CN1219378C - 一种反向功率过载控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种码分多址通讯系统中的反向功率过载控制方法。该方法根据接收信号强度的统计规律与给定的门限值比较来进行过载判断，采用接收功率的统计特性，消除了判断结果的随机性，结果将更加准确，实现方便，可使用较短的周期进行过载判断。相对现有的方法，采用本发明所述的方法，更注重实际应用的方便性和准确性，不需要测量外界底噪的大小，过载判断响应周期短，并且可用来进行码分多址系统反向容量的测试。

Description

一种反向功率过载控制的方法

本发明涉及一种无线通讯系统的功率过载控制方法，尤其是码分多址通讯系统中的反向功率过载控制方法。

码分多址(CDMA)是移动通讯常用多址调制技术中的一种。因其以其卓越的性能，备受业界瞩目，同时也是第三代移动通讯系统中的主流技术。在一个典型的码分多址蜂窝系统中，多个小区使用相同的频率，每个小区内通常有多个移动用户的存在，这样导致CDMA系统是个自干扰系统。为了发挥系统的性能，必须进行前、反向链路的功率控制。对某一特定环境的基站，即使不受硬件资源的限制，能同时建立通讯的信道数目也是有限的，这直接与系统所受到的干扰密切相关。

由于反向链路的互相干扰，当用户数到达一定程度时，系统的稳定性越来越差。为保证系统的良好运行，应将负载率控制在一定的水平之下。在CDMA2000中，更需要适时掌握系统当前负载率的情况，以便系统根据当前的无线资源情况确定反向补充信道的分配和建立。并且由于通讯环境、用户量等因素的变化，系统负载率随时间在不断变化，码分多址系统提出了实时监测负载率的需求。

最早监测系统负载率的方法是通常是网络工程师或运营商雇佣的技术人员进行人工监测，用专门设计且昂贵的测试设备记录下负载运行情况，然后输入到集中处理设备进行数据的后处理和分析。该方法的缺点很明显，不能适时监测负载率，受环境和测试设备的影响较大。

为此，人们提出了多种反向过载控制算法，但其中公认行之有效的方法却不多。比如，专利US6173187，“METHOD OF SETTING LOAD GOAL ANDRADIO SYSTEM”，根据功率变化率来判断负载的大小，显然在某段时间内负载不发生变化时就很难判断当前负载的大小。专利US5859838，“LOADMONITORING AND MANAGEMENT IN A CDMA WIRELESSCOMMUNICATION SYSTEM”中提到采用一种专用的负载监测设备。基本思想是通过该设备，测量从基站接收到功率的调整或功率控制比特的累加，来与设定的门限值比较，从而确定负载情况。它采用专门的监测设备减轻了基站处理数据的负荷。对只有话音业务的系统基本上满足要求，而数据业务的突发可能仅在某段较短的时间内产生过载，这样的测量方法就不是很有效。

最受推崇的方法是ROBERTO PADOVANI在论文“Reverse Link Performanceof IS95 Based Cellular Systems”(IEEE Personal Communication Third quarter1994)中提出的基于接收信号总功率进行负载率判断的思想。

该方法推导出负载率的公式如下

$\mathrm{RxPower}=\frac{N_{o}W}{1-\mathrm{Loading}}---\left(1\right)$

其中RxPower是总接收功率，N_oW是接收机底噪。即

$\frac{\mathrm{RxPower}}{N_{o}W}=\frac{1}{1-\mathrm{Loading}}\⇒\mathrm{Loading}=1-\frac{1}{Z}---\left(2\right)$

其中

$Z=\frac{\mathrm{RxPower}}{N_{o}W}---\left(3\right)$

根据上述结论，测量出Z值，通过式(2)就可算出当前的负载率。这种方法索然具备理论基础，但是实际应用中存在明显的困难。一方面，Z值需要通过测量出总接收功率和底噪而得到，两者的测量值是个随机量，不能精确反映负载的大小；另一方面，实际系统中各基站的底噪不尽相同，并可能随着系统的运行而发生改变，因此该方法同样不能准确算出当前负载率的大小。

