CN1329801A - 用于具有多载波功率放大器的基站的分载 - Google Patents

Abstract

本发明提供可以用来在时隙之间或在基站之间移动用户以便更好地利用MCPA输出功率资源的一种方法。根据本发明的示例性实施例,将由某一MCPA服务的所有收发信机的功率与门限值X进行比较。此值X至少在输出功率方面与MCPA的容量有关。如果任何时间(即,在所有时隙上)输出功率之和都不超过门限值X,则假定此MCPA能处理所有的同时传输。如果在至少一个时隙期间发现所要求的输出功率超过服务MCPA的容量,则调用重新分配或分载算法。此重新分配算法查找在同一基站或由此MCPA服务的许多收发信机内能对其进行重新分配的时隙。如果没有时隙能处理超过MCPA极限的时隙的用户,则启动分载算法并开始查找由其他MCPA(例如,其他小区)服务的收发信机中的传输资源。描述与执行重新分配或分载的方式相关的本发明的许多可选择实施例。通过重新分配或移动特定类型的用户(例如,单时隙用户)和避免其他特定类型的用户的重新分配,进一步改善分载与重新分配。

Description

用于具有多载波动率放大器的基站的分载

本发明一般涉及采用时分多址(TDMA)信道策略的蜂窝系统。更具体地，本发明涉及用于具有多载波功率放大器(MCPA)的基站的分载方法。

采用多载波功率放大器(MCPA)的基站结构表示在图1中。在图1中，基站100包括在预定频率上发送与接收信号的N个收发信机110₁-110_N。收发信机110₁-110_N发送将发送给多载波功率放大器(MCPA)120的信号，在MCPA120中放大和线性化这些信号。

基站100也包括测量从天线140中输出的功率的传感器150。控制器130根据由传感器150测量的输出功率控制从MCPA120输出的功率。如本领域普通技术人员将认识到的，基站100包括辅助数据的发送、接收与处理的附加电路。

设计具有高输出功率的MCPA是困难与昂贵的任务。由于MCPA设计为具有较高的最大输出功率，所以设计费用日益变得越来越昂贵。对于使用时分多址(TDMA)操作的基站，此基站的最大总输出功率限制任何一个时隙上频率载波的总输出功率。如本领域技术人员将认识到的，TDMA是将不同的信号分配到相同频率上的不同时隙的一种通信技术。通常与设计用于特定输出功率并操作在TDMA环境中的MCPA相关的一个问题在任何一个时隙所需的总输出功率超过那个时隙的最大指定功率时出现。在这样的情况中，此MCPA失去线性，导致链路质量降低。

下面的示例说明上述问题。考虑图2所示的时间图表。在图2中，由示例性基站使用的7个频率(1-7)表示在8个时隙之上。此时间图表中的数字以瓦特为单位表示正操作在特定频率上并分配到特定时隙的移动单元所要求的输出功率。例如，在频率1与时隙1上，此移动单元要求4瓦特(W)。每个时隙的总功率表示在此时间图表的下面。例如，对于时隙1，频率1-7的总输出功率是15W。对于此示例，假定此MCPA已设计为任何一个时隙总的最大输出功率是30W。现在假定当前正使用频率号7与时隙号1的用户想将其输出功率从3W增加到8W，此增加将使时隙1的总功率增加到仍然在可允许极限内的20W。然而，如果频率7与时隙7上的用户想将其输出功率从4W增加到8W，则时隙7的总功率将超过30W的最大指定输出功率。在这样的情况中，请求较高功率的用户将有可能不被允许请求的输出功率增加，从而导致与那个用户相关的链路质量的降低。

为了阻止诸如上述的MCPA的系统超过已限定其大小的最大容量而已经研制几种技术。分载是一种这样的技术。常规的分载基本上是将用户从已达到其最大容量的一个小区转移到能容纳此用户的另一小区的负载平衡的一种类型，此技术避免过载情况。下面的专利说明常规的分载技术。

