CN1324160A - 上行信道过载检测电路和基站设备 - Google Patents

Abstract

一种用于CDMA移动通信系统的上行信道过载检测电路,和一种基站设备。其中接收电场测量部分检测移动终端的接收信号的电场强度电平。噪声电平存储部分在没有多个移动终端的发射功率时将接收电场测量部分的输出存储为噪声电平。阈值存储部分将接收电场测量部分的输出存储为阈值电平,所述输出对应于多个移动站所允许的发射数量。比较部分将接收电场测量部分输出的电场强度电平与通过相加噪声电平和阈值电平获得的总和比较。

Description

上行信道过载检测电路和基站设备

本发明涉及用于在通信系统中自移动站到基站的通信的一种上行信道过载检测电路和用于该系统的一种基站设备，所述通信系统基于在移动通信系统中使用的CDMA(码分多址)方案。

在使用扩频码的CDMA移动通信系统中，将服务区划分成多个作为单位区域的小区，并在每个小区内安装一个基站设备。在服务区的一个小区内存在的移动终端通过无线电信道与该小区内的一个基站设备通信，或者同时与多个小区内的相邻基站设备通信。这个移动终端还通过基站设备经另外一条无线电信道或通信线路与另外一个移动终端或电话机等通信。

在日本专利公开文献JP 7-298336中公开了一种类似于图2的移动通信系统。参见图2，移动通信系统包括移动终端10和基站设备20。移动终端10包括：用于与基站设备20通信的天线11、通过一个发射/接收开关12连接到天线11的发射电路部分13和接收电路部分14、连接到发射电路部分13和接收电路部分14的控制部分15和用于测量占用信道的接收电平和接收电平中所包含的干扰电平(对应于相互干扰导致的噪声)的接收/干扰电平检测部分16。

控制部分15根据由接收/干扰电平检测部分16检测的接收电平和干扰电平计算载波噪声比(CNR)。

接收/干扰电平检测部分16包括相关检测部分17、电平检测器18和干扰检测器19。在接收/干扰电平检测部分16中，由接收电路部分4通过天线11和发射/接收开关12在来自基站设备20的一条占用信道上从每个小区内的基站设备20接收的输出信号被提供给相关检测部分17。相关检测部分17顺序地检测由控制部分15指定的占用信道和电平监视扩频码之间的相关性，并使用对应的电平监视扩频码解扩接收电路部分14输出的信号。通过该解扩获得的功率谱被提供给电平检测器18和干扰检测器19，然后由它们分别测量接收电平和干扰电平。根据这个测量结果计算出一个CNR，并选择一个最佳小区。

基站设备20包括用于与移动终端10通信的多个天线21、连接到天线21的基站放大器(AMP)26、用于解调接收信号和调制发射信号的调制器/解调器(TRX)27、连接到调制器/解调器27的扩频单元28、连接到调制器/解调器27的控制总线控制30、监视控制单元31、2M/1.5M接口单元32、基站控制单元33和定时提供单元34。

尽管图2仅图示了基站设备20的发射系统，接收系统也包括高频放大部分、变频部分、解调部分、解扩部分等(未图示)。基站设备20通过使用一条占用信道为移动终端10指定系统控制和通信信道。根据这个指定，移动终端10测量接收电平和干扰电平并选择一个最佳小区。

在这样一种使用CDMA方案的常规移动通信系统中，单个频率被用于多个移动终端和一个基站设备之间的通信。为了使用单个频率与最大数量的移动终端通信，必需控制发射功率以最小化每条信道所需的功率。对于自多个移动终端到基站设备的上行信道，具体地说，从各个移动终端到基站设备的距离彼此不同。另外，移动终端是运动的。因此，传播损耗在每一时刻都是变化的。如果基站设备仅接收来自特定移动终端的一个高强度信号，该信号干扰其它的信道，导致信道容量的下降。

因此，在上行信道上，对移动终端的发射功率执行高速功率控制以使每个移动终端以最小的所需功率进行发射。在这个上行信道功率控制中，基站设备通常确定每个移动终端的上行信道质量并向每个移动终端发送一个发射功率控制信号。通常，根据由基站设备接收的来自每个移动终端的一个信号的接收功率与总接收功率之比来确定一条上行信道的质量。

