CN1100417C - 一种用于使用切换的动态载荷均衡的方法和装置 - Google Patents

Abstract

为减小扩频多载波无线通信系统中普遍存在的载荷不均衡的不利影响，系统采用在该通信系统内的多个载波间进行切换来作为均衡呼叫业务(通常称之为“载荷”)的装置。多载波无线通信系统监视与该通信系统中这些载波的每一个相对应的多个度量，并根据这些度量在这些载波间切换呼叫业务，从而减小本发明对应的载荷不均衡所带来的不利影响。

Description

一种用于使用切换的动态载荷均衡的方法和装置

本发明一般涉及无线通信系统，尤其涉及一种用于使用切换的载荷均衡的方法和装置。

无线通信系统为人熟知，它有多种类型，包括陆地移动无线电波、小区无线电话(包括模拟小区、数字小区、个人通信系统(PCS)和宽带数字小区系统)以及其它通信系统类型。举例来说，在小区无线电话通信系统中，诸多通信小区典型时包括多个基站(BS)，它们通常链接到一个或多个基站控制器(BSC)上，形成一个基站系统(BSS)。这些BSC又链接到一个移动交换中心(MSC)上，由它提供BSS和公用交换电话网(PTSN)之间的连接以及与其它BSS的互连。远程通信单元(或移动台)(MS)向服务BSS发射信号(反向链路)，并从服务BSS接收信号(下行链路)；远程通信单元(或移动台)包括在通信小区中运行的所有类型和型号的可移动/便携式无线电台。这些信号经BS、BSC和MSC处理，到另一个MS完成通信过程，或通过PSTN到一个陆地线路电话用户完成通信过程。

如上所述，基站通过一个或多个收发信机，为用户和无线通信系统间提供RF接口(通常称之为一个载波)。载波的运行特征是特定通信系统的调制方案的一个函数。例如，在模拟无线通信系统中，一个载波由容纳一个用户的一个单频构成，由此，通过在可用频谱上的载波分配，使诸用户间的干扰最小。在时分多址(TDMA)数字通信系统中，一个载波占据一个单频，而载波被分成多个时隙，它能处理同已有时隙一样多数目的用户。在模拟和TDMA系统中，通信系统以静态方式来均衡载荷。重申一下，系统的加载是由频率分配和通信系统所采用的频率再用模式来预先决定的。

在扩频系统中，诸如码分复用(CDMA)无线通信系统中，多个载波占据几兆的宽带频率，其中位于单个载波上的用户数目占用相应数目的信道(通信资源)，它们用一个唯一的、半正交码序列分离开来。在这个系统中，每个载波上可用的信道的数目不是静态的，而是随每个用户所用的资源数量而变化。这种变化的原因是因为在多个载波同时占用相同频率的系统中，与每个用户相关的发射功率于同一载波上的其他用户而言是“噪声”。在一个CDMA系统内，与每个用户相关的发射功率于同一载波上的其他用户而言是有效的加性噪声，通常称之为系统“上涨”。因此，这种载波的容量典型时所涉及的是为克服系统上涨(No)所需的每比特能量(Eb)，以提供适当的质量等级(例如，一个特定的帧删除率)。

在上述的非扩频系统中，通信系统典型时是在呼叫初期均衡系统内多个载波间的呼叫业务(或载荷)。也就是说，根据呼叫初期用户的大致位置，系统分配一个可用载波来处理呼叫。然而，现场经验已经表明，在一个多载波扩频通信系统中，仅仅在一个呼叫初期均衡载荷可能会导致一个载荷不均衡。

载荷不均衡定义为这样一种情形，在用户分配到载波后，一个第一个载波能提供比系统内其它载波多得多的用户数。在这些条件下，提供大数量用户的那个载波必须使用额外功率，这又导致系统上涨增加。然而，这些系统的用户容量定义为系统提供(Eb/No)以达到预定质量等级时的用户数，显然任何不适当地增加系统上涨(No)的情形对系统容量都会产生负面影响。现场经验已经表明，这种载荷不均衡致使某些载波过载，从而使用户话音质量变差，而在同一网络中的其它载波已经超出了允许容量。在高峰使用期间，这一问题变得很突出，可能在系统内其它可用载波甚至还没有被使用时，就导致某个载波的漏呼。

