CN100426702C - 码分多址系统中配置下行链路发射定时偏移量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及码分多址(Code Division Multiple Access，简称“CDMA”)系统，公开了一种码分多址系统中配置下行链路发射定时偏移量的方法，使得系统在TTI级、无线帧级、时隙级和码片级均能够进行均衡，并得到更加合理的下行链路发射定时偏移量，实现Iub接口和Uu接口的均衡，从而使系统的负载和发射功率在时域上得到真正的平均，同时避免因测量需求而进行的数据处理，降低对系统的数据处理能力要求，消除由此引起的数据处理时延。本发明中，方案分别考虑不同时间分辨率下的负载状况，结合数据发射定时偏移量的周期性特点，按照时间分辨率的大小依次计算出最佳的发射定时偏移量，然后综合计算得到总的发射定时偏移量。
Description
技术领域
本发明涉及码分多址(Code Division Multiple Access，简称“CDMA”)系统，特别涉及CDMA系统中的下行链路发射技术。
背景技术
CDMA是在扩频通信技术上发展起来的移动通信技术，它利用正交码区分不同用户，并对数据进行扩频后通过无线链路传输。CDMA技术具有保密性高、抗干扰性强、频谱利用率高、网络规划简单、系统容量大且具有弹性等特点，并成为移动通信未来发展的主流技术。
随着移动通信的发展和通信需求的日益增加，第三代移动通信系统成为世界范围内的焦点，在第三代移动通信系统中采用CDMA技术，也已成为一种共识。第三代移动通信(The Third Generation，简称“3G”)技术标准，包括码分多址2000(Code Division Multiple Access 2000，简称“CDMA2000”)、宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，简称“WCDMA”)和时分同步码分多址(Time Division Synchronous Code Division MultipleAccess，简称“TD-SCDMA”)均基于CDMA接入方式。
第三代移动通信系统在多媒体业务方面也提出了更高的要求，除了支持一般的语音业务和低速数据业务以外，还需要支持高速的图像通信、高速数据业务以及分组业务等，并且具有系统容量大等特点。这样，在同一时刻内可能会有许多用户同时同基站进行多种业务的通信，这要求系统中的基站具有更高的负载处理能力，以能够及时地处理来自上下行的业务数据。对于下行链路来说，如果小区内许多用户的数据都在相同的时刻发射时，基站就很有可能来不及处理如此大量的数据，造成很大的处理时延，甚至影响通信质量，在一定程度上降低了系统的容量。
图1为基站处理负载在时间域上的不合理分布的示意图。其中，单向箭头所指为基站对不同用户的下行信道的处理时刻，传输时间间隔(Transmission Time Interval，简称“TTI”)(T)即为处理周期。如果按照图1所示的配置进行处理，多个用户的数据处理在基站中需要同时进行，就可能出现基站来不及处理大量数据，造成很大的处理时延的情况发生，甚至可能出现通信质量和系统容量下降的情况。
在包括3G三大标准在内的所有基于CDMA技术的移动通信系统中，功率控制被认为是实现CDMA系统的高容量、高质量的所有关键技术的核心。因为在CDMA数字蜂窝系统中，各个用户的扩频码在接收端不能保证完全正交，因此一个用户发送的信号会对其他用户产生干扰噪声，从而产生两方面的影响：一是任何一个信道将受到其它不同地址码信道的干扰，即多址干扰；二是距离接收机近的信道将严重干扰距离接收机远的信道，使近端强信号掩盖远端弱信号，即远近效应。CDMA系统是一个自干扰系统，各种干扰的累积都将减损系统的容量和质量，功率控制的目的是使系统既能维持高质量通信，又不对同频道的其它码分信道产生干扰。