本发明的目的是为了克服现有过载控制方法在实际应用中的不足，提出了一种性能稳定的反向功率过载控制方法。该方法根据接收信号强度的统计规律与给定的门限值比较来进行过载判断，消除了外界噪声的影响，易于实现。

为实现发明目的，本发明提出的方法主要包括以下步骤：

(1)接收机每隔固定时间测量接收到的接收信号强度；

(2)在过载控制周期内采集步骤(1)中得到的接收信号强度测量值，并进行常规的升序或降序排列；

(3)找出步骤(2)得到的有序序列P％和1-P％位置对应的两个测量值，其中P为1到50之间的整数；

(4)计算步骤(3)中得到的两个测量值的差值绝对值；

(5)根据系统性能需求事先确定三级门限值，将步骤(4)中得到的差值绝对值与这些门限值进行比较；

(6)根据比较结果得到系统负载率的情况，进行相应的呼叫控制。

所述的步骤(1)中的固定时间依据接收机的处理能力而定，要保证在一次过载控制周期内能采集100个点以上。

所述的步骤(6)中呼叫控制进一步包括以下步骤：

(6.1)如果差值小于一级门限，系统还将允许所有的功率增长要求和链路建立；

(6.2)如果差值介于一二级门限值之间，系统允许基本信道或低速补充信道的建立；

(6.3)如果差值介于二三级门限值之间，系统只允许软切换请求；

(6.4)如果差值大于三级门限值，系统将禁止所有的链路建立和功率增长要求；

相对现有的方法，采用本发明所述的方法，更注重实际应用的方便性和准确性，不需要测量外界底噪的大小，过载判断响应周期短，并且可用来进行码分多址系统反向容量的测试。

下面结合附图和实施例对本发明做详细的说明。

图1是CDMA蜂窝移动通讯系统结构图；

图2是总接收功率/底噪与负载率的关系曲线图；

图3是三种不同负载率下测量总接收功率/底噪的互补累积分布函数图；

图4是本发明实现的流程图。

图1是CDMA蜂窝移动通讯系统结构图。该系统主要由移动交换中心(MSC)、基站控制器(BSC)、基站收发信机(BTS)和移动台(MS)等组成。移动交换中心(MSC)与PSTN或ISDN进行网络通讯，一个MSC可带多个基站控制器(BSC)如14A、14B等。基站控制器(BSC)下可接多个基站收发信机(BTS)，如16A或16B。每个基站收发信机(BTS)下，同时可与多个移动台(MS)进行通讯，如12A和12B。系统当前承载的不同用户数反映了系统不同的负载。

一般地，定义系统负载Loading如下：

M是实际用户数，N是系统容许的最大用户数，与综合信噪比(每个用户信息被基站正确解调所需要的信噪比)有关，也与话音激活和其他小区的干扰有关。

对不同负载下总接收功率的分析和实际测量，可得到图2所示的关系曲线；从图可以看出当前系统的负载率与接收机接收到的总干扰成正增长关系，负载率越高，曲线越陡峭，也就说明系统的稳定性越来越差。因此，为了保证系统的稳定运行，需要将负载率控制在一定的水平之内。

继续PADOVANI的推导，Z值满足如下的关系式

$P\left(Z\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}\underset{-\∞}{\overset{\frac{1-e^{-\mathrm{\βZ}}-E\left[x\right]}{\sqrt{\mathrm{var}\left[x\right]}}}{\∫}}{e}^{-y^2/2}\mathrm{dy}---\left(5\right)$

其中

$E\left[x\right]=\frac{R}{W}*M*E\left[v\right]*e^{{\left(\mathrm{\β\σ}\right)}^2/2+\mathrm{\β\ϵ}}$

$\mathrm{Var}\left[x\right]={\left(\frac{R}{W}\right)}^2*M*e^{{\left(\mathrm{\β\σ}\right)}^2+2*\mathrm{\β\ϵ}}*\left(E\right[v^2]*e^{{\left(\mathrm{\β\σ}\right)}^2}-{\left(E\right[v\left]\right)}^2)$

