CN1165124C - 实现码分多址移动通信系统容量动态调整的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现码分多址移动通信系统容量动态调整的方法，是区别于现有系统软容量切换技术的另一种方法。包括：统计系统(或小区)的当前负载；当出现过载，即统计的当前负荷百分比Q是预定等级下触发小区容量动态调整的门限值(Th)以上时，按照

提高用户语音业务的目标误帧率，降低其发射功率，使系统可容纳更多的呼叫；在统计的小区当前负载为欠载，即Q为Th以下时，按照tarFER＝0.01降低用户语音业务的目标误帧率，增加其发射功率。

Description

实现码分多址移动通信系统容量动态调整的方法

技术领域

本发明涉及提高移动通信系统容量的方法，更确切地说是涉及一种在码分多址(CDMA)移动通信系统中动态调整系统容量的方法。

背景技术

多址干扰问题是制约直接序列码分多址移动通信系统容量的主要因素，而减少多址干扰的直接措施，就是控制包括各基站和各移动台用户在内的各种干扰信号源的发射功率，即功率控制，简称功控。

功率控制的两个直接目的是在满足每一个移动台用户服务质量需求的同时还应使每一个移动台用户的发射功率最小化。通过对各移动台用户发射功率进行仔细的规划和控制，实现最大化系统容量和最优化系统性能也是切实可行的。

功率控制是CDMA移动通信系统的关键技术之一，可分为前向功率控制与反向功率控制。其中的反向功率控制又可分为内环功率控制与外环功率控制。

在内环功率控制过程中，基站对来自特定移动台用户的信号强度进行估值，测得此移动台用户的信息比特能量与干扰谱密度之比：E_b/I₀(简称信干比门限，也可表示为Eb/No，可体现传输质量)，再根据该E_b/I₀值是否低于或高于预设的所需值，来确定功率控制比特取″0″或取″1″，通信标准规定取″0″表示需增大发射功率，取″1″表示需减小发射功率。该特定的移动台用户再根据此功率控制比特来调整自身的发射功率，作相应的增加或减少，以保证基站接收的该特定移动台用户的Eb/No能维持在固定的水平上。

外环功率控制是为内环功率控制提供参照标准的，它以移动台用户的通信质量为控制依据，这种通信质量通常采用累计的误帧率(FER)为指标，根据在基站测到的每个移动台用户的误帧率来对所需的(E_b/I₀)进行调整，以保证所收到的每个编码语音帧或数据包的误帧率，误帧率的典型值可设为1％或低于1％，从而使反向链路的误帧率向目标误帧率接近，保证用户的通讯质量维持在一合理的范围内。

现有的码分多址移动通信系统采用切换的技术，包括硬切换、软切换与更软切换技术，将过载小区的业务切换到非过载小区，也即CDMA移动通信系统的软容量特性。

发明内容

本发明的目的是设计一种实现码分多址移动通信系统容量动态调整的方法，是区别于上述切换技术的另外一种方法，通过调整移动台用户的目标误帧率(tarFER)来调整系统(或小区)的负荷，及其动态调整系统容量的具体方法。

实现本发明目的的技术方案是这样的：一种实现码分多址移动通信系统容量动态调整的方法，其特征在于包括：

A.统计系统或小区的当前负载，按小区负载占最大容量的百分比预分成等级，选择其中一个等级作为触发小区容量动态调整的门限Th；

B.在统计的系统或小区的当前负载超出设定等级下的小区容量动态调整门限Th时，触发小区容量的动态调整，提高系统或小区下呼叫的目标误帧率；

C.在统计的系统或小区的当前负载低于设定条件下的小区容量动态调整门限Th时，降低系统或小区下呼叫的目标误帧率。

所述的预分等级包括占最大容量百分之75的等级0、占最大容量百分之85的等级1和占最大容量百分之90的等级2。

优先选择所述的等级0作为触发系统或小区容量动态调整的门限Th。

所述的统计系统或小区的当前负载，在所统计的当前负荷百分比Q为设定等级下触发小区容量动态调整的门限Th以上时，按照 $\mathrm{tarFER}=0.01+\frac{Q-\mathrm{Th}}{5}$ 调整呼叫的目标误帧率，在统计的当前负荷百分比Q为设定等级下触发系统或小区容量动态调整的门限Th以下时，按照tarFER＝0.01调整呼叫的目标误帧率。

