CN1223126C - 码分多址系统中控制数据率以保持话音质量的方法 - Google Patents

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Abstract

一种保护由于高速数据用户而处于从无线通信系统的一个小区撤消危险中的话音呼叫的方法(100)。该方法包括根据小区内多个业务信道中的每个的正向链路计算信噪比(102)，和检测小区何时处于过载状况(104)的步骤。该方法进一步确定与小区内每个业务信道相关联的增益(106)，以及信道的相关优先等级(108)。然后，方法降低具有最低优先等级的业务信道上的增益，以防止话音呼叫被撤消(114)。

Description

码分多址系统中控制数据率 以保持话音质量的方法
发明领域
本发明一般涉及移动通信系统中话音和数据呼叫优先化，更具体地讲，涉及一种在码分多址(CDMA)移动电话系统内优先化话音和数据呼叫的方法和装置，其能够将话音呼叫的射频(RF)损耗进一步降低。
背景技术
本发明涉及允许话音和数据业务的无线小区电信系统中的话音呼叫的保护。更具体地讲，可以在扩频系统、或根据称为“IS-95B”的电信工业协会标准操作的码分多址(CDMA)系统中使用的话音保护技术。此外，本发明也可以应用到任何第三代合作方案(3GPP)通用移动电信系统(UMTS)规定。
在典型的CDMA环境中，是使用唯一数字代码区分用户，而不是用RF频率。在一次呼叫过程中，给一个用户分配一个二进制直接序列码，并把该用户的信息数据流加到一个更高比特率数据流上。数字代码是由移动站(小区电话)和基站共享的，并且称为“伪随机码序列”。因此，所有的用户都可以共享相同的射频频谱范围。每个编码信息信号与所有其它的编码信号重叠，并且把所有信号作为射频载波的调制发送，在接收机将它们作为复合信号共同地接收。通过在接收机利用共享数字代码，可以分离和译码复合信号。
为了减小不同呼叫连接之间的干扰，并维持足够的通信链路质量和数据吞吐率，可以在基站和移动站操纵发射功率电平。为了保持满意的移动业务和使系统容量最大，发送功率电平最好操作在最小电平。反向链路功率控制改变反向通信链路(移动单元至基站)的功率电平，而正向链路功率控制改变正向通信链路(基站至移动单元)的功率电平。
随发送信息的用户的数量增加，用户信号之间的干扰也增大，结果使发送质量降低。通过类比于一个鸡尾酒会，可以容易地理解与CDMA系统内增大的小区使用相关的干扰。可以把CDMA技术比作一个有许多人的大的单个房间，这些人分成对，希望进行对话。房间中的人只是希望相互谈话，并且对房间中其它人的对话不感兴趣。如果房间中每一对人讲一种只有他们能够理解的语言，每一对人能够进行对话，而很少或不受来自其它对话的干扰。可以把房间中的空气比作一个宽带载波，而用CDMA分配的“代码”代表语言。
随房间中进行对话的人数增加，房间中的背景噪声(来自其它用户的干扰)也增大，使得各交谈对难以相互理解(帧删除率变得太高)。同样地，随交谈对之间的距离增大，房间的背景噪声更有可能干扰各交谈对的对话。通过把所有参与者的话音音量(信号强度)控制到不超过需要的水平，可以使房间中能够进行的对话数量最大。
在这种话音和数据信号可以在相同的信道上通过空中同时发送的系统中，正向链路功率控制一般使用在反向链路上发送的正向链路质量信息反馈，以更新正向链路功率电平。这种反馈信息可以是用于指示一个单个正向链路业务信道帧是否被删除的比特形式。这种信息也可以是用于指示在一给定时间间隔中一些数量的正向链路帧被删除的发送消息的形式。在通信系统中，例如，在CDMA系统中，反向信道功率控制当前使用了一种方法，通过这种方法从移动通信单元发送一个功率控制组，并且由基站接收。基站把这个功率控制组的能量与一个设定点阈值比较，并且通过向移动或远端单元发送功率调节命令，来命令一个正向链路上的移动通信单元按照需要提高功率或降低功率。
