CN100382455C - 一种cdma系统中基于实际测量量的上行接纳控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种宽带CDMA中基于实际测量量的上行接纳控制方法，涉及码分多址接入(CDMA)移动通信系统中的一种上行接纳控制方法，该方法包括以下步骤：在无新用户接入时，进行周期性接纳控制预处理；根据接纳控制预处理的结果确定新用户发射功率的上限；计算新用户的发射功率的下限；判断新用户的最大发射功率是否在上限和下限之间，如果是，则上行接纳成功，并将所述下限值作为新用户在该小区上的初始发射功率；如果否，则发送接纳失败的消息。本发明方法不仅考虑了新用户接入的瞬间对系统中原有用户的Qos的影响因素，而且还考虑了新用户在接入后，系统中功率控制作用对Qos的影响，保证了接纳控制的实时性。

Description

一种CDMA系统中基于实际测量量的上行接纳控制方法

技术领域

本发明涉及码分多址接入(CDMA)移动通信系统中的一种上行接纳控制方法，尤其涉及一种基于实际测量量的上行接纳控制方法，本发明的方法工作原理亦可适用于所有的码分多址移动通信系统。

技术背景

由于CDMA系统是一种自干扰系统，用户与用户之间会相互产生干扰。特别是在上行方向，CDMA系统受限于干扰。当一个新的用户接入小区后，该用户会对小区内其他的用户产生新的干扰，使得其他的用户的干扰增加，载干比下降，这时可以通过功率控制使这些用户的发射功率攀升，从而提高载干比。但是，这部分攀升的功率在用户之间又造成了新的干扰，从而又需要增加发射功率来对抗新增的干扰，这就是功率攀升。当小区内的用户数在一定的极限范围之内的时候，是可以通过功率控制达到一个逐渐收敛稳定的状态。而一旦超出了这个极限，就会使小区内的用户功率和用户的干扰激增。最后会造成每个用户都用最大的发射功率发射，但仍然不能达到一个可以接收的服务质量。所以接纳控制要尽量避免这种状况的出现。

接纳控制的原则是：首先，一个新用户的接入不能以牺牲当前小区内其它用户的Qos(服务质量，Quality of service)为代价，也就是说该用户的接入必须保证小区内原有的用户的服务质量不低于一个可以接收的水平。其次，保证的第一个前提的条件下，新用户本身的Qos也尽量也要达到一个可接受的水平。

由此可以看出，对于上行方向，CDMA系统中基站接收到的各个用户的信号功率和各个用户所受到的干扰是一个动态的变化过程。目前的基于干扰门限的上行接纳控制方案，往往是根据最恶劣的情况给出一固定的门限值，如果系统的接收干扰总功率超过门限值，则不允许新用户接入。然而，这种基于干扰门限的上行接纳控制方法很难反映系统中用户功率和干扰的实际动态变化的过程。

无论是哪种方案其基本的思路都是先假设新用户接入，然后再判断新用户的接入是否引起系统超过极限状况。

传统的接纳控制方法中接收干扰功率的门限值反映了系统的一个极限情况，但由于该门限值是固定的，只能反映一个最坏的情况，不能准确地反映系统中用户的信号功率和干扰动态变化过程。而且目前的基于信干比(SIR)测量的上行接纳控制方法中，由于CDMA系统允许混合业务接入，每种业务都有不同的服务质量的要求，因此往往会涉及到复杂的矩阵运算或迭代运算，计算时延很大，这样就更难以保证接纳控制的实时性。

发明内容

本发明的目的是提供一种CDMA系统中基于实际测量量的上行接纳控制方法，为CDMA通信系统设计一种基于实际测量量的上行接纳控制方法，保证新用户的接入能够使系统中原有的用户的保证其载干比要求，同时也使新用户也能满足自己的载干比要求，否则，拒绝该用户接入系统。

本发明的技术方案是这样的：

一种CDMA系统中基于实际测量量的上行接纳控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤1)：在无新用户接入时，进行周期性接纳控制预处理，在每个周期内，分别计算当某个用户使用最大发射功率且信号质量满足目标载干比时，该用户的干扰增量和将引起的小区接收带宽总功率的增量，并输出接收带宽总功率的增量最小值和及其对应用户的干扰增量；