在正在以最大容量操作的小区之间平衡负载的一种方法描述在Brody等人的并且题为“Load Balancing for Cellular RadioTelephone System”的美国专利号4670899中。在Brody等人的专利中，通过根据业务等级选择地将正在进行的呼叫转移到相邻小区来动态地重新分配各个小区的负载，以便给越区切换与新的呼叫预留信道。通过比较使用的信道数量与一个小区内可利用的信道数量来周期性地确定此小区的信道占用等级。在使用所有的信道之前越区切换呼叫，从而允许至少一个或多个信道预留给新的或输入呼叫。

根据Brody等人的专利，如果在也在相邻小区的范围内的一个小区的边缘上具有移动单元，则将此移动单元转移到此相邻小区，以便给与将越区切换到此小区的移动单元相关的新呼叫或正在进行的呼叫留有余地。虽然Brody等人的专利提供从一个小区至相邻小区的基于业务的呼叫越区切换的控制，但不同地处理由于负载平衡引起的越区切换与由于移动单元离开此小区而引起的越区切换，这产生非常复杂的系统。

在授予Jan等人并且题为“Dynamic Traffic Load DistributionMethod”的美国专利号5625868中，在第一卫星中的功耗电平超过某一预定电平时，将呼叫的控制从第一卫星转移到具有部分地与第一卫星重叠的覆盖区域的第二卫星，这通过将第一卫星中的信道关断并接通第二卫星中的信道来实现。

在其全部引入在此作为参考的授予Bodin等人并且题为“LoadSharing Control for a Mobile Cellular Radio System”的共同转让的美国专利号5241685中，提出基于利用使用的占用信道的数量与可利用信道的数量之比定义的信道的占用的分载方法。

本发明与上述专利的区别在于提供根据基站相关的MCPA的功率测量调用的分载方法。本发明认识到人们可能想限制MCPA的最大输出功率以减少费用。本发明的分载方法使之能在基站中采用较低费用、较低功率的MCPA。

本发明试图通过以使利用同一MCPA的许多收发信机的输出功率之和不超过此MCPA输出功率的极限的智能方式重新分配传输资源来克服采用不限定大小的MCPA的系统中的拥塞与呼叫阻塞。

根据本发明的一个示例性实施例，将由某一MCPA服务的所有收发信机的功率与门限值X进行比较。此值X至少在输出功率方面与此MCPA的容量有关。如果任何时间(即，在所有时隙上)输出功率之和不超过门限值X，则假定此MCPA能处理所有的同时传输。如果在至少一个时隙期间发现所要求的输出功率超过服务MCPA的容量，则调用重新分配或分载算法。此重新分配算法查找在同一基站或由此MCPA服务的许多收发信机内能对其进行重新分配的时隙。如果没有时隙能处理来自超过MCPA极限的时隙的用户，则启动分载算法并开始查找由其他MCPA(例如，其他小区)服务的收发信机中的传输资源。描述涉及执行重新分配或分载的方式的本发明的许多可选择实施例。通过重新分配或移动特定类型的用户(例如，单时隙用户)并避免其他特定类型的用户的重新分配，进一步改善分载与重新分配。

本发明的上述目的与特性从下面结合附图的优选实施例的描述中将变得更加显而易见，其中：

图1表示采用MCPA的常规基站；

图2表示可能与基站相关的示例性时间图表；

图3表示一个示例性蜂窝移动无线电系统；和

图4表示根据本发明的示例性实施例的分载方法。

图3表示一个示例性蜂窝移动无线电系统。在图3中，此蜂窝移动无线电系统表示为包括10个小区。本领域技术人员将认识到典型的蜂窝无线电系统通常包括多于10的小区。然而，为简便起见，使用图3所示的简化再现来解释本发明。

每个小区C1-C10具有相应的基站B1-B10。图3表示位于小区中心的附近并具有全向天线的基站。因此，小区C1-C10示意地表示为六边形。然而，相邻小区的基站可能位于小区边界的附近并具有定向天线，这对于本领域技人员来说是公知的。根据本发明的示例性实施例，这些基站具有MCPA并使用时分多址(TDMA)技术操作。

图3也表示可在一个小区内和在多个小区之间移动的9个移动站M1-M9。在典型的蜂窝无线电系统中，通常具有多于9个的蜂窝移动站。事实上，一般具有是基站的许多倍的数量的移动站。然而，为了解释本发明，减少数量的移动站已足够。

