CN100455041C - 上行负载控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种上行负载控制的方法，该方法主要包括：对小区的背景噪声进行测量获得小区实际的背景噪声功率，并根据该小区实际的背景噪声功率和带宽内接收功率获得小区当前上行负载值；根据所述小区当前上行负载值和设定的小区目标上行负载值关系，对小区进行上行负载控制。利用本发明所述装置，可以有效地解决由于系统上行负载估计偏高或者偏低带来的系统性能下降和用户解调性能变差的问题。

Description

上行负载控制的方法

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及一种上行负载控制的方法。

背景技术

GSM(全球移动通信系统)作为第二代数字移动蜂窝通信系统，在全世界范围内已经得到了广泛的应用，由于频率资源的紧张和对更多新业务的需求，3G(第三代移动通信系统)的发展是必然趋势。身为3G三大标准技术的之一的WCDMA(宽带码分多址)，是目前3G标准中应用最广的。WCDMA系统将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来，在提高无线频率利用效率的同时，为用户提供内容更丰富的无线通信服务。

WCDMA系统的覆盖区域不像GSM那样由信号电平的绝对值来决定，它的覆盖区域与系统的负载或干扰水平相关。当小区的负载增加时，小区的覆盖会减小；当小区的负载减小时，小区的覆盖会增加。在WCDMA系统中，负载因子是表征系统性能的一个重要参数，在WCDMA系统的链路预算中负载因子也是个非常重要的参数。

在WCDMA系统中，负载分配是由无线资源管理功能中的负载控制来实现的。无线资源管理一般包括切换控制、功率控制、接纳控制、负载控制等。负载分配原则为：上行和下行链路中的总的负载达到系统负载的最佳点。由于干扰及传播条件的变化，系统负载最佳点是瞬时变化的。不论何时，不论是上行方向还是下行方向的负载超过了规定的阈值，就会产生负载溢出，此时，负载控制开始起作用，直到使系统负载返回到可接受点为至。对小区负载进行准确的估计和有效的负载控制，直接关系到系统的性能和用户的QoS(服务质量)感受，所以负载控制是WCDMA系统非常重要的关键算法之一。

因此，在WCDMA系统的初期设计过程中，需要对未来的小区业务量进行估计，并设置满足长远业务需求的目标负载值。由于WCDMA系统上下行的业务量具有不对称的特点，因此，需要为上下行分别设置负载控制目标值，并按照设置的目标负载值分别对上下行进行负载控制，把小区负载控制在预先设置的目标负载值以下。如果不进行负载控制，将导致预先规划的覆盖区域不能实现，用户的服务质量下降，甚至可能导致整个网络处于不稳定状态，出现用户意外掉话等现象。

小区上行负载控制的基础是获得小区当前的上行负载估计值，考虑到功率控制错误可能导致负载的意外波动，小区当前的上行负载估计值是统计一定时间内的平均值，但是该平均时间不能过长，否则过时的负载信息无法用于小区的准入和负载控制。

小区的上行负载估计值一般通过上行负载因子μ_UL来表示。μ_UL的计算方法通常有两种，一种是基于带宽内功率的计算方法。在该方法中，基站测量的总接收功率P_{Rx_Total}包含三个部分：

P_{Rx_Total}＝I_own+I_oth+P_N

其中I_own表示本小区所有用户在本小区所在基站的总接收功率，I_oth表示本小区周围的邻小区用户在本小区所在基站的总接收功率，P_N表示基站接收的噪声功率。则上行负载因子μ_UL的计算公式如下：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{UL}}=\frac{I_{\mathrm{own}}+I_{\mathrm{oth}}}{P_{\mathrm{Rx}\_\mathrm{Total}}}$

μ_UL的另外一种计算方法是基于吞吐量的计算方法，该方法中μ_UL的计算公式如下：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{UL}}=(1+i)\×\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_j=(1+i)\×\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{1+\frac{W}{R_j\·{\left(\mathrm{EbvsN}0\right)}_j\·v_j}}$

