專利名稱：一種mf-tdma系統(tǒng)中的載波信道內(nèi)的時隙編號管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天信息技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種應(yīng)用于航天信息領(lǐng)域的MF-TDMA通信衛(wèi) 星的無線資源管理中載波信道內(nèi)的時隙管理方法的設(shè)計(jì)，特別是一種適合對時隙進(jìn)行時間均 勻分布時分配時隙資源管理方法。
背景技術(shù)：
天基移動通信系統(tǒng)是一種以衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)為主，利用不同軌道上多種類型的衛(wèi)星作為網(wǎng)絡(luò)的 接入節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)移動用戶之間或移動用戶與固定用戶之間相互通信的一種無線通信系統(tǒng)。該 通信系統(tǒng)具有星上自主的信息獲取、存儲、處理及分發(fā)能力，能與陸、海、空基的信息系統(tǒng) 互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息的多元、立體共享，成為下一代移動通信(4G)和國家信息高速公路的重要 組成部分。
寬帶多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)的無線資源分配與管理是系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。資源管理器的 本質(zhì)就是要解決多用戶多業(yè)務(wù)的無線資源共享問題。多頻時分接入技術(shù)(MF-TDMA)是時分 技術(shù)和頻分技術(shù)的結(jié)合，是寬帶多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于 ATM-based, DVB-based和IP-based等衛(wèi)星通信系統(tǒng)的上行鏈路設(shè)計(jì)中，是目前衛(wèi)星移
動通信技術(shù)研究的熱點(diǎn)。它允許多連接共享無線上行鏈路資源。如圖1中所示，上行鏈路由 多個載波信道(0~50)構(gòu)成，每個載波信道在一個超幀(如counterO或counterl)內(nèi)又 被細(xì)分為若干個時隙。這種設(shè)計(jì)可以保證多用戶、多業(yè)務(wù)接入的靈活性，提高衛(wèi)星系統(tǒng)無線 資源的利用率。在業(yè)務(wù)接入階段，需要針對每個連接的QoS請求在復(fù)雜的信道結(jié)構(gòu)中分配時 隙資源，時隙資源的有效管理面臨著E大的挑戰(zhàn)，面向用戶QoS的高效時隙資源分配算法一 直都是MF-TDMA技術(shù)的難點(diǎn)。
若將MF-TDMA中的載波/時隙資源占用表看成是一個二維的矩陣，其中列代表不同頻 率的載波，行表示按時間劃分的時隙，如圖1所示。目前，對于寬帶多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)中 的MF-TDMA，時隙資源分配問題中的約束條件主要有如下4個(l)資源管理器響應(yīng)終端發(fā)
起的請求，為一個連接分配的資源要限制在一個載波中。(2)資源管理器為同一終端的分配的 時隙資源，在時間上不能重疊。(3)為避免沖突的發(fā)生，同一個時隙資源不能同時分配給兩個 連接。(4)為一個終端分配的時隙總數(shù)不能超過一個載波的時隙容量。由于上述限制的存在， 所以同一個終端的所有連接資源往往都分配到一個載波中。所以時隙分配過程可以分解為兩 個步驟載波選擇和載波內(nèi)時隙分配問題。第一步是確定在哪個載波信道中為終端用戶分配
資源，第二步是如何在該信道中確定可用時隙資源分配給終端。
MF-TDMA時隙資源分配問題的可以描述為在一定約束條件下，針對某業(yè)務(wù)對時隙數(shù) 目的需求，如何從上述時隙矩陣中的空閑時隙中尋找最優(yōu)時隙位置的問題。MF-TDMA系統(tǒng) 中，資源管理器是按照時隙為單位來管理無線資源的，而要對無線資源進(jìn)行高效管理，首先 要在系統(tǒng)內(nèi)對時隙進(jìn)行統(tǒng)一編號。高效、明確的統(tǒng)一時隙編號，是提高星上資源管理器(RRM) 與地面終端交互效率的必要前提。
