CN1290074A - 反向链路过载控制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种控制无线通信网中呼叫接纳的系统和方法,它递归地估算反向链路负载电平作为基站接收功率变化和/或小区/扇区中被服务的移动台数变化的函数。在一个实施方案中,呼叫接纳控制器利用多种负载电平估算方法,其中第一方法估算负载作为基站接收功率变化和被服务的移动台数变化的函数。呼叫接纳控制器利用第二方法递归地更新负载电平估算,它与用户数变化成正比关系。基于基站接收功率测量结果的变化,呼叫接纳控制器可以利用第三估算方法作为准确性检验。

Description

反向链路过载控制的系统和方法

本发明涉及无线通信领域。

时分多址(TDMA)是从单个射频(RF)带宽分配不同的时隙给移动用户终端(“移动台”)建立多个通信信道，而频分多址(FDMA)是把RF频带分成多个子频带建立多个通信信道，与TDMA和FDMA技术对比，基于扩展频谱的系统，例如，码分多址(CDMA)系统，利用正交序列区分移动台以展示“软容量”。换句话说，CDMA系统中单个小区／扇区同时能够支持的移动台数目不是固定的，而仅仅是受相同或相邻小区／扇区中其他移动台的干扰造成服务质量下降的限制。

为了权衡网络容量和服务质量，CDMA系统结构通常利用反向链路(即，移动台到基站)功率控制技术，其中基站自适应地设定每个被服务移动台的发射功率到维持适当性能所需的最小电平(往往是通过比较基站中每位能量E_b与干扰N_o之比率和目标E_b／N_o值进行评估)。因为网络基站中的干扰随反向链路负载电平(以下称之为“负载电平”)的增加而增大，基站根据需要发出移动台发射功率上调命令。在高负载电平下，很可能在基站发生的严重干扰提示该基站发出大量的功率上调命令，特别是给小区／扇区边界之外的那些移动台，从而导致该基站更大的干扰。若不给以处理，这种增大的干扰最终导致基站覆盖区的损失(即，小区／扇区收缩)，因为远处移动台不能发射所需的功率电平以获得适当的呼叫质量。所以，来自这些远处移动台的呼叫可能在高负载状态下被舍弃。

为了防止这种不稳定性和基站覆盖区的损失，CDMA网通常依靠呼叫接纳方案，其中对应的基站可以拒绝重负载小区／扇区中的移动台。假设在静态环境下，CDMA的小区／扇区中能够服务的最大用户数N_max(即，100％的负载电平)可以表示为如下的公式： $N_{\max }=\frac{\mathrm{PG}}{\mathrm{\ν}\frac{E_b}{N_0}}\×\frac{1}{\mathrm{\β}}-----\left(1\right)$

其中PG是CDMA系统的处理增益，它定义为使用的带宽与数据速率之比率；ν是话音活动性；而β是CDMA蜂窝方法的重复使用效率，它定义为来自其他小区／扇区的干扰与本小区／扇区内干扰之比率。若小区／扇区服务N个用户，则负载电平可以表示为如下的公式： $L=\frac{N}{N_{\max }}=\frac{\mathrm{N\ν}\frac{E_b}{N_0}}{\mathrm{PG}}\×\mathrm{\β}----\left(2\right)$

然而，测得的E_b／N_o，话音活动性ν，和CDMA重复使用效率β通常是可变化的量。特别是，我们不知道准确测量β的可行方法，因此，实际上不能利用以上的公式确定负载电平。

一种通用的方法计算负载电平作为基站中测得的总接收功率上升与背景噪声之比率的函数。更具体地说，如R．Padovani在“ReverseLink Performance of IS-95 Based Cellular Systems”，IEEE PersonalCommunications，PP．28-34，1994中所说明的，负载电平与基站的总接收功率与背景噪声的比率之间有直接的关系，它可以表示为： $L=1-\frac{1}{Z}----\left(3\right)$

其中Z是总接收功率与背景噪声的比率。背景噪声包括热噪声和其他的非CDMA干扰，例如，干扰台信号功率。然而，这种方法的缺点是很困难获得准确的背景噪声测量结果，尤其是动态网环境下的热噪声，所以，利用以上公式准确计算反向链路负载电平通常是不能实现的。