在正常条件下，这种类型的闭环功率控制将形成一定的功率电平，其足以使接收信号的干扰或者噪声电平保持在基本上为固定的可接受电平上。但是，一个给定扇区或者小区内的远端高速数据(HSD)用户始发的呼叫造成了干扰，这种干扰可能降低包括发生在该小区或者相邻小区内的话音和数据呼叫在内的其它用户的信号质量。这些其它用户一般操作在最低的必要功率电平。HSD用户以显著的高得多的功率电平发送。当小区处于或接近最大容量时(过载状况)，高速数据的发送干扰小区中的其它用户，并且特别影响离BTS最远的用户的话音发送。这种干扰可能导致无法接受的损失话音呼叫，和/或降低服务质量。
电流阻塞控制技术允许当线性功率放大器(LPA)在最大容许功率时所有发送信号或导频载波信号功率的帧删除率(FER)上的降低。其它阻塞控制技术限制可用补充信道的数量，或根据负荷标准(即，相对于LPA分配的总正向功率)限制补充信道的数据率。这些方法不允许单个的移动单元引发阻塞释放，因此，在接收了一个发送信道后，给予数据和话音用户相等的优先次序。这些阻塞控制技术的纯效果是，少数几个数据用户能够独占一个小区，和有效地封锁话音用户，或降低话音用户的服务质量，从而造成话音呼叫被撤消，最终导致用户的不满。
因此，需要有一种能够通过减小数据用户对话音用户的干扰量，来保护面临被撤消危险的话音呼叫的阻塞控制技术。
发明概述
本发明提供了一种通过保护话音呼叫解决上述问题的方法和装置，所述话音呼叫由于来自一个特定小区的高速数据(HSD)发送造成的加大的干扰电平而在一个或多个小区或扇区内面临服务质量下降的危险。所述方法一般包括识别系统的特定小区的信噪比，和确定小区是否处于过载状况(即，信噪比太低)。该方法还包括识别正在与系统的一个特定小区通信的每个当前用户，和每个用户的当前增益(功率电平)。该方法包括将优先等级与每个识别的用户相关联。该方法进一步包括确定小区是否处于过载状况下，和是否有在最大增益电平的话音用户。该方法包括降低非优先等级用户的增益，直到从过载状况中恢复，或直到处于危险中的话音呼叫保留或掉话。根据功率控制增益信息在无线通信系统中的位置，可以在基地收发信机站或基地收发信机站的控制器实现本方法。也可以在位于下面将详细说明的适当位置的计算机系统上实现本方法。但是，应当指出，尽管下面的优选实施例是参考一个CDMA蜂窝系统详细说明的，但是熟悉本领域的人员应当知道，本发明可以应用于包括3GPP UTMS规定在内的任何第三代蜂窝系统。
附图的简要说明
通过以下结合附图对本发明优选实施例的详细说明，可以对本发明的特征和优点有更清楚的了解。
图1是一个适合于根据本发明教导而使用的典型无线通信系统的示意图；
图2是可以用于实现本发明的一个计算机系统的方框图；
图3是根据本发明的一个实例的保护话音呼叫的过程流程图，该实例可用于保护在一个或多个无线通信小区内具有遭受服务质量下降危险的话音呼叫；和
图4是在按照根据本发明的图3中所示非优先等级降低步骤中进行的各个步骤的流程图。
优选实施例的说明
现在参考附图，图1示出了一个根据本发明的教导构造的并且特别适合于本发明的方法的典型无线通信系统的方框图。通信系统10具有移动用户或单元12和13，一个第一基地收发信机站(BTS)14，和多个周围或相邻基地收发信机站(NBTS)16a-16f。如图1中一般表示的，移动单元12在一给定时间驻留在BTS 14服务的由边界范围或区域19定义的系统10的一个小区或扇区18中。NBTS 16a-16f中的每一个将与小区18邻接的由各自的边界21a-21f定义的各个的小区20a-20f分隔开。一个位于中央的基站控制器(CBSC)22与通信系统的BTS 14和数个NBTS 16通信。
