CN101098172B - Wcdma系统中专用信道上行负荷和容量的估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种WCDMA系统中专用信道上行负荷和容量的估算方法，为解决现在的R99DCH系统业务吞吐量不足而采用HSUPA上行增强型技术来提升上下行业务吞吐量时，无法估计R99 DCH信道引起的噪声抬升和网络负荷的问题而发明。本发明的方法通过获取DCH信道的关键参数；预估HSUPA用户在基站接收端用户信号功率占宽带总接收功率的比值；既定的网络负荷η_UL限制下，获得每小区的DCH等效信道数量；利用坎贝尔定理估算DCH上行容量和整个网络规模。采用本方法有利于整个系统的业务量提升，通过估算分析了解系统的上行负荷和容量；有利于整个系统的稳定。

Description

WCDMA系统中专用信道上行负荷和容量的估算方法

技术领域

本发明涉及宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，以下简称WCDMA)系统，具体涉及WCDMA系统引入高速上行分组包接入(High Speed Uplink Package Access，以下简称HSUPA，或者增强型上行链路技术)技术后，在同频组网时，在网络规划中对R99 DCH(Dedicated channel，专用信道)信道上行负荷和容量估算方法。

背景技术

3GPP协议标准经历了Release99、Release4、Release5，以至随后的Release6等更高协议版本的演进。通常将WCDMA的传统业务称为R99业务，例如可以提供上行CS12.2kbps语音业务、CS64kbps可视电话等流媒体业务、PS64kbps的分组业务。HSUPA是在3GPP Release6中为了提高上行链路分组数据的吞吐量而引入的新功能，目的是为用户提供高速的上行分组业务服务，通常称为HSUPA业务或者增强型上行技术。

目前上行链路增强技术是使用E-DCH信道对PS业务进行承载，习惯上可以仍然称为HSUPA业务。HSUPA作为WCDMA系统的上行增强型技术，弥补了R99业务吞吐量的不足，提升了对高速数据用户的支持能力，与R5版本的HSDPA相互配合使得上下行吞吐率能力都大幅度抬升。所以HSUPA技术是对R99技术、HSDPA技术的补充和发展，是在WCDMA业务上的延伸与演进。

在实际组网中，可以采用HSUPA与传统的R99 DCH共用一个载扇，HSUPA和R99 DCH都对基站的噪声抬升有所贡献，那么就不可避免遇到如何在存在HSUPA引起的噪声抬升情况下，如何估计传统的R99 DCH信道引起的噪声抬升和网络负荷的问题？只有清楚地解析HSUPA和DCH信道分别对应的负荷攀升，才能准确的预估基站等效信道，进而在使用坎贝尔定理时候准确估计基站上行容量。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种WCDMA网络建设中，DCH上行负荷和容量的估算方法，该方法根据HSUPA的系统仿真结果，预估其对基站底噪的影响，进而利用公式推算小区的噪声抬升、上行负荷、以及DCH等效信道，使用坎贝尔定理估算上行负荷和容量。

为达到上述目的，本发明一种WCDMA系统中专用信道上行负荷和容量的估算方法，包括：

(1)获取专用信道的关键参数；

(2)预估HSUPA用户在基站接收端用户信号功率占宽带总接收功率的比值f(HSUPA)；

(3)在既定的网络负荷η_UL限制下，通过计算获得每小区的专用信道等效信道数量N；

(4)使用坎贝尔定理，估算R99 DCH上行容量和整个网络规模。

其中，所述步骤(1)中的关键参数包含：DCH用户j的比特速率R_j，DCH、DCH用户j的激活因子v_j，DCH，及目标信噪比(Eb/No)_j，DCH，其中，

${(\mathrm{Eb}/\mathrm{No})}_{j,\mathrm{DCH}}=\frac{W}{v_{j,\mathrm{DCH}}\·R_{j,\mathrm{DCH}}}\·\frac{P_{j,\mathrm{DCH}}}{I_{\mathrm{total}}-P_{j,\mathrm{DCH}}}$

