就是說，分配單元104將表示由于分配而被占用的碼字和沒有被分配即沒有被占用的碼字的無序數(shù)列，變更成分割為被占用的碼字和沒有被占用的碼字二部分的最優(yōu)狀態(tài)的數(shù)列。另外，對于碼分配方法將在后面敘述。
下面首先分析OVSF擴頻系統(tǒng)中碼分配的原理。采用分配給每個用戶長為N的正交可變擴頻因子(OVSF)，對持續(xù)時間T(數(shù)據(jù)率R＝1/T)的每一數(shù)據(jù)符號擴頻的原理。OVSF正交擴頻碼由沃爾什(Walsh)碼矩陣生成，可用如圖5的碼樹表示。
采用拓撲記數(shù)法描述碼樹結構的方法為對于第一層的碼字，從左到右觀察，如果其碼字還可以分配，用X表示，如非專利文獻6(Thit Min，Kai，Yeung(Sunny)Siu，Dynamic assignment of OVSF codes inW-CDMA，IEEE JSAC，2000，18(8)1429-1440)。如果該碼字被占用，用其容量1表示。另外，如果是其母碼被占用而導致其不能用，則觀察該母碼導致了多少個它的第一層的子碼不能用(設為K)，則這K個第一層的碼字用K表示。觀察碼樹的拓撲記數(shù)法，可看到，其數(shù)字部分全部出現(xiàn)在數(shù)列的右邊，而X只出現(xiàn)在數(shù)列左邊。即被占用的碼字集中在碼樹右邊，稱之為碼樹的最優(yōu)狀態(tài)。
針對碼樹的最優(yōu)狀態(tài)，本發(fā)明提出擴展拓撲記數(shù)法。因為沒有被占用的碼字都在左邊，可僅用一組數(shù)字來進行記錄。其中數(shù)列的第一個數(shù)字為拓撲記數(shù)法中X的個數(shù)(即剩余容量)，其余數(shù)字為拓撲記數(shù)法中除X以外的其他數(shù)字的個數(shù)(二者順序保持一致)。采用E-t記數(shù)法記錄碼樹的情況下，只需記錄兩組數(shù)列一組是用E-t記數(shù)法記錄的碼樹狀態(tài)，另一組是第一層碼字的分配情況。有些情況雖然不能直接用E-t寫法，但由于具有最優(yōu)狀態(tài)的性質，通過交換碼字編號，也可看成滿足最優(yōu)狀態(tài)，稱之為偽最優(yōu)狀態(tài)。
E-t記數(shù)法具有如下性質，設數(shù)列為(S，a1，a2，……，ak)，其碼樹滿足(偽)最優(yōu)狀態(tài)，系統(tǒng)容量為2n。該數(shù)列中，數(shù)列除了第一個數(shù)(剩余容量)，其余的數(shù)都滿足若2m＜2n，且數(shù)列中存在aq＝2m1＜2m，2m|a1+a2+…+aq-1，則存在i滿足q≤i，aq+…+ai＝2m。
圖5是示出了碼樹的示意圖。其中下一層的OVSF碼字由上一層的碼字產(chǎn)生，每個碼字用唯一的層數(shù)和枝數(shù)表示，碼字的層數(shù)由底到上從1開始記數(shù)。如圖5的碼樹，第三層的兩個碼字是由第四層的母碼產(chǎn)生的。圖5中，[x]表示一個二進制碼數(shù)列，[-x]是其反碼。在每一層，碼字的枝數(shù)從左到右數(shù)起。若第一層的碼字支持速率R的數(shù)據(jù)，則第M層碼字支持的數(shù)據(jù)速率為2(M-1)×R[bps]。定義“支持的最大數(shù)據(jù)率Nmax＝第一層的碼字總數(shù)”，即為系統(tǒng)總容量。系統(tǒng)剩余容量為總容量減去占用的碼字容量和。當Nmax確定后，則確定了碼樹層數(shù)，每個碼字可表示為“碼字＝(層數(shù)，枝數(shù))”。
