CN1152500C - 一种码分多址系统中的移动台接入控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种码分多址系统中的移动台接入控制方法，该方法根据基站处理能力的容量，选择基站允许移动台接入的不需进行坚持值动态调整的阈值范围上下限参数，通过基站测量确认的前缀数，在判断基站所测量的在一定时间内的移动台发射的前缀数是否超出阈值范围并需要触发动态调整坚持值后，基站根据这一测量值与阈值范围的比较结果来动态调整坚持值，坚持值通过广播传送到所有的移动台。与其它方法相比，能直接、有效地提高接入成功率和接入性能，更具备实现价值。

Description

一种码分多址系统中的移动台接入控制方法

技术领域

本发明涉及移动通信系统，尤其涉及一种码分多址系统中的移动台接入控制方法。

背景技术

码分多址是一种扩频通信技术。扩频通信技术在初期主要运用于军事通信，由于其卓越的性能，在民用通信领域也获得广泛的应用，现在已经有商用的码分多址蜂窝移动通信系统运行在电信网中。

采用时隙ALOHA(S-ALOHA)随机接入方案的码分多址系统中，由移动台生成随机接入包(随机接入包分前缀和消息数据两部分，又称为接入请求数据帧)。前缀包含一个唯一的前缀码(例如，Hadamard码)，由移动台在发起物理随机接入过程前从一组前缀码中随机选择，并由移动台在随机选择的接入时隙通过逐步递增连续前缀功率级别的方式发送。如果基站没有确认接入前缀，移动台将递增前缀功率并重传前缀，直到从前向信道收到基站检测到前缀的确认消息才进一步继续发送消息数据。消息数据部分包含一定的随机接入信息，例如移动台身份信息，短的分组数据消息等。

若有多个移动台在同一接入时隙使用相同的前缀码，则称为发生冲突。发生冲突移动台的数据消息将不能被基站正确解调，移动台由于没有正确接入需要重传接入消息。然而，接入信道的资源是有限的，供移动台能够随机选择的接入时隙和前缀码是有限的。另外，由于基站处理能力的容量限制，一旦尝试接入的移动台或者业务密度超出基站处理能力的容量限制，被拒绝重传的移动台将增多，最终将使发生接入冲突的概率也相应很高。移动台重传业务的不断增多，不仅降低了接入信道上的接入性能，增加了接入信道上的负载，也对前向信道的发射功率造成了影响。为了避免这些情况，出现了P(传输概率，下同)坚持的时隙ALOHA随机接入方法。

P坚持的时隙ALOHA方法最早是应用在早期的计算机网络领域，它是一种ALOHA的改进协议——P坚持CSMA，又称为P坚持载波监听多点接入。它的特点是在监听信道忙时，仍坚持听下去，当听到信道空闲时就以概率P发送数据，而以概率(1-P)延迟一段时间后重新监听信道。根据信道上的通信量的多少设定不同的P值，因而可以使信道的利用率进一步提高。

在该随机接入方法中，基站通过广播系统信息向小区内的所有移动台广播坚持值P，如图1。在发起物理随机接入之前，移动台在0～1之间选择一随机数R与P坚持值比较，若R≤P移动台才可以发起随机接入，否则移动台需延迟一段时间后重新选择一随机数与P坚持值比较。

现有的针对无线通信领域中的P坚持时隙ALOHA随机接入相关文献中，关于通过调整坚持值P来控制移动台接入也有不同的方案，调整坚持值的方法都是根据一些统计测量值来进行，但这些方法都存在比较明显的缺点。

下面先分析一下现有的相关文献中所提出的方法及存在的缺点：

Kayama和Hattori提出的一种自适应的随机接入控制方法是应用于“空闲信号传送多址”(ICMA)协议。该方法是用测量忙时隙的数量(成功传送或发生冲突的时隙)，由基站根据这个测量值来估计业务状况，并向移动台广播较为合适的坚持值。这种方法的内容比较容易理解。

该方法的主要缺点：

①测量忙时隙的数量，无论由基站还是移动台进行，要达到测量效果精确都是不实际的；

②只考虑了冲突现象对接入性能的影响，没有考虑基站处理能力的容量限制而导致的拒绝重传现象对接入信道的影响。因为冲突现象固然会影响到接入成功率，但是由于基站容量的限制条件导致了移动台被拒绝重传现象的增多，反而会进一步扩大冲突概率。尤其是若基站处理能力的容量较小时，一旦待接入移动台或业务速率超出基站的最大处理容量，由于被拒绝导致重传现象更能对接入性能造成不容忽视的严重后果。