步骤2)：根据输出的接收带宽总功率的增量和干扰增量的最小值确定新用户发射功率的上限；

步骤3)：根据当前小区接收带宽总功率和目标载干比计算新用户的发射功率的下限；

步骤4)：判断新用户的最大发射功率是否在上限和下限之间，如果是，则上行接纳成功，并将所述下限值作为新用户在该小区上的初始发射功率；如果否，则发送接纳失败的消息。

所述的方法，其中，所述步骤1)中接纳控制预处理过程还包括以下步骤：

a)获取每个小区中所有用户的目标载干比，最大发射功率参数；

b)获取每个小区的周期上报测量结果：每个用户的信号功率，受到的干扰，上行路径损耗；

c)根据上述步骤a)中的所有参数及所述每个用户受到的干扰、上行路径损耗计算如果某个用户使用最大发射功率发射时，该用户的干扰增量 ${\mathrm{\ΔI}}_j=(\frac{P_{j\_\max }\·g_j}{{\mathrm{\γ}}_j}-I_j),$ 并根据上述步骤a)、b)中的所有参数计算如果某个用户使用最大发射功率发射时，对应的接收带宽总功率的增量 ${\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{total}}=(\frac{P_{j\_\max }\·g_j}{{\mathrm{\γ}}_j}-I_j)+(P_{j\_\max }\·g_j-P_j),$ 其中，P_{j_max}为用户j的最大发射功率，g_j为用户j的上行链路路径损耗因子，I_j为用户j受到的干扰，P_j为用户j的信号功率，γ_j为用户j的目标载干比，j为自然数；

d)选出本小区内接收带宽总功率的增量ΔI_total值为最小时对应的用户，将该用户作为当前小区最接近极限状况的用户，输出该用户对应的接收带宽总功率的增量ΔI_total值和用户的干扰增量ΔI_j值。

所述的方法，其中，所述方法还包括在第n+1个新用户接入时，进行判断如下，该新用户发射功率的上限P_{T_n+1_max}由下式决定：

$P_{T\_n+1\_\max }=\min \{\left(\frac{I_{\mathrm{total}}+{\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{total}\_\min }}{1/{\mathrm{\γ}}_{n+1}+1}\right)/g_{n+1},(\frac{P_{j\_\max }\·g_j}{{\mathrm{\γ}}_j}-I_j)/g_{n+1}\};$

若该用户n+1接入小区后至少要使其载干比满足γ_n+1，即该新用户发射功率的下限P_{T_n+1_min}由下式决定：

P_{T_n+1_min}＝γ_n+1·I_total/g_n+1；

当用户n+1的最大发射功率P_{n+1_max}满足以下关系式：

P_{T_n+1_min}≤P_{n+1_max}·α≤P_{T_n+1_max}

则认为该用户是不会引起该小区过载，可以安全接入，否则拒绝接纳该用户；

其中α为发射功率冗余因子，I_total为用户n+1接入当前小区的接收带宽总功率，γ_n+1为用户n+1的目标载干比，g_n+1为用户n+1的上行链路路径损耗因子，n为自然数。

本发明所提供的一种CDMA系统中基于实际测量量的上行接纳控制方法，不仅考虑了新用户接入的瞬间对系统中原有用户的Qos的影响因素，而且还考虑了新用户在接入后，系统中功率控制作用对Qos的影响，与传统的基于干扰门限的上行接纳控制方法相比，本发明方法确定的极限状况随着系统中已有用户的业务类型不同而不同，反映了一种实际的负载情况，保证了通过本方法判决而允许接入的用户不管是在刚刚接入的瞬间，还是在接入之后一段时间内在功率控制的作用下都不会造成系统中Qos最差的用户(最接近极限状况的用户)达到或超过其极限状况，从而有效地防止系统过载。而与一般的基于信干比SIR测量的方案相比，本发明方法不需要进行比较复杂的矩阵或者迭代运算，减少了运算量；而且本发明方法在无用户接入的空闲时间进行周期性的接纳控制预处理，在这一处理过程中完成相对复杂的计算和排序过程，而当有用户接入时，接纳判决直接使用接纳预处理的结果，保证了接纳控制的实时性。