所述的调整呼叫的目标误帧率包括系统或小区内移动台用户的某一业务的目标误帧率或系统或小区内某业务类的目标误帧率。

所述的目标误帧率的调整范围为1％至5％。

还包括将小区内语音业务的目标误帧率预先取成等级并规定其等级的顺序；在统计的系统或小区的当前负载超出设定等级下的小区容量动态调整门限时，优先调整最低级别语音业务的目标误帧率，最后调整最高级别语音业务的目标误帧率。

上述调整是在最低级别的语音业务调整到目标误帧率的最低限度时，再调整次级别语音业务的目标误帧率，在次级别的语音业务调整到目标误帧率的最低限度时，最后调整最高级别的语音业务的目标误帧率。

所述的目标误帧率的最低限度是由通信标准规定的，为5％。

该调整方法，可以针对系统或小区内某一移动台用户的某种业务，也可以针对系统或小区内某一类业务，可以根据系统的需要而定。而且对于某些有特殊要求的语音业务还可以不做调整。

本发明的第一种调整思想是：

将系统或小区负载情况预分成等级，如分别取成占最大负荷容量的多少百分比：

统计系统或小区的负载，在当前负载为最大负荷容量的75％时，定义为等级O，LOAD_PHASE0；

统计系统或小区的负载，在当前的负载为最大负荷容量的85％时，定义为等级1，LOAD_PHASE1；

统计系统或小区的负载，在当前的负载为最大负荷容量的90％时，定义为等级2，LOAD_PHASE2。

按所选取的百分比75％、85％、90％，而可形成三个等级，即三个触发动态调整目标误帧率的门限Th0、Th1、Th2，分别表示为：LOAD_PHASE0(Th0)，LOAD_PHASE1(Th1)，LOAD_PHASE2(Th2)，在统计的当前负载分别为这三个等级时，都可采用本发明的算法进行目标误帧率的调整，实施时触发动态调整目标误帧率的门限Th可设为最低的负荷等级Th0。实施时负载也可以不分成三个等级，而只设定一个门限，如LOAD_PHASE0(Th0)，当统计的当前负载超过这个门限(Th0)时，就按照本发明的算法进行调整，而当统计的当前负载小于这个门限(Th0)时，就将目标误帧率恢复其原有的值，如为0.01。

本发明的第二种调整思想是：系统考虑小区内各种业务的优先级，如对于语音业务的目标误帧率FER预分为三个等级：分别为FER(语音1)，FER(语音2)，FER(语音3)，其等级的优先顺序为：FER(语音1)》FER(语音2)》FER(语音3)。此时，也仍可以将负载分成等级，如按所占最大负荷容量的75％、85％、90％而形成三个等级，即三个触发动态调整目标误帧率的门限Th0、Th1、Th2，在统计的当前负载分别为这三个等级之上时，先调整最低级别语音业务的目标误帧率，当最低级别的语音业务调整到目标误帧率的最低限度时(协议定为5％)，再调整次级别语音业务的目标误帧率，当次级别的语音业务调整到目标误帧率最低限度时(协议定为5％)，最后调整最高级别的语音业务。对于某些有特殊要求的语音业务可以不做调整。当然，系统也可不将负载预分成等级，而只设定一个门限(如LOAD_PHASE0)，当统计的当前负载超过这个门限时，就按照本发明的算法进行调整；当统计的当前负载小于这个门限时，就将目标误帧率恢复成原有的值0.01。

由于CDMA移动通信系统具有软容量的特性，为了实现系统或小区容量的动态调整，可以通过动态调整各呼叫的目标误帧率(tarFER)值来达到目的，即对系统或小区的负载情况进行统计，当系统或小区出现过载时，触发系统或小区容量的动态调整，对该系统或小区下的各移动台用户的目标误帧率(tarFER)进行重新调整，将某些移动台用户的目标误帧率提高若干等级，使这些移动台用户的发射功率降低，那么基站接收的总功率就会减小，就可以容纳更多的呼叫，增加了系统的容量；而当系统或小区处于欠负荷时，则将某些移动台用户或某类业务的目标误帧率降低若干等级，以进一步提高通话质量。

对于语音业务来说，在小区/扇区负荷重的情况下，增加语音业务的目标FER，即等效为降低信干比门限(传输质量)，来提高系统所能支持的话务容量，改善呼叫阻塞性能。

对于数据业务，由于数据业务的目标FER要求比较严格，在出错情况下需要重发，在小区/扇区负荷重的情况下，若是增加目标FER会更导致出错重发，徒然增加系统的负荷，所以考虑用异频切换、层间切换技术将该负荷重的目标小区中的数据业务切换到其它载频，以保证其它业务的通信质量。

