CN100546212C - 预测空中接口中功率变化的方法、装置及移动通信系统 - Google Patents

Abstract

预测通信系统的空中接口中功率需求变化的方法，包括：根据建议的负载改变估测新的功率水平；实现负载改变；测量实现改变之后的功率水平；确定估测和测量的功率水平之间的误差；和根据确定的误差调整估测步骤。

Description

预测空中接口中功率变化的方法、装置及移动通信系统

技术领域

本发明涉及提供通信系统中响应系统负载变化的功率变化估测的技术，尤其涉及移动通信系统，并且不单是涉及功率提高。

背景技术

在移动通信系统中，通常需要根据系统中用户数量及其需要尽可能有效地分配系统资源。例如在宽带码分多址(W-CDMA)系统中，无线资源的优化管理需要用于预测呼叫配置的变化如何影响小区中信号功率的手段。

上行链路功率提高估测(PIE)被用来估测小区负载改变时总宽带干扰功率的变化量。例如小区负载会因准入控制或分组调度而发生改变。

如果准入不导致系统中过多的干扰，准入控制允许新用户进入无线设备接入网络(RAN)。在允许新用户接入系统之前，准入控制算法估测新用户造成的总干扰水平的提高。使用上行链路功率提高估测方法实现此目标。

分组调度器也使用上行链路功率提高估测方法为数据用户分配上行链路分组比特率。通过使用上行链路功率提高估测方法，分组调度器估测多少量级的请求/分配比特率会提高噪声/干扰水平。通常使用功率提高估测方法完成这个估测。

于是，通过上行链路的总接收功率和下行链路的总发送功率测量小区中资源利用的程度，其中所述总接收功率和总发送功率均具有具体的限制，这些限制规定了它们的完全利用率。为了最优地向用户分配系统容量，在实际准许使用容量之前应当尽可能精确地预测各个用户的功耗。呼叫配置到信号功率的映射取决于即时改变的不同系数。

当前使用的功率提高估测方法涉及逼近真实物理行为的固定数学公式。作为这种逼近的结果，固定公式的估测具有误差范围。

这些误差范围导致容量的浪费。如果功率提高估测可以更加精确地估测所导致的噪声上升，则浪费的容量就较少。

本发明的目的是提供确定功率提高估测的改进技术。

发明内容

在本发明的第一方面，提供了预测通信系统中空中接口的功率需求改变的方法，包括：根据建议的负载改变估测新的功率水平；实现负载改变；测量实现改变之后的功率水平；确定估测和测量的功率水平之间的误差；和根据确定的误差调整估测步骤。

功率需求的改变可能源于上行链路接收干扰的改变。功率需求的改变可能源于下行链路发送功率的改变。

建议的负载改变可能源于新用户的准入。建议的负载改变可能源于为分组交换用户分配新数据速率。

通过上行链路总接收功率和下行链路总发送功率可以确定功率需求。

根据小区总干扰，固有噪声水平，用户数据速率，用户数据速率的变化率，或服务的Eb/Io等级中的任何一个可以确定上行链路的总接收功率。根据小区总发送功率，用户数据速率，用户数据速率的变化率，或所需要的服务Eb/Io等级中的任何一个可以确定下行链路的总发送功率。

估测新功率水平的步骤可以使用神经网络。估测新功率水平的步骤可以使用线性估测器。

在本发明的第二方面，提供了确定通信系统的空中接口中功率需求改变的控制装置，包括：根据建议的负载改变估测新功率水平的装置；实现负载改变的装置；测量实现改变之后的功率水平的装置；确定估测和测量的功率水平之间的误差的装置；和根据确定的误差调整估测步骤的装置。

用于估测新功率水平的装置可以包括功率提高估测器。用于实现负载改变的装置可以包括分组调度器。用于测量功率水平的装置可以包括负载控制器。功率提高估测器还可以包括用于确定误差的装置。

在本发明的第三方面，提供了确定通信系统的空中接口中功率需求改变的控制器，包括：根据建议的负载改变估测新功率水平的功率提高估测器；实现负载改变的分组调度器；和测量实现改变之后的功率水平的负载控制器；其中功率提高估测器还确定估测和测量功率水平之间的误差，并且根据确定的误差调整估测。