LaMaire提出的时隙ALOHA随机接入控制方法中，介绍并分析了一种估计当前尝试待接入移动台数量的方法。基站通过统计和计算一定时间周期内成功接入的移动台的概率，以及这些成功接入的移动台中是第一次就接入成功的移动台的概率，综合两者参数来调整当前的坚持值，并通过广播信道向移动台传送坚持值。使用这种方法从理论上可以提高基站的接入吞吐量，而且具有较好的稳定性能。但该方法的主要缺点：

①虽然从理论分析上验证了该调整坚持值控制移动台接入方法的有效性，但没有从实际实现角度出发，考虑基站是否能够支持该方法的应用。基站测量统计一定时间周期内成功接入的移动台的概率可以完成，但是无法做到识别出是第一次就接入成功的移动台，除非在接入消息中加入标志位，但从实现角度出发目前的协议中并不支持这样的做法。

②同样，也只考虑了冲突现象对接入性能的影响，而没有考虑基站处理能力的容量限制而导致的拒绝重传现象对接入性能的影响。

综上所述，现有的移动台接入控制方法中都存在着基站处理容量的条件限制、移动台接入冲突与拒绝重传对接入信道上接入性能的影响，以及实用性欠缺的缺点。

发明内容

为此，本发明的目的是针对上述现有的移动台接入控制方法中存在的缺点，提供一种在充分利用基站处理容量的基础上，控制移动台的接入，提高接入成功率和接入性能、且更有实用性的码分多址系统中的移动台接入控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明的码分多址系统中的移动台接入控制方法步骤为：

a，选择基站允许移动台接入的不需进行坚持值动态调整的阈值范围参数和设置接入初始坚持值；

b，判断基站所测量的在一定时间内的移动台发射的前缀数是否超出阈值范围；

c，基站根据前述的前缀数测量值与上述的阈值范围比较结果来调整坚持值；

d，基站根据调整的坚持值与初始设置值的比较结果判断是否要停止动态调整坚持值；

e，将坚持值通过系统信息广播传送到所有的移动台。

所述的步骤a中的初始坚持值设置为1.0。

所述的步骤b中，在判断基站所测量的在一定时间内的移动台发射的前缀数是否超出阈值范围时，当前缀数小于阈值范围，则保持初始坚持值；否则，触发动态调整过程。

所述的阈值范围参数是根据基站实际处理容量的限制条件来选择设定的，该参数包括上、下限阈值参数。

所述的触发动态调整过程的条件是确认前缀数的测量值超出阈值参数范围。

所述的调整坚持值是指通过动态改变坚持值等级和微调因子来实现。

基站在调整坚持值时，遵循如下原则：

通过测量值判断估计当前的接入冲突或重传现象十分严重时，降低坚持值以限制移动台的接入，避免接入冲突或重传过量发生；

通过测量值判断估计当前移动台接入尝试少，或业务不繁忙时，逐步上升坚持值以让更多的移动台可以接入，充分利用基站的处理容量；

当调整坚持值等于初始设置值，关闭动态调整过程以使在移动台接入业务不繁忙时保证接入信道的稳定性。

由于本发明的控制接入方法根据基站处理能力的容量限制条件，选择阈值范围上、下限参数，通过基站测量一定时间范围内确认的前缀数，在判断基站所测量的在一定时间内的前缀数是否超出阈值范围并动态调整坚持值后，基站根据这一测量值与阈值范围的比较结果来动态调整坚持值，最后将坚持值通过广播传送到所有的移动台。因此，本发明的方法从根本上能够控制移动台的接入，并综合考虑了基站处理容量的限制条件，根据基站处理容量的实际限制条件的迥异选择阈值范围参数，与其它方法相比，能直接、有效地提高接入成功率和接入性能，更具备实现价值。