在图3中也示出的是示例性数量的基站控制器BSC1-BSC3和移动交换中心MSC。基站控制器BSC1-BSC3控制基站的操作。移动交换中心MSC连接到每个基站控制器BSC1-BSC3并连接到固定公用交换电话网络或类似的固定网络(未示出)。虽然在图3中只示出一个移动交换中心，但本领域技术人员将认识到可以采用附加的移动交换中心。

如上所述，本发明最适合于其中限制系统功率的TDMA环境。上面结合图1给出其中可以实施本发明的分载方法的示例性基站。操作在TDMA环境中的这样的基站通常与多个频率载波相关。将每个频率载波划分为多个时隙，将移动站分配到这些时隙上。返回到图2。例如，描述与示例性基站相关的频率。为解释目的，将这7个频率之中的每一个频率划分为8个时隙。将移动用户分配到一个或多个时隙以便传输。

在已将MCPA的大小限定为特定的最大输出功率时，超过那个最大极限导致线性丢失并导致规范(GSM，IS-136等)的破坏。如上面具体所述的，希望限制MCPA的最大输出功率以便例如减少费用。本发明的分载方法允许基站采用较低功率并因此为较低费用的MCPA。

根据本发明的示例性实施例，如果在同一小区中的时隙与频率之间(小区内越区切换)或在小区之间(小区间越区切换)移动其任何一个特定时隙的功率要求超过用于那个时隙的MCPA输出功率的极限的用户，能采用减小输出功率的MCPA。图4表示本发明的分载方法。

在图中，例如，通过测量确定基站的每个时隙的总功率(步骤410)。随后将每个时隙(TS)上所有频率的功率之和与门限值X进行比较(步骤420)。能将门限值X设置为每个时隙的最大指定功率(即，用于那个时隙的MCPA允许的最大功率)或在可选择方案中将此值X设置为低于最大指定功率的某一值。

为了说明步骤420中的比较，考虑图2的时间图表。如上所述，在此时间图表下面提供每个时隙上所有频率的功率之和。例如，对于时隙1，功率之和等于15W，而对于时隙3，功率之和等于30W。如果将此示例性MCPA限制为每个时隙允许30W的最大功率，则可以将此门限值X选择为30W或某一较低值。如果此门限值X选择为30W，则对于图2所示的总输出功率，由于每个时隙的功率之和未超过30W的门限值，所以步骤420中的比较对于所有的时隙将得到“NO(否)”回答。然而，如果在频率3与时隙3上的用户想将其功率从4W增加到6W，则对于那个时隙将超过此门限值，导致对于步骤420的“YES(是)”回答。

如果步骤420中的比较表示没有时隙具有大于门限值X的总功率，则假定此MCPA能处理所有的同时传输并且此系统返回到步骤410。如果在可选择方案中确定存在超过此门限值X的一个或多个时隙，则将每个剩余时隙(即，其总的输出功率未超过此门限值X的那些时隙)的总功率与第二门限值Y进行比较(步骤430)。此门限值Y是“保护”值，以使移动的用户将不给同一时隙上的其他用户带来问题。本领域技术人员将认识到：此门限值Y能是一个固定值或诸如请求的功率增加、请求功率的绝对值、最大指定功率等的各种参数的函数。

为了说明步骤430中的比较，又考虑图2所示的时间图表。又假定：在频率3与时隙3上的用户想将其功率从4W增加到6W时，时隙3超过此门限值X(30W)，如上面的示例中所述的。随后将每个剩余时隙(即，时隙1、2与4)的总功率与门限值Y进行比较，此门限值Y应至少等于或小于门限值X(30W)减去所需输出功率(即，6W)。因此，将每个剩余时隙的总功率与24W的门限值进行比较。从图2中的时间图表中知道：时隙1、2、4-6与8满足此要求，从而对于步骤430中的比较得到“YES”回答。