本发明是一种用于控制无线通信系统网中呼叫接纳(calladmission)的系统和方法，它估算负载电平作为基站接收功率变化和／或小区／扇区中被服务的移动台数(以下称之为“用户数”)变化的函数。在一个实施例中，本发明是无线网基站(例如，CDMA基站)的呼叫接纳控制器，它利用多种负载电平估算方法，其中第一负载电平估算方法产生初始的负载电平估算，且至少另一种估算方法递归地产生更新的负载电平估算作为用户数变化和／或基站接收功率变化的函数。

在一个实施方案中，呼叫接纳控制器接收初始的和更新的用户数和基站接收功率测量结果，并估算负载电平L_new为： $L_{\mathrm{new}}(N_{\mathrm{new}},P_{\mathrm{new}})=\frac{N_{\mathrm{new}}\×(P_{\mathrm{new}}-P_{\mathrm{old}})}{N_{\mathrm{new}}\×(P_{\mathrm{new}}-P_{\mathrm{old}})+P_{\mathrm{old}}\×(N_{\mathrm{new}}-N_{\mathrm{old}})}----\left(4\right)$

其中N_new和N_old是整数值，分别代表当前的和以前的用户数值，而P_new和P_old分别是当前的和以前的基站接收功率测量结果。

接着，呼叫接纳控制器通过计算以下的公式递归地更新负载电平估算，它与用户数的变化成线性正比关系： $L_{\mathrm{new}}=L_{\mathrm{old}}\×\frac{N_{\mathrm{new}}}{N_{\mathrm{old}}}----\left(5\right)$

其中L_old代表以前的负载电平。我们承认，在某些状态下负载电平可能不与用户数变化成线性变化的关系，例如，附近小区／扇区中背景噪声或移动台的反向链路功率发生重大变化时，按照以下的公式计算估算的基站接收功率P_new′作为估算负载电平的函数，呼叫接纳控制器验证以前估算的负载电平作为用户数变化的函数： $P_{{\mathrm{new}}^{\′}}=\frac{P_{\mathrm{old}}(1-L_{\mathrm{old}})}{(1-L_{\mathrm{new}})}----\left(6\right)$

并把P_new＇与实际的基站接收功率电平进行比较。若P_new′没有充分地接近于测得的基站接收功率时，则呼叫接纳控制器利用第三负载电平估算方法，通过计算以下的公式，该方法递归地估算负载电平作为基站接收功率变化的函数： $L_{\mathrm{new}}=1-\frac{P_{\mathrm{old}}}{P_{\mathrm{new}}}\×(1-L_{\mathrm{old}})----\left(7\right)$

通过估算负载电平作为用户数变化和／或基站接收功率测量结果变化的函数，按照本发明的负载估算与决定背景噪声无关。此外，利用多种方法递归地更新负载电平估算，可以避免估算的不准确性。

在阅读以下的详细描述和参照附图之后，本发明的其他方面和优点是很明显的，在这些附图中：

图1表示按照本发明实施例中典型呼叫接纳控制器的所选元件；和

图2是流程图，表示按照本发明实施例中呼叫接纳控制器采用的负载电平估算操作。

本发明是一种控制无线通信网中呼叫接纳的系统和方法，它估算负载电平作为基站接收功率变化和／或用户数变化的函数。在一个实施例中，本发明是无线网基站(例如，CDMA基站)的呼叫接纳控制器，它利用第一负载电平估算方法产生初始的负载电平估算，并至少利用另一种负载电平估算方法递归地更新负载电平估算作为用户数变化和／或基站接收功率测量结果变化的函数。以下描述按照本发明控制无线通信网中呼叫接纳的系统和方法的典型实施例。