下面结合附图和实施例，对本发明的接入方法作一详细地说明：

附图说明

图1为基站广播系统信息示意图。

图2为本发明的方法流程示意框图。

图3为利用本发明方法的接入信道的仿真模型示意图。

图4为在图3所示的仿真模型下平均每毫秒冲突与成功接入的移动台数(无基站处理能力的容量限制)。

图5为本发明方法的确认前缀数的平均测量值。

具体实施方式

本发明是基于P坚持的时隙ALOHA随机接入方案，以基站测量在一定时间内确认的前缀数(简称Ack_P，即当前一定时间内接入的移动台数目)来估计当前移动台的接入状况，从综合考虑基站的处理能力的容量限制方面出发，通过基站控制器动态调整坚持值P来达到控制移动台的接入，既要充分利用基站的处理容量，更要避免接入冲突与重传的过量发生，提高接入成功率。

本发明的接入控制方法具体步骤请参阅图2所示，

a，选择基站允许移动台接入的不需进行坚持值动态调整的阈值范围参数和设置接入初始坚持值；

b，判断基站所测量的在一定时间内的移动台发射的前缀数是否超出阈值范围；

c，基站根据前述的前缀数测量值与上述的阈值范围比较结果来调整坚持值；

d，基站根据调整的坚持值与初始设置值的比较结果判断是否要停止动态调整坚持值。

e，将坚持值通过系统信息广播传送到所有的移动台。

所述的步骤a中的初始坚持值设置为1.0。

所述的步骤b中，在判断基站所测量的在一定时间内的移动台发射的前缀数是否超出阈值范围时，当前缀数小于阈值范围，则保持初始坚持值；否则，触发动态调整过程。

所述的阈值范围参数是根据基站实际处理容量的限制条件来选择设定的，该参数包括上、下限阈值参数。

所述的触发动态调整过程的条件是确认前缀数的测量值超出阈值参数范围。

所述的调整坚持值是指通过动态改变坚持值等级和微调因子来实现。

基站在调整坚持值时，遵循如下原则：

通过测量值判断估计当前的接入冲突或重传现象十分严重时，降低坚持值以限制移动台的接入，避免接入冲突或重传过量发生；

通过测量值判断估计当前移动台接入尝试少，或业务不繁忙时，逐步上升坚持值以让更多的移动台可以接入，充分利用基站的处理容量；

当调整坚持值等于初始设置值，关闭动态调整过程以使在移动台接入业务不繁忙时保证接入信道的稳定性。

通过以上步骤的调整，基站可以根据基站当前的测量值调整坚持值。若移动台尝试接入或业务到达速率远远超出基站处理的最大容限，估计当前的接入冲突或重传现象十分严重时，就要降低坚持值，这样就可以降低接入信道上的负载，同时保证了接入信道上稳定的接入性能。

在本发明的方法里，可以表示坚持值P＝s·2^-N。其中，N(正整数)称作坚持值等级；s为微调因子(0＜s＜1)。调整坚持值等级和微调因子都可以达到改变坚持值的目的。

在不考虑基站处理能力的容量限制情况下，基于图3中接入信道的仿真模型，得到不同移动台接入尝试速率下的平均每毫秒冲突与成功接入数(不冲突)的数据曲线(如图4)，以及测量的Ack_P平均测量值曲线(如图5中的细黑线)。

在图4中，当移动台尝试接入的数目很少或尝试接入的业务到达速率很低时，基本上没有冲突发生，且成功传送数与冲突数都呈递增趋势。根据经验值，我们设定要求系统平均接入冲突概率不高于一经验设定值，就可以得到相应的速率R th(对应图4中确认前缀数的平均测量值为Ack_Pth)。当移动台尝试接入的速率大于R th，冲突数超过容限，需要通过控制移动台接入减少冲突。一旦移动台接入尝试速率超过Rm(对应图4中确认前缀数的平均测量值为Ack_Pm)，冲突数就明显大于成功传输的接入移动台数目，这是我们所不期望的。

在实际实现中，移动台接入冲突对于基站而言几乎无法识别出，因此不考虑基站处理能力的容量限制条件情况下，Ack_P(图5中的细黑线)就应与移动台尝试接入速率始终呈正比关系。但是，若Ack_P值超出Ack_Pth，则意味着冲突发生概率已超出容限，所以既使在基站处理能力的容量很大时，也要通过控制移动台接入使Ack_P测量值不超出Ack_Pth。

