CN1145294C - 一种cdma通信系统中前向链路负荷的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CDMA通信系统中前向链路负荷的检测方法，该方法考虑了在CDMA系统中前反向业务不均衡的情况下，综合了本小区基站和邻近小区基站发射功率的影响，采用对各个移动台接收的干扰功率做归一化处理，并且对归一化后的干扰功率做时间和用户数统计平均，求得前向干扰指示值，从前向干扰的角度标识前向链路的负荷，精度较高，且不占用系统资源。

Description

一种CDMA通信系统中前向链路负荷的检测方法

本发明涉及CDMA通信系统链路负荷的检测方法。

在CDMA通信系统中，系统的容量是有限的，所以，要根据系统负荷情况对用户呼叫请求进行准入控制。对于多业务的CDMA通信系统，由于前向、反向业务的不平衡，数据业务会更多地占用前向链路的资源，也就是说，基站的功率会有很大一部分分配给数据业务的用户。因此，必须连续地检测系统扇区/蜂窝区的前向负荷，在负荷超过一定门限阈值的时候禁止用户的接入，防止扇区/蜂窝区因负荷过重而通信恶化。因此，对系统扇区/蜂窝区的前向负荷进行检测，是保证高效呼叫许可控制的基础。

传统的检测扇区/蜂窝区前向链路的一种方法，是根据基站总发射功率进行估计，例如用当前基站发射功率与基站最大发射功率之比来判断蜂窝区的前向负荷；或是根据业务信道的发射功率和开销(overhead)信道的发射功率之比来确定前向的链路负荷。但是，这种方法不能反应其它扇区/蜂窝区基站发射功率的影响，在某些情况下，比如周围蜂窝区基站发射功率已经达到最大，这时，对本蜂窝区的前向干扰很严重，但却不能在这种方法中体现出来。另一种方法是在扇区/蜂窝区中设置专用的通信装置，用特殊的无线电台收集通信链路的数据来估计系统的负荷。这种方法综合考虑了扇区/蜂窝区的无线通信链路状况，以及其它蜂窝区基站发射功率到达无线电台的干扰。但是，利用专门的无线通信装置以一定的周期发起呼叫，并和基站建立通信链路，会占用通常分配给正常话务用户的宝贵的无线资源。通常，检测装置的话务量在忙时相当于2～3个语音用户，因此占用了很大的系统资源。

针对上述现有技术的状况，本发明的目的是提供一种不占用系统资源的、精度较高的CDMA通信系统中前向链路负荷的检测方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种CDMA通信系统中前向链路负荷的检测方法，该方法首先在基站的数据库中，存储了一张前向干扰的归一化因子与移动台到基站之间距离d的对应表，然后按下述步骤进行系统前向链路负荷的检测：

(1)基站指示移动台以T为周期上报它测得的在前向链路上接收的总干扰功率；

(2)基站根据通信链路中的时延信息估计移动台到基站之间的距离d；

(3)基站根据上述步骤(2)得到的移动台到基站之间的距离d查表得到前向干扰的归一化因子，并计算单个移动台归一化后的前向链路干扰值；

(4)基站计算前向干扰指示值I₀W，用这个前向干扰指示值I₀W标识该蜂窝区的前向链路负荷。

上面所述前向干扰的归一化因子在不考虑多径干扰时，为用户手机端测得的总干扰功率与最大发射功率之比，即：

归一化因子

${\mathrm{\λ}}_d={\left(I_{0_{1i}}W\right)}_{\mathrm{upp}}/S_{\mathrm{upp}}$

$=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{\mathrm{ji}}^{-m}{10}^{-{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ji}}/10}$

其中，d_ji为第j个基站到第i个用户的距离，ζ_ji为d_ji相应的对数正态分量，S_upp为基站的最大发射功率，J为收到干扰信号基站的个数。

是基站1中用户i接收到的干扰功率加平均噪声， 是

的上限，是在本小区基站和所有邻近基站都以最大功率S_upp发射时，用户手机端测得的总干扰功率，

${\left(I_{0_{1i}}W\right)}_{\mathrm{upp}}=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{upp}}\·d_{\mathrm{ji}}^{-m}{10}^{-{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ji}}/10}.$

在考虑多径干扰时，所述前向干扰的归一化因子为：

${\mathrm{\λ}}_d=h\·d_{1i}^{-m}{10}^{-{\mathrm{\ξ}}_{1i}/10}+\underset{j=2}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{\mathrm{ji}}^{-m}{10}^{-{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ji}}/10}.$

其中，d_1i为第1个基站到第i个用户的距离，ζ_1i为d_1i相应的对数正态分量，d_ji为第j个基站到第i个用户的距离，ζ_ji为d_ji相应的对数正态分量，J为收到干扰信号基站的个数。假定同小区干扰被正交降低了一个因子h＜1。