参照图1，此处画出一个呼叫接纳控制器100，它包括：负载估算器110，存储器单元115，和比较器120。例如，负载估算器110从基站功率测量电路(未画出)接收基站接收功率值，还从基站呼叫处理单元(未画出)接收用户数值。呼叫接纳控制器100的功能可以由基站呼叫处理单元软件的例行程序来实现，在高负载状态下拒绝移动台与该基站的通信请求。如以下所讨论的，负载估算器110利用基站接收功率测量结果和用户数值估算负载电平，并输出该结果到比较器120的第一输入端。本领域专业人员清楚地知道，基站接收功率测量结果可以用接收信号强度指数(RSSI)表示，它通常是在网络基站中被收集到的。存储器单元115存储负载电平阈值，例如，0．7，它是在比较器120的第二输入端被接收到的。若比较器120确定从负载估算器110接收到的负载电平估算超过从存储器单元115接收到的负载电平阈值，则比较器120输出一个呼叫阻塞命令信号，它命令基站呼叫处理单元阻塞另一个移动台与该基站通信的请求。通过在负载电平超过阈值时输出呼叫阻塞命令，呼叫接纳控制器100避免了小区／扇区的过载状态，这种过载状态可能导致以上讨论的网络不稳定性和小区／扇区覆盖区的损失。

以下参照图2的流程图，我们描述估算初始的和更新的负载电平的负载估算器110的操作。应当理解，可以利用计算机执行的算法，或可编程逻辑电路或专用逻辑电路实现负载估算器110的功能，用于完成以下详细的操作。

首先，负载估算器110设定计数器指数counter和时间指数time都等于零(步骤202)。其次，负载估算器110设定初始的基站接收功率值P_old为最近接收到的基站接收功率测量结果。实际上，可以设定P_old为取样周期内多个基站接收功率测量结果的统计平均值以提高准确性，例如，取100个RSSI样本的平均值。基站接收功率测量结果最好用dBm表示，但也可以用Watt表示。除了设定初始值P_old以外，负载估算器110还设定用户数值N_old为从基站呼叫处理单元接收到的用户数值(步骤204)。

接着，负载估算器110给time增加1(步骤206)，得到新的基站接收功率测量结果和新的用户数值，分别利用它们设定P_new和N_new(步骤208)。可以假设，当少量用户被服务时，负载电平相对于负载电平阈值是低的，负载估算器110在N_new超过某个电平N_init之前并不试图估算负载。因此，负载估算器110比较N_new和N_init(步骤210)，并回到步骤206，即，当N_new至少不等于N_init时，给time增加1；而当N_new至少等于N_init时，给counter增加1(步骤212)。在步骤210确定N_new超过N_init和在步骤212给counter增加1之后，负载估算器110确定counter是否等于1(步骤214)。

当counter=1时，则负载估算器110把|N_new-N_old|与阈值N_th进行比较(步骤216)。若|N_new-N_old|至少不等于N_th，则负载估算器110复位counter至0(步骤218)，并回到步骤步骤206。另一方面，若|N_new-N_old|至少等于N_th，则负载估算器110按照第一估算方法估算负载电平L_new(步骤220)。直到|N_new-N_old|至少等于N_th时才计算负载电平估算，例如，N_th=3，可以获得更稳定和更准确的计算。

按照本发明一个特定的体实施方案，第一估算方法确定L_new作为基站接收功率测量结果变化和用户数值变化的函数。具体地说，负载估算器110计算以下的公式： $L_{\mathrm{new}}(N_{\mathrm{new}},P_{\mathrm{new}})=\frac{N_{\mathrm{new}}\×(P_{\mathrm{new}}-P_{\mathrm{old}})}{N_{\mathrm{new}}\×(P_{\mathrm{new}}-P_{\mathrm{old}})+P_{\mathrm{old}}\×(N_{\mathrm{new}}-N_{\mathrm{old}})}----\left(4\right)$

在初始估算L_new之后，为了随后能够进行的递归负载电平估算，我们设定：L_old=L_new，P_old=P_new，和N_old=N_new(步骤222)。其次，负载估算器110确定是否发生复位状态(步骤224)，例如，在要求呼叫处理软件更新时，或在其他的需要时。若发生复位状态，则负载估算器110回到初始化步骤202。若没有发生复位状态，则负载估算器110回到步骤206，给time增加1。