由于在移动环境中存在严重的信号衰落，对于数据调制信号的相关检测很难获得相位参考，因此在CDMA系统中采用了用户专用导频符号作为信道估计的参考信号。用户专用导频符号可以是时分复用或码分复用的。对于时分复用的导频符号，导频符号都在物理帧的所有时隙的固定位置，其长度根据多普勒频移的不同而不同。为了得到精确的信道参数估计，一般情况下，导频符号与数据符号相比具有更高的发射功率。所以，可能存在一种极为不利的情况：当许多用户与基站的业务信道都具有相同时刻的导频发射时刻时，基站的下行发射功率会在导频符号的发射时刻出现很高的峰值。图2为不同用户下行信道具有相同导频信号发射时刻的示意图。这种情况一方面提高了基站下行峰值功率和平均功率的比值，即波峰因子(Crest Factor)；另一方面系统内自干扰水平在该时刻的突然提高会使得系统内的通信质量严重下降，从而降低了系统的容量。
为了解决上述问题，需要调度不同用户的业务，使得基站对不同用户的下行链路数据的处理可以在时间域上展开，而不必在相同的时刻处理，从而降低基站的数据处理负载；也需要采用有效的方法来控制不同用户对应的下行无线帧中导频符号的发射时刻，使得它们在时间域上被扩展，从而消除导频信号引起的峰值发射功率问题。对于第三代合作伙伴项目(3rd GenerationPartnership Project，简称“3GPP”)所定义的通用移动通信系统(UniversalMobile Telecommunications System，简称“UMTS”)，理想的情况需要在Iub接口和Uu接口上实现负载均衡。其中，Iub接口为3GPP标准中的基站(Node B，即B节点)和无线网络控制器(Radio Network Controller，简称“RNC”)之间的标准接口；Uu接口即空中接口，为3GPP标准中Node B和用户设备(User Equipment，简称“UE”)之间的标准接口。为了实现Iub接口的均衡，需要做TTI级、帧协议(Frame Protocol，简称“FP”)级和时隙级的均衡；为了实现Uu接口的均衡，还需要进行码片(Chip)级的均衡。
负载均衡可以通过为不同用户的下行链路配置不同的发射定时偏移量来实现，通过合理的配置，从而实现系统的负载和发射功率在时域上的均衡。此时，不同用户的下行链路数据的处理在时间域上被展开，如图3所示；不同用户下行链路的导频信号的发射时刻在时间域上被展开，如图4所示。其中，图3中T1、T2、T3、Tn分别表示为用户1、用户2、用户3和用户n的下行链路配置的发射定时偏移量。
在申请号为00127505的《一种在CDMA蜂窝移动通信系统中配置下行链路偏移量的方法》中，提出了一种下行链路偏移量的配置方法。
该方法就是在为一条新的物理信道配置偏移量时，首先测量当前时刻前一段时间段内基站的处理负载变化情况，以及当前时刻前一定时间段内不同物理信道的导频信号在时域上的分布情况，然后根据测量所得结果来确定合适的偏移量。通过该方法可以实现FP级的均衡。
在实际应用中，上述方案存在以下问题：第一，现有的技术方案只实现FP级的均衡，下行链路的数据处理时刻和导频发送时刻在时域上没有完全展开，系统的负载水平没有实现真正的平均；第二，现有的技术方案对系统的数据处理能力要求较高，而且发射定时偏移量配置的实时性不好。
造成这种情况的主要原因在于，首先，现有的技术方案没有考虑到业务数据在每TTI、每无线帧、每时隙的周期性，也没有考虑由此引起的发射定时偏移量的周期性，具体的说，即现有技术方案在时隙级和码片级没有进行均衡，因此无法实现Iub接口和Uu接口的负载均衡，从而导致系统的负载水平和发射功率在时域上无法实现真正的平均；其次，现有的技术方案是基于测量的，需要进行大量复杂的数据处理，因此对系统的数据处理能力要求较高，并且由于测量时的数据处理导致的处理时延，发射定时偏移量配置的实时性不好。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种码分多址系统中配置下行链路发射定时偏移量的方法，使得系统在TTI级、无线帧级、时隙级和码片级均能够进行均衡，并得到更加合理的下行链路发射定时偏移量，实现Iub接口和Uu接口的均衡，从而使系统的负载和发射功率在时域上得到真正的平均，同时避免因测量需求而进行的数据处理，降低对系统的数据处理能力要求，消除由此引起的数据处理时延。
为实现上述目的，本发明提供了一种码分多址系统中配置下行链路发射定时偏移量的方法，包含以下步骤：
A依次使用无线帧、时隙、和512码片作为时间分辨率大小依次计算下行链路的负载分布，并分别获取该时间分辨率下最优的无线帧号、时隙号、码片号；