现在，考虑存在基站最大处理容量的限制条件，因此Ack_P的实际曲线在达到基站的最大处理容量上限后就不会持续上升，基本保持在恒定值上，如图5中的粗黑线，此时，其它尝试接入的移动台都将被拒绝接入而延迟一段时间后重传。随着移动台尝试接入速率的增大，重传移动台数目也会同时攀升，反而会使冲突现象更进一步激化，导致接入信道上负载过量，因此在尝试接入移动台或业务到达速率超出基站处理的最大容量时，也需要通过降低调整坚持值控制移动台的接入，使接入信道达到稳定的接入状态。

基于利用本发明的接入方法的仿真模型(图3)，由于移动台业务生成服从泊松分布，移动台在发起物理随机接入过程前可以随机选择接入时隙和一个前缀码。同时由于传输延迟为毫秒级，且广播延迟(6m距离为0.02us，60km距离为200us)可以忽略，因此仿真模型中没有考虑。

假定基站处理容量为一个无线帧内能够允许接入处理8个移动台，移动台尝试接入的平均速率为2.0packets/ms，从表1可以看出没有采用本发明方法(坚持值恒为1)和采用本方法的数据对比情况。

采用本发明的方法较之未采用本方法，其效果还可从下表(Load＝2.0packets/ms，一个无线帧内基站能够允许接入处理8个移动台)看出。

对比项	平均测量的确认前缀数	平均每毫秒成功接入移动台数	平均每毫秒冲突移动台数	平均每毫秒重传移动台数
					坚持值恒为1	15.65	0.62	0.39	4.03
本发明算法	14.03	0.67	0.07	0.43

因此，确认前缀数的平均测量值可以说明通过本方法动态调整坚持值是充分考虑了基站的最大处理容量。就平均冲突数和重传数而言，采用本方法后较之未采用本方法的结果，不仅在平均每毫秒成功接入的移动台数量上有所提高，而且还大大降低了接入冲突与重传的发生概率。因此，验证了本方法控制移动台接入方法的有效性，使用本方法对于降低接入信道的负载和前向信道的发射功率都有很大的帮助，可以提高接入信道上接入的稳定性和接入成功率。

以上结合较佳实施例对本发明的方法进行了阐述。这些实施例的变化对于本领域的技术人员来说是显而易见的，并且这里定义的方法可以应用于其它实施例，无须使用创造性的才能。因此，本发明的方法并不局限于这里所示的实施例，而是符合与这里所揭示的原理和新颖特征相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种码分多址系统中的移动台接入控制方法，其特征在于，该方法步骤为：

a，选择基站允许移动台接入的不需进行坚持值动态调整的阈值范围参数和设置接入初始坚持值；

b，判断基站所测量的在一定时间内的移动台发射的前缀数是否超出阈值范围；

c，基站根据前述的前缀数测量值与上述的阈值范围比较结果来调整坚持值；

d，基站根据调整的坚持值与初始设置值的比较结果判断是否要停止动态调整坚持值；

e，将坚持值通过系统信息广播传送到所有的移动台。

2、如权利要求1所述的码分多址系统中的移动台接入控制方法，其特征在于：所述的步骤a中的初始坚持值设置为1.0。

3、如权利要求1所述的码分多址系统中的移动台接入控制方法，其特征在于：所述的步骤b中，在判断基站所测量的在一定时间内的移动台发射的前缀数是否超出阈值范围时，当前缀数小于阈值范围，则保持初始坚持值；否则，触发动态调整过程。

4、如权利要求1或3所述的码分多址系统中的移动台接入控制方法，其特征在于：所述的阈值范围参数是根据基站实际处理容量的限制条件来选择设定的，该参数包括上、下限阈值参数。

5、如权利要求3所述的码分多址系统中的移动台接入控制方法，其特征在于：所述的触发动态调整过程的条件是确认前缀数的测量值超出阈值参数范围。

6、如权利要求1所述的码分多址系统中的移动台接入控制方法，其特征在于，

所述的调整坚持值是指通过动态改变坚持值等级和微调因子来实现。

7、如权利要求6所述的码分多址系统中的移动台接入控制方法，其特征在于，基站在调整坚持值时，遵循如下原则：

通过测量值判断估计当前的接入冲突或重传现象十分严重时，降低坚持值以限制移动台的接入，避免接入冲突或重传过量发生；

通过测量值判断估计当前移动台接入尝试少，或业务不繁忙时，逐步上升坚持值以让更多的移动台可以接入，充分利用基站的处理容量；

当调整坚持值等于初始设置值，关闭动态调整过程以使在移动台接入业务不繁忙时保证接入信道的稳定性。

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