该公式中W是码片速率；P_j，DCH是来自专用信道用户j的信号接收功率；I_total是基站处包括热噪声功率在内的总的宽带接收功率。

其中，所述步骤(2)中，对HSUPA用户在基站接收端用户信号功率占宽带总接收功率的比值f(HSUPA)的处理留有余量。

其中，所述步骤(3)具体为：在既定的网络负荷η_UL限制下，通过公式：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{UL}}=(1+g)\·\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{1}{1+\frac{W}{{(\mathrm{Eb}/\mathrm{No})}_{j,\mathrm{DCH}}\·R_{j,\mathrm{DCH}}\·v_{j,\mathrm{DCH}}}}\right]+f\left(\mathrm{HSUPA}\right)$ 的计算获得每小区的专用信道等效信道数量N；其中，该公式中的g为邻区干扰因子。

其中，所述步骤(4)具体为：使用坎贝尔定理，将专用信道上承载的不同速率的分组业务折算为等效信道，进而估算专用信道上行容量和整个网络规模。

本发明在对R99 DCH上行容量规划时，分析了HSUPA对负荷的贡献，引入HSUPA对噪声抬升的系统仿真结果，在已经成熟的R99规划方法的基础上，考虑HSUPA的引入对R99 DCH业务使用坎贝尔定理的影响，最终得到对R99 DCH的上行噪声抬升和DCH上行容量估算的研究方法，该估算使系统在提高业务吞吐量的同时有效增强稳定性。

附图说明

图1是本发明WCDMA系统中DCH(专用信道)上行负荷和容量的估算方法流程图。

具体实施方式

本发明的估算方法的总的步骤为：

第一步，获取DCH信道的关键参数，如(Eb/No)_j，DCH、R_j，DCH、v_j，DCH等，将其代入上行负荷公式，见下文公式(15)；

第二步，通过仿真预估在此种环境下HSUPA用户在基站接收端用户信号功率占宽带总接收功率的比值f(HSUPA)，对于f(HSUPA)的处理中可以留有一定余量(假如仿真得到f(HSUPA)负荷是0.4，则带入公式计算时，可以为f(HSUPA)取值0.4×1.2＝0.5，也就是要留有一定余量)；

第三步，在既定的网络负荷η_UL限制下，可以通过公式

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{UL}}=(1+g)\·\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{1}{1+\frac{W}{{(\mathrm{Eb}/\mathrm{No})}_{j,\mathrm{DCH}}\·R_{j,\mathrm{DCH}}\·v_{j,\mathrm{DCH}}}}\right]+f\left(\mathrm{HSUPA}\right)$

即下文中的公式15，获得每小区的DCH等效信道N；

第四步，使用坎贝尔定理，将DCH上承载的不同速率的PS业务折算为等效信道，进而估算R99 DCH上行容量和整个网络规模。

上述第一步和第二步是对上行负荷的估算，确定与上行负荷相关的一系列变量之间的关系等式，得到了上行负荷η_UL与等效信道数量N、f(HSUPA)、(Eb/No)_j，DCH，R_j，DCH，v_j，DCH等参数之间的关系等式(下文中公式15)。第三步、第四步是利用该关系等式，在工程估算中对网络上行容量进行估算。通常被规划网络的上行目标负荷η_UL是预先确定的，因此需要根据该关系等式反推出DCH的等效信道数目，进而使用坎贝尔定理进行上行容量估算。

下面就WCDMA系统中DCH上行负荷和容量的估算方法做详细的说明：

WCDMA系统中，所有的用户都使用相同的载波，而且在经过编码以后，每个信号对于其他信号而言就成为噪声(干扰)。因此，每个信号都包含在由其他用户产生的宽带干扰背景中。为了接入一个呼叫，移动台的功率必须大到足以克服带宽内其他移动台，也就是说，基站的接收上行DCH信道信号必须达到业务解调要求的目标信噪比(Eb/No)_j，DCH(每个用户比特能量除以噪声谱密度)。