在这种控制中，随着通信系统中的移动终端数量的增加，基站设备上总的接收功率增加。因此，不能获得足够的通信质量，除非每个移动终端以一个更高的发射功率进行发射。如果通信中的终端数量进一步增加，则可能会出现过载状态，基站设备中的总接收功率进一步增加。因此，每个移动终端都不能保证足够好的质量。

在这种状态下，位于在到基站设备的传播中出现高传播损耗的位置上的移动终端将其发射功率增加到可以进行发射的最大功率。在这种情况下，在上行信道上不能获得满意的质量，并且一些移动站可能被断开。

另外，在一种完全过载的状态中，在所有的移动终端中都不能获得必需的上行质量，并且基站设备指示每个移动终端增加发射功率。然而，即使移动终端将它们的发射功率增加到最大值，仍然有许多移动终端不能获得必需的上行信道质量并因此不能进行通信，从而导致异常的断开。

为了避免这种状态，可以使用下述方法。监视来自通信中每个移动终端的上行信道的误码率，当不能获得必需的信道质量时确定一个过载状态。此时，禁止任何其它移动终端的连接。在使用CDMA的蜂窝系统中，通常控制信道质量以将误帧率设置在百分之一至百分之几。因此，不能计算一个准确的差错率，除非在几百帧或更多的帧上执行误帧率的测量。另外，因为一个普通的帧长度是10毫秒至20毫秒，进行差错率测量需要花费几秒或更长的时间。

上述常规方法存在下列问题。

首先，误帧率测量需要花费几秒或更长的时间，而过载状态可能在测量中出现。

其次，误帧率因除过载状态之外的因素而增加(例如移动终端突然进入地下或进入隧道中)，因此很难正确地确定过载状态。

本发明的一个目的是提供一种上行信道过载检测电路和一种基站设备，所述上行信道过载检测电路可以使用一种简单的结构而能轻易地检测基站设备的过载状态，而不执行称作误帧率测量的任何复杂的测量。

为了实现上述目的，根据本发明，提供一种用于CDMA(码分多址)移动通信系统的上行信道过载检测电路，包括：接收电场测量装置，用于检测来自多个移动终端的接收信号的电场强度电平；第一存储装置，用于在没有多个移动终端的发射功率时将接收电场测量装置的输出存储为噪声电平；第二存储装置，用于将接收电场测量装置的输出存储为阈值电平，所述输出对应于来自多个移动站的所允许的发射数量；和比较装置，用于将接收电场测量装置输出的电场强度电平与通过相加在第一存储装置中存储的噪声电平和在第二存储装置中存储的阈值电平获得的总和值进行比较。

图1是一个方框图，表示根据本发明的一个实施例构成一个CDMA移动通信系统的一个基站设备；和

图2是一个方框图，表示构成一个常规CDMA通信系统的基站设备和移动终端。

下面将参考附图详细描述本发明。

根据CDMA方案，单个载波频率被用于多个通信，由为每个移动终端分配的唯一扩频码扩频该载波。移动终端检测来自多个移动终端的宽带载波，并通过将它乘以扩频码来解扩该载波，从而根据对应于相关程度的路径接收来自相应移动终端的数据。

图1表示根据本发明一个实施例的CDMA基站设备。参见图1，基站设备100包括用于从多个移动终端5接收信号的接收单元1、用于从接收单元1接收一个输出的过载检测部分2和用于控制接收单元1和过载检测部分3并被连接到主单元4的控制部分3。基站设备100包括在数量上比移动站多的接收单元1。

在接收单元1中，高频放大部分A1放大来自移动终端5和输入给基站设备100的CDMA高频信号。混频器部分A3将输入的高频信号和来自本地振荡器A2的一个信号相乘以将高频信号变频成一个中频信号。本地振荡器A2生成混频器部分A3执行变频所需要的本地振荡载波信号。带限滤波器A4仅通过来自混频器部分A3的中频信号中落入通信所需频带的信号。

解调部分A5解调带限滤波器A4输出的中频信号，并输出基于基带信号的接收数据。在解调该信号的过程中，解调部分A5的解扩部分A5a通过将分配给移动终端5的扩频码和基带信号相乘，来执行解扩。