一個分枝是碼樹的一棵完全二進制子碼樹，碼樹(或子碼樹)最上面的碼字叫做該碼樹(子碼樹)的根碼。圖6A所示，(4，1)是整個碼樹的根碼，(3，1)是一個分枝(子碼樹)的根碼，該分枝包含的碼字為(2，1)，(2，2)，(1，1)，(1，2)，(1，3)和(1，4)。由層數(shù)高的碼字通過循環(huán)能夠形成所有層數(shù)低的碼字(子碼)，連接到某一低層碼字的所有根碼稱為它的母碼。兩個碼字如果都由上一層某一母碼直接產(chǎn)生的，則稱其為兄弟碼字。圖6A中(2，4)的所有子碼為兄弟碼字(1，7)，(1，8)，而(1，5)的所有母碼是(2，3)，(3，2)和(4，1)。另外，根據(jù)圖6A，(1，1)，(1，2)，(2，2)，(2，3)，(3，1)，(3，2)，(4，1)為阻塞碼字，(1，3)，(1，5)，(2，1)為被分配的碼字。
每層的碼字相互正交，不同層的兩個碼字除了其中一個碼字是另外一個碼字的母碼外，也均正交。為保證所用碼字兩兩正交，若某一個碼字被占用后，則其母碼和子碼不能再用。圖6A及圖6B為示意碼字阻塞的圖。當碼字(2，1)，(1，3)和(1，5)被分配后，剩余容量為(2(4-1)-2(2-1)-2(1-1)-2(1-1))×R＝4R[bps]，即系統(tǒng)還能支持速率為4R[bps]的數(shù)據(jù)。但碼字(4，1)，(3，1)，(3，2)，(2，2)和(2，3)被各自子碼阻塞，(1，1)，(1，2)被其母碼(2，1)阻塞，導致系統(tǒng)出現(xiàn)阻塞。
系統(tǒng)出現(xiàn)碼字阻塞后，必須重新分配碼字，以支持新呼叫業(yè)務。如圖6A，若有一個速率為4R[bps]的新呼叫，若把原來用碼字(1，5)支持的數(shù)據(jù)改為用(1，4)來支持，這樣可以利用碼字(3，2)支持新呼叫，把碼字(1，5)改為(1，4)的操作稱為碼字的重新分配。
非專利文獻6引入了拓撲記數(shù)法來描述碼樹結構，即對任何一種碼樹結構，用唯一的數(shù)列與之對應。其方法為對于第一層的碼字，從左到右逐個觀察，如果其碼字還可以分配，用X表示；否則，如果該碼字被占用，用其容量1表示；如果是因其母碼而導致其不能用，則觀察該母碼導致了多少個它的第一層的子碼不能用(設為K)，則這K個第一層的碼字用K表示。如圖6A的情況(黑色表示碼字被占用，下同)，其拓撲記數(shù)法如圖6B所示。其中，X的個數(shù)表示系統(tǒng)未分配的剩余容量。對于碼樹的拓撲記數(shù)法，若其數(shù)字全部出現(xiàn)在數(shù)列的右邊，即被占用的碼字集中在碼樹右邊，并且X只出現(xiàn)在數(shù)列左邊的狀態(tài)，稱為碼樹的最優(yōu)狀態(tài)。圖7A及圖7B示出了最優(yōu)狀態(tài)的兩種情況，根據(jù)拓撲記數(shù)法，圖7A被記為X11122，圖7B被記為XX24。
針對碼樹的最優(yōu)狀態(tài)，由拓撲記數(shù)法延伸出來，本發(fā)明提出了擴展拓撲(E-t)記數(shù)法。因為沒有被占用的碼字都在左邊，所以可以僅用一個數(shù)字來進行記錄。數(shù)列數(shù)列中，第一個數(shù)字為拓撲記數(shù)法中的X的個數(shù)(即剩余容量)，其余數(shù)字為拓撲記數(shù)法中除X以外的其他數(shù)字的個數(shù)(二者順序保持一致)。如圖7A下半部所示，對E-t記數(shù)法的(111122)進行具體說明。第一個“1”表示未被占用的碼字的個數(shù)；第二、第三和第四個“1”分別表示(4，2)，(4，3)和(4，4)已被分配。第五位和第六位上的“2”分別表示(4，5)和(4，6)以及(4，7)和(4，8)已被阻塞。同理，圖7B所示的碼樹的E-t記數(shù)法表示為(224)。