如现有技术中所知的那样，系统10一般具有大量的移动用户或单元12和13，以及分散在由整个系统服务的一个区域上的多个BTS。为了便于说明，图1仅示出了两个移动单元12和13，以及包括BTS 14在内的较少数量的BTS，和几个NBTS 16。也如现有技术中所知的，移动用户或单元12和13代表可以随一个系统用户在系统的各个小区中进出的小区电话。移动单元12和13也可以代表其它类型的数据设备，例如，无线数据终端或电话、视频电话，等等。这些类型的单元通过通信系统的几个BTS发送数据和/或话音信号。
图1代表的通信系统10的类型可以在本发明的范围内改变，但是，在一个实例中是一个现有技术中所知的码分多址(CDMA)或CDMA 2000系统。在一个优选实施例中，CDMA系统是一个利用正向功率控制的第三代(3G)小区CDMA系统，例如，一个使用在反向链路上发送的正向链路质量信息反馈以更新正向链路功率电平的临时标准95B(IS-95B)系统。但是，系统10也可以是任何发送信令消息和需要由移动站或单元12和13准确传递和接收的通信系统。BTS 14和数个NBTS 16中的每一个包括具有发射机和接收机的收发信机24。收发信机24发射要由移动单元12和13接收的空中(OTA)射频(RF)信号。这种发送类型是已知的现有技术，并且在这里不再进行详细的说明。收发信机24也是通过现有技术已知的装置接收来自移动单元12的消息。
每个移动单元12和13具有包括发射机和接收机的收发信机26。经过收发信机26在反向链路上发送消息，移动单元12和13与一个BTS通信，并且经过收发信机26接收BTS在正向链路上产生的消息。在本发明的一个实施例中，在系统10中BTS 14和NBTS 16充当它们自己的功率控制管理器。作为选择，可以配置CBSC 22管理全系统的功率控制。
图1中也示出了一个第三移动用户或单元30，与通过通信系统仅发送话音信号的方式不同，这个第三移动单元30是一个能够发送高速数据(HSD)的无线数据终端，可以是电话或其它设备。移动单元30通过上载或下载，经过通信系统发送数据，即HSD。这种数据传输需要相对较高的功率消耗，并且以很高的数据率或速度发送。由于人类耳朵的特性，话音传输可以容忍一定量的差错，而数据传输不能。必须正确地发送和接收数据的每一比特，否则数据传输将不能成功地进行。
在本发明中，如果移动单元12正在BTS 14服务的小区18中发送和接收信号，移动单元12需要最小的功率电平以满意地发送和接收消息。需要的功率电平取决于许多变量。如果少数话音用户正在发送，那么每个用户需要的功率电平相对较低。如果在一给定时间有比较多的用户在发送，那么每个移动单元将以较高的功率电平操作，以克服多个用户产生的干扰。在同一小区中操作的数据用户也需要所有用户在较高的功率电平发送，以克服干扰。
在CDMA通信系统中，话音单元一般以较低的数据率和较低的功率电平操作在专用基本信道上。在像3G CDMA这样的系统中，也提供了额外的补充信道用于发送和接收较高功率、较高速度的数据率信号。本发明的目的是要克服当HSD移动单元30在小区18中在补充信道上发送，并且一个或多个移动单元12也在同一小区(单元12)或相邻小区(单元13)中发送时产生的干扰问题。
本发明的方法可以在BTS 14实现，例如，通过如图2中所示的计算机50实现，其具有内部存储器52、键盘或鼠标器之类的输入设备54，一个监视器56，和一个与BTS 14的网络连接58。如下面将要说明的，计算机50一般是通过执行存储在诸如存储器52或硬盘驱动器或其它存储设备(未示出)之类的计算机可读存储器中的程序来实现本发明的。
图3示出了一个根据本发明的教导的用于通过在移动通信系统中话音呼叫优先化来保证话音连通性的方法的一个实例的流程图100。尽管流程图是针对话音呼叫优先化的，但是应当知道可以容易地将话音呼叫优先化的方法适用于优先化任何数量的移动通信类型，例如因特网或文件传输(FTP)通信。本方法是要在每个BTS 14中实现的，或作为选择，在CBTS 22中实现，以使BTS 14或CBTS 22能够控制它负责监视的小区内的连通性。