附图说明

图1是本发明的整个接纳控制方法的框架图；

图2是本发明方法的预处理模块的具体实施流程图；

图3是本发明的CDMA系统中基于实际测量量的上行接纳控制方法的实施流程图。

具体实施方式

以下将对本发明的较佳实施例进行详细描述。

本发明的一种CDMA系统中基于实际测量量的上行接纳控制方法，假设新用户的接入小区后在功率控制的作用下发射功率达到收敛，此时恰好会造成小区内原有用户中最接近极限状况的用户达到临界状况，根据这种临界情况来计算出新用户的发射功率的上限和下限值；并判断新用户的最大发射功率是否满足功率判别式，从而决定是否允许该新用户的接入。

为解决上述现有技术问题，现在以WCDMA系统中为例，本发明方法如图1所示的包括以下步骤：

步骤1)：在无新用户请求接入时，进行周期性接纳控制预处理过程：

a)获取每个小区中所有用户的目标载干比，最大发射功率参数；

b)获取每个小区的周期上报测量结果：每个用户的信号功率，干

扰，上行路径损耗；

c)根据上述参数计算如果每个用户使用最大发射功率发射时，该用户的干扰增量 ${\mathrm{\ΔI}}_j=(\frac{P_{j\_\max }\·g_j}{{\mathrm{\γ}}_j}-I_j)$ 和对应的接收带宽总功率的增量 ${\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{total}}=(\frac{P_{j\_\max }\·g_j}{{\mathrm{\γ}}_j}-I_j)+(P_{j\_\max }\·g_j-P_j),$ 其中，P_{j_max}为用户j的最大发射功率，g_j为用户j的路径损耗，I_j为用户j的干扰，P_j为用户j的信号功率，j是为计数的自然数；

d)选出小区内ΔI_total值为最小时对应的用户，将该用户作为当前小区最接近极限状况的用户，输出该用户对应的ΔI_total值和ΔI_j值。

步骤2)：根据接纳控制预处理的结果确定新用户发射功率的上限。

步骤3)：计算新用户的发射功率的下限。

步骤4)：判断该用户的最大发射功率是否在上限和下限之间；如果是，则上行接纳成功，并将下限值作为新用户在该小区上的初始发射功率；如果否，则发送接纳失败的消息。

本发明所述的接纳控制从某种程度上可以说就是要准确的确定CDMA通信系统的极限点在哪里。从接纳控制的原则可知，CDMA系统中的一个小区上，如果新用户的接入会造成该小区内的某一个用户的发射功率达到最大，而且其实际的SIR值刚好等于目标SIR值，那么当该小区的干扰再增加的时候，该用户的SIR就会低于这个目标值，而此时无法通过功率控制来提升他的发射功率进而提高服务质量Qos(因为该用户的发射功率已经达到上限，无法升高)。此种情况就是这个小区的极限点。由此可以看出，一个小区内的极限状况是随当前小区的已经接入的业务状况不同而不同的，并非采取一个固定的值，这是与门限接入法不同之处。

当确定了用户的极限状况后，接下来定义什么是最接近极限状况的用户，也即是最容易满足极限条件的用户。

假设小区内已经有了n个用户，当第n+1个用户接入时，小区的接收带宽总功率的增量可由以下等式表示：

${\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{total}}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔP}}_k+{\·P}_{n+1}---\left(1\right)$

其中，ΔP_k(k＝1，2......，n)为该小区内原有用户的功率攀升量，P_n+1为用户n+1接入后，在功率控制的作用下功率的最终收敛值(假设小区间干扰不变)。

当用户n+1接入后，小区内的用户j的干扰增量可由以下公式表示：

${\mathrm{\ΔI}}_j=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔP}}_k+{\·P}_{n+1}$ (其中，k≠j)                                       (2)

由此可知，用户n+1接入后，小区内的接收带宽总功率的增量又可以表示为：

ΔI_total＝ΔP_j+·ΔI_j                          (3)

根据接纳控制的原则可知，如果用户n+1接入小区后其载干比也要达到其目标值γ_n+1：

$P_{n+1}=\frac{I_{\mathrm{total}}+\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{total}}}{1/{\mathrm{\γ}}_{n+1}+1}---\left(4\right)$