根據(jù)E-t記數(shù)法，如果系統(tǒng)剩余容量為零，則在數(shù)列前面加“0”，如圖8A，根據(jù)E-t記數(shù)法應表示為04211；而對于圖8B，E-t記數(shù)法應表示為4211。
概括地說，E-t記數(shù)法首先建立碼樹的最優(yōu)狀態(tài)。然后對于該碼樹第一層的碼字，從左到右逐個觀察，如果其碼字還可以分配，用X表示；否則，如果該碼字被占用，用其容量“1”表示；如果是因其母碼而導致其不能用，則觀察該母碼導致了多少個它的第一層的子碼不能用(設為K)，則這K個第一層的碼字用K表示(至此為拓撲記數(shù)法)；最后，用一組數(shù)字記錄該狀態(tài)，該數(shù)列的第一個數(shù)字為X的個數(shù)，其他數(shù)字表示該碼字被占用或阻塞(擴展拓撲記數(shù)法)。
采用E-t記數(shù)法來記錄碼樹的情況下，需記錄兩組數(shù)列一組是用E-t記數(shù)法記錄的碼樹狀態(tài)，另一組是記錄第一層碼字的分配情況。圖9A是表示偽最優(yōu)狀態(tài)的圖，圖9B是表示與圖9A對應的最優(yōu)狀態(tài)的圖。如圖9B所示，其碼樹的狀態(tài)記錄為(1111211)(各數(shù)字表示碼字容量)，第一層碼字的分配情況為78561234(各數(shù)字表示碼字編號)。
有些狀態(tài)雖然不能直接用E-t記數(shù)法來表示，但具有最優(yōu)狀態(tài)的性質。另外，通過交換碼字編號，也可看成滿足最優(yōu)狀態(tài)(稱為偽最優(yōu)狀態(tài))。如圖9A，在記錄該狀態(tài)時，第一層碼字的編號是12345678，對應的拓撲記數(shù)法是21111X1。也就是說，圖9A為維持表示被占用的碼字和沒有被占用的碼字的碼樹關系的數(shù)列。碼樹的狀態(tài)為圖9B所示的情況時，第一層的碼字編號記錄為78561234，對應的拓撲記數(shù)法為X111211，因此可用E-t記數(shù)法記錄成(1111211)，圖9A的狀態(tài)稱為偽最優(yōu)狀態(tài)。
上述過程為碼字的編號交換，因為兩個碼字的外部特性完全一樣，內(nèi)部互相正交，所以交換編號對內(nèi)部與對外部不會產(chǎn)生任何影響。若碼字編號進行了交換，則記錄的數(shù)列的順序也應做相應改變。需注意的是進行交換的兩個碼字必須是兄弟碼字，而與這兩個碼字被占用與否無關。如果交換的碼字不在第一層(此時是兩個子碼樹進行編號交換)，那么記錄的與其對應的第一層的碼字狀態(tài)按原來的順序整體交換，而記錄碼樹狀態(tài)的數(shù)列也作同樣的調換。例如對于(XXXX2X1)和12345678，如圖10A所示，如果將(2，3)與(2，4)交換，則E-t記錄數(shù)列變?yōu)?512)和12347856。
基于碼樹最優(yōu)狀態(tài)和E-t記數(shù)法，本發(fā)明提出了動態(tài)碼分配方法。當系統(tǒng)有余量容納新呼叫時，給新呼叫分配碼字并維持碼樹的最優(yōu)狀態(tài)。圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的碼分配方法的流程圖。
假設記錄的兩組數(shù)據(jù)為“S，a1，a2，…，ak”和“b1，b2，…”(步驟S1401)。這里“S，a1，a2，…，ak”表示整個碼樹狀態(tài)，其中“S ”為系統(tǒng)剩余容量，ai∈{a1，a2，…，ak}為被占用的碼字容量；“b1，b2，…”是碼樹的第一層碼字的編號。