因此，需要一种方法和装置，对通信系统内载波间的呼叫业务进行动态均衡。

图1以流程图的形式，概括性地描述了一种以前均衡一个多载波无线通信系统中多个载波间的业务载荷的技术方法；

图2以流程图的形式，概括性地描述了一种根据本发明的均衡一个多载波无线通信系统中多个载波间的业务载荷的优选实施例；

图3以图形的形式，概括性地描述了使用不同业务载荷均衡方法时的多载波无线通信系统容量的仿真结果；

图4概括性地描述了一个无线通信系统表示，其中系统用户分成多个等级类别；

图5概括性地描述了一种用于动态均衡系统载荷的装置，系统载荷使用根据本发明的载荷度量(metric)和分配预测度量。

为了减小上述载荷不均衡现象的不利影响，一个多载波无线通信系统最好用切换的方法，用它来对通信系统内多个载波间的呼叫业务(通常称之为“载荷”)进行均衡。多载波无线通信系统对与该通信系统中多个载波的每一个加载相应的多个度量进行监视，根据这些度量，将呼叫切换到多个载波上，或在多个载波间进行切换，从而提高该通信系统的容量和呼叫质量。

在第一个种实施例中，揭示了一种用于动态均衡多载波无线通信系统中的载荷的方法，该多载波无线通信系统使用了切换。本方法首先包括监视该无线通信系统的一个度量的步骤，该度量与多个载波中的第一个载波的质量和/或其上载荷的质量相对应。系统对该度量进行评估，并且，如果合适的话将识别一个已经超出可用容量的第二个载波。一旦识别了一个第二个载波，通信系统将选择一个位于第一个载波上的适当用户候选人，将其从第一个载波切换到第二个载波，从而提高与第一个载波相关联的度量。

在一种可选实施例中，揭示了一种用于均衡多载波无线通信系统中多个载波间的呼叫业务(载荷)的装置，该多载波无线通信系统使用了切换。该装置包括一个监视器，它跟踪与多个载波的每一个的质量和/或其上载荷的质量相对应的一个或多个度量。与监视器运行相关地连接的是一种用于判定是否有任何受到监视的度量已经跌至可接收阈值之下的装置。运行相关连接到确定装置的是一个切换优先(override)装置，它根据确定装置，识别一个有可用容量的第二个载波，并且，越过普通的切换机制，为一个优先用户执行一个从第一个载波到第二个载波的立即切换。以这种方式，系统容量和呼叫质量得到了与本发明对应的提高。

而在第三种实施例中，一个多载波无线通信系统通过监视网络内用户位置，以及预测将临的载荷不均衡，将一个优先用户从一个第一个载波切换到本系统内的一个第二个载波上，由此来实现无线通信系统内多个载波之间多个用户载荷的动态均衡。在运行中，这种系统包括一个监视装置，用于多载波无线通信系统中多个载波的每一个的载荷度量监视，它运行相关地连接到一个位置确定装置上。一个控制器单元至少接收从该监视装置和位置确定装置来的输入，以确定多个用户中的任何一个的切换是否会提高系统的整体性能。如果控制器根据接收到的输入，判定如果用户重新定位后会提高系统性能，控制器会指令通信系统去选择一个优先候选用户，执行一个切换，将该用户从第一个载波切换到第二个载波，从而减小与本发明对应的载荷不均衡所带来的性能恶化。

图1以流程图的形式，概括性地描述了一种以前均衡一个多载波无线通信系统中多个载波间的呼叫业务(载荷)的技术方法。通常，一个采用这种多载波间静态载荷均衡方法的多载波无线通信系统仅仅是在呼叫初期进行了系统载荷确定与呼叫到适当载波的分配。适当载波的确定典型时仅限于确定在呼叫初期是哪个载波载荷最小。然而，这种系统中的用户的动态特性没有考虑到系统的这种限制。特别是，在为用户计算适当载波过程中，本技术的以前系统将用一个恒定项来表示一个“典型”用户的移动性和呼叫持续时间。

特别是，在图1的步骤102中，一个用户(也称为使用者)试图接入到该多载波无线通信系统上。在步骤104，通信系统为该通信系统内的多个载波判定当前系统载荷/载波可用性。接着，如步骤106所述，该通信系统会判定是否有一个可用载波来接收用户的接入要求。如果，该通信系统在步骤106判定它不能接收另外一个用户，它会在步骤108拒绝接入请求，并给用户发送一个“系统忙”信号。另外一种情形，如果该系统在步骤106判定它的容量允许它接收另外一个用户，则如步骤110所述，它将给该用户分配一个可用载波。最后，在步骤112，在用户分配到一个特定载波后，该通信系统将完成这个呼叫的路由选择。