其中，I_total时当前小区的接收带宽总功率，由等式(4)可见当ΔI_total为最小时，P_n+1为最小。

小区内用户的极限状况表达式定义为：

$\frac{P_j+\mathrm{\Δ}{P}_j}{I_j+\mathrm{\Δ}{I}_j}=\frac{P_{j\_\max }\·g_j}{I_j+\mathrm{\Δ}{I}_j}={\mathrm{\γ}}_j---\left(5\right)$

其中，P_j表示基站接收到用户j的信号功率，I_j为用户j受到的干扰功率，P_{j_max}为用户j的最大发射功率，g_j为用户j的上行链路路径损耗因子，γ_j为用户j的目标载干比。

当用户n+1接入小区后，如果用户j满足极限状况，根据等式(5)和等式(3)可以得出小区上的接收带宽总功率的增量为：

$\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{total}}=(\frac{P_{j\_\max }\·g_j}{{\mathrm{\γ}}_j}-I_j)+(P_{j\_\max }\·g_j-P_j)---\left(6\right)$

当上行小区上每个用户满足等式(5)所述的极限状况时，都对应一个接收带宽总功率的增量ΔI_total，假设有用户j满足极限状况，会使得ΔI_total最小，由等式(4)可知当ΔI_total最小时，P_n+1也最小。由逆向思维可知，当用户n+1信号功率P_n+1为最小时，会使得用户j达到其极限状况。

因此，用户j就是本发明方法所定义的最接近极限状况的用户，则新用户发射功率的上限表达式：

$P_{T\_n+1}<\left(\frac{I_{\mathrm{total}}+\mathrm{\&Delta;}{I}_{\mathrm{total}\_\min }}{1/{\mathrm{\&gamma;}}_{n+1}+1}\right)/g_{n+1}---\left(7\right)$

由等式(2)可知，新用户的发射功率上限的又一表达式为：

$P_{T\_n+1}<\mathrm{\&Delta;}{I}_j/g_{n+1}=(\frac{P_{j\_\max }\&CenterDot;g_j}{{\mathrm{\&gamma;}}_j}-I_j)/g_{n+1}---\left(8\right)$

因此新用户发射功率的上限由下式决定：

$P_{T\_n+1\_\max }=\min \{\left(\frac{I_{\mathrm{total}}+\mathrm{\&Delta;}{I}_{\mathrm{total}\_\min }}{1/{\mathrm{\&gamma;}}_{n+1}+1}\right)/g_{n+1},(\frac{P_{j\_\max }\&CenterDot;g_j}{{\mathrm{\&gamma;}}_j}-I_j)/g_{n+1}\}---\left(9\right)$

其中，I_total为用户n+1接入前当前小区的接收干扰总功率，用户n+1接入后受到的干扰至少不会低于I_total，因此本发明方法将I_total作为用户n+1干扰的最小值。若用户n+1接入小区后至少要使其载干比满足γ_n+1，即有以下表达式：

P_{T_n+1_min}＝γ_n+1·I_total/g_n+1                           (10)

当用户n+1的最大发射功率满足以下关系式：

P_{T_n+1_min}≤P_{n+1_max}·α≤P_{T_n+1_max}                     (11)

则认为该用户是不会引起该小区过载，可以安全接入，否则拒绝接纳该用户，其中α为发射功率冗余因子。

且令该新用户的在该小区的初始发射功率为：

P_{n+1_min_Initial}＝γ_n+1·I_total/g_n+1                     (12)

如图2所示的接纳控制预处理的具体实施步骤如下：

步骤200：获取小区内所有用户的目标载干比，最大发射功率的参数。

步骤201：获取小区内的周期性测量结果：每个用户的信号功率，干扰，上行路径损耗。

步骤202：通过公式(6)计算每个用户对应的接收带宽总功率的增量ΔI_total值和用户的干扰增量ΔI_j值。

步骤203：找出小区内所有用户中使得的ΔI_total值最小的用户，将该用户作为最接近极限状况的用户，输出该用户对应的ΔI_total值和ΔI_j值。

如图3所示的本发明方法中的上行接纳控制方法的具体实施步骤如下：

步骤300：获取新用户的最大发射功率，目标载干比，上行路径损耗等参数。

步骤301：获取当前小区的测量量：接收带宽总功率I_total。

步骤302：利用公式(9)计算新用户最大发射功率的上限。

步骤303：利用公式(10)计算新用户最大发射功率的下限。

步骤304：判断新用户的最大发射功率是否满足功率判决式(11)，如果是，则上行接纳成功，转到步骤305；如果否，则接纳判决失败。

步骤305：利用公式(12)确定新用户的初始发射功率。

本发明的一种基于实际测量量的上行接纳控制方法不仅适合于CDMAFDD系统，而且适合于CDMA TDD系统。对于在CDMA TDD系统中应用本方法时，只需基于时隙进行接纳判决。