B根据所述最优的无线帧号、时隙号、码片号计算总的发射定时偏移量，并配置所述下行链路。
其中，所述步骤A还包含以下子步骤：
A1计算所述下行链路的最大传输时间间隔内以一个无线帧为所述时间分辨率的负载分布，获取使该下行链路加入后下行负载分布最平均的最优无线帧号；
A2计算所述下行链路的所述无线帧内以一个时隙为所述时间分辨率的负载分布，获取使该下行链路加入后所述下行负载分布最平均的最优时隙号；
A3计算所述下行链路的所述时隙内以512个码片为所述时间分辨率的负载分布，获取使该下行链路加入后所述下行负载分布最平均的最优码片号。
此外，所述步骤A1中，获取所述最优无线帧号的方法包含但不限于：最小值法和最小标准差法。
此外，所述步骤A2和所述步骤A3中，获取所述最优时隙号和最优码片号的方法包含但不限于：最小值法。
此外，所述步骤B中，总的所述发射定时偏移量是以512码片为步长的离散值，其计算公式为：
发射定时偏移量＝75×最优无线帧号+5×最优时隙号+最优码片号。
此外，所述步骤A3中，所述最优码片号还需要满足以下条件：信令传输信道比特在所述时隙中的位置和同步信道同步码的位置不重叠。
此外，所述最优无线帧号的取值范围为整数0～7；所述最优时隙号的取值范围为整数0～14；所述最优码片号的取值范围为0～4。
此外，所述步骤A1中，计算所述负载分布为所述下行链路的复用信道的数据发送起点相同，所有所述复用信道以其传输时间间隔发送最大传输格式集时的数据流量。
此外，还按照所述复用信道承载的上层业务类型，按照对应的激活因子估算所述数据流量。
此外，适用于宽带码分多址系统。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，本发明方案分别考虑不同时间分辨率下的负载状况，结合数据发射定时偏移量的周期性特点，按照时间分辨率的大小依次计算出最佳的发射定时偏移量，然后综合计算得到总的发射定时偏移量。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即第一，本发明方案利用不同时间分辨率级别上数据发射定时偏移量的周期性，综合考虑不同的时间分辨率级别上的最优发射定时偏移量，负载在TTI、无线帧、时隙、码片一级都得以均衡细分，使得系统整体负载水平真正能在Iub接口和Uu接口趋向平均，因此可以有效降低Iub接口传输无线帧负载、基站的下行处理负载和基站的下行峰值功率；第二，本发明方案不需要进行测量即可以获取下行链路的发射定时偏移量，避免了因为测量需求而带来的大量复杂的数据处理，降低了在实现算法时对器件数据处理能力的要求，从而降低了系统的成本，同时也避免了由此引起的数据处理时延，提高了发射定时偏移量配置的实时性。
附图说明
图1是基站处理负载在时间域上不合理分布的示意图；
图2是不同用户下行信道具有相同导频信号发射时刻的示意图；
图3是不同用户的下行链路数据的处理在时间域上被展开的示意图；
图4是不同用户下行链路的导频信号的发射时刻在时间域上被展开的示意图；
图5是根据本发明一个较佳实施例的CDMA系统中配置下行发射定时偏移量的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
总的来说，本发明方案分别考虑Iub接口和Uu接口的负载状况，结合不同时间分辨率级别上业务数据发射定时偏移量的周期性特点，依次计算使负载和功率均衡的不同时间分辨率级别上的最佳发射定时偏移量，具体的说，即依次计算出使系统负载和功率均衡的最优无线帧帧号、最优时隙号和最优码片号，然后综合最优无线帧号、最优时隙号和最优码片号得到最终的发射定时偏移量取值，使得发射定时偏移量的分配结果在Iub接口和Uu接口上都能取得较好的负载均衡效果。其中，在不同的接口上，时间分辨率因接口处理能力和特点不同而不同，折算每个下行链路的负载水平的方法也有所不同。
为了更好的说明本发明方案，下面结合本发明的较佳实施例进行说明。
根据本发明的一个较佳实施例的CDMA系统中配置下行链路发射定时偏移量的方法的流程如图5所示。该流程描述了WCDMA系统中一个新下行链路的发射定时偏移量的配置过程，如有多个新下行链路需要进行配置，只需要循环执行该流程即可。