E[x]记为x的均值，Var[x]记为x的方差，ν话音激活因子，β＝ln10/10，ε信噪比的平均值，σ信噪比方差。

针对一组典型情况比如ε＝7dB，σ＝2.4dB，在三种不同负载率(M＝21、M＝31、M＝41)下，可得到如图3所示总接收功率/底噪的互补累积分布函数(即1-累积分布函数)。

从该图可以看出，随用户数的增多，也就是随着负载率的升高，曲线越平缓。根据正态分布的特性，测量的Z值在统计情况下越来越分散。

进一步地，由式(3)可得到

Z₁(dB)-Z₂(dB)＝10log(RxPower₁)-10log(RxPower₂)           (6)

从上式可见，接收功率用dB表示的差值中消除了底噪的影响。实际中RxPower采用接收信号强度指示RSSI(Receive Signal Strength Indicator)来度量，显然，从统计意义上讲，记录下来的RSSI值也将服从正态分布，分布的方差越大反映系统的负载率越高。

利用上述RSSI的统计特性，可以通过测量多个RSSI的dB值观察他的统计规律，以判断其负载情况。

图4是本发明实现的流程图。过载控制方法图所示：首先，在410中每隔一定周期测量接收机接收的信号强度RSSI。在420中对接收到的N个RSSI值进行大小顺序的排列，比如N可取100，取决于系统采样的速率和过载判断的时间，显然N值越大结果越准确。在430中找出该有序序列对应P％和(1-P％)位置的点(其中P为1到50之间的整数)，比如可取P＝10，这两个位置对应的就是10％和90％，当然也可采用其他位置的点。然后在440中算出过程430中得到的两个RSSI值的差值，记做ΔRSSI，每个ΔRSSI理论上对应一个负载率。在450中，存储有理论计算ΔRSSI的三级门限值。在460中，将ΔRSSI与450中的三级门限值进行比较，将比较结果送入470。在470中，根据比较结果确定系统当前的负载率情况，从而系统将可根据该负载率情况进行相应的呼叫控制，也可用来反映系统的容量。如果ΔRSSI小于一级门限，系统还将允许所有的功率增长要求和链路建立：如果ΔRSSI介于一二级门限值之间，系统允许基本信道或低速补充信道的建立；如果ΔRSSI介于二三级门限值之间，系统只允许软切换请求；如果ΔRSSI大于三级门限值，系统将禁止所有的链路建立和功率增长要求。

总之，本过载控制方法采用接收功率的统计特性，消除了判断结果的随机性，结果将更加准确，实现方便，不需要测量外界底噪的大小，基本不受底噪波动的影响，可使用较短的周期进行过载判断。同时应用该方法可进行码分多址系统反向容量的测试。

Claims (3)

1、一种反向功率过载控制的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)接收机每隔固定时间测量接收到的接收信号强度；

(2)在过载控制周期内采集步骤(1)中得到的接收信号强度测量值，并进行常规的升序或降序排列；

(3)找出步骤(2)得到的有序序列P％和1-P％位置对应的两个测量值，其中P为1到50之间的整数；

(4)计算步骤(3)中得到的两个测量值的差值绝对值；

(5)根据系统性能需求事先确定三级门限值，将步骤(4)中得到的差值绝对值与这些门限值进行比较；

(6)根据比较结果得到系统负载率的情况，进行相应的呼叫控制。

2、根据权利要求1所述的反向功率过载控制的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的固定时间依据接收机的处理能力而定，要保证在一次过载控制周期内能采集100个点以上。

3、根据权利要求1所述的反向功率过载控制的方法，其特征在于：所述的步骤(6)中呼叫控制进一步包括以下步骤：

(6.1)如果差值小于一级门限，系统还将允许所有的功率增长要求和链路建立；

(6.2)如果差值介于一二级门限值之间，系统允许基本信道或低速补充信道的建立；

(6.3)如果差值介于二三级门限值之间，系统只允许软切换请求；

(6.4)如果差值大于三级门限值，系统将禁止所有的链路建立和功率增长要求。

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