若接收速率為t的新呼叫(步驟S1402)，比較S和t(步驟S1403)，如果S＜t(步驟S1403“否”)，則系統(tǒng)容量不足，因此取消新呼叫。如果S≥t(步驟S1403“是”)，則系統(tǒng)能支持新呼叫接入。然后，進行如下操作在步驟S1404中，進行除法操作設S/t＝x余y，即S＝t×x+y，且0≤y＜t。
在步驟S1405中，對余數(shù)y進行判斷。若y＝0(步驟S1405“是”)，即第一層的碼樹中有整數(shù)x倍新呼叫容量的剩余容量，故可直接給新呼叫分配編號(bS-t+1，…，bS)所對應的碼字。
若y≠0(步驟S1405“否”)，則在步驟S1406中，對x進行判斷。
當x為奇數(shù)時(步驟S1407“是”)，此時第一層碼字分配數(shù)為奇數(shù)，則給新呼叫分配編號(bS-t-y+1，…，bS-y)對應的碼字，然后讓新呼叫與前面t個編號對應的碼字改變編號，以保持碼樹的最優(yōu)狀態(tài)(步驟S1408)。也就是說，將(bS-t-y+1，…，bS-y)對應的碼字分配給新呼叫，將t與其兄弟碼的碼字的編號交換。
另一方面，當x為偶數(shù)時(步驟S1407“否”)，此時第一層的碼字分配數(shù)為偶數(shù)。則根據(jù)后述的E-t記數(shù)法的性質可知由于存在下標p，則y+a1+a2+…+ap＝t，若ai占用碼字對應的編號為mi，則i＝1…p，重新分配給ai的碼字為m′i。這里，若mi＝bp，則m′i＝bp-t；若mi＝(bp，bp+1，…)，則m′i＝(bp-t，bp-t+1，…)。即把碼字a1，a2，…，ak向左平移t個單位。最后，將t個第一層碼字的編號bxt+1，…，bxt+t所對應的碼字分配給新呼叫(步驟S1409)。也就是說，假設y+a1+a2+…+ap＝t，首先將a1，a2，…的碼字重新分配，即向左平移t單位，將[b(xt+1)，…，b(xt+t)]對應的碼字重新分配給新呼叫。
經(jīng)過上述的操作后，系統(tǒng)仍保持(偽)最優(yōu)狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，若進來一個新呼叫，就很容易碼字分配，且需要重新分配的碼字數(shù)量也很少。對于四層碼樹，只有當碼樹記錄情況為512和5111時，進來一個速率為2的碼字時，才進行碼字重新分配。
具體來說，E-t記數(shù)法具有如下性質，設數(shù)列為(S，a1，a2，…，ak)，其碼樹滿足(偽)最優(yōu)狀態(tài)，系統(tǒng)容量為2n時，該數(shù)列除了第一個數(shù)以外的其余的數(shù)都滿足若2m＜2n，且數(shù)列中存在aq＝2m1＜2m，2m|a1+a2+…+aq-1，則存在i滿足q≤i，aq+…+ai＝2m。對該性質的證明如下。
證明對第(m+1)層，該層每一個碼字的容量為2m，由于aq＜2m，可以找到aq的一個容量為2m的母碼，于是必有該母碼的一些子碼被占用，而且被占用的子碼容量和為2m，因此該性質得證。
下面針對各種情況給出示例。圖11A～圖11C是表示碼分配示例1的示意圖；圖12A～圖12C是表示碼分配示例2的示意圖；以及圖13A及圖13B是示出了碼分配示例3的示意圖。
在圖11A～圖11C中，通過平移從圖11A的狀態(tài)變成圖11B的狀態(tài)，再通過碼分配從圖11B的狀態(tài)變成圖11C的狀態(tài)。根據(jù)圖11A～圖11B的示例1，當碼樹的E-t記數(shù)法為512(即S＝5，a1，a2＝1，2，碼字對應的編號b1，b2，…，b8＝1，2，…，8)，系統(tǒng)有一個速率為2(t)的新呼叫，作除法5/2＝2(x)余1(y)，則y≠0，x為偶數(shù)。根據(jù)算法得1(y)+a1＝2(t)，故下標p＝1，a1碼字對應的編號為6(m1)＝(b1，bp+1，…，bp+5)，則4(m′1)＝(b1-2，b1-2+1，…，b1-2+5)。即把該碼字向左平移2(t)個碼字。最后，把(b2×2+1，b2×2+2)＝(b5，b6)對應的碼字給新呼叫。碼分配操作如圖8所示。