当小区负荷重时，调整移动台用户的目标误帧率，但本发明方法只调整语音业务的目标误帧率，对于数据业务的目标误帧率则不做调整，保持在数据业务出错的情况下进行重发。因此本发明的方法，就是如何调整语音业务目标误帧率的方法及调整大小的方法，达到优化系统容量的效果。

当小区过载时，本发明对于优先级不同的移动台用户采取不同的技术措施，对于高优先级的移动台用户要优先保证其通话质量，对于优先级低的移动台用户则适当提高它们的目标误帧率。

本发明在调整目标误帧率后，系统需要一定时间才能反映出该调整效果，即存在时延的问题。调整Eb/N0的门限，主要是为了调整反向链路中内环功控的发射功率，当移动台用户的发射功率随着调整的Eb/N0改变时，系统容量会因此而改变，使负荷降低。内环功控的控制周期为外环功控控制周期的16倍(最小值)。当外环功控每帧(CDMA2000协议给出20ms)调整一次时，我们可以认为内环是理想的，即已经达到Eb/N0的门限了。即使外环算法收敛已足够快，那么，当调整目标FER后，系统容量的改变最少也要经过20ms才能反映出来。当外环功控每N帧(20ms×N)调整一次时，则系统容量最少要经过20×Nms后才能反映出来。

附图说明

图1是本发明实现CDMA移动通信系统容量动态调整的第一种实施方法。

图2是本发明实现CDMA移动通信系统容量动态调整的第二种实施方法。

图3是CDMA移动通信系统模型结构示意图。

图4是CDMA移动通信系统移动台用户端实现容量动态调整的过程示意图。

图5是CDMA移动通信系统基站控制器端实现容量动态调整的过程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图进一步说明本发明的技术方案。

参见图1，图中所示流程体现了本发明的第一种调整思想。

步骤11，系统持续检测小区的负载(负荷)情况，表示为负荷百分比Q；

步骤12，如果当前的负载超过系统所设置的负载门限(Th)，即当前的负载(Q)大于或等于最大容量Th时，触发系统容量的动态调整，转步骤13执行，如果当前的负载(Q)没有超过系统所设置的负载门限Th，即低于最大容量Th时，转步骤14执行；

步骤13，按本发明所制定的算法，即按 $\mathrm{tarFER}=0.01+\frac{Q-\mathrm{Th}}{5}$ 调整目标误帧率，对于有特殊要求的语音业务则可以不做调整；

步骤14，按照tarFER＝0.01调整语音业务的目标误帧率，即将语音业务的目标误帧率设置为0.01。

步骤15，返回系统。

参见图2，图中所示流程体现了本发明的第二种调整思想。

步骤21，系统持续检测小区当前的负荷情况；

步骤22，如果当前的小区负载超过系统所设置的负载门限(Th)，即当前的负载(Q)大于或等于负载门限Th时，触发系统容量的动态调整，转步骤24执行，如果当前的负载(Q)没有超过系统所设置的负载门限Th，即低于Th时，转步骤23执行；

步骤24、25，按本发明所制定的算法，即按 $\mathrm{tarFER}=0.01+\frac{Q-\mathrm{Th}}{5}$ 先调整最低优先级的语音业务的目标误帧率；

步骤26，在最低级别的语音业务的目标误帧率没有调整到目标误帧率的最低限度(5％)时，持续执行步骤21、22、24、25、26，直至最低级别的语音业务的目标误帧率调整到目标误帧率的最低限度(5％)时，执行步骤27；

步骤27、28，在检测系统仍然过载的情况下，按同样的方法持续执行步骤24、25、26，只是所调整的是下一个优先级的误音业务的目标误帧率，在该重复执行的过程中，最后调整的是优先级最高的语音业务的目标误帧率，直至检测的当前系统不过载；

步骤23，如果系统检测的当前负载没有超过预先所设置的负载门限Th时，将语音业务的目标误帧率设置为0.01，即目标误帧率的最低限。

对于有特殊要求的语音业务则可以不做调整。

本发明的通过调整语音业务的目标误帧率，来动态增加系统容量的方法，是一种较为简单的方法。在语音业务服务质量允许的范围内，适当的改变业务的服务质量，即当负载较大时，降低语音业务的服务质量，以换取接入更多的呼叫；当负载较小时，则增加语音业务的服务质量，来提高通话性能。