在步骤214，当counter≠1时，则负载估算器110利用第二估算方法估算负载电平(步骤226)。第二负载估算方法确认，负载电平变化通常与用户数值变化之间成线性正比关系。具体地说，第二负载电平估算方法表示为如下的公式： $L_{\mathrm{new}}=L_{\mathrm{old}}\×\frac{N_{\mathrm{new}}}{N_{\mathrm{old}}}----\left(5\right)$

为了证实第二负载电平估算方法给出相当准确的结果，利用根据第二负载电平估算方法得到的L_new值，负载估算器110计算P_new的估算值P_new′(步骤228)。具体地说，负载估算器110计算以下的公式： $P_{{\mathrm{new}}^{\′}}=\frac{P_{\mathrm{old}}(1-L_{\mathrm{old}})}{(1-L_{\mathrm{new}})}----\left(6\right)$

其次，负载估算器110把P_new＇与实际的基站接收功率测量结果进行比较(步骤230)。若P_new＇相当接近于实际的基站接收功率测量结果(例如，+／-5％)，则负载估算器110输出第二负载电平估算方法的结果到比较器120，并回到步骤222。若P_new＇没有充分接近于测得的功率值，则负载估算器110利用第三负载电平估算方法得到L_new(步骤232)。第三负载电平估算方法确定，负载电平变化作为基站接收功率测量结果变化的函数。具体地说，负载估算器110计算以下的公式： $L_{\mathrm{new}}=1-\frac{P_{\mathrm{old}}}{P_{\mathrm{new}}}\×(1-L_{\mathrm{old}})----\left(7\right)$

负载估算器110输出第三负载电平估算方法的结果到比较器120，并回到步骤222，所以，负载电平可以递归地被更新(例如，每2秒更新一次)。

利用多种递归负载电平估算方法，例如，以上描述的那些方法，可以避免不准确性。此外，通过确认负载电平，基站接收功率测量结果，和用户数之间的差分关系，在不依靠背景噪声测量结果的条件下准确地估算负载电平。

本领域专业人员应当知道，可以设想本发明的各种改进和应用，在不偏离本发明精神和范围的条件下可以实现这些改进和应用。

Claims (23)

1．一种控制通信网中呼叫接纳的方法，包括：

作为功率测量结果变化和用户数值变化中至少一个的函数，计算负载电平；和

基于计算的负载电平控制呼叫接纳。

2．按照权利要求1的方法，其中所述计算步骤利用第一负载电平估算方法计算初始的负载电平，并至少利用第二负载电平估算方法递归地计算更新的负载电平。

3．按照权利要求1的方法，其中所述计算步骤估算负载电平作为功率测量结果变化和用户数值变化的函数。

4．按照权利要求3的方法，其中所述计算步骤通过求解以下的公式估算负载电平L_new：

其中N_new和N_old分别是当前的和以前的用户数值，而P_new和P_old分别是当前的和以前的功率测量结果。

5．按照权利要求1的方法，其中所述计算步骤递归地更新负载电平作为用户数值变化的函数。

6．按照权利要求1的方法，其中所述计算步骤递归地更新负载电平作为功率测量结果变化的函数。

7．按照权利要求5的方法，其中所述计算步骤通过求解以下的公式估算负载电平L_new： $L_{\mathrm{new}}=L_{\mathrm{old}}\×\frac{N_{\mathrm{new}}}{N_{\mathrm{old}}}$

其中L_old是以前计算的负载电平，而N_new和N_old分别是当前的和以前的用户数值。

8．按照权利要求6的方法，其中所述计算步骤通过求解以下的公式估算负载电平L_new： $L_{\mathrm{new}}=1-\frac{P_{\mathrm{old}}}{P_{\mathrm{new}}}\×(1-L_{\mathrm{old}})$