在圖12A～圖12C中，通過碼分配從圖12A的狀態(tài)變成圖12B的狀態(tài)，通過交換碼字編號從圖12B變成圖12C。根據(jù)圖12A～圖12C的示例2，同樣地碼樹的E-t記數(shù)法為512，S＝5，a1，a2＝1，2，碼字對應的編號b1，b2，…，b8＝1，2，…，8當系統(tǒng)有一個速率為3(t)的新呼叫，作除法5/3＝1(x)余2(y)，則y≠0，x為奇數(shù)。根據(jù)上述算法，給新呼叫分配編號為(b5-3-2+1，b5-3-2+2，b5-2＝b1，b2，b3)的碼字，并與其兄弟碼交換碼字編號，以維持碼樹最優(yōu)態(tài)。碼分配操作如圖12A～圖12C所示。
同樣地，在圖13A及圖13B中，通過碼分配從圖13A的狀態(tài)變成圖13B的狀態(tài)。根據(jù)圖13A及圖13B的示例3，碼樹的E-t記數(shù)法為62，同樣，S＝6，a1＝2，碼字對應的編號b1，b2，…，b8＝1，2，…，8，當系統(tǒng)有一個速率為2(t)的新呼叫，作除法6/2＝3(x)余0(y)，則y＝0。根據(jù)上述算法，直接給新呼叫分配編號為(b6-2+1，b6＝b5，b6)的碼字而無需重新分配，碼分配操作如圖13A及圖13B所示。
若系統(tǒng)容量為4R，新呼叫服從強度為λ的泊松過程，在系統(tǒng)中的服務時間服從參數(shù)為μ的負指數(shù)分布。計算表明，若業(yè)務負載λ/μ＝5，提出的動態(tài)碼分配方法不需進行重新分配，而利用非專利文獻5的算法則需要進行50次重新分配?？梢?，與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明的碼分配方法重新分配的次數(shù)很少，能夠降低了系統(tǒng)開銷。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，針對系統(tǒng)在支持可變多媒體的應用時產(chǎn)生的碼字阻塞的問題，進行復雜度低的動態(tài)碼分配，由于重新分配的次數(shù)非常的少，而能夠減少系統(tǒng)負荷。另外，根據(jù)本實施方式，通過使用OVSF擴頻，能夠讓MIMO-OFDM-CDM系統(tǒng)具有多用戶接入及變速率多媒體信息傳輸?shù)哪芰ΑＡ硗?，根?jù)本實施方式，通過在接收端使用球形解碼，系統(tǒng)能夠獲得次優(yōu)容量。另外，根據(jù)本實施方式，基于碼樹的最優(yōu)狀態(tài)和E-t記數(shù)法，能夠提供復雜度低于一般方法的動態(tài)碼分配計算法。
盡管已經(jīng)針對典型實施方式示出和描述了本發(fā)明，本發(fā)明的碼分配方法，除應用于MIMO-OFDM-CDM系統(tǒng)以外，能夠應用于所有的OVSF擴頻通信系統(tǒng)。也就是說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行各種其他的改變、替換和添加。
工業(yè)可利用性本發(fā)明涉及的多速率無線通信裝置及碼分配方法，尤其適用于支持多用戶接入及變速率多媒體信息傳輸?shù)腗IMO-OFDM-CDM通信。
權利要求