在步骤102，通信系统确定一个话音呼叫是否有从小区撤消的危险。步骤102计算信噪比，Ec/Ior，其中Ec是每码片的能量，Ior是干扰频谱密度。Ec/Ior计算如下：
Ec/Ior＝(Gpilot)2/(3Gcommon-channels 2+3GTCH 2)
其中，Gpilot，Gcommon-channels，和GTCH分别是导频信道、公共信道和业务信道上的增益。将每个增益存储在BTS 14内，并且每帧或大约每秒100次地检查，从而也每帧地计算了Ec/Ior。
一旦在步骤102计算了Ec/Ior，步骤104检查Ec/Ior的值，以确定小区是否在过载状况。为了确定小区是否在过载状况下，将Ec/Ior值与一个预定的可接受信噪比比较。如果步骤104确定计算的Ec/Ior值大于可接受信噪比，那么小区没有过载，并终止处理过程。但是，如果步骤104确定计算的Ec/Ior值小于可接受信噪比，那么小区过载，处理过程继续到步骤106，在步骤106检索小区内每个信息的增益。
步骤106轮询BTS 14内存储的增益，并建立一个与当前小区活动量(即对每个业务信道的)相关联的所有增益的列表。
在步骤106检索了小区内每个业务信道的增益之后，步骤108将每个增益结合一个优先权。在优选实施例中，优先权等级分布在一个例如1到10的标度，其中1是具有最高保留优先权的业务，而10是那些具有最低保留优先权的业务。例如，可以给话音呼叫分配优先权等级为1，而可以给因特网呼叫分配优先权等级为5，和给予FTP呼叫分配最低优先权等级为10。熟悉本领域的技术人员应当知道，尽管在该优选实施例中将话音呼叫置于最高优先权，但系统也可以配置为以任何次序来优先化业务(例如，给予FTP呼叫最高优先权，而可以给话音呼叫以较低的优先权)。此外，只要可以区分和排列优先等级，优先等级的标度可以是任何适当的标度，并且应当不限于1到10的标度。
一旦通过步骤108给每个业务信道结合优先等级，步骤110确定是否有不在最大增益的携带话音用户的业务信道。如果步骤110确定存在不在最大增益的话音呼叫业务信道，步骤112提高那些业务信道上的增益，并且终止处理过程。但是，如果步骤110确定所有话音用户业务信道都在最大增益，那么步骤114将如下所述降低其它业务信道上的非优先等级增益。在降低了非优先等级业务信道增益之后，终止处理过程。
参考图4，图4详细示出了根据本优选实施例的，在步骤114使用的降低非优先等级业务信道增益的方法。通过在步骤300根据步骤108结合的优先等级给所有业务信道分类开始处理过程。例如，将所有高优先等级业务信道分组在一起，然后依次将次最低优先等级的业务信道进行分组。继续到步骤302，根据与每个业务信道相关联的增益，依次分类每个优先等级。
一旦完成了分类步骤300和302之后，处理过程控制前进到步骤304，在步骤304降低具有最高增益的最低优先等级的业务信道上的增益。例如，如果三个业务信道A，B和C都是结合了最低优先等级的业务类型的，并且业务信道B具有高于业务信道A或C中任何一个的增益，那么步骤304降低信道B上的增益。但是，如果有多个业务信道带有同样的最高增益，那么步骤304同等地降低所有这些信道上的增益。
在步骤304降低了最高增益之后，步骤306将通知媒体访问控制层(MAC)——一种已知蜂窝网络的结构层——在可行的情况下减小增益已经降低的业务信道上的扩频率。在步骤306中仅减小那些可以改变它们的扩频率的业务信道(即，仅减小数据业务信道)上的扩频率。例如，将一个扩频率是10Kbps的业务信道(即，一个FTP业务信道)的增益降低，步骤306可以使MAC把信道的扩频率减小到5Kbps。
然后，处理过程在步骤308确定话音用户是否仍然有被从小区撤消的危险，(即，话音用户已经被重新捕获、掉话、或传递到另一个小区)。如果话音用户仍然有掉话的危险，那么处理过程返回到部分302，重复进行步骤302至306。如果话音呼叫用户不再有掉话的危险，那么终止处理过程。