作為下一代移動通信(4G)和國家信息高速公路的重要組成部分，天基移動通信系統(tǒng)需 支持語音、視頻、數(shù)據(jù)等多媒體綜合業(yè)務(wù)的傳輸，其中視頻、語音，這些業(yè)務(wù)產(chǎn)生的業(yè)務(wù)流 有自己的特點(diǎn)，業(yè)務(wù)對時間抖動的要求嚴(yán)格，也就是說資源管理器為連接分配的資源要時間 上盡量均勻分布。以語音業(yè)務(wù)為例，它按照語音的采樣和編碼速率產(chǎn)生數(shù)據(jù)，為了保證通話 質(zhì)量，就要保證業(yè)務(wù)的實(shí)時性和連貫性。如果按照突發(fā)數(shù)據(jù)(BTP—burst time plan)模式 為用戶分配時間連續(xù)時隙資源，如圖2a所示，Tsf表示一個超幀的時間長度，Tsf-l，Tsf-2, Tsf-3為三個連續(xù)的超幀， 一個連接A發(fā)出帶寬申請，假設(shè)按照帶寬需求，每超幀需要給該 連接分配5個時隙，按照BTP時隙分配方法，那么分配結(jié)果如果圖2a中的陰影部分時隙 (P1 P15)。 Tsf-l中，分配給該連接的時隙資源為Pl至P5，時隙資源集中于一個較短的 時間tl內(nèi)，而剩余的時間t2內(nèi)用戶產(chǎn)生的信息不能及時傳輸，需要等到下一個超幀Tsf-2 中的P6 P10才能再次獲得傳送數(shù)據(jù)的機(jī)會。在整個時間段來看，通信的連貫性受到影響， 對視頻業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)影響尤其嚴(yán)重。所以，在針對語音和視頻等時延抖動要求高的業(yè)務(wù)時， 需要給數(shù)據(jù)源分配時間上均勻分布的時隙資源。即時隙應(yīng)該在一個超幀時間內(nèi)均勻分布，如 圖2b所示，圖中陰影部分的時隙(P1 P15)被分配給連接，它們在時間軸上均勻分布， 以時間均勻分布的分配方式，可以保障用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性和有效性。
傳統(tǒng)的時隙資源編號管理方式，釆用時隙與時間相對應(yīng)的編號方法，即按照時隙在超幀 中的時間先后順序進(jìn)行編號，這樣的編號方法簡單，易于實(shí)現(xiàn)。4旦采用時間順序編號方式， 給時隙時間均勻分布分配方法的實(shí)施帶來很大的困難，其時隙分配過程比BTP模式要復(fù)雜的 多。因此需要尋求一種新的時隙編號方法來管理時隙資源，從而簡化時隙時間均勻分布分配 方法的實(shí)現(xiàn)難度。 發(fā)明 內(nèi) 容
本發(fā)明提出了一種MF-TDMA系統(tǒng)中的載波信道內(nèi)的時隙編號管理方法，主要包括時隙 的倒序編號方法和相應(yīng)的組織管理結(jié)構(gòu)，并給出了倒序編號方法的時隙資源組在時間域的轉(zhuǎn) 換方法。在進(jìn)行時隙管理時，是以采用倒序編號作為時隙的統(tǒng)一編號方法，將采用倒序編號 形成的倒序資源樹作為資源管理的管理模型，樹中節(jié)點(diǎn)表示的時隙資源組作為時隙分配和管 理的對象。
倒序分組時隙資源樹的編號管理方法步驟如下
1、 采用常規(guī)的按照時間順序?qū)?yīng)的方法，給一個超幀內(nèi)的時隙進(jìn)行排序編號，用二進(jìn)制表示;
2、 根據(jù)每個時隙的末位bit (0， 1)，將時隙分為兩組。將末尾為1的歸類到Groupl,末 尾為0的歸類到GroupO。 0和1是這兩個時隙組的編號。
3、 根據(jù)時間順序編號的倒數(shù)第二位，進(jìn)一步把GroupO和Group 1這兩個組再次分隔，
GroupO中倒數(shù)第二位為0的歸為GroupOO， GroupO中倒數(shù)第二位為1的歸為 GroupOl， Groupl中倒數(shù)第二位為0的歸為GrouplO， Groupl中倒數(shù)第二位為1 的歸Groupll。 00， 01， 10， 11為這四個時隙組的編號。