其中i为本小区接收信号总功率I_own和邻小区接收信号总功率I_oth之比，W为系统带宽3.84Mbps，R_j为用户j的数据传输速率，v_j为激活因子，N为本小区用户总数，L_j为用户j的负载值。

以上所述μ_UL的两种计算方法的基本原理是一致的，两种计算方法是等价的。两种计算方法的等价关系说明如下：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{UL}}=(1+i)\×\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_j=(1+i)\×\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{p_j}{P_{\mathrm{Rx}\_\mathrm{Total}}}=(1+i)\×\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_j}{P_{\mathrm{Rx}\_\mathrm{Total}}}=(1+i)\×\frac{I_{\mathrm{own}}}{P_{\mathrm{Rx\; Total}}}=\frac{I_{\mathrm{own}}+I_{\mathrm{oth}}}{P_{\mathrm{Rx\; Total}}}$

其中，p_j为用户j在基站的接收功率，本小区所有用户的接收总功率 $I_{\mathrm{own}}=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_j,$ 邻小区用户接收总功率I_oth＝i·I_own，用户j带来的上行负载 $L_j=\frac{p_j}{P_{\mathrm{Rx}\_\mathrm{Total}}}.$

本发明是针对基于带宽内功率的μ_UL计算方法进行讨论。现有技术中，针对该μ_UL计算方法的一种μ_UL的测量方法如下：在WCDMA系统中，基站每个小区实时测量P_RTWP(接收带宽内总功率)功率值，经过一定时间的平均后，获取稳定的P_RTWP功率值。在该方法中，认为基站的小区背景噪声是一个常数值，在网络规划时可以根据实际测得的背景噪声进行设置，假设小区的背景噪声功率为P_N，则μ_UL的计算公式如下：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{UL}}=\frac{I_{\mathrm{own}}+I_{\mathrm{oth}}}{P_{\mathrm{RTWP}}}=\frac{P_{\mathrm{RTWP}}-P_N}{P_{\mathrm{RTWP}}}=\frac{\frac{P_{\mathrm{RTWP}}}{P_N}-1}{\frac{P_{\mathrm{RTWP}}}{P_N}}=\frac{\mathrm{NR}-1}{\mathrm{NR}}$

其中的NR为基站小区的噪声抬高值。从上面的上行μ_UL计算公式可以看出，为了获取实时的负载估算，只要获取基站小区的NR(噪声抬高值)即可。由于 $\mathrm{NR}=\frac{P_{\mathrm{RTWP}}}{P_N},$ 而P_N为一个常数值，所以只需实时测量P_RTWP功率值即可，NR和μ_UL的关系曲线示意图如图1所示。

现有技术中基于负载因子μ_UL的上行负载控制过程如下：假设在网络规划时，设定的小区上行负载目标值为μ_{UL_Target}，当前实时测量的小区负载值为μ_UL，如果μ_UL≤μ_{UL_Target}，则小区当前的实际上行负载小于小区上行负载目标值，上行负载控制将允许提升用户数据传输速率，并在准入控制时允许新用户或者用户新业务的加入；如果μ_UL＞μ_{UL_Target}，则小区当前的实际上行负载大于小区上行负载目标值，上行负载控制将可能减少用户的传输速率，或者延迟对时延不敏感用户的数据传输，甚至允许低优先级用户的掉话。