1.一種多速率無線通信裝置，包括分配單元，將維持了表示通過樹結構的碼樹按每種擴頻率分層地相關聯(lián)的碼字群中被占用的碼字和沒有被占用的碼字的所述關聯(lián)的數(shù)列，變更為被分割成所述被占用的碼字和所述沒有被占用的碼字的兩部分的最優(yōu)狀態(tài)的數(shù)列；存儲單元，存儲所述最優(yōu)狀態(tài)的所述數(shù)列；以及擴頻單元，用根據(jù)所述存儲單元存儲的所述最優(yōu)狀態(tài)的所述數(shù)列分配給新呼叫的碼字，對給所述新呼叫的發(fā)送數(shù)據(jù)進行擴頻處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的多速率無線通信裝置，其中，所述分配單元，進行變更，以使成為使用拓撲記數(shù)法表示所述被占用的碼字的個數(shù)的數(shù)字集中在所述碼樹的右側，同時表示所述沒有被占用的碼字的標記X集中在所述碼樹的左側的所述數(shù)列的所述最優(yōu)狀態(tài)。
3.根據(jù)權利要求2所述的多速率無線通信裝置，其中，所述分配單元，進行變更為表示所述沒有被占用的碼字的個數(shù)的數(shù)值附加在左側的開頭的所述數(shù)列。
4.根據(jù)權利要求1所述的多速率無線通信裝置，其中，所述擴頻單元，用通過正交可變擴頻率的擴頻方式分配的碼字進行所述擴頻處理。
5.根據(jù)權利要求1所述的多速率無線通信裝置，其中，所述分配單元，將表示為所述碼樹的沃什爾碼樹中按每種擴頻率分層地相關聯(lián)的碼字的所述標記變更為所述最優(yōu)狀態(tài)。
6.一種碼字分配方法，包括以下步驟將維持了表示通過樹結構的碼樹按每種擴頻率分層地相關聯(lián)的碼字群中被占用的碼字和沒有被占用的碼字的所述關聯(lián)的數(shù)列，變更為被分割成所述被占用的碼字和所述沒有被占用的碼字的兩部分的最優(yōu)狀態(tài)的數(shù)列；存儲所述最優(yōu)狀態(tài)的所述數(shù)列；以及根據(jù)存儲的所述最優(yōu)狀態(tài)的所述數(shù)列，將碼字分配給新呼叫。
7.根據(jù)權利要求6所述的碼字分配方法，其中，進行變更，以使成為使用拓撲記數(shù)法表示所述被占用的碼字的個數(shù)的數(shù)字集中在所述碼樹的右側，同時表示所述沒有被占用的碼字的標記x集中在所述碼樹的左側的所述數(shù)列的所述最優(yōu)狀態(tài)。
全文摘要
一種多速率無線通信裝置，對于系統(tǒng)在支持可變多媒體的應用時產(chǎn)生的碼字阻塞問題，由于進行復雜度低的動態(tài)碼分配，而重新分配的次數(shù)較少，因此能夠減少系統(tǒng)的負荷。在該裝置中，存儲單元(101)存儲最優(yōu)狀態(tài)的系統(tǒng)碼樹。比較單元(102)，在接收新的呼叫時，判斷系統(tǒng)是否能接受新的呼叫。計算單元(103)，根據(jù)存儲單元(101)存儲的碼樹的狀態(tài)及新呼叫所需的速率t進行計算。分配單元(104)，根據(jù)來自計算單元(103)的計算結果，分配適當?shù)拇a字給新的呼叫，根據(jù)需要變更分配的碼字，以使系統(tǒng)的碼樹為最優(yōu)狀態(tài)，并將變更后的碼樹存儲在存儲單元(101)中。
文檔編號H04J13/00GK101065919SQ200580040558
公開日2007年10月31日 申請日期2005年11月25日 優(yōu)先權日2004年11月25日
發(fā)明者黎海濤, 李繼峰 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社