系统可预先设定一个或者几个负载等级，当检测的当前负载超过这个等级或者几个等级时，就进行语音业务目标误帧率的调整；当检测的当前负载小于这个等级或者几个等级中最低的等级时，就将被调整的语音业务的目标误帧率恢复为目标误帧率的最低限度0.01。

参见图3，图中示意出一个蜂窝移动通信系统的模型结构，包括若干个移动台用户、若干个基站(BTS)和一个基站控制器(BSC)。一个基站与很多的移动台用户进行通信，一个基站控制器与很多的基站进行通信。由基站控制器的处理系统来处理蜂窝移动通信系统的呼叫量，基站控制器通过一系列的基站来接收移动台用户的呼叫和对移动台用户发送呼叫。

参见图4，任一移动台用户包括天线子系统41、复用单元42、前端信号处理子系统43、功率控制子系统45和一个业务子系统44，并通过复用单元42、前端信号处理子系统43、功率控制子系统45间的顺序控制，实现发射功率的动态调整。

参见图5，基站控制器包括帧恢复模块51、消息数据分发模块52、资源管理模块53、功率控制子系统54和业务子系统55，并通过消息数据分发模块52与资源管理模块53及与功率控制子系统54间的互相控制，实现小区容量的动态调整。

结合图3、图4、图5进一步说明本发明的方法。

(1)移动台用户接收来自基站的前向链路的导频信号，并通过天线子系统41送往复用单元42，复用单元42分离出前向频点上的前向链路信号，并送往前端信号处理子系统43，再由前端信号处理子系统43将该前向链路信号送到功率控制子系统45，功率控制子系统在接收到该前向链路信号后，进行信号质量测量，生成测量报告，并把测量报告再经复用单元42和通过天线子系统41发送给基站；

(2)基站的天线子系统在反向频点上接收来自移动台用户反馈的反向链路信号，并将信号送往复用单元，复用单元将接收到的反向信号送往反向信息处理子系统进行必要的前端放大、基带处理和帧处理，和将此反向信号送往基站控制器，由基站控制器的基带处理单元估计该反向信号的Eb/Io，并与设定的Eb/Io的门限值相比较，根据比较的结果(大于、等于该门限或小于该门限)确定功率控制比特(为0或为1)，并向相应的移动台用户发送该功率控制比特(0或1)，移动台用户根据接收的该功率控制比特，相应的增加或者降低其发射功率；

(3)基站控制器经过帧恢复模块51到消息数据分发模块52，消息数据分发模块52的输出分为三路：一路至功率控制子系统54，另一路至资源管理模块53，还有一路至业务子系统55，其中资源管理模块53中的负载控制模块531根据基站上报的信息持续地检测小区的当前负载状况；

(4)当检测到某一小区过载时，就按照本发明所提出的方法来修改资源管理模块53中某一用户语音业务的目标误帧率或者某一类语音业务的目标误帧率，再将修改后的目标误帧率 $\mathrm{tarFER}=0.01+\frac{Q-\mathrm{Th}}{5}$ 通过消息数据分发模块52下发给功率控制子系统54，通过功率控制子系统54的外环功率控制算法使得实际的当前误帧率跟踪上修正的目标误帧率；

(5)同时，基站控制器向相应基站下发消息，经过帧处理后修改基带处理单元中所设定的Eb/Io的门限值，并与所接收的移动台用户信号的Eb/Io相比较，再根据比较的结果，确定发送功率控制比特为‘1’，和将此功率控制比特‘1’发送给移动台用户，移动台用户就会降低其发射功率；

(6)当检测到小区没有过载时，基站控制器就按照本发明的方法恢复资源管理模块53的负载控制模块531中已修改的某一用户的语音业务或者某一类语音业务的目标误帧率：tarFER＝0.01，再通过消息数据分发模块52向功率控制子系统54下发消息，通过功率控制子系统54的外环功率控制算法，使得实际的误帧率跟踪上修正的目标误帧率；

(7)基站控制器向相应基站下发消息，通过帧处理到基带处理单元来恢复设定的Eb/Io的门限值，并与所接收移动台用户信号的Eb/Io相比较，根据比较结果，确定功率控制比特为‘0’，将该功率控制比特‘0’发送给移动台用户，移动台用户就会增加其发射功率，以提高语音业务的质量。

本发明的方法经在CDMA2000系统中的试运行，取得了预期效果，由于所采用的硬件和软件都可以是本技术领域中比较成熟的技术，因此实现其技术方案是不困难的。

Claims (10)