在本发明的第四方面，提供包括用于确定通信系统的空中接口中功率需求改变的控制装置的移动通信系统，包括：根据建议的负载改变估测新功率水平的装置；实现负载改变的装置；测量实现改变之后的功率水平的装置；确定估测和测量的功率水平之间的误差的装置；和根据确定的误差调整估测步骤的装置。

控制装置可以被提供在W-CDMA通信系统的无线网络控制器中。

于是，本发明提供了针对小区负载的任何预期改变而估测上行链路接收干扰或下行链路发送功率的改变的技术。小区负载改变可以是例如新用户准入或向分组交换用户分配数据速率造成的。

本发明有利地为无线网络控制器的无线资源管理逻辑提供了分配可用无线资源的有效手段。结果，本发明提供了改进的呼叫质量，改进的系统稳定性，和具有较低系统干扰的较高吞吐率。

附图说明

参照附图并结合例子可以更好地理解本发明，其中：

图1是示例性W-CDMA系统的模块图；

图2是无线网络控制器的用于实现本发明一个实施例的功能部件的模块图。

具体实施方式

参照图1，其中图解了示例性移动通信系统的通用结构，这里参照该通用结构描述本发明。然而应当理解，本发明的适用范围不限于图1示出的具体结构。

多个基收发器站(BTS)6均支持多个移动站或用户设备(UE)8。由无线网络控制器(RNC)4支持各个基收发器站6。各个无线网络控制器4被连接到网络管理系统(NMS)2。

在图1的无线网络控制器4中实现本发明的功率提高估测方法。参照图2，其中图解了实现本发明所需的无线网络控制器的功能模块。应当理解，无线网络控制器还包括执行其操作所需的其它功能模块，但是这些功能模块与本发明无关。

参照图2，其中图解了分组调度器10、负载控制模块12和功率提高估测器14。负载控制模块通过线16从与其相关的基收发器站6接收负载测量。

负载控制模块接着通过测定从基收发器站接收的测量来确定当前负载。

根据例如因用户离开网络所造成的网络负载的改变，分组调度器向准许接入网络中与无线网络控制器相关的部分的新用户分配比特率或数据速率，并且为现有用户重新分配比特率。

根据本发明，功率提高估测器估测分组调度器分配的比特率的改变所造成的网络负载改变。

下面进一步说明图2的功能模块的操作的具体例子。首先提供有关图2的功能模块的操作的概述。

响应例如新用户进入网络所导致的网络负载改变，分组调度器10针对现有用户重新分配比特率，并且为新用户分配比特率。分组调度器接着通过线20向功率提高估测器(PIE)提供这些上行链路和下行链路比特率以作为建议比特率或候选比特率。功率提高估测器14使用这些候选比特率计算上行链路总接收功率和下行链路总发送功率的估测。使用根据现有技术进行这种估测的已知固定公式，在功率提高估测器中进行这些估测。可选地，可以估测上行链路总接收干扰而不是上行链路总接收功率。

这种已知固定函数提供功率估测，所述功率估测是有关测量参数和配置参数的函数。在上行链路中，这些参数可以包含：小区的总干扰功率；固有噪声水平；用户数据速率；用户数据速率的变化率；和需要的服务Eb/Io等级。在下行链路中，这些参数可以包含：小区的总发送功率；用户数据速率；用户数据速率的变化率；和需要的服务Eb/Io等级。

功率提高估测器接着通过线22向分组调度器10提供这些估测数值。分组调度器将这些估测数值与存储的阈值相比较。如果估测小于相应数值的阈值，则分组调度器可以在上行链路或下行链路中分配升高的位速率数值，并且通过线20向功率提高估测器14提供这些位速率数值以作为候选数值。如果分组调度器据此确定线22上的估测数值超过阈值，则分组调度器还原到其前面的候选数值，并且将它们选作分配的上行链路和下行链路比特率。通过本领域众所周知和图2中未图解的装置，无线网络控制器将分配的上行链路和下行链路比特率发送到网络中的基收发器站和用户设备。