上式可以写成：

${(\mathrm{Eb}/\mathrm{No})}_{j,\mathrm{DCH}}=\frac{W}{v_{j,\mathrm{DCH}}\·R_{j,\mathrm{DCH}}}\·\frac{P_{j,\mathrm{DCH}}}{I_{\mathrm{total}}-P_{j,\mathrm{DCH}}}---\left(2\right)$

其中，W是码片速率，3.84Mchip/s；

v_j，DCH是DCH用户j的激活因子；

R_j，DCH是DCH用户j的比特速率；

P_j，DCH是来自DCH用户j的信号接收功率；

I_total是基站处包括热噪声功率在内的总的宽带接收功率。

从上式可知，用户信号要达到解调要求，其在基站接收端的接收功率应满足：

$P_{j,\mathrm{DCH}}=\frac{1}{1+\frac{W}{{(\mathrm{Eb}/\mathrm{No})}_{j,\mathrm{DCH}}\·R_{j,\mathrm{DCH}}\·v_{j,\mathrm{DCH}}}}\·I_{\mathrm{total}}---\left(3\right)$

定义一个连接的负荷因子L_j，DCH：

$L_{j,\mathrm{DCH}}=\frac{1}{1+\frac{W}{{(\mathrm{Eb}/\mathrm{No})}_{j,\mathrm{DCH}}\·R_{j,\mathrm{DCH}}\·v_{j,\mathrm{DCH}}}}---\left(4\right)$

L_j，DCH表示DCH用户信号功率占基站总接收功率的比例，则单个用户信号功率P_j，DCH可表示为：P_j，DCH＝L_j，DCH·I_total

来自于同一小区内所有N个DCH用户的总接收功率为：

$\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{j,\mathrm{DCH}}=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{j,\mathrm{DCH}}\·I_{\mathrm{total}}---\left(5\right)$

通常，基站接收端的总接收功率由三部分组成：小区内用户干扰功率，小区外用户干扰功率和基站热噪声。即：

I_total＝P_in，DCH+P_in，HSUPA+P_other，DCH+P_{other，HSUPA}+P_N    (6)

其中，P_in，DCH为小区内DCH用户总干扰功率；

P_in，HSUPA为小区内HSUPA用户总干扰功率；

P_other，DCH为小区外DCH用户总干扰功率；

P_{other，HSUPA}为小区外HSUPA用户总干扰功率；

P_N为基站热噪声功率；

由于小区外移动台的干扰不通过本小区基站进行功率控制，其干扰大小难以确定。通常，将来自其他小区的干扰与本小区干扰的比值定义为邻区干扰因子g：

g反映了本小区基站接收端其他小区对本小区的干扰比。通常，采用全向天线的宏小区邻区干扰因子为0.55，采用三扇区天线的宏小区邻区干扰因子为0.65。

因此，基站总用户接收功率为

$P_{\mathrm{in},\mathrm{DCH}}+P_{\mathrm{in},\mathrm{HSUPA}}+P_{\mathrm{other},\mathrm{DCH}}+P_{\mathrm{other},\mathrm{HSUPA}}=(1+g)\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{j,\mathrm{DCH}}\·I_{\mathrm{total}}+(1+g)\·P_{\mathrm{in},\mathrm{HSUPA}}---\left(8\right)$

定义噪声抬升为基站总的宽带接收功率与噪声功率之比，即：

$\mathrm{NR}=\frac{I_{\mathrm{total}}}{P_N}$

$\begin{array}{c}=\frac{I_{\mathrm{total}}}{I_{\mathrm{total}}-(P_{\mathrm{in},\mathrm{DCH}}+P_{\mathrm{in},\mathrm{HSUPA}}+P_{\mathrm{other},\mathrm{DCH}}+P_{\mathrm{other},\mathrm{HSUPA}})}\\ =\frac{I_{\mathrm{total}}}{I_{\mathrm{total}}-[(1+g)\·\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{j,\mathrm{DCH}}\·I_{\mathrm{total}}+(1+g)\·P_{\mathrm{in},\mathrm{HSUPA}}]}\end{array}---\left(9\right)$