上面所述μ_UL的测量方法的缺点为：该方法是依赖于网络规划初期空载时测定的背景噪声P_N，以及测试的P_RTWP值，没有依赖于进行负载估计时实际的背景噪声。因此，该方法计算出的噪声抬高NR值计算存在-3～2dB的NR值偏差，另外由于实际工作环境中的外界干扰，也会带来NR的估计误差。从图1所示的NR值和负载η_UL的关系曲线可以看出，当NR＝3dB时，小区负载为50％；当NR＝2dB时，小区负载为36.7％。因此，即使在没有业务接入时的空载情况下，当NR的估计误差为2dB，小区负载会被错误的认为已经达到了36.7％的负载，通常WCDM网络规划的上行负载目标值为50％，当计算出的噪声抬高NR存在-3～2dB的偏差时，负载η_UL将被大大地高估或低估，当负载η_UL被高估时，小区上行容量将被大大地缩小，本来可以接入的更多的用户将被错误地拒绝，用户无法获得更高的传输数据速率。当NR的估计误差为-3dB时，负载η_UL被低估时，则假设小区实际负载为50％，但是由于噪声抬高NR的估计差，导致小区负载估计认为当前负载为0，是空载，如果允许高速数据用户传输或者很多用户的接入，必然导致用户解调性能下降和掉话，并使得系统工作不稳定。所以无论是噪声抬高NR被高估和低估，都可能会给WCDMA系统带来性能损失，如果噪声抬高NR偏差过大，甚至会给WCDMA系统带来灾难性的损失。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种上行负载控制的方法，从而有效地解决了由于系统上行负载估计偏高或者偏低带来的系统性能下降和用户解调性能变差的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种上行负载控制的方法，包括：

A、对小区的背景噪声进行测量获得小区实际的背景噪声功率P_N，通过测量获得小区接收带宽内总功率P_RTWP，根据所获得的P_RTWP和P_N，计算出小区的噪声抬高NR值，并根据计算出的NR值获得小区当前上行负载值；

B、根据所述小区当前上行负载值和设定的小区目标上行负载值的关系，对小区进行上行负载控制。

所述的步骤A具体包括：

A1、对测量获得的一组小区的背景噪声功率值进行平均，获得实际的小区背景噪声功率P_N；

A2、以一设定的时间值为周期，实时测量小区接收带宽内总功率P_RTWP；

A3、根据所获得的P_RTWP和P_N，实时计算小区的噪声抬高NR值，并根据计算出的NR值，获得小区实际的当前上行负载值。

所述的步骤A1具体包括：

在每天的设定时间段内对小区的背景噪声功率进行设定次数的测量，然后，获取测量到的设定次数小区背景噪声功率中的最小值，作为每天小区测量的背景噪声功率。

所述的设定时间段是指一天中平均的网络负载量最低的一个时间段。

所述的步骤A3具体包括：

所述的NR＝P_RTWP/P_N，小区的当前上行负载值＝(NR-1)/NR。

所述的步骤A3还包括：

根据设定的实时测量P_RTWP的时间周期，对在设定的时间段内获得的小区的当前上行负载值进行平均，获得小区实际的当前上行负载值。

所述的步骤B具体包括：

B1、设定一个小区的目标上行负载值的负载保护值，如果所述小区实际的当前上行负载值大于所述目标上行负载值减去所述负载保护值的差值，则执行步骤B2；否则，执行步骤B3；