1.一种实现码分多址移动通信系统容量动态调整的方法，其特征在于包括：

A.统计系统或小区的当前负载，按小区负载占最大容量的百分比预分成等级，选择其中一个等级作为触发小区容量动态调整的门限Th；

B.在统计的系统或小区的当前负载超出设定等级下的小区容量动态调整门限Th时，触发小区容量的动态调整，提高系统或小区下呼叫的目标误帧率；

C.在统计的系统或小区的当前负载低于设定条件下的小区容量动态调整门限Th时，降低系统或小区下呼叫的目标误帧率。

2.根据权利要求1所述的一种实现码分多址移动通信系统容量动态调整的方法，其特征在于：所述的预分等级包括占最大容量百分之75的等级0、占最大容量百分之85的等级1和占最大容量百分之90的等级2。

3.根据权利要求2所述的一种实现码分多址移动通信系统容量动态调整的方法，其特征在于：优先选择所述的等级0作为触发系统或小区容量动态调整的门限Th。

4.根据权利要求1所述的一种实现码分多址移动通信系统容量动态调整的方法，其特征在于：所述的统计系统或小区的当前负载，在所统计的当前负荷百分比Q为设定等级下触发小区容量动态调整的门限Th以上时，按照 $\mathrm{tarFER}=0.01+\frac{Q-\mathrm{Th}}{5}$ 调整呼叫的目标误帧率，在统计的当前负荷百分比Q为设定等级下触发系统或小区容量动态调整的门限Th以下时，按照tarFER＝0.01调整呼叫的目标误帧率。

5.根据权利要求1所述的一种实现码分多址移动通信系统容量动态调整的方法，其特征在于：所述的调整呼叫的目标误帧率包括系统或小区内移动台用户的某一业务的目标误帧率或系统或小区内某业务类的目标误帧率。

6.根据权利要求1所述的一种实现码分多址移动通信系统容量动态调整的方法，其特征在于：所述的目标误帧率的调整范围为1％至5％。

7.根据权利要求1所述的一种实现码分多址移动通信系统容量动态调整的方法，其特征在于：还包括将小区内语音业务的目标误帧率预先取成等级并规定其等级的顺序；在统计的系统或小区的当前负载超出设定等级下的小区容量动态调整门限时，优先调整最低级别语音业务的目标误帧率，最后调整最高级别语音业务的目标误帧率。

8.根据权利要求7所述的一种实现码分多址移动通信系统容量动态调整的方法，其特征在于：是在最低级别的语音业务调整到目标误帧率的最低限度时，再调整次级别语音业务的目标误帧率，在次级别的语音业务调整到目标误帧率的最低限度时，最后调整最高级别的语音业务的目标误帧率。

9.根据权利要求8所述的一种实现码分多址移动通信系统容量动态调整的方法，其特征在于：所述的目标误帧率的最低限度是由通信标准规定的，为5％。

10.根据权利要求1所述的一种实现码分多址移动通信系统容量动态调整的方法，其特征在于：

所述的步骤A进一步包括：

(a)移动台用户的功率控制子系统对接收的前向链路信号进行信号质量测量，生成测量报告并发送给基站；

(b)基站将来自移动台用户的反向信号送基站控制器，由基站控制器估计该反向信号的信干比门限，并与设定的信干比门限相比较，根据比较结果确定功率控制比特为0或为1，并向相应的移动台用户发送该功率控制比特，移动台用户根据接收的该功率控制比特，相应的增加或者降低发射功率；

(c)由基站控制器中的负载控制模块根据基站上报的信息持续地检测所述系统或小区的当前负载状况；

所述的步骤B进一步包括：

(d)基站控制器修改资源管理模块中用户语音业务的目标误帧率，再将修改后的目标误帧率 $\mathrm{tarFER}=0.01+\frac{Q-\mathrm{Th}}{5}$ 通过消息数据分发模块下发给功率控制子系统，通过功率控制子系统的外环功率控制算法使当前误帧率跟踪上修正的目标误帧率；

(e)同时，基站控制器向相应基站下发消息，修改所设定的信干比门限的门限值，并重复执行步骤a与b；

所述的步骤C进一步包括：

(f)基站控制器恢复资源管理模块的负载控制模块中已修改的用户语音业务的目标误帧率为tarFER＝0.01，再通过功率控制子系统的外环功率控制算法，使当前误帧率跟踪上修正的目标误帧率；

(g)基站控制器向相应基站下发消息，恢复设定的信干比门限的门限值，并重复执行步骤a与b。

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