$=\frac{1}{1-[(1+g)\·\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{j,\mathrm{DCH}}+(1+g)\·\frac{P_{\mathrm{in},\mathrm{HSUPA}}}{I_{\mathrm{total}}}]}$

定义上行链路负荷因子η_UL为

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{UL}}=(1+g)\·\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{j,\mathrm{DCH}}+(1+g)\·\frac{P_{\mathrm{in},\mathrm{HSUPA}}}{I_{\mathrm{total}}}$

$=(1+g)\·\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{1}{1+\frac{W}{{(\mathrm{Eb}/\mathrm{No})}_{j,\mathrm{DCH}}\·R_{j,\mathrm{DCH}}\·v_{j,\mathrm{DCH}}}}\right]+(1+g)\·\frac{P_{\mathrm{in},\mathrm{HSUPA}}}{I_{\mathrm{total}}}---\left(10\right)$

又因为对于HSUPA用户

${(E_c/I_o)}_{i,\mathrm{HSUPA}}=\frac{P_{i,\mathrm{HSUPA}}}{I_{\mathrm{total}}-P_{i,\mathrm{HSUPA}}}---\left(11\right)$

$P_{\mathrm{in},\mathrm{HSUPA}}=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,\mathrm{HSUPA}}---\left(12\right)$

其中，P_i，HSUPA是来自HSUPA用户i的信号接收功率；

(E_c/I_o)_i，HSUPA是HSUPA用户i的chip级信噪比；

将(11)，(12)代入(10)式得：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{UL}}=(1+g)\·\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{1}{1+\frac{W}{{(\mathrm{Eb}/\mathrm{No})}_{j,\mathrm{DCH}}\·R_{j,\mathrm{DCH}}\·v_{j,\mathrm{DCH}}}}\right]+(1+g)\·\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{{(E_c/I_o)}_{i,\mathrm{HSUPA}}}{{(E_c/I_o)}_{i,\mathrm{HSUPA}}+1}\right]---\left(13\right)$

η_UL表示基站接收端用户信号功率占宽带总接收功率的比值；

于是，噪声抬升可表示为：

$\mathrm{NR}=\frac{1}{1-{\mathrm{\η}}_{\mathrm{UL}}}$ 或NR(dB)＝-10LOG₁₀(1-η_UL)    (14)

该等式反映了基站接收端由用户干扰引起的热噪声之上的噪声抬升。3dB的噪声抬升对应50％的负荷因子，6dB的噪声抬升对应75％的负荷因子。通常，在实际网络规划中，得到上行负荷不是最终目的，上行负荷是为容量估算服务的，一般局方会给出上行负荷目标值是多少，假如75％，在局方给出的75％的前提下，网络规划需要估计这相当于支持多少等效信道，进而才能确定整个网络的规模。所以，就需要利用公式15推出的等效公式反算等效信道了。网络规划中假设上行负荷因子为50％，在上行业务分别由DCH信道和E-DCH信道(HSUPA)承载时候，需要利用公式(13)分析。利用系统仿真可以得到在HSUPA一定吞吐率、HSUPA并发业务用户数目M的特定条件下，HSUPA的E-DCH信道的Ec/Io分布，将公式(13)变形如下：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{UL}}=(1+g)\·\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{1}{1+\frac{W}{{(\mathrm{Eb}/\mathrm{No})}_{j,\mathrm{DCH}}\·R_{j,\mathrm{DCH}}\·v_{j,\mathrm{DCH}}}}\right]+f\left(\mathrm{HSUPA}\right)---\left(15\right)$

其中f(HSUPA)是HSUPA用户在基站接收端用户信号功率占宽带总接收功率的比值，该值与网络规划设计的HSUPA目标以及HSUPA用户的上行E_c/I_o有关，可以通过HSUPA系统仿真获得，也可以通过设置一个初值(例如30％)再随后的HSUPA与R99的容量迭代中逐步修正。