4、 按照從后到前逐位將O和1進(jìn)行分組，可以逐步生成資源樹，資源樹中的毎一層節(jié)點(diǎn)表 示的時隙組內(nèi)包含的時隙數(shù)，是上一層節(jié)點(diǎn)包含時隙數(shù)的一半。 一個組的編號由其在資源 樹中的位置決定，可以通過從上而下沿樹枝的編號得到。
5、 逐步劃分時隙組，當(dāng)一個時隙組中包含一個時隙時，該時隙組的編號，就是這個時隙的倒 序編號。
6、 將倒序編號轉(zhuǎn)換成時間順序編號。
終端在發(fā)起資源申請后，將接收到資源管理器返回的時隙分配結(jié)果，該結(jié)果按照倒序編 號的時隙資源組來表示。終端需要把倒序編號的時隙組與時間順序進(jìn)行對應(yīng)，在相應(yīng)的 時隙內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。倒序編號和時間順序編號的轉(zhuǎn)換方法如下
(1) 將倒序編號的組編號S與組掩碼M按位相與，將結(jié)果與組掩碼M—一對應(yīng)，取 結(jié)果中對應(yīng)的組掩碼M中為1的n位(n為組掩碼中1的個數(shù))，即取組號結(jié)果 中的有效位，記為結(jié)果B;
(2) 將B的各位前后對調(diào)，得到結(jié)果C;
(3) C就是時間編號的后n位，補(bǔ)全編號前面若干位，可以任意填充，只要滿足時間 順序編號后n位為C的時隙，都屬于組號為S的倒序編號組。
本發(fā)明從時隙編號方法方面解決了 MF-TDMA時隙管理中的時間均勻分布的分配問題， 用倒序編號的時隙組資源表示在超幀周期內(nèi)均勻分布的若干時隙，解決了周期性時隙的時間 不連續(xù)與編號連續(xù)性的矛盾，簡化了時隙時間均勻分布分配管理的復(fù)雜度。


圖1為MF-TDMA信道結(jié)構(gòu)； 圖2a為時隙時間連續(xù)分配方法示意圖； 圖2b為時隙時間均勻分布分配方法示意圖； 圖3a為時隙倒序分組為groiipO和groupl;
圖3b為時隙倒序分組為group00、 group01和group 10、 groupl 1;
圖4為基于倒序分組的16時隙資源樹； 圖5為倒序編號和時間順序編號的轉(zhuǎn)換示意圖； 圖6為基于倒序編號的256時隙資源樹。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
本發(fā)明的一種MF-TDMA系統(tǒng)中的載波信道內(nèi)的時隙編號管理方法，具有如下的步驟
1、 采用常規(guī)的按照時間順序?qū)?yīng)的方法，給一個超幀內(nèi)的時隙進(jìn)行排序編號，用二進(jìn)制表示， 如圖3a所示；
2、 根據(jù)每個時隙編號的末位bit (0， 1)，將時隙分為兩組。將末尾為1的歸類到Groupl， 末尾為0的歸類到GroupO, 0和1是這兩個時隙組的編號，如圖3a所示；
3、 根據(jù)時間順序編號的倒數(shù)第二位，進(jìn)一步把GroupO和Group 1這兩個時隙組再次分隔， GroupO中倒數(shù)第二位為0的歸為GroupOO， GroupO中倒數(shù)第二位為1的歸為 GroupOl， Groupl中倒數(shù)第二位為0的歸為GrouplO， Groupl中倒數(shù)第二位為1 的歸為Groupll， 00， 01， 10， 11為這四個時隙組的編號，如圖3b所示；
4、 從后到前逐位按照0和1進(jìn)行分組，可以逐步生成資源樹，資源樹中的每一層節(jié)點(diǎn)表示 一個時隙組內(nèi)包含的時隙數(shù)，并且每一層節(jié)點(diǎn)的時隙數(shù)都是其上一層節(jié)點(diǎn)包含時隙數(shù)的一 半。 一個時隙組的編號由其在資源樹中的位置決定，可以通過從上而下沿樹枝的編號得到。 如圖4所示，16個時隙按照逐步劃分可以形成一個5層的樹結(jié)構(gòu)，Group00、 Group01、 Group 10、 Groupl 1是第三層中的節(jié)點(diǎn)所代表的時隙組，每個時隙組中包含4個時隙；
5、 逐步劃分時隙組，當(dāng)一個時隙組中包含一個時隙時，該時隙組的編號，就是這個時隙的倒 序編號。