另外，分组调度器10通过线24向功率提高估测器14提供分配的上行链路和下行链路比特率。

此后，并且在已经实现新分配的比特率时，功率提高估测器通过线18从负载控制模块12接收网络的实际总接收干扰和实际总发送功率。这些数值是在已经实现分组调度器10确定的比特率改变之后检测到的实际数值。

据此，功率提高估测器通过线22向分组调度器10提供根据功率水平的实际改变修正的估测。根据修正的估测，可以重复重新分配比特率的处理，这可能导致分配更高的比特率，从而改进了系统的效率。

于是根据本发明，可以得到更加精确的有关负载改变的影响的估测，使得可以更加有效地使用可用系统容量。

确定本发明的功率估测函数的参数，使得可以及时调整其具体定义，以便使预测功率和实际功率之间的误差最小。连续进行调整，以便响应小区的条件改变。本发明的技术可以适应空中接口的不同条件。这有利地为无线网络控制器中的无线资源逻辑提供了分配可用无线资源的有效手段。这也利于改进无线网络规划。

此后参照线性模型的例子提供本发明技术的示例性实现。

在线性模型的第一部分中，有必要考虑调整算法。若于数据项被定义如下。

P_rx，total(k)-以瓦(watt)为单位的上行链路总接收干扰的平均估测。负载控制模块得到平均值，并且按照100ms的间隔，即Time(k)-Time(k-1)＝100ms的间隔提供其数值。

P_tx，total(k)-以瓦为单位的上行链路总发送干扰的平均估测。负载控制得到平均值，并且按照100ms的间隔提供其数值。

L(k)-分组调度器(PS)分配的分组负载。按照500ms的间隔执行分组负载分配。在上行链路中：

$L_{\mathrm{UL}}\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{\#\mathrm{Packetusers}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{E_i\·R_i}{W+E_i\·R_i},$

并且在下行链路中：

$L_{\mathrm{DL}}\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{\#\mathrm{Packetusers}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{E_i\·R_i}{W},$

其中R_i是(从PS)分配的比特率，E_i是需要的比特能量-干扰密度比(小区参数)，并且W是码片速率(系统参数)。

无线资源管理单元为无线网络控制器中的调整算法提供上述数值。如果在时刻k-1进行分组分配，则在时刻k执行调整算法如下：

1.计算分组负载变化ΔL＝L(k-1)-L(k-2)，和接收干扰中的对应测量变化ΔP_UL＝logP_rx，total(k)-logP_rx，total(k-1)，或总发送功率中的对应测量变化ΔP_DT＝P_tx，total(k)-P_tx，total(k-1)。注意干扰的对数。

2.调整斜率估测C(k)＝C(k-1)+α[ΔP-C(k-1)·ΔL]·ΔL，其中α是较小的常数，例如α＝0.01。斜率C(k)收敛到使(ΔP-C·ΔL)²的期望最小的数值(Robbins-Monro随机逼近)。

在线性模型的第二部分中，进行功率改变预测。调整算法为分组调度器提供上行链路和下行链路斜率估测CUL(k)和CDL(k)。对于分组负载

的未来变化，分组调度器可以通过以下公式预测随之产生的接收干扰或总发送功率：

${\tilde{P}}_{\mathrm{rx},\mathrm{total}}(k+1)={\stackrel{\‾}{P}}_{\mathrm{rx},\mathrm{total}}\left(k\right)\·{10}^{C_{\mathrm{UL}}\left(k\right)\mathrm{\Δ}{\tilde{L}}_{\mathrm{UL}}}$ (上行链路)

${\tilde{P}}_{\mathrm{tx},\mathrm{total}}(k+1)={\stackrel{\‾}{P}}_{\mathrm{tx},\mathrm{total}}\left(k\right)+C_{\mathrm{DL}}\left(k\right)\·\mathrm{\Δ}{\tilde{L}}_{\mathrm{DL}}$ (下行链路)