首先进入步骤510，计算新下行链路在最大TTI内的业务流量分布。考虑到无线网络控制器对每个下行链路复用信道的发送定时处理是一样的，而且基站对于每个下行链路复用信道的数据是先缓存、再处理、然后按相同连接帧号(Connection Frame Number，简称“CFN”)定时组成无线帧在Uu接口上发射，在本发明的一个较佳实施例中，计算新下行链路在最大TTI内的业务流量分布，即数据传输占用Iub接口的传输资源时，遵从以下原则：考虑到数据发送的周期性，该步骤中计算业务流量分布的时间范围为最大TTI，时间分辨率为最小TTI也即一个无线帧；一个下行链路中所有复用信道有相同的数据发送起始点，在最大TTI内，各个信道分别按照各自的TTI发送传输格式集(Transport Block Set，简称“TBS”)以计算该链接对包括时间和带宽在内的接口资源占用情况；以各个复用信道的最大TBS折算每个TTI的数据流量；一个下行链路在每个发送时刻的总数据流量为所有信道计算的结果之和；考虑信道承载的上层业务类型，按照对应的激活因子估算数据流量。
接着进入步骤520，计算最优无线帧号使加入新下行链路后的流量分布最平均。其中，最优无线帧号的取值范围为整数0～7，确定最优无线帧号可以使用的方法包括但不限于：最小值法和最小标准差法。其中最小值法即选择当前最大TTI内的业务流量最小的无线帧号作为最优无线帧号；最小标准差法即选择一个无线帧号可以使得在该无线帧号时刻加入新链路后，最大TTI内的业务流量分布的标准差最小。
接着进入步骤530，计算新下行链路每无线帧的数据处理量。考虑到无线帧发射的周期性，并且步骤510和步骤520已经完成了无线帧级的均衡，若不考虑不连续发射(Discontinuous Transmission，简称“DTX”)的情况，基站处理和发射的数据流量在无线帧的级别，即在10ms分辨率上大致是均匀的，但在更小的时间分辨率上，例如时隙级上，会有一定的数据流量波动，在本发明的一个较佳实施例中，计算新下行链路每无线帧的数据处理量时，遵从以下原则：考虑到无线帧处理和发送的周期性，计算业务流量分布的时间范围为一个无线帧长度即10ms，时间分辨率为一个时隙长度；对于一个无线帧内的15个时隙，以每个下行链路的扩频因子来衡量对基站处理能力的占用水平，并由扩频因子折算其每无线帧的数据比特数目；下行专用物理信道(Dedicated Physical Channel，简称“DPCH”)的扩频因子为固定，不考虑DTX的情况，记入DPCCH的控制字段。在本发明的一个较佳实施例中，还以下行DPCH的最大扩频因子归一化计算每无线帧的数据处理量。
接着进入步骤540，计算最优时隙号使加入新下行链路的无线帧后基站处理负载最平均。其中，最优时隙号的取值范围为整数0～14，确定最优时隙号可以使用的方法包括但不限于最小值法。此处，最小值法即选择当前无线帧内负载最小的时隙对应的时隙号作为最优时隙号。
接着进入步骤550，计算新下行链路每时隙的功率分布。由于步骤510～540的处理，已经近似实现了基站(或某小区)的空口总发射功率在无线帧以及时隙级别的分辨率上是平稳。但是考虑到下行DPCH时隙内部控制字段的功率偏置，链路在每个时隙内的发射功率呈现波动，并且控制字段的较高功率会影响到其它链路，同时也会受到其它链路的干扰，造成相互干扰；另外，公共信道(如同步信道的同步脉冲)的发射功率也会对DPCH造成周期性的码片级别的干扰，因此还需要对每时隙做更低分辨率的均衡处理。在本发明的一个较佳实施例中，考虑到时隙发送的周期性，该步骤中计算每时隙的功率分布的时间范围为一个时隙长度即5个码片段即5个512chips，时间分辨率为一个码片段即512chips。
接着进入步骤560，计算最优码片号使加入新下行链路的时隙后Uu接口发射功率分布最平均。其中，最优码片号的取值范围为整数0～4，分辨率为512chips，确定最优码片号可以使用的方法包括但不限于最小值法。此处，最小值发即选择当前时隙内发射功率最小的码片段对应的码片号作为最优码片号。需要说明的是，公共信道的影响主要是同步信道同步码，其特殊性在于每个时隙头256chips的脉冲，这种不均匀干扰无法消除，考虑到信令传输信道的重要性，要求在二次交织后，信令传输信道的比特在时隙中的位置避开同步信道同步码，因此最优码片号的取值还与信令传输信道在编码复用传输信道(Coded Composite Transport Channel，简称“CCTrCH”)中的复用位置相关。在本发明的一个较佳实施例中，为了防止出现信令传输信道比特在时隙中的位置和同步信道同步码的位置重叠，当信令传输信道在CCTrCH中的复用位置为前部时，最优码片号取值范围为1、2、3、4；当信令传输信道在CCTrCH中的复用位置为尾部时，最优码片号的取值范围为0、1、3、4。