应当理解的是，本发明的上述描述过于具体，不能因此而理解为对本发明专利请求保护范围的限制，专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种CDMA系统中基于实际测量量的上行接纳控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤1)：在无新用户接入时，进行周期性接纳控制预处理，在每个周期内，分别计算当某个用户使用最大发射功率且信号质量满足目标载干比时，该用户的干扰增量和将引起的小区接收带宽总功率的增量，并输出接收带宽总功率的增量最小值和及其对应用户的干扰增量；

步骤2)：根据输出的接收带宽总功率的增量和干扰增量的最小值确定新用户发射功率的上限；

步骤3)：根据当前小区接收带宽总功率和目标载干比计算新用户的发射功率的下限；

步骤4)：判断新用户的最大发射功率是否在上限和下限之间，如果是，则上行接纳成功，并将所述下限的值作为新用户在该小区上的初始发射功率；如果否，则发送接纳失败的消息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中接纳控制预处理过程还包括以下步骤：

a)获取每个小区中所有用户的目标载干比，最大发射功率参数；

b)获取每个小区的周期上报测量结果：每个用户的信号功率，受到的干扰，上行路径损耗；

c)根据上述步骤a)中的所有参数及所述每个用户受到的干扰、上行路径损耗计算如果某个用户使用最大发射功率发射时，该用户的干扰增量 ${\mathrm{\&Delta;I}}_j=(\frac{P_{j\_\max }\&CenterDot;g_j}{{\mathrm{\&gamma;}}_j}-I_j),$ 并根据上述步骤a)、b)中的所有参数计算如果某个用户使用最大发射功率发射时，对应的接收带宽总功率的增量 ${\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{total}}=(\frac{P_{j\_\max }\&CenterDot;g_j}{{\mathrm{\&gamma;}}_j}-I_j)+(P_{j\_\max }\&CenterDot;g_j-P_j),$ 其中，P_{j_max}为用户j的最大发射功率，g_j为用户j的上行链路路径损耗因子，I_j为用户j受到的干扰，P_j为用户j的信号功率，γ_j为用户j的目标载干比，j为自然数；

d)选出本小区内接受带宽总功率的增量ΔI_total值为最小时对应的用户，将该用户作为当前小区最接近极限状况的用户，输出该用户对应的接收带宽总功率的增量ΔI_total值和用户的干扰增量ΔI_j值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在第n+1个用户接入时，其中，该用户为新用户，进行判断如下，该新用户发射功率的上限P_{T_n+1_max}由下式决定：

$P_{T_{\_n+1\_\max }}=\min \left\{\begin{array}{cc}\left(\frac{I_{\mathrm{total}}+{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{total}\_\min }}{1/{\mathrm{\&gamma;}}_{n+1}+1}\right)/g_{n+1},& (\frac{P_{j\_\max }\&CenterDot;g_j}{{\mathrm{\&gamma;}}_j}-I_j)/g_{n+1}\end{array}\right\};$

若该第n+1个用户接入小区后要使其载干比满足γ_n+1，即该新用户发射功率的下限P_{T_n+1_min}由下式决定：

$P_{T_{\_n+1\_\min }}={\mathrm{\&gamma;}}_{n+1}\&CenterDot;I_{\mathrm{total}}/g_{n+1};$

当第n+1个用户的最大发射功率P_{n+1_max}满足以下关系式：

P_{T_n+1_min}≤P_{n+1_max}·α≤P_{T_n+1_max}

则认为该用户是不会引起该小区过载，可以安全接入，否则拒绝接纳该用户；

其中α为发射功率冗余因子，I_total为第n+1个用户接入当前小区的接收带宽总功率，γ_n+1为用户n+1的目标载干比，g_n+1为第n+1个用户的上行链路路径损耗因子，n为自然数。

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