在过载检测部分2中，接收电场测量部分A6测量中频信号的功率。这个功率检测也可以通过包络检测或延迟检测来执行；检测和输出模拟信号或数字信号。噪声电平存储部分A7存储在没有任何负载时接收电场测量部分A6的输出数值，并将其输出。阈值存储部分A9存储一个用于定义被确定为过载的特定负载状态的阈值，并输出相应值。相加部分A8将噪声电平存储部分A7输出的噪声电平值和阈值存储部分A9输出的阈值相加，并输出结果值。

比较部分A10将接收电场测量部分A6输出的当前接收电场值和相加部分A8输出的接收功率阈值进行比较。在这种情况下，如果当前接收电场值较大，输出一个过载通知。如果当前接收电场值变得小于阈值，取消过载通知。控制部分3将解调部分A5输出的接收数据和比较部分A10输出的过载通知/取消通知转送至主单元4。控制部分3将接收噪声电平的指令发送给噪声电平存储部分A7，并在阈值存储部分A9中设置一个用于确定过载状态的阈值。

在这个实施例中，提出了一个上行信道过载检测电路。例如，根据基于美国的国际标准IS-95B的系统，在上行和下行数据速率不同的状态中使用该系统的假设条件下，支持数据通信。通常，下行信道上的数据量大于上行信道的数据量。然而，例如，当用户希望发送大量的数据时，上行信道上的数据量可能会变大。在这种情况下，在IS-95B系统中，将使用称作“辅助信道”的专用于数据通信的信道进行数据传输。

IS-95B定义最多可以有七条辅助信道用于这个上行信道。即，如果多个终端同时在一条上行信道上高速发送数据时，该信道就会立即变成过载状态。因此，在这个实施例中，上行信道过载检测电路变得很重要。

通常知道根据下面的等式(1)可以确定CDMA中的一个给定信道是否过载。

  负载(％)=(1-[没有负载时的接收功率]/[当前总接收功率])×100(1)

根据这一理论，本发明的负载检测部分2从基站设备100的接收单元1接收一个接收信号，测量接收功率值，并通过比较没有负载时的接收功率值与当前总的接收功率值来识别过载状态。

基站设备100检测自身小区的过载状态，并将相应信息通知主单元4。这使得在该小区内进行通信的移动终端5受到负载严重影响之前，可以通过主单元4限制始发/终接操作，到另一频率的硬越区切换等。

接着将描述具有这种结构的基站设备100的操作。

移动终端5发射的无线电波由接收单元1接收。由接收单元1接收的无线电波被高频放大部分A1放大，并由混频器部分A3变频成中频信号。结果信号由带限滤波器A4滤波以仅获得所需频带内的中频信号。可以检测多个移动终端5在单个频率载波上所发射信号的相对载波电平。解调部分A5解调带限滤波器A4输出的中频信号，并获得用扩频码解扩的接收数据。该接收数据通过控制部分3发送给主单元4。

主单元4检测来自每个移动终端5的传输路径并确定对应于扩频码的移动终端5。即，通过使用与来自相应移动终端5的扩频码相匹配的扩频码来计算相关，并确定与显示最大相关的扩频码相对应的移动终端5，从而允许与移动终端5的通信。另外，主单元4通过使用公用电话网、ISDN(综合业务数字网)和互联网等搜索由移动终端5指定的远端电话机的电话号码或者远端移动终端的地址，并输出一个来话呼叫，从而允许与移动终端5的数据通信。

带限滤波器A4输出的中频信号还被输入给过载检测部分2。接收电场测量部分A6从输入的中频信号测量出接收电场强度，并将结果数据输出给比较部分A10。

噪声电平存储部分A7存储在没有负载的状态下由接收电场测量部分A6测量的接收电场作为相应接收机的噪声电平。没有负载的状态是在不考虑中频信号电平的情况下没有来自解调部分A5的接收数据可以被检测到的状态。这种情况下的接收数据是类似于白噪声的空中无线电波噪声。阈值存储部分A9预先存储被定义为过载的接收电场和噪声电平之间的差值。

被定义为过载的接收电场是基站设备所允许数量(容量)的所有移动终端5同时向基站设备发送信号的情况下的接收电场。另外，当从在基站设备的邻近区域或分区内在距离上被随机排列的多个移动终端5发射信号时，对应于所允许数量的移动终端的接收电场强度被设置为一个阈值。