B2、根据小区的用户解调服务质量性能，对小区进行上行的负载控制，步骤B结束；

B3、对小区进行基于上行负载值的上行的负载控制，步骤B结束。

所述的步骤B2具体包括：

B21、统计整个小区内用户的恶化因子，如果该恶化因子小于或等于整个小区内允许性能恶化的用户个数，则执行步骤B22，否则，执行步骤B23；

B22、当有新用户请求接入时，接入该新用户；当没有新用户请求接入时，增加小区内用户传输速率，然后，执行步骤B21；

B23、降低小区内用户的传输速率，拒绝新用户的接入。

所述的步骤B21具体包括：

根据用户的信噪比统计值和信噪比目标值的差值，确定用户的解调服务质量性能是否恶化，并根据用户解调服务质量性能恶化后的失步指示，计算出用户的恶化因子。

所述的步骤B21具体包括：

如果用户的解调服务质量性能已经恶化，则用户的失步指示为1，用户的恶化因子为1；否则，用户的失步指示为0，用户的恶化因子为0。

所述的步骤B3具体包括：

允许新用户的接入或者增加要求提高传输速率的用户传输速率。

所述的方法适用于宽带码分多址WCDMA系统或CDMA2000系统或CDMA系统。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明一方面通过提高基于P_RTWP测量的噪声抬高NR的精度，减小负载估计偏差；另一方面结合用户QoS(服务质量)解调性能进行辅助上行负载控制。因此，本发明有效地解决了由于系统上行负载估计不准确，导致系统性能下降和用户解调性能变差的问题，有效地保障了系统网络小区的覆盖和用户的解调性能，提高了系统的容量。

附图说明

图1为NR和μ_UL的关系曲线示意图；

图2为本发明所述的一种背景噪声P_N的改善测量方法的具体处理流程图；

图3为基于解调QoS性能的辅助上行负载控制方法的具体处理流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种上行负载控制的方法，本发明的核心为：一方面提高基于P_RTWP测量的噪声抬高NR的精度，减小负载估计偏差；另一方面结合基于用户QoS解调性能的辅助上行负载控制方法，自适应地根据当前实际负载状况，对系统负载进行控制。

下面结合附图来详细描述本发明，本发明首先提供一种背景噪声P_N的改善测量方法，该方法的具体处理流程如图2所示。

步骤2-1、每天凌晨采样K次背景底噪声P_Nj，并选取P_Nj中的最小值。

由于在每天凌晨，网络的业务量很少甚至没有，此时网络接近于空载状况。于是，根据实际情况，设定一个采样次数K，在每天凌晨采样K次背景噪声P_N。测量值P_N除了包含背景噪声外，可能还会有外界干扰信号或者小区内用户的接收功率，所以选区P_N中的最小值，更接近于真实的背景噪声，P_N，date＝Min(P_N，1，…P_N，K)。

步骤2-2、将M天内背景底噪声P_Nj进行平均，获得每天的背景底噪声PN。

根据实际情况，设置一个天数M。对最近M天内每天测试的P_N，date测量值进行平均，获得每天实际进行负载估计的背景噪声 $P_N=\frac{1}{M}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{N,i}.$ 该方法所获得背景噪声可以有效地降低可能存在的少量业务或者其他干扰带来的估计误差。

步骤2-3、以2ms为周期，实时测量P_RTWP。

以2ms或者更短的时间为周期，实时测量网络接收带宽内总功率P_RTWP。

步骤2-4、计算噪声抬高NR＝P_RTWP/PN。

根据所获得的P_RTWP和背景噪声P_N，以2ms或者更短的时间为周期，实时计算系统小区的噪声抬高NR值， $\mathrm{NR}=\frac{P_{\mathrm{RTWP}}}{P_N}.$

步骤2-5、计算系统上行负载＝(NR-1)/NR，并在T个2ms周期内平均。

利用获得的小区噪声抬高NR值，实时计算小区上行负载 ${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{UL},i}=\frac{\mathrm{NR}-1}{\mathrm{NR}},$ 该上行负载值每2ms或者更短周期就可获得。然后根据实际情况，设置一个时间段。对该时间段内获得的上行负载值进行平均，假设该时间内获得了T个上行负载值，则实际用户负载控制和准入的上行负载为 ${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{UL}}=\frac{1}{T}\underset{i=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_{\mathrm{UL},i}.$ 用该方法获得的上行负载值可以有效地降低由于瞬时的外界干扰或者功率控制错误带来的负载估计误差。然后，可以根据获得的上行负载值，对系统进行所述的基于负载因子μ_UL的上行负载控制。