下表示出了一个HSD用户对一个负载小区的总Ec/Ior值的影响。将与每个信道相关联的功率转换成一个增益，以使能够计算Ec/Ior。这种转换在技术上是公知的，并且在这里不再详述。从表中可以看出，单个HSD用户的损失可以大大降低Ec/Ior比，在本例中降低了1.5dB。Ec/Ior比的1.5dB的改变，可以使一个处于从系统掉话危险中的话音用户迅速地恢复。
  有HSD用户   无HSD用户
  功率(瓦)   用户数量 总功率(瓦) 用户数量   总功率(瓦)
  导频     1.0     1     1     1     1
  寻呼/同步     0.85     1     0.85     1     0.85
  话音用户     0.2     60     12     60     12
  HSD用户     5.8     1     5.8     0     0
  总正向功率     19.65     13.85
  Ec/Ior -12.9336255    -11.4145
尽管参考特定的实例对本发明进行了说明，但是这些实例仅是说明性的，而不是对本发明的限制，熟悉本领域的人员应当知道，可以对披露的实施例进行各种改变、增加或删除，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种对处于从无线通信系统小区掉话危险中的呼叫进行保护的方法，所述小区具有一个导频信道、多个公共信道、和多个业务信道，导频信道、公共信道和业务信道的每一个具有增益、优先等级、和扩频率，该方法包括如下步骤：
根据小区内多个业务信道中每一个的正向链路计算信噪比；
根据信噪比确定小区是否处于过载状况；和
当存在过载状况时：
确定与小区内多个业务信道中每个相关联的增益值；
确定与小区内多个业务信道中每个相关联的优先等级；
确定与最高优先等级相关联的多个业务信道中的每个是否低于一个最大增益水平；和
如果确定低于最大增益水平，那么提高多个业务信道中每个的增益，否则，如果确定没有业务信道低于最大增益水平，那么降低具有最低优先等级的业务信道的增益。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线通信系统是根据规定为“IS-95B”的电信工业协会标准操作的码分多址系统。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线通信系统是第三代合作方案通用移动电信系统。
4.根据权利要求1所述的方法，其中降低具有最低优先等级的业务信道的增益的步骤包括如下步骤：
(a)根据确定的优先等级分类多个业务信道；
(b)根据确定的增益进一步分类多个业务信道；
(c)降低具有最高确定增益的多个业务信道的增益；
(d)降低在步骤(c)中降低了增益的多个业务信道的扩频率；和
(e)重复进行步骤(b)至(d)，直到具有最高确定优先等级的业务信道解除了掉话的危险，或掉话。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述无线通信系统是根据规定为“IS-95B”的电信工业协会标准操作的码分多址系统。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述无线通信系统是第三代合作方案通用移动电信系统。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述信噪比是通过将导频信道上增益的平方除以公共信道上所有增益的平方与业务信道上所有增益的平方之和来计算的。
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