相加部分A8将噪声电平存储部分A7输出的噪声电平和阈值存储部分A9输出的阈值相加，并将结果数据输出给比较部分A10。比较部分A10比较接收电场测量部分A6输出的当前接收电场和相加部分A8输出的总和值。如果当前接收电场值大于过载阈值，比较部分A10向控制部分3发送一个过载通知。一旦接收到过载通知，控制部分3将它转发给主单元4，从而限制始发/终接操作。注意到控制部分3可以禁止来自移动终端5的通信请求。

当少量移动终端5在基站设备的天线附近发射信号时，在CDMA中不可能出现以下情况：基站设备的接收电场增加，并且由接收电场测量部分A6获得的电场测量结果也增加，导致被确定为过载。即，基站设备和移动终端5具有相互控制发射功率的功能，并且靠近基站设备天线的移动终端5通过消息控制等来相互控制发射功率从而以低发射功率来管理发射。由靠近天线的一个移动终端5不正常地增加接收电场强度是不可能的。这是因为由基站设备使用唯一的扩频码确定唯一移动终端5的发射功率，并且所指定的移动终端5被通知发射功率的超过或不足，从而执行控制。

接着将描述确定过载状态的方式。在CDMA中，当出现一个上行信道过载时，相应的小区停止工作。这将在下文中被详细描述。在CDMA系统中，所有的终端使用单一频率执行通信。即，必需与位于距基站不同距离的位置上(不同的传播损耗)的多个移动终端5执行通信。即使在CDMA中，如果来自给定移动终端5的一个信号在电场强度上远高于其余的移动终端5，来自其余移动终端5的信号不能在相应的小区内被接收。将在理论上进一步说明这种现象。当在基站设备中解扩一个接收信号时，如果数据通信所需的信号能量与噪声之比足够大，可以执行通信。这个信号的能量与噪声之比通常用EB/NO等来表示。

根据上述说明，一个移动终端5以很高的强度发射一个信号。然而，在实际的CDMA中，执行高速发射功率控制以允许基站设备以最大的一致性从各个移动终端5接收上行信号。即，通过使所有的移动终端5执行最小的必需发射以使可以使用一个频率执行通信的移动终端5的数量最大。

即使在这种情况下，并非无限数量的移动终端5可以使用一个无线电频率执行通信。如果来自移动终端5的信号总量变得很大，因为移动终端5的数量的增加导致无法获得足够大的信号能量与噪声比。即使来自其它移动终端5的信号被解扩，它们也并不变成0而保留为能量，因此只能为一个指定信号获得扩频增益。然而，如果来自其它移动终端5的信号在强度上很大，它们不能被解调。对于基站来说这是一种危险的状态。

基站监视信号能量与噪声比E_B/N_O，并向移动终端5发送一个发射功率控制信号。每个移动终端5根据这个控制信号执行发射功率控制。然而，如果出现上述状态，不能从来自任何移动终端的信号获得信号的目标能量与噪声比E_B/N_O，因此基站设备向所有的移动终端5输出一个指令来增加发射功率。

响应于这个指令，每个移动终端5增加发射功率。然而，因为其余的移动终端5同时增加发射功率，相互干扰电平增加。结果，不能获得目标信号能量与噪声比。因此，基站指示移动终端5增加发射功率，移动终端5进入增加发射功率的循环，并且不能在相应的小区内执行通信。最终，不能增加发射功率的移动终端5相继被异常断开。这种状态是“相应小区不能工作”即小区过载的状态。

尽管在上述实施例中，没有详细描述确定噪声电平的方案，可以通过将一个假负载连接到天线端子并执行测量来确定噪声电平。当没有信号被输入给基站时，这个小区的负载被定义为0％。因此，噪声电平根据基站所安装的位置而变化。为了检测上行信道过载状态，基站的位置是除了阈值之外的一个重要参数。

当一个天线被连接时，即使没有移动终端5在通信或者接收到CDMA无线电波之外的干扰无线电波，相应小区的负载也增加。因此，通过将相加预先测量的噪声电平所获得的阈值与对应于基站位置的电场电平进行比较，来确定负载状态。

上述实施例已经举例说明了一个小区未被划分成各个扇区的情况。然而，本发明同样可以适用于一个小区被划分成多个扇区的情况。更具体地说，当一个基站覆盖三个扇区和每个扇区执行二支路接收分集时，一个基站包括六个接收机。在这种结构中，当一个接收机变得过载时，整个基站不被确定为过载，并为每个扇区执行过载管理。如果一个扇区内的一个接收机被设置在过载状态中，那么覆盖过载状态接收机的扇区就可以被确定为过载扇区，并且不能为这个扇区分配呼叫。