如果在步骤430未找到具有低于门限值Y的时隙，则调用如引入在此作为参考的授予Bodin等人的美国专利号5241685中所述的修改版本的小区分载算法(步骤440)并开始小区间越区切换。本发明与美国专利号5241685中所述的小区分载算法之间的差别在于：与占用等级准则相反，利用输出功率准则启动本发明的小区分载算法。在确定特定小区的占用是否超过预定的占用门限值之前，确定与那个小区相关的每个时隙的所有频率的功率之和并将此和与门限值Y进行比较。如果确定存在小于门限值Y的一个或多个时隙，则Bodin等人的专利中所述的算法继续。如果所考虑的小区中的所有时隙等于或超过门限值Y，则考虑下一个相邻小区。

如果确定多个小区具有小于门限值Y的时隙，则选择最高排序的小区。“分载”的概念是改变用于越区切换的门限值，以使一个小区的边缘上的移动站能较早地越区切换到另一小区(即，与自己的小区相比较增加其他小区的排序)。这表示：由于一个小区中移动站的数量或一个时隙上的总功率而在调用分载算法时，自己的小区将“收缩”并且自己的小区的边缘上的移动站将进行至最高排序小区的小区间越区切换。

本领域技术人员将认识到：在某些情况中移动除请求输出功率增加的用户之外的用户可能是有益的。例如，这可能是因为此小区内其他用户的位置、已指定给此其他用户的时隙的数量、此其他用户的速度、此其他用户所要求的输出功率量、信号强度、信号质量和/或业务类型(即，语音或数据)而引起的。通过将此其他用户移动到另一小区，可以在同一小区中的一个时隙上释放足够的功率，以便能或利用请求较高输出功率的用户或那个特定时隙上的某一其他移动站进行小区内越区切换。

如果找到具有低于门限值Y的总功率的一个或多个时隙，则选择具有最低总功率的时隙(步骤450)并且此系统将对高输出功率时隙上的一个用户进行小区内越区切换以便切换到具有最低总功率的时隙(步骤460)。

如上结合小区间越区切换所述的，在某些情况中移动除请求输出功率增加的用户之外的用户可能是有益的。在确定哪个用户将在小区内越区切换中移动时考虑的几个因素包括但不限于已分配给此用户的时隙的数量、那个用户的功率要求、信号强度、信号质量、业务类型(即，语音或数据)等。

而且，可能希望移动四周的多个用户以释放特定时隙上足够的功率给请求输出功率增加的用户。例如，在图2中，假定新的用户请求27W的输出功率。没有时隙能容纳此新用户而不超过30W的最大门限值。然而，如果在时隙1中将频率1与频率4上的用户移动到时隙5或8，则此新用户能容纳在时隙1上并且时隙1上的用户能容纳在时隙5或8上而不超过30W的门限值。

在确定不能执行小区内或小区间越区切换以便给用户提供请求的输出功率增加时，基站的输出功率在那个时隙上保持恒定并拒绝较高输出功率的请求。然而，本领域技术人员将认识到：如此能危及基站与移动站之间的通信或至少降低链路的性能。一种可能的解决方案是：即使不增加到请求的电平，也将请求用户的输出功率增加到指定给那个时隙的最大值。可选择地，能将此用户移动到能给此用户提供最高输出功率增加的时隙。不管是否将输出功率增加到当前分配给此用户的时隙或此用户移动至的另一时隙中的最大指定值，将重新启动图4所示的分载方法，以确定同一小区或不同小区内能提供请求的输出功率的可选择时隙是否已变得可利用。

根据本发明的另一实施例，提供是MCPA中的总功耗的函数的第三门限值。假定所有的时隙在此功率极限内，因此不调用本发明，即，所有时隙的总功率小于门限值X，但在每个时隙上非常接近X。如果用户想增加功率，则在所有时隙的总功率大于门限值Y时调用小区间越区切换是唯一的解决方案。在一些用户越区切换到另一小区之前将具有一些延迟，并且在此时间期间，拒绝想增加输出功率的链路增加功率。如果引入是MCPA上最大输出功耗的百分比的第三门限值Z，则能避免上述延迟。知道MCPA中可能的绝对总功率(即，限定MCPA的最大功率或知道每个时隙的最大指定功率)，并且如果MCPA(所有时隙与所有频率)中的总功率大于最大值的Z％，则调用小区分载算法并立即开始小区间越区切换。结果，避免上述延迟。