许多设备供应商在通信系统用户确定是否接收一个用户以及将该用户分配到哪个信道上时所采用的标准可能各不相同。一个用户的接收确定可能通过系统上涨(定义为噪声底限加上干扰噪声)、信噪比(S/N)的监视、或简单地根据当前正在处理的呼叫数目来完成。不管所选标准如何，采用现有技术的这种系统转变为动态的、自适应通信系统时可以得到改进，它对该无线通信系统运行环境的复杂性更为“宽容”。类似系统如图2所描述。

图2用流程图的形式，概括性地描述了根据本发明的一个一种均衡一个多载波无线通信系统中多个载波间的业务载荷的优选实施例。在这个自适应系统中，业务载荷是在实时基础上被监视的，并且，该通信系统动态地将超载载波上的呼叫业务重新分配到判定有额外容量的载波上去。

直到现有技术中的步骤112为止，图2所描述的本发明方法的运行与它是一样的。图2的方法对现有技术作了扩展，在步骤214，通信系统开始一个载荷度量监视的反复(iterative)处理；并在步骤216中，将更新度量与一个阈值比较。如果度量达到了这个阈值，通信系统会在步骤220将一个优先用户切换到一个适当的备选载波上去。用这种方式，根据本发明通信系统减小了载荷不均衡所导致的影响。

为提供附加灵活性，步骤216的阈值的值可以是一个固定值，也可以是随系统配置而变化的值。在呼叫业务相对固定的通信系统中，它最好设置为一个常数阈值，并始终不允许载荷度量小于该阈值。然而在某个时期有大量呼叫业务的其它通信系统中，使用一个可变的阈值可能更好，因为虽然业务质量会有所下降，但它将能容纳更多的用户。在任何一种例子中，在此都可以预见到这种灵活性。

通过仿真证实了系统容量的提高，结果如图3所示。在图3中，特别以图形的形式，对采用不同载荷均衡方法的多载波通信系统容量作了一个比较。如图所示，x轴表示多载波系统中可用载波数目，而y轴表示容量的增加。线条302表示不采用载荷均衡时的一个通信系统，而线条304和306表示仅在呼叫初期估算静态载荷均衡的通信系统。最后，线条308表示采用根据图2的本发明方法的动态载荷均衡系统时，通信系统所能获得的容量提高。

关于图3所描述的载荷均衡的好处的最佳理解可以结合一个例子来进行。例中，假定有四个不同的通信系统，每个系统包括五个载波，但采用不同的载荷均衡方法。在由线条302来表示的第一个通信系统中没有使用载荷均衡方法。这第一个系统提供了一条基线，由它可以测量出采用载荷均衡后所得到提高。由线条304表示的第二个系统描述了一个无线通信系统，其载荷均衡是在呼叫初期用一个为2的移动性因子来实现。在此所说的移动性因子是这样一个常数项，它定义了在一个电话呼叫过程中，一个“典型”用户将经过的通信小区的数目减去一所得的数(例如如果一个典型用户在一个电话呼叫期间将会经过三个小区，则其移动性因子为二)。类似地，线条306表示第三个无线通信系统，它在呼叫开始期间用一个为一的移动性因子实现静态载荷均衡。线条308表示第四个通信系统，采用图2中所述的动态载荷均衡方法，其中载荷得到连续监视，并且用户在需要时在多个载波间转移。

对照图3继续参考本例，仿真结果表明通过动态载荷均衡实现了容量的提高。可以看到，移动性因子为二的采用静态载荷均衡方法的系统二的容量比基线系统的提高了将近20％。相仿地，移动性因子为一的采用静态载荷均衡方法的系统三的容量比基线系统的提高了将近25％。然而，最引人注目的提高是系统四，采用的是图2中所描述的动态载荷均衡方法，它获得了35％的容量提高。由这些信息可以得到两个结论：首先，载荷均衡能提高采用载荷均衡的无线通信系统的容量特征；其次，图2的动态载荷均衡方法能提供比现有技术更大的容量提高。

在一个备选实施例中，多载波无线通信系统可以配置成动态均衡用户的不同“等级类别”之间的载荷。等级可以用任何数目的参数来定义，这些参数可以是诸如前向功率电平要求值、呼叫质量参数、或由运行者定义的业务级别参数。对照图4，等级类别(A、B、C)定义为同心圆402、404、406所包围的地区，例如对于一个数字小区环境，其目的是以低的前向功率电平来提供可接收的业务。因此，等级类别最好定义为在特定等级类别中为所有用户提供业务所需的前向链路功率。例如，同心圆402所包围的地区的等级类别可以定义为前向链路功率不超过一个给定功率阈值时的所有用户。在这个例子中，用户450和452属于等级A类别。应该注意到前向链路功率只是定义用户等级的一种方法而已，而且，尽管等级类别是以同心圆402、404和406来描述的，这样的表示只是为了用于例示说明，实际的边界等级定义可以根据定义等级类别时所用的测量来定。