上面所述计算单个移动台归一化后的前向链路干扰值为用户i接收到的干扰功率加平均噪声与该用户当前的前向干扰的归一化因子的比，即：归一化后的前向链路干扰为

上面所述计算前向干扰指示值I₀W在不考虑信道衰落和突发干扰的影响时，为所有用户的归一化后的前向链路干扰值作统计平均，即：

前向干扰指示值

$I_{0}W=\stackrel{\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_}{\left(I_{0_i}W\right)/{\mathrm{\λ}}_i}$

$=\frac{1}{K}(\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(I_{0_i}W\right)/{\mathrm{\λ}}_i),$

其中，K为小区中已经服务的用户数，λ_i为不同用户的前向干扰归一化因子。

在计算前向干扰指示值I₀W时，如果考虑信道衰落和突发干扰的影响，可以通过在一个观察窗T内取N个点的测量值，用这些值的统计平均来作为前向干扰指示值I₀W，即：

$I_{0}W=E_N{E}_K(\left(I_{0_i}W\right)/{\mathrm{\λ}}_i)$

$=\frac{1}{N}\frac{1}{K}\left(\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(I_{0_i}W\right)/{\mathrm{\λ}}_i)}_j\right).$

E_N表示对N个测量值取平均，E_K表示对小区中已经服务的用户取平均。

由上述本发明采用的技术方案可知，本发明能够达到发明目的的理由和优点在于：

(1)由于前向链路的干扰主要来自于其它邻近小区的基站，所以在估计前向链路的负荷时，要综合考虑本蜂窝区基站的发射功率和邻近蜂窝区基站的发射功率。而在移动台处接收到的总干扰功率是本蜂窝区基站和邻近基站发射功率的综合反映，代表了在前向链路能再接入的用户数或速率总和，因此本发明利用蜂窝区的前向干扰来标识前向链路的负荷状况，考虑了其它扇区/蜂窝区基站发射功率的影响，能真实、客观地标识前向链路的负荷状况，不占用系统资源。

(2)由于移动台总接收到的干扰功率和移动台到基站的距离相关，需要有一个统一的量度。所以，本发明采用对各个移动台接收的干扰功率做归一化处理，并且对归一化后的干扰功率做时间和用户数统计平均，求得前向干扰指示值，标识前向链路的负荷，精度较高。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

图1是本发明的一个蜂窝区系统的模型图；

图2是一个19蜂窝区的模型图；

图3是有关本发明的估计蜂窝区前向链路负荷的流程图；

图4是用蒙特-卡洛方法获得的干扰与距离的曲线图。

首先参考图1，从图1中可以看到基站子系统112通过天线110与五个示例的移动台120a-120e进行无线通信，基站子系统112通过光纤或电缆和移动交换中心114进行通信。移动台120a-120e周期地上报它测得的在前向链路上接收的总干扰功率，并且基站子系统112还可以根据信号的传播时延估计每个移动台120a-120e距基站的距离。

在上述系统的正常操作中，移动台120a-120e与基站进行通信，以发起呼叫、建立呼叫或对基站发送或接收各种开销(overhead)消息。在移动台120a-120e发送到基站的测量报告消息中，可以携带移动台120a-120e接收的总干扰功率，基站根据接收到的蜂窝区中每个移动台120a-120e发送的携带总接收功率信息的系统消息，以及根据时延计算的每个移动台120a-120e到基站的距离，估计该蜂窝区的前向链路负荷。

基于上述蜂窝系统模型的本发明的前向链路负荷的检测方法实现过程如下，首先在基站的数据库中，存储了一张前向干扰的归一化因子与移动台到基站之间距离d的对应表，然后按下述步骤进行系统前向链路负荷的检测。参考图3。在步骤S1，移动台在接入该蜂窝区的时候，受基站的指示，周期地上报它测得的在前向链路上接收的总干扰功率，周期为T；在步骤S2，基站根据通信链路中的时延信息估计移动台与基站之间的距离d，由于移动台的接收功率与它和基站之间的距离相关，所以，要将每个移动台上报的干扰功率针对距离d作归一化；在步骤S3，据距离d查表得到前向干扰的归一化因子，并计算单个移动台归一化后的前向链路干扰值；在步骤S4，基站计算前向干扰指示值I₀W，用这个前向干扰指示值I₀W就可以标识该蜂窝区的前向链路负荷。

对于图2所示的蜂窝区，假定用户i被基站1控制，收到干扰信号来自J个基站。令用户i从基站j收到的总功率为

并认为对所有j≠1时，用户应当总是与收到信号强度最大的基站通信。现在，假定任意小区或扇区的总传输功率的一部分1-β分给导引信号，以及任意公共信息(诸如伪随机码初始向量或寻呼数据)将传至所有用户。留下的部β才定位给此小区或扇区内基站自己的所有k_u个用户。这样，第i个用户收到发射功率的一部分 其中Φ_i满足条件， $\underset{i=1}{\overset{k_u}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Φ}}_i\≤1.$