在估计网络中的R99 DCH信道网络容量的时候，需要根据公式(15)在考虑一定的f(HSUPA)存在基础上，得到每个载扇的等效信道数目，进而根据坎贝尔定理完成DCH的上行容量估算。

Campbell方法的基本原理是将所有业务按一定原则等效成一种虚拟业务，并计算此虚拟业务的总话务量(erl)，然后计算满足此话务量所需的虚拟信道数，进而折算出满足网络容量的实际信道数；

Campbell模型的等效公式如下：

$c=\frac{v}{\mathrm{\α}}=\frac{\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{erl}}_n{a}_n^2}{\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{erl}}_n{a}_n}---\left(16\right)$

$\mathrm{OfferedTraffic}=\frac{\mathrm{\α}}{c}---\left(17\right)$

$\mathrm{Capacity}=\frac{(C_n-a_n)}{c}---\left(18\right)$

式中，c是容量因子；v是混合业务方差；α是混合业务均值；a_n是业务n的等效强度；C_n是业务n需要的信道数；OfferedTraffic是虚拟业务的业务量；Capacity是满足虚拟业务量需要的虚拟信道数。

其中C_n由公式(15)计算，求得Capacity后就可通过查爱尔兰表得到上行DCH的容量。

本发明在对R99 DCH上行容量规划时，分析了HSUPA对负荷的贡献，引入HSUPA对噪声抬升的系统仿真结果，在成熟的R99规划方法的基础上，考虑HSUPA技术的引入对R99 DCH业务使用坎贝尔定理的影响，最终得到对R99 DCH的上行噪声抬升和DCH上行容量估算的研究方法，该估算使系统在提高业务吞吐量的同时有效增强稳定性。

Claims (4)

1.一种WCDMA系统中专用信道上行负荷和容量的估算方法，包括：

(1)获取专用信道的关键参数；

(2)预估HSUPA用户在基站接收端用户信号功率占宽带总接收功率的比值f(HSUPA)；

(3)在既定的网络负荷η_UL限制下，通过下述算式计算获得每小区的专用信道等效信道数量N；

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{UL}}=(1+g)\·\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{1}{1+\frac{W}{{(\mathrm{Eb}/\mathrm{No})}_{j,\mathrm{DCH}}\·R_{j,\mathrm{DCH}}\·v_{j,\mathrm{DCH}}}}\right]+f\left(\mathrm{HSUPA}\right)$

其中，R_j，DCH为DCH用户j的比特速率，v_j，DCH为DCH用户j的激活因子，(Eb/No)_j，DCH为DCH目标信噪比，g为邻区干扰因子，W为码片速率；

(4)使用坎贝尔定理，估算R99DCH上行容量和整个网络规模。

2.如权利要求1所述的WCDMA系统中专用信道上行负荷和容量的估算方法，其特征在于，所述步骤(1)中的关键参数包含：DCH用户j的比特速率R_j，DCH、DCH用户j的激活因子v_j，DCH.及目标信噪比(Eb/No)_j，DCH，其中，

${(\mathrm{Eb}/\mathrm{No})}_{j,\mathrm{DCH}}=\frac{W}{v_{j,\mathrm{DCH}\·}{R}_{j,\mathrm{DCH}}}\·\frac{P_{j,\mathrm{DCH}}}{I_{\mathrm{total}}-P_{j,\mathrm{DCH}}}$

该公式中W是码片速率；P_j，DCH是来自专用信道用户j的信号接收功率；I_total是基站处包括热噪声功率在内的总的宽带接收功率。

3.如权利要求2所述的WCDMA系统中专用信道上行负荷和容量的估算方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对HSUPA用户在基站接收端用户信号功率占宽带总接收功率的比值f(HSUPA)的处理留有余量。

4.如权利要求3所述的WCDMA系统中专用信道上行负荷和容量的估算方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：使用坎贝尔定理，将专用信道上承载的不同速率的分组业务折算为等效信道，进而估算专用信道上行容量和整个网络规模。

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