其中L_old是以前计算的负载电平，而P_new和P_old分别是当前的和以前的功率测量结果。

9．按照权利要求1的方法，还包括：

在利用所述控制步骤中计算的负载电平之前验证计算的负载电平。

10．按照权利要求9的方法，其中基于计算的负载电平L_new所述验证步骤通过求解以下的公式计算估算的功率测量结果P_new′： $P_{{\mathrm{new}}^{\′}}=\frac{P_{\mathrm{old}}(1-L_{\mathrm{old}})}{(1-L_{\mathrm{new}})}$

其中p_old是以前的功率测量结果，而L_old是以前计算的负载电平；所述验证步骤把P_new＇与实际的功率测量结果P_new进行比较以确定L_new是否相当地准确。

11．按照权利要求10的方法，其中若验证步骤指出P_new′没有充分地接近于P_new，则所述计算步骤通过求解以下的公式计算负载电平： $L_{\mathrm{new}}=1-\frac{P_{\mathrm{old}}}{P_{\mathrm{new}}}\×(1-L_{\mathrm{old}})$ 。

12．一种控制通信网中呼叫接纳的系统，包括：

负载计算装置，用于计算负载电平作为功率测量结果变化和用户数值变化中至少一个的函数；和

控制装置，基于计算的负载电平控制呼叫接纳。

13．按照权利要求12的系统，其中所述负载计算装置利用第一负载电平估算方法计算初始的负载电平，并至少利用第二负载电平估算方法递归地计算更新的负载电平。

14．按照权利要求12的系统，其中所述负载计算装置估算负载电平作为功率测量结果变化和用户数值变化的函数。

15．按照权利要求14的系统，其中所述负载计算装置通过求解以下的公式估算负载电平L_new： $L_{\mathrm{new}}(N_{\mathrm{new}},P_{\mathrm{new}})=\frac{N_{\mathrm{new}}\×(P_{\mathrm{new}}-P_{\mathrm{old}})}{N_{\mathrm{new}}\×(P_{\mathrm{new}}-P_{\mathrm{old}})+P_{\mathrm{old}}\×(N_{\mathrm{new}}-N_{\mathrm{old}})}$

其中N_new和N_old分别是当前的和以前的用户数值，而P_new和P_old分别是当前的和以前的功率测量结果。

16．按照权利要求12的系统，其中所述负载计算装置递归地更新负载电平作为用户数值变化的函数。

17．按照权利要求12的系统，其中所述负载计算装置递归地更新负载电平作为功率测量结果变化的函数。

18．按照权利要求16的系统，其中所述负载计算装置通过求解以下的公式估算负载电平L_new： $L_{\mathrm{new}}=L_{\mathrm{old}}\×\frac{N_{\mathrm{new}}}{N_{\mathrm{old}}}$

其中L_old是以前计算的负载电平，而N_new和N_old分别是当前的和以前的用户数值。

19．按照权利要求17的系统，其中所述负载计算装置通过求解以下的公式估算负载电平L_new： $L_{\mathrm{new}}=1-\frac{P_{\mathrm{old}}}{P_{\mathrm{new}}}\×(1-L_{\mathrm{old}})$

其中L_old是以前计算的负载电平，而P_new和P_old分别是当前和以前接收的功率测量结果。

20．按照权利要求12的系统，还包括：

验证装置，在所述控制装置利用计算的负载电平之前验证计算的负载电平。

21．按照权利要求20的系统，其中基于计算的负载电平L_new所述验证装置通过求解以下的公式计算估算的功率测量结果P_new＇： $P_{{\mathrm{new}}^{\′}}=\frac{P_{\mathrm{old}}(1-L_{\mathrm{old}})}{(1-L_{\mathrm{new}})}$

其中P_old是以前的功率测量结果，而L_old是以前计算的负载电平；所述验证装置把P_new＇与实际的功率测量结果P_new进行比较以确定L_new是否相当地准确。

22．按照权利要求21的系统，其中若验证装置指出P_new＇没有充分接近于P_new，则所述计算装置通过求解以下的公式计算负载电平： $L_{\mathrm{new}}=1-\frac{P_{\mathrm{old}}}{P_{\mathrm{new}}}\×(1-L_{\mathrm{old}})$ 。

23．按照权利要求12的系统，还包括：

输入装置，用于接收功率测量结果和用户数值。

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