虽然提出无线电通信系统中的每个小区与单个MCPA相关的上述实施例，但本领域技术人员将认识到多个MCPA可以与单个小区相关。结果，小区内越区切换同样可应用于具有多个MCPA的单个小区，其中与第一小区中的第一MCPA相关的一个时隙的用户越区切换到那同一个第一小区中的第二MCPA相关的时隙。

前面已经描述本发明的原理、优选实施例和操作模式，然而，本发明不应认为限于上面讨论的特定实施例。因而，上述实施例应认为是示意性的而不是限制性的，并且应认识到：本领域普通技术人员可以对这些实施例进行变化而不脱离利用下面的权利要求书定义的本发明的范畴。

Claims (34)

1.用于在无线电通信系统中执行越区切换的一种方法，所述方法包括以下步骤：

确定每个时隙从第一基站中同时发送的信号的输出功率之和；和

如果所述和超过第一门限值，则启动越区切换处理。

2.权利要求1的方法，其中所述越区切换处理是小区内越区切换。

3.权利要求1的方法，其中所述越区切换处理是小区间越区切换。

4.权利要求1的方法，还包括以下步骤：

确定在所述第一基站上是否存在具有低于第二门限值的输出功率之和的至少一个可选择时隙；和

如果至少一个可选择时隙存在，则执行从具有超过第一门限值的输出功率之和的第一时隙至所述至少一个可选择时隙之一的小区内越区切换。

5.权利要求4的方法，其中根据最低的总输出功率选择所述至少一个可选择时隙之中的所述一个时隙。

6.权利要求4的方法，还包括以下步骤：

在将要执行小区内越区切换时，确定哪个用户将移动到所述至少一个可选择时隙之中的所述一个时隙。

7.权利要求6的方法，其中所述用户确定步骤基于分配给用户的许多时隙之中的一个或多个时隙、所述用户的功率要求、信号强度、信号质量和业务类型。

8.权利要求2的方法，其中所述小区内越区切换包括将多个用户移动到不同的时隙。

9.权利要求4的方法，其中所述第二门限值是每个时隙可利用的输出功率和为越区切换选择的用户的所需输出功率的函数。

10.权利要求4的方法，还包括以下步骤：

如果不存在至少一个可选择时隙，则启动小区间越区切换处理；

确定在第二基站上是否存在具有低于所述第二门限值的输出功率之和的至少一个可选择时隙；和

如果在第二基站上存在至少一个可选择时隙，则执行从具有超过所述第一门限值的和的所述第一基站上的一个时隙至所述第二基站上的所述至少一个可选择时隙之一的用户的小区间越区切换。

11.权利要求1的方法，还包括以下步骤：

确定在至少一个其他基站上是否存在具有低于第二门限值的输出功率之和的至少一个可选择时隙；和

如果在至少一个其他基站上存在至少一个可选择时隙，则执行从具有超过所述第一门限值的和的所述第一基站上的一个时隙至所述至少一个其他基站之一上的所述至少一个可选择时隙之一的用户的小区间越区切换。

12.权利要求11的方法，还包括以下步骤：

在将要执行小区间越区切换时，确定哪个用户将移动到所述至少一个其他基站之一上的所述至少一个可选择时隙之中的所述一个时隙。

13.权利要求12的方法，其中所述用户确定步骤基于由所述第一基站覆盖的小区内此用户的位置、所述用户的速度、已分配给此用户的时隙的数量、此用户所要求的功率量、信号质量、信号强度和业务类型之中的一个或多个因素。