從資源樹中得到的時隙編號，實(shí)際上就是該時隙時間順序編號的二進(jìn)制倒序。資源樹中 每個節(jié)點(diǎn)所表示的時隙組中的時隙，其倒序編號是連續(xù)的，但在時間上是均勻分布于一個超 幀中。如圖3b所示，同屬GroupOO的四個時隙的倒序編號分別為0000， 0001， 0010， 0011，它們均勻分布在時間軸上。在進(jìn)行時隙管理時，采用倒序編號的時隙資源組作為管理 的對象。
上述時隙資源組的統(tǒng)一表示方法如下
* 時隙組是資源樹中的一個節(jié)點(diǎn)所代表的時隙的集合。 一個時隙組可以用組編號和組掩 碼來表示(類似于IP地址)，由超幀內(nèi)劃分的時隙個數(shù)來確定組編號和組掩碼的位數(shù)。 若采用n位來表示組編號和組掩碼，超幀內(nèi)則包含2"個時隙。
* 組編號 一個組的組編號由其在資源樹中的位置決定，可以通過從上而下沿樹枝的編號 得到，并置于組編號的前n位，剩余的位添0補(bǔ)充。
* 組掩碼組掩碼中的1的個數(shù)表示了組編號中的有效位數(shù)，即組編號中有幾位是通過資 源樹中的樹枝編號得到。該時隙組包含的時隙個數(shù)，即時隙組的大小，可以由組掩碼的 補(bǔ)碼得到。
6、將倒序編號轉(zhuǎn)換成時間順序編號。
時隙資源管理按照倒序分組編號方法對時隙資源進(jìn)行編號和管理，在終端通信的時候，
需要將倒序分組編號轉(zhuǎn)換為時間順序編號，從而對應(yīng)時間軸上相應(yīng)的時間段進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，
時隙組倒序編號到時間I顧序編號的轉(zhuǎn)換可以通過如下步驟實(shí)現(xiàn)，以圖5所示為例，有
(1) 將組編號S( 11 OOOOOO)與組掩碼M( 11100000)按位相與，將結(jié)果(11000000) 與組掩碼M —一對應(yīng)，取結(jié)果中對應(yīng)的組掩碼M中為1的n位(n為組掩碼中1 的個數(shù))，圖5實(shí)例中n-3，即取組號結(jié)果中的有效位，記為結(jié)果B (110);
(2) 將B的各位前后對調(diào)，得到結(jié)果C (011);
(3) C就是時間編號的后n位，補(bǔ)全編號前面若干位，可以任意填充(xxxxx)，只要 滿足時間順序編號后n位為C的時隙，都屬于組號為S的倒序編號組。
實(shí)施 例
如圖6所示，MF-TDMA系統(tǒng)中，每個載波信道每個超幀被劃分成256個時隙，其時 隙組織和編號方法為
1. 采用常規(guī)的按照時間順序的方法給256個時隙進(jìn)行時間順序編號b0000,0000 bllll'llll;
2. 根據(jù)時間順序編號末位bit (0， 1)，可以將256個時隙分為兩組。GroupO，組編號為 b0000，0000，組掩碼為blOOO，OOOO; Groupl，組編號為b1000，0000，組掩碼為 blOOO，0000;
3. 再根據(jù)時間順序編號的末二位，繼續(xù)二分兩個時隙組，分為GroupOO (組編號 b0000,0000，組f奄石馬bllOO'OOOO)， GroupOl (纟且編號b0100,0000，纟且f奄石馬 bl副，OOOO), G腦plO (組編號b1000,0000，組掩碼b1100，0000)， Groupll
(組編號bl IOO'OOOO，組掩碼bl IOO'OOOO);
4. 逐步二分，可以得到倒序時隙資源樹，如圖6;
5. 當(dāng)一個時隙組中包含一個時隙時，如圖6中的F和G兩個時隙組中只包含一個時隙，那 么這時時隙的倒序編號即為該時隙組的組編號。時隙F的倒序編號為00011111，時隙 G的倒序編號為00011110。
倒序編號的時隙資源樹中，節(jié)點(diǎn)A表示了一個時隙組，其時隙組編號為bOOOO，OOOO， 組掩碼為b1000，0000，該時隙組內(nèi)包含的時隙個數(shù)為組掩碼的補(bǔ)碼，即b1000，0000 (128 個)。節(jié)點(diǎn)B也表示了一時隙組，其時隙組編號為bO 100,0000，組掩碼為bl 100,0000, 該時隙組內(nèi)包含的時隙個數(shù)為組掩碼的補(bǔ)碼，即b0100，0000 (64個)。將倒序編號轉(zhuǎn)換成 時間順序編號，方法如下