继续参看图4，等级类别A包含用户450和452，等级类别B包含用户454和456，而等级类别C包含用户458和459。在一个CDMA无线通信系统中，在系统考虑部分中仅有一个信道，将系统上涨保持在一个最小值是有利的。在这样一个系统中，动态载荷均衡系统能在系统的这部分内的多个载波间均等地均衡多个等级类别的用户。例如，如果在400所表示的无线通信系统的某部分中有两个载波，动态载荷均衡系统会将这三个等级中每一个等级中的用户均等地分配到这两个载波上去。因此，第一个载波可能包括用户450、454和459，而第二个载波可能包括用户452、456和458。结果，总的系统上涨降低了，并且减小了通信系统内载荷不均衡的负面影响。

而在另外一种实施例中，图5描述了一种装置500，它在一个无线通信系统中运行，其中呼叫业务是根据载荷度量结合位置预测度量在多个载波上动态分配的。特别地，图5画出了一种用于均衡一个无线通信系统内多个载波间的载荷的装置500，该装置包括一个载荷监视装置506、一个位置预测装置508和一个系统控制器510，载荷监视装置506和位置预测装置508的输出送给系统控制器510。系统控制器510分析载荷度量和位置预测度量，并为无线通信系统关于多个载波的每一个载波的当前载荷和位置作出指导，包括哪个载波需要分出部分用户以及哪个载波有剩余容量的建议。根据系统控制器510的输出，无线通信系统选择一个适当的候选用户从一个第一个载波切换到一个第二个载波上，从而减小载荷不均衡的负面影响，并提高系统性能和容量。

尽管是参考优选实施例并结合文字和图对本发明作了特定描述，令本技术熟练人员欣慰的是，可以在形式和细节上作不同的改动而不脱离本发明的精神和范围。在下面的权利要求书中的相应结构、材料、行为和全部的等价装置或步骤附加功能单元将试图去包括任何结构、材料或与其它特别要求的声明单元结合来执行功能的行为。

Claims (6)

1.一种用于在有多个载波的多载波无线通信系统中动态均衡呼叫业务的方法，该无线通信系统对一个用户作响应，该方法包括步骤：

在该通信系统中为所述多个载波判定当前系统载荷/载波可用性；

根据从该用户来的请求，将该用户分配到一个第一个载波相关联的第一个通信资源上；

完成呼叫的路由；

监视一个载荷度量；

将更新的度量与一个阈值比较；以及

当该度量达到阈值时，将该用户从该第一个载波切换到一个第二个载波上。

2.权利要求1的方法，其中，多载波无线通信系统是一个码分多址(CDMA)扩频通信系统。

3.一种用于在一个包含多个用户的多载波无线通信系统中动态均衡呼叫业务(载荷)的方法，这些用户用多个载波相互通信，该方法包括步骤：

在该通信系统中为所述多个载波判定当前系统载荷/载波可用性；

在接收到多个用户中的某个用户的请求后，将该用户分配到这些载波中的某一个上；

完成呼叫的路由；

为该无线通信系统监视一个载荷度量；

将更新的度量与一个阈值比较；以及

当该度量达到阈值时，将该用户从第一个载波切换到一个第二个载波上。

4.一种用于在一个包括多个用户的多载波无线通信系统中动态均衡呼叫业务(载荷)的方法，这些用户用一个或多个载波相互通信，该方法包括步骤：

在该通信系统中为一个或所述多个载波判定当前系统载荷/载波可用性；

当从用户接收到请求后将所述多个用户中的一个用户分配给一个载波或所述多个载波中的第一个载波；

在反复的基础上监视一个载荷度量；

将更新的度量与一个阈值比较；以及

当该度量达到该阈值时，将这些用户中的某个优先用户从一个第一个载波切换到这些载波的某个第二个载波上，这个切换步骤改变了载荷度量。

5.权利要求4的方法，其中，该优先用户是根据他对该载荷度量有优先影响而判定的。

6.一种用于动态均衡一个多载波无线通信系统的多个载波间多个用户的装置，该装置包括：

一个载荷监视器，它至少监视该无线通信系统内这些载波的某个第一个载波和第二个载荷的载荷度量；

一个位置预测装置，该位置预测装置产生位置预测度量；和

一个系统控制装置，该系统控制装置分析载荷度量与位置预测度量并且向具有当前载荷并处于当前位置的该无线通信系统通告所述多个载波的每一个，所述通告的内容包括哪些载波需要放弃用户以及哪些载波具有过多的容量。

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