基站1中用户i接收到的干扰功率加平均噪声(用

表示)为：

$I_{0_{1i}}W=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{R_{\mathrm{ji}}}+N_{0}W$

这个值比实际值略为高一点，因为在 中功率的很小部分βΦ_i不应包括在内。

用户i收到的第j个基站的功率

等于第j基站总发射功率和对数正态分布衰耗的乘积，为：

$S_{R_{\mathrm{ji}}}=S_j\·d_{\mathrm{ji}}^{-m}{10}^{-{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ji}}/10}$

d_ji是第j个基站到第i个用户的距离，而ζ_ji是相应的对数正态分量，均值为0，标准方差σ＝8dB，幂次选m＝4，将(2)式代入(1)式，得到：

$I_{0_{1i}}W=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j\·d_{\mathrm{ji}}^{-m}{10}^{-{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ji}}/10}+N_{0}W$

通常，背景噪声(主要是热噪声)与从所有基站收到的总信号功率(包括所有用户的信号)相比是可忽略的。因为基站发射功率不像移动台发射机一样受限，所以可以在上式中去掉N₀W项。

上限的取得是在本小区基站和所有邻近基站都以最大功率S_upp发射时，用户手机端测得的总干扰功率，即：

${\left(I_{0_{1i}}W\right)}_{\mathrm{upp}}=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{upp}}\·d_{\mathrm{ji}}^{-m}{10}^{-{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ji}}/10}$

与距离与对数正态分布变量都均有关，其分布难以简单分析。但是，此分布可以直接用蒙特一卡洛(Monte Carlo)仿真来获得。假设一个给定用户只能收到以其所在小区同心的两个同心圆环内基站的发射功率，如图2所示。这样，J＝19，它包括了给定的基站，第一环内的6个基站及第二环内的12个基站，变量

与i用户的位置有关，此用户是假定在空间内均匀分布的。这样，此分布将是此小区内所有位置的平均值，将干扰与最大发射功率之比

作为前向干扰的归一化因子，即：

${\mathrm{\λ}}_d={\left(I_{0_{1i}}W\right)}_{\mathrm{upp}}/S_{\mathrm{upp}}$

$=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{\mathrm{ji}}^{-m}{10}^{-{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ji}}/10}.$

理想情况下，若同小区用户是正交的，它们就不再相互干扰。这样，对于式 $I_{0_{1i}}W=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{R_{\mathrm{ji}}}+N_{0}W,$ 解调器将从j＝2开始。然而，处于同一基站控制下的用户由于传输信道的不同，在同小区用户中就不再正交，产生多径干扰，事实上，若多径分量可分离到大于一个码片的时间，基站特征伪随机码就使它们表现为一个个随机噪声。例如，区分到一个以上码片时间的两路等长路径情况下，相对干扰将是一半(低3dB)，并且是不正交的。假定同小区干扰被正交降低了一个因子h＜1。因此，式

${\mathrm{\λ}}_d={\left(I_{0_{1i}}W\right)}_{\mathrm{upp}}/S_{\mathrm{upp}}$

$=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{\mathrm{ji}}^{-m}{10}^{-{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ji}}/10}$

被修改成： ${\mathrm{\λ}}_d=h\·d_{1i}^{-m}{10}^{-{\mathrm{\ξ}}_{1i}/10}+\underset{j=2}{\overset{19}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{\mathrm{ji}}^{-m}{10}^{-{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ji}}/10}.$

h的取值可以通过仿真确定，在本实施例中，h的取值为0.16。

根据上述的确定前向干扰归一化因子λ的实施例，并且用蒙特-卡洛方法计算出的前向干扰归一化因子λ和距离d的曲线图如图4所示。

除了用仿真的方法计算前向干扰归一化因子λ以外，还可以用实测的方法确定，让所有基站都以相同功率发射，在距小区基站的各个距离上测量总接收干扰功率强度，并将它除以基站发射功率强度，得到的值可以作为该距离位置的前向干扰归一化因子λ_d。当然，无论是理论计算、仿真或实测方法获得的前向干扰归一化因子λ，都不脱离本发明的思想。

在确定前向干扰指示值I₀W时，假设在实际的通信过程中，目标小区的用户i接收到的总干扰功率加平均噪声为 对 作归一化处理，归一化因子λ与用户i到基站的距离d相关，然后对所有用户作统计平均，得到：

$I_{0}W=\stackrel{\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_}{\left(I_{0_i}W\right)/{\mathrm{\λ}}_i}$

$=\frac{1}{K}(\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(I_{0_i}W\right)/{\mathrm{\λ}}_i),$