注意到可以提供在数量上与基站设备中的接收机相同的过载检测电路。也可以通过由一个小区或扇区公用的过载检测电路来时分检测多个接收机的过载状态。

根据本发明，通过在出现过载状态之前检测负载状态，例如通过根据负载状态不向小区分配呼叫可以控制小区的负载。这可以防止由基站设备管理的小区内进行话音通信的移动终端在小区变得过载时被断开。

勉强在一个过载小区内执行通信的移动终端以接近最大功率的发射功率发射信号，因此可能干扰邻近小区内的上行信道。然而，根据本发明，对负载状态的控制防止一个小区变得过载，从而可以降低小区内进行通信的移动终端对另一小区内上行信道的干扰。

在为了检测负载状态而对使用中的所有上行信道监视差错率的方案中，被监视的信道数量越大，则监视单元变得越复杂。另外，差错率由于负载状态以外的因素变化。因此，不能正确地确定负载状态。根据本发明，因为仅监视接收电场，结构简单，并且可以根据接收电平准确地计算负载状态。这使得可以轻易地和准确地实现检测负载状态的功能。

Claims (7)

1．一种用于码分多址(CDMA)移动通信系统的上行信道过载检测电路，其特征在于包括：

接收电场测量装置(A6)，用于检测来自多个移动终端(10)的接收信号的电场强度电平；

第一存储装置(A7)，用于在没有多个移动终端的发射功率时将接收电场测量装置的输出存储为噪声电平；

第二存储装置(A9)，用于将接收电场测量装置的输出存储为阈值电平，所述输出对应于所允许的多个移动站的发射数量；和

比较装置(A10)，用于将接收电场测量装置输出的电场强度电平与通过相加在第一存储装置中存储的噪声电平和在第二存储装置中存储的阈值电平获得的总和值进行比较。

2．根据权利要求1的电路，其中如果总和值小于电场强度电平，所述比较装置确定接收能力为过载。

3．根据权利要求1的电路，其中当表示电场强度电平与噪声电平之比的负载比不小于预定值时，所述比较装置确定过载。

4．根据权利要求1的电路，还包括：

高频装置(A1)，用于接收来自多个移动终端的发射功率；

混频器装置(A3)，用于将所述高频装置输出的高频信号变频成中频信号；和

滤波器装置(A4)，用于滤波所述混频器装置输出的中频信号，以将信号输出给所述接收电场测量装置。

5．根据权利要求1的电路，其中所述电路还包括：

解调装置(A5)，用于解调所述滤波器装置输出的中频信号；和

解扩装置(A5a)，用于使用扩频码解扩所述解调装置的解调输出；和

通过使用所述解扩装置的输出来检测多个移动终端的传输路径，从而指定多个移动终端中对应于该扩频码的一个移动终端。

6．一种码分多址(CDMA)移动通信系统中的基站设备，其特征在于包括：

高频装置(A1)，用于接收来自多个移动终端的发射功率；

混频器装置(A3)，用于将所述高频装置输出的高频信号变频成中频信号；

滤波器装置(A4)，用于滤波所述混频器装置输出的中频信号以将信号输出给所述接收电场测量装置；

接收电场测量装置(A6)，用于检测所述滤波器装置输出的电场强度电平；

第一存储装置(A7)，用于在没有多个移动终端的发射功率时将所述接收电场测量装置的输出存储噪声电平；

第二存储装置(A9)，用于将接收电场测量装置的输出存储为阈值电平，所述输出对应于多个移动终端的所允许的发射数量；和

比较装置(A10)，用于将接收电场测量装置输出的电场强度电平和通过相加在第一存储装置中存储的噪声电平和在第二存储装置中存储的阈值电平获得的总和值进行比较；

解调装置(A5)，用于解调所述滤波器装置的输出并输出接收数据；和

控制装置(3)，用于将所述解调装置输出的接收数据和所述比较装置的输出中转送到主单元(4)；

其中，根据来自所述控制装置的负载通知，所述主单元限制来自多个移动终端的传输信道的数量。

7．根据权利要求6的设备，其中根据所述比较装置的输出，一旦接收到来自移动终端的通信请求，所述控制装置执行控制以禁止通信。

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