基于上面所述的背景噪声P_N的改善测量方法，可以有效地减小由于背景底噪声随着时间变化的温度带来的估计误差。但是该方法不能排除由于意外测量和外界干扰，导致测量的上行负载比真实负载偏大或者偏小的情况，为了能确保系统的稳定性和系统性能满足要求，本发明基于上面所述的背景噪声P_N的改善测量方法，又提出了一种基于解调QoS性能的辅助上行负载控制方法，可以对上面所述的基于负载因子μ_UL的上行负载控制进行校准。

所述基于解调QoS性能的辅助上行负载控制方法的具体处理流程如图3所示，包括如下步骤：

步骤3-1、统计当前小区的上行负载μ_UL。

首先根据上面所述的背景噪声P_N的改善测量方法，统计系统当前小区的实际上行负载μ_UL。

步骤3-2、统计的上行负载＞目标负载值-负载保护值？

假设设计的系统上行目标负载值为μ_{ul_Up_Target}，然后我们设定一个该目标负载值的负载保护值为Δprotect。则该方法需要判断统计的上行负载μ_ul和μ_{ul_Up_Target}、Δprotect之间的关系。判断是否μ_ul＞μ_{ul_Up_Target}-Δprotect，如果是，则执行步骤3-3；否则，执行步骤3-4。

步骤3-3、统计整个小区内用户解调性能恶化因子P_ul。

如果经过判断，确认μ_ul＞μ_{ul_Up_Target}-Δprotect，则启用基于解调QoS性能的辅助上行负载控制方法。

用户的W_i·Out_Sync_i(解调性能恶化因子)反映的是用户的解调性能。用户的解调性能可以根据用户的SIR(信噪比)估计值和SIR_Target(信噪比目标值)的差值来确定，如果SIR和SIR_Target差值过大，则说明该用户的上行用户功率可能已耗尽，无法满足SIR_Target的要求，用户的解调性能已经恶化。当用户的解调性能已经恶化时，用户的Out_Sync_i(失步指示)＝1，用户的W_i·Out_Sync_i＝1；当用户的解调性能没有恶化时，用户的Out_Sync_i(失步指示)＝0，用户的W_i·Out_Sync_i＝0。

通常失步指示周期为5s才可能拆链，因此我们统计整个小区内用户解调性能恶化因子的时间周期在失步周期内即可，我们一般将该时间周期设置为小于1s。于是，根据设置的时间周期，统计整个小区内用户的恶化因子 $P_{\mathrm{ul}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i\·\mathrm{Out}\_\mathrm{Syn}{c}_i,$ 其中N为整个小区内用户的个数。

步骤3-4、进行基于负载因子的准入和负载控制。

不启用基于解调QoS性能的辅助上行负载控制方法，按照上面所述的基于负载因子η_UL的上行负载控制方法，对系统上行进行新用户准入和负载控制。

步骤3-5、P_ul＜＝P_target？

通常在网络整个小区内允许一定的用户性能恶化。假设设定整个小区内允许性能恶化的用户个数为P_target。于是，我们判断获得的P_ul和P_target之间的关系，当P_ul＜＝P_target时，执行步骤3-7；否则，执行步骤3-6。

步骤3-6、降低用户传输速率。

如果P_ul＞P_target，则说明上行负载确实过载了，网络的性能已经恶化到不可接受的范围内。于是，降低用户传输速率，拒绝新用户的准入，直到实际小区负载工作在设计的目标负载工作之下。

步骤3-7、有新用户准入？

我们认为网络的性能恶化在可接受的范围内，可以接入新用户和增加用户传输速率，于是，判断是否有新用户接入，如果是，执行步骤3-8；否则，执行步骤3-9。

步骤3-8、接入新用户。

此时，如果有新的用户需要接入，则允许新的用户接入，并同时重新估计整个小区的性能恶化因子P_ul，执行步骤3-3。

步骤3-9、增加用户传输速率。

如果没有新的用户接入，则提高已有用户的传输速率，并且按照用户优先级依次进行，并同时重新估计整个小区的性能恶化因子P_ul，执行步骤3-3。

本发明所述方法可以应用在WCDMA(宽带码分多址)系统或CDMA系统或CDMA2000系统等基于码分多址的通讯系统。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1、一种上行负载控制的方法，其特征在于，包括：