其中，K为小区中已经服务的用户数。

考虑衰落和突发干扰的影响，在一个观察窗T内取N个点的测量值，用这些值的统计平均来作为前向干扰指示值I₀W，

$I_{0}W=E_N{E}_K(\left(I_{0_i}W\right)/{\mathrm{\λ}}_i)$

$=\frac{1}{N}\frac{1}{K}\left(\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(I_{0_i}W\right)/{\mathrm{\λ}}_i)}_j\right)$

由于该值是小区内所有移动台上报的前向链路接收干扰的统计平均，较为全面地反映了本小区基站和所有周围小区基站对该小区前向链路的影响，用来作为前向负荷等级的判定依据是一个非常理想的选择。

Claims (6)

1、一种CDMA通信系统中前向链路负荷的检测方法，其特征在于：首先在基站的数据库中，存储了一张前向干扰的归一化因子与移动台到基站之间距离d的对应表，然后按下述步骤进行系统前向链路负荷的检测：

(1)基站指示移动台以T为周期上报它测得的在前向链路上接收的总干扰功率；

(2)基站根据通信链路中的时延信息估计移动台到基站之间的距离d；

(3)基站根据上述步骤(2)得到的移动台到基站之间的距离d查表得到前向干扰的归一化因子，并计算单个移动台归一化后的前向链路干扰值；

(4)基站计算前向干扰指示值I₀W，用这个前向干扰指示值I₀W标识该蜂窝区的前向链路负荷。

2、根据权利要求1所述的CDMA通信系统中前向链路负荷的检测方法，其特征在于，在不考虑多径干扰时，所述前向干扰的归一化因子为用户手机端测得的总干扰功率与最大发射功率之比，即：

归一化因子

${\mathrm{\λ}}_d={\left(I_{0_{1i}}W\right)}_{\mathrm{upp}}/S_{\mathrm{upp}}$

$=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{\mathrm{ji}}^{-m}10^{-{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ji}}/10},$

其中，d_ji为第j个基站到第i个用户的距离，ζ_ji为d_ji相应的对数正态分量，S_upp为基站的最大发射功率，J为收到干扰信号基站的个数。 是基站1中用户i接收到的干扰功率加平均噪声，

是

的上限，是在本小区基站和所有邻近基站都以最大功率S_upp发射时，用户手机端测得的总干扰功率，

${\left(I_{0_{1i}}W\right)}_{\mathrm{upp}}=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{upp}}\·d_{\mathrm{ji}}^{-m}{10}^{-{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ji}}/10}.$

3、根据权利要求1所述的CDMA通信系统中前向链路负荷的检测方法，其特征在于，在考虑多径干扰时，所述前向干扰的归一化因子为：

${\mathrm{\λ}}_d=h\·d_{1i}^{-m}{10}^{-{\mathrm{\ξ}}_{1i}/10}+\underset{j=2}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{\mathrm{ji}}^{-m}{10}^{-{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ji}}/10}$

其中，d_1i为第1个基站到第i个用户的距离，ζ_1i为d_1i相应的对数正态分量，d_ji为j个基站到第i个用户的距离，ζ_ji为d_ji相应的对数正态分量，J为收到干扰信号基站的个数。假定同小区干扰被正交降低了一个因子h＜1。

4、根据权利要求1所述的CDMA通信系统中前向链路负荷的检测方法，其特征在于：所述计算单个移动台归一化后的前向链路干扰值为用户i接收到的干扰功率加平均噪声与该用户当前的前向干扰的归一化因子的比，即：归一化后的前向链路干扰为

5、根据权利要求1所述的CDMA通信系统中前向链路负荷的检测方法，其特征在于：所述计算前向干扰指示值I₀W在不考虑信道衰落和突发干扰的影响时，为所有用户的归一化后的前向链路干扰值作统计平均，即：

前向干扰指示值

$I_{0}W=\stackrel{\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_}{\left(I_{0_i}W\right)/{\mathrm{\λ}}_i}$

$=\frac{1}{K}(\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(I_{0_i}W\right)/{\mathrm{\λ}}_i),$

其中，K为小区中已经服务的用户数，λ_i为不同用户的前向干扰归一化因子。

6、根据权利要求1所述的CDMA通信系统中前向链路负荷的检测方法，其特征在于：所述计算前向干扰指示值I₀W在考虑信道衰落和突发干扰的影响时，通过在一个观察窗T内取N个点的测量值，用这些值的统计平均来作为前向干扰指示值I₀W，即：

$I_{0}W=E_N{E}_K(\left(I_{0_i}W\right)/{\mathrm{\λ}}_i)$

$=\frac{1}{N}\frac{1}{K}(\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(I_{0_i}W\right)/{\mathrm{\λ}}_i)}_j)$

E_N表示对N个测量值取平均，E_K表示对小区中已经服务的用户取平均。

Images