最后，进入步骤570，综合最优帧号、最优时隙号和最优码片号得到新下行链路的发射定时偏移量。其中，发射定时偏移量是以512chip为步长单位的离散值，可由如下公式获取：
下行链路发射定时偏移量＝75×最优无线帧号+5×最优时隙号+最优码片号
最佳时隙号之前的系数5表示5个码片段形成一个时隙；最佳帧号之前的系数75表示，15个时隙形成一个无线帧，15乘以5个码片段为75。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。
Claims (10)
1. 一种码分多址系统中配置下行链路发射定时偏移量的方法，其特征在于，包含以下步骤：
A依次使用无线帧、时隙、和512码片作为时间分辨率大小依次计算下行链路的负载分布，并分别获取该时间分辨率下使系统负载和功率均衡的最优的无线帧号、时隙号、码片号；
B根据所述最优的无线帧号、时隙号、码片号计算总的发射定时偏移量，并配置所述下行链路。
2. 根据权利要求1所述的码分多址系统中配置下行链路发射定时偏移量的方法，其特征在于，所述步骤A还包含以下子步骤：
A1计算所述下行链路的最大传输时间间隔内以一个无线帧为所述时间分辨率的负载分布，获取使该下行链路加入后下行负载分布最平均的最优无线帧号；
A2计算所述下行链路的所述无线帧内以一个时隙为所述时间分辨率的负载分布，获取使该下行链路加入后所述下行负载分布最平均的最优时隙号；
A3计算所述下行链路的所述时隙内以512个码片为所述时间分辨率的负载分布，获取使该下行链路加入后所述下行负载分布最平均的最优码片号。
3. 根据权利要求2所述的码分多址系统中配置下行链路发射定时偏移量的方法，其特征在于，所述步骤A1中，获取所述最优无线帧号的方法包含：最小值法和最小标准差法。
4. 根据权利要求2所述的码分多址系统中配置下行链路发射定时偏移量的方法，其特征在于，所述步骤A2和所述步骤A3中，获取所述最优时隙号和最优码片号的方法包含：最小值法。
5. 根据权利要求2所述的码分多址系统中配置下行链路发射定时偏移量的方法，其特征在于，所述步骤B中，总的所述发射定时偏移量是以512码片为步长的离散值，其计算公式为：
发射定时偏移量＝75×最优无线帧号+5×最优时隙号+最优码片号。
6. 根据权利要求2所述的码分多址系统中配置下行链路发射定时偏移量的方法，其特征在于，所述步骤A3中，所述最优码片号还需要满足以下条件：信令传输信道比特在所述时隙中的位置和同步信道同步码的位置不重叠。
7. 根据权利要求2所述的码分多址系统中配置下行链路发射定时偏移量的方法，其特征在于，所述最优无线帧号的取值范围为整数0～7；所述最优时隙号的取值范围为整数0～14；所述最优码片号的取值范围为0～4。
8. 根据权利要求2所述的码分多址系统中配置下行链路发射定时偏移量的方法，其特征在于，所述步骤A1中，计算所述负载分布为所述下行链路的复用信道的数据发送起点相同，所有所述复用信道以其传输时间间隔发送最大传输格式集时的数据流量。
9. 根据权利要求8所述的码分多址系统中配置下行链路发射定时偏移量的方法，其特征在于，还按照所述复用信道承载的上层业务类型，按照对应的激活因子估算所述数据流量。
10. 根据权利要求2所述的码分多址系统中配置下行链路发射定时偏移量的方法，其特征在于，适用于宽带码分多址系统。
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2005
- 2005-03-25 CN CNB2005100246360A patent/CN100426702C/zh active Active
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