14.用于在无线电通信系统中执行用户的越区切换的一种方法，所述方法包括以下步骤：

将每个时隙的总功率与第一门限值进行比较；

为响应至少一个时隙超过所述第一门限值的确定，将未超过所述第一门限值的每个时隙与第二门限值进行比较；和

执行小区内越区切换与小区间越区切换之一，以响应相对所述第二门限值的所述比较。

15.权利要求14的方法，其中在确定一个时隙的总功率低于所述第二门限值时，执行所述小区内越区切换。

16.权利要求14的方法，其中在每个时隙的总功率等于或超过所述第二门限值时，执行所述小区间越区切换。

17.权利要求14的方法，还包括以下步骤：

在相对第二门限值进行比较的所述步骤之前，将所有时隙的总功率之和与第三门限值进行比较；和

如果所述和超过所述第三门限值，则执行小区间越区切换。

18.用于在无线电通信系统中执行越区切换的一种系统，所述系统包括：

用于确定每个时隙从第一基站同时发送的信号的输出功率之和的装置；和

用于在所述和超过第一门限值时启动越区切换处理的装置。

19.权利要求18的系统，其中所述越区切换处理是小区内越区切换。

20.权利要求18的系统，其中所述越区切换处理是小区间越区切换。

21.权利要求18的系统，还包括：

用于确定在所述第一基站上是否存在具有低于第二门限值的输出功率之和的至少一个可选择时隙的装置；和

用于在至少一个可选择时隙存在时执行从具有超过第一门限值的输出功率之和的第一时隙至所述至少一个可选择时隙之一的小区内越区切换的装置。

22.权利要求21的系统，其中根据最低的总输出功率选择所述至少一个可选择时隙之中的所述一个时隙。

23.权利要求22的系统，还包括：

用于在将要执行小区内越区切换时确定哪个用户将移动到所述至少一个可选择时隙之中的所述一个时隙的装置。

24.权利要求23的系统，其中用于确定哪个用户将移动的所述装置根据分配给用户的时隙的数量、所述用户的功率要求、信号强度、信号质量和业务类型之中的一个或多个因素进行确定。

25.权利要求19的系统，其中所述小区内越区切换包括将多个用户移动到不同的时隙。

26.权利要求21的系统，其中所述第二门限值是每个时隙可利用的输出功率和为越区切换选择的用户的所需输出功率的函数。

27.权利要求21的系统，还包括：

用于在不存在至少一个可选择时隙时启动小区间越区切换处理的装置；

用于确定在第二基站上是否存在具有低于所述第二门限值的输出功率之和的至少一个可选择时隙的装置；和

用于在第二基站上存在至少一个可选择时隙时执行从具有超过所述第一门限值的所述第一基站上的一个时隙至所述第二基站上的所述至少一个可选择时隙之一的用户的小区间越区切换的装置。

28.权利要求18的系统，还包括：

用于确定在至少一个其他基站上是否存在具有低于第二门限值的输出功率之和的至少一个可选择时隙的装置；和

用于在至少一个其他基站上存在至少一个可选择时隙时执行从具有超过所述第一门限值的所述第一基站上的一个时隙至所述至少一个其他基站之一上的所述至少一个可选择时隙之一的用户的小区间越区切换的装置。

29.权利要求28的系统，还包括：

用于在将要执行小区间越区切换时确定哪个用户将移动到所述至少一个其他基站之一上的所述至少一个可选择时隙之中的所述一个时隙的装置。

30.权利要求29的系统，其中用于确定哪个用户将移动的所述装置根据由所述第一基站覆盖的小区内此用户的位置、所述用户的速度、已分配给此用户的时隙的数量、此用户所要求的功率量、信号质量、信号强度和业务类型之中的一个或多个因素进行此确定。

31.用于在无线电通信系统中执行用户的越区切换的一种系统，所述系统包括：

用于将每个时隙的总功率与第一门限值进行比较的装置；

用于为响应至少一个时隙超过所述第一门限值的确定而将未超过所述第一门限值的每个时隙与第二门限值进行比较的装置；和

用于执行小区内越区切换与小区间越区切换之一以响应相对所述第二门限值的所述比较的装置。

32.权利要求31的系统，其中在确定一个时隙的总功率低于所述第二门限值时，执行所述小区内越区切换。

33.权利要求31的系统，其中在每个时隙的总功率等于或超过所述第二门限值时，执行所述小区间越区切换。

34.权利要求31的系统，还包括：

用于将所有时隙的总功率之和与第三门限值进行比较的装置；和

用于在所述和超过所述第三门限值时执行小区间越区切换的装置。

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