如果预测数值不超过限制(或阈值)数值，则分组调度器可以考虑分配更高的负载。

上述例子只是本发明的一个可能实现，可以使用许多其它技术。

例如，多层感知神经网络可以实现估测函数。这种神经网络的输入可以是测量功率、数据速率、数据速率的改变和需要的Eb/Io等级中的任何一个。网络输出可以是针对例如准入控制或分组调度中使用的新功率水平的估测。在准入之后，可以测量实际功率。根据本发明，接着根据预测和实际功率之间的差值调整网络以降低误差。

虽然这里参照W-CDMA系统的具体应用例子，例如UMTS(通用移动电信系统)描述了本发明，然而本发明不限于此，本发明同样可以有利地应用于其它类型的移动通信系统。

Claims (17)

1、预测通信系统的空中接口中功率需求变化的方法，包括：

根据通信系统中的小区负载中建议的改变，使用功率估测函数估测新的功率水平；

接收关于实现所述建议的改变之后的测量的功率水平的信息；

确定估测和测量的功率水平之间的误差；和

根据确定的误差调整所述功率估测函数的参数，从而调整小区负载中建议的改变和所述功率估测函数的估测功率水平之间的关系，其中对于小区负载中进一步的建议的改变，用所述调整的功率估测函数估测所述功率水平。

2、如权利要求1所述的方法，其中功率需求的改变源于上行链路接收干扰的改变。

3、如权利要求1或2所述的方法，其中功率需求的改变源于下行链路发送功率的改变。

4、如权利要求1或2所述的方法，其中小区负载中的所述建议的改变源于新用户的准入。

5、如权利要求1或2所述的方法，其中小区负载中的所述建议的改变源于为分组交换用户分配新数据速率。

6、如权利要求1或2所述的方法，其中通过上行链路总接收功率和下行链路总发送功率确定功率需求。

7、如权利要求6所述的方法，其中通过所述小区中的总干扰，固有噪声水平，用户数据速率，用户数据速率的变化率，或服务的Eb/Io等级中的任何一个确定上行链路的所述总接收功率。

8、如权利要求6所述的方法，其中通过所述小区中的总发送功率，用户数据速率，用户数据速率的变化率，或所需的服务Eb/Io等级中的任何一个确定下行链路的所述总发送功率。

9、如权利要求1或2所述的方法，其中使用所述功率估测函数利用神经网络估测新功率水平。

10、如权利要求1或2所述的方法，其中使用所述功率估测函数利用线性估测器估测新功率水平。

11、如权利要求1或2所述的方法，该方法在W-CDMA系统中实现。

12、确定通信系统的空中接口中功率需求改变的控制装置，包括：

根据通信系统中的小区负载中建议的改变，使用功率估测函数估测新功率水平的装置；

接收关于实现所述建议的改变之后的测量的功率水平的信息的装置；

确定估测和测量的功率水平之间的误差的装置；和

根据所述确定的误差调整所述功率估测函数的参数的装置，从而调整小区负载中建议的改变和所述功率估测函数的估测功率水平之间的关系，其中对于小区负载中进一步建议的改变，用所述调整的功率估测函数估测所述功率水平。

13、如权利要求12所述的控制装置，其中用于估测新功率水平的装置包括功率提高估测器。

14、如权利要求13所述的控制装置，其中用于测量功率水平的装置包括负载控制器。

15、如权利要求13所述的控制装置，其中功率提高估测器还包括用于确定误差的装置。

16、包含如权利要求12到15中的任何一个的控制装置的W-CDMA系统。

17、一种包括用于确定通信系统的空中接口中功率需求改变的控制装置的移动通信系统，包括：

根据通信系统中的小区负载中建议的改变，使用功率估测函数估测新功率水平的装置；

实现小区负载中所述建议的改变的装置；

测量实现所述建议的改变之后的功率水平的装置；

确定估测和测量的功率水平之间的误差的装置；和

根据所述确定的误差调整所述功率估测函数的参数的装置，从而调整小区负载中建议的改变和所述功率估测函数的估测功率水平之间的关系，其中对于小区负载中进一步建议的改变，使用所述调整的功率估测函数估测所述功率水平。

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