A、对小区的背景噪声进行测量获得小区实际的背景噪声功率P_N，通过测量获得小区接收带宽内总功率P_RTWP，根据所获得的P_RTWP和P_N，计算出小区的噪声抬高NR值，并根据计算出的NR值获得小区当前上行负载值；

B、根据所述小区当前上行负载值和设定的小区目标上行负载值的关系，对小区进行上行负载控制。

2、根据权利要求1所述上行负载控制的方法，其特征在于，所述的步骤A具体包括：

A1、对测量获得的一组小区的背景噪声功率值进行平均，获得实际的小区背景噪声功率P_N；

A2、以一设定的时间值为周期，实时测量小区接收带宽内总功率P_RTWP；

A3、根据所获得的P_RTWP和P_N，实时计算小区的噪声抬高NR值，并根据计算出的NR值，获得小区实际的当前上行负载值。

3、根据权利要求2所述上行负载控制的方法，其特征在于，所述的步骤A1具体包括：

在每天的设定时间段内对小区的背景噪声功率进行设定次数的测量，然后，获取测量到的设定次数小区背景噪声功率中的最小值，作为每天小区测量的背景噪声功率。

4、根据权利要求3所述上行负载控制的方法，其特征在于，所述的设定时间段是指一天中平均的网络负载量最低的一个时间段。

5、根据权利要求4所述上行负载控制的方法，其特征在于，所述的步骤A3具体包括：

所述的NR＝P_RTWP/P_N，小区的当前上行负载值＝(NR-1)/NR。

6、根据权利要求2、3、4或5所述上行负载控制的方法，其特征在于，所述的步骤A3还包括：

根据设定的实时测量P_RTWP的时间周期，对在设定的时间段内获得的小区的当前上行负载值进行平均，获得小区实际的当前上行负载值。

7、根据权利要求2所述上行负载控制的方法，其特征在于，所述的步骤B具体包括：

B1、设定一个小区的目标上行负载值的负载保护值，如果所述小区实际的当前上行负载值大于所述目标上行负载值减去所述负载保护值的差值，则执行步骤B2；否则，执行步骤B3；

B2、根据小区的用户解调服务质量性能，对小区进行上行的负载控制，步骤B结束；

B3、对小区进行基于上行负载值的上行的负载控制，步骤B结束。

8、根据权利要求7所述上行负载控制的方法，其特征在于，所述的步骤B2具体包括：

B21、统计整个小区内用户的恶化因子，如果该恶化因子小于或等于整个小区内允许性能恶化的用户个数，则执行步骤B22，否则，执行步骤B23；

B22、当有新用户请求接入时，接入该新用户；当没有新用户请求接入时，增加小区内用户传输速率，然后，执行步骤B21；

B23、降低小区内用户的传输速率，拒绝新用户的接入。

9、根据权利要求8所述上行负载控制的方法，其特征在于，所述的步骤B21具体包括：

根据用户的信噪比统计值和信噪比目标值的差值，确定用户的解调服务质量性能是否恶化，并根据用户解调服务质量性能恶化后的失步指示，计算出用户的恶化因子。

10、根据权利要求8或9所述上行负载控制的方法，其特征在于，所述的步骤B21具体包括：

如果用户的解调服务质量性能已经恶化，则用户的失步指示为1，用户的恶化因子为1；否则，用户的失步指示为0，用户的恶化因子为0。

11、根据权利要求7、8或9所述上行负载控制的方法，其特征在于，所述的步骤B3具体包括：

允许新用户的接入或者增加要求提高传输速率的用户传输速率。

12、根据权利要求1所述上行负载控制的方法，其特征在于，所述的方法适用于宽带码分多址WCDMA系统或CDMA2000系统或CDMA系统。

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