1. B的組編號(b0100,0000)與B組掩碼(bl 100,0000)相與，取其結(jié)果中有效的2位, 為01;
2. 將01按位前后對調(diào)為10;
3. 將其置于時間順序編號的后兩位，任意填充時間順序編號的前6位(b000000 bllllll),所有時間順序編號末2位為10的時隙都屬于B組。
B組內(nèi)的時隙倒序編號為0100，000 0111，1111，其倒序編號連續(xù)，時間循序編號中， 末位是10時隙在時間軸上均勻分布。故符合設(shè)計(jì)中編號連續(xù)，時間均勻分布的要求。
權(quán)利要求
1、一種MF-TDMA系統(tǒng)中的載波信道內(nèi)的時隙編號管理方法，其特征在于，包括如下步驟(a)采用常規(guī)的按照時間順序?qū)?yīng)的方法，給一個超幀內(nèi)的時隙進(jìn)行排序編號，用二進(jìn)制表示；(b)根據(jù)每個時隙的末位bit(0，1)，將時隙分為兩組，將末尾為1的歸類到Group1，末尾為0的歸類到Group0，0和1是這兩個時隙組的編號；(c)根據(jù)時間順序編號的倒數(shù)第二位，進(jìn)一步把Group0和Group1這兩個組再次分隔，Group0中倒數(shù)第二位為0的歸為Group00，Group0中倒數(shù)第二位為1的歸為Group01，Group1中倒數(shù)第二位為0的歸為Group10，Group1中倒數(shù)第二位為1的歸Group11，00，01，10，11為這四個時隙組的編號；(d)按照從后到前逐位將0和1進(jìn)行分組，可以逐步生成資源樹，資源樹中的每一層節(jié)點(diǎn)表示的時隙組內(nèi)包含的時隙數(shù)，是上一層節(jié)點(diǎn)包含時隙數(shù)的一半，一個組的編號由其在資源樹中的位置決定，可以通過從上而下沿樹枝的編號得到；(e)逐步劃分時隙組，當(dāng)一個時隙組中包含一個時隙時，該時隙組的編號，就是這個時隙的倒序編號；(f)將倒序編號轉(zhuǎn)換成時間順序編號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MF-TDMA系統(tǒng)中的載波信道內(nèi)的時隙編號管理方法，其特征在于步驟(f)將倒序編號轉(zhuǎn)換成時間順序編號依據(jù)如下步驟進(jìn)行 (I )將組編號S與組掩碼M按位相與，將結(jié)果與組掩碼M —一對應(yīng)，取結(jié)果中對應(yīng)的組 掩碼M中為1的n位，n為組掩碼中1的個數(shù)，即取組號結(jié)果中的有效位，記為結(jié) 果B;(II)將B的各位前后對調(diào)，得到結(jié)果C;(HI) C就是時間編號的后n位，任意填充補(bǔ)全編號前面若干位，只要滿足時間順序編號后 n位為C的時隙，都屬于組號為S的倒序編號組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種MF-TDMA系統(tǒng)中的載波信道內(nèi)的時隙編號管理方法，該方法首先采用常規(guī)的按照時間順序?qū)?yīng)的方法，給一個超幀內(nèi)的時隙進(jìn)行排序編號，用二進(jìn)制表示；然后根據(jù)每個時隙的末位bit(0，1)，將時隙分為兩組Group0和Group1。根據(jù)時間順序編號的倒數(shù)第二位，進(jìn)一步把Group0和Group1這兩個組再次分隔；按照從后到前逐位按照0和1進(jìn)行分組，可以逐步生成資源樹；逐步劃分時隙組。本發(fā)明從時隙編號方法方面解決了MF-TDMA時隙管理中的時間均勻分布的分配問題，用倒序編號的時隙組資源表示在超幀周期內(nèi)均勻分布的若干時隙，解決了周期性時隙的時間不連續(xù)與編號連續(xù)性的矛盾，簡化了時隙時間均勻分布分配管理的復(fù)雜度。
文檔編號H04B7/185GK101345573SQ20081011880
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者軍 張, 濤 張, 董啟甲 申請人:北京航空航天大學(xué)