CN1373572A - 一种宽带码分多址系统混合业务的接纳控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种WCDMA系统混合业务的接纳控制方法。所述方法采用混合业务接入情况下在无线网络控制器(RNC)中,根据基站(Node B)测量到的负荷功率值和给定的呼叫业务的QoS(速率和误码率要求),预测业务接入时系统负荷的变化量,与所设定的门限进行比较,若低于门限值就接纳,若超过设定的接纳门限值就不接纳。本发明采用了计算机容易实现的曲线剪接计算方法,避免在混合业务接入时求解联合方程组的困难,能够实时快速地处理业务的呼叫,在保证系统稳定运行的前提下接入多种速率的业务。

Description

一种宽带码分多址系统混合业务的接纳控制方法

本发明涉及宽带码分多址系统混合业务情况下的接纳控制方法，属于第三代移动通信系统——宽带码分多址(WCDMA)领域。

移动通信近来发展十分迅速，短短几年间已经成为人类生活中非常重要的一部分，同时在Internet迅猛发展的推动下，人们对移动Internet的渴求极大地推动了第三代移动通信系统(IMT-2000)的发展。宽带码分多址(WCDMA)系统是第三代移动通信系统(IMT-2000)的主流。

WCDMA系统中，由于系统的无线链路容量非常有限，在用户发起呼叫请求无线接入时必须进行接纳控制。接纳控制的基本前提是对系统小区目前运行的负荷有一个正确的统计，并对新接入业务的负荷增量进行预测和估计。目前，预测呼叫业务负荷增量的方法是基于吞吐量的方法。具体参考芬兰诺基亚公司Harri Holma等人关于3GPP协议规范所著——“UMTS的WCDMA——第三代移动通信的无线接入”。接纳控制方法有两种方法：基于功率和基于吞吐量的方法。在实际的WCDMA系统中，3GPP标准规定功率是一个必选的测量值，容易得到，且精确度高，由Node B(基站)实时测量上报RNC(无线网络控制器)，再由RNC中的RRM(无线资源管理与控制)功能模块进行计算，实施呼叫接纳控制。

WCDMA技术是第三代移动通信系统的主流技术，与第二代系统的主要区别是承载的业务不同，第三代系统则是话音业务和分组数据业务并重的混合业务，因而两代系统的接纳控制方法必然不同。

目前，第三代移动通信系统的接纳控制等系统控制方法尚无统一的标准，还没有检索到针对混合业务接纳控制方法的专利文献，以及明确针对混合业务情况下功率曲线剪接的接纳控制方法的文章。

本发明的目的在于提出一种在混合业务接入WCDMA系统时，以系统小区上行接收功率测量值为基础、对功率上升曲线进行剪接来实现接纳控制的方法。

本发明提出以系统小区上行接收功率测量值为基础、曲线剪接实现接纳控制的方法，包括以下步骤：

步骤1：从呼叫业务的QoS中提取业务信源速率R、所需信噪比Eb/No值；

步骤2：根据以下公式计算第i个单一业务接入时对应的上行接收功率负荷

      上升曲线； $P_i=10\lg ({10}^{-10.3}+1.55(i-1){10}^{0.1P_i})-(\mathrm{PG}-\frac{E_b}{N_0})\mathrm{dBm}$

步骤3：由以下N阶多项式分别逼近各单一业务的曲线；

Y＝P(1)X^N+P(2)X^(N-1)+...+P(N)X¹+P(N+1)X⁰

步骤4：从基站上报测量数据组中取得小区接收总功率的测量值；

步骤5：以小区接收总功率值为基点，将对应业务信源速率R的曲线剪接一个单位的负荷增量曲线接在基点功率上，即在基点功率值加上一个用户(速率为R)的功率增量得到预测的小区功率负荷值η；

步骤6：当预测的功率负荷值η满足η≤-84dBm时，接纳呼叫，向无线网络控器(RNC)返回接纳信令；

步骤7：启动码资源分配子进程。

所述的步骤1包括：首先计算白噪声功率P₀＝kT₀B，并通过P₀(dB)＝10lg(kT₀B)计算白噪声功率的dBm值，其中T₀为环境绝对温度(°K)，k为波尔兹曼常数，为1.38×10^-23焦耳/°K，B是通信带宽(Hz)，WCDMA系统的通信带宽为5MHz；常温下取P₀＝-103dBm；

其次根据公式 计算第一个用户接入时的接收功率值；其中

为处理增益，

(dB)为接入业务所需的信噪比。

所述的WCDMA系统混合业务的接纳控制方法步骤2中第i个用户接入后Node B小区(基站)的接收总功率按以下公式计算：

P_{i_total}＝P_i+10lg(i) dBm

所述的WCDMA系统混合业务的接纳控制方法步骤3中Y是纵坐标，代表功率值，单位是dBm；X是横坐标，代表吞吐量，单位是Kbps。P(i)是N阶多项式的系数，指数10^x用exp(x)表示，对于每种业务的功率上升曲线对应不同的系数，P(N+1)是常数项。

所述的WCDMA系统混合业务的接纳控制方法步骤4中从Node B(基站)上报测量数据组中取得小区接收总功率的测量值是dBm值；

所述的WCDMA系统混合业务的接纳控制方法步骤5是指在单一业务对应曲线上剪下一段曲线(一个单位的负荷增量)，横轴上一个单位的吞吐量对应信源速率R(bps)。

所述的WCDMA系统混合业务的接纳控制方法步骤5中在目前基站的接收总功率基础上接上一个单位的负荷增量得到的功率值为预测的负荷值η；

所述的WCDMA系统混合业务的接纳控制方法，步骤5的预测负荷值η低于功率负荷门限值-84dBm才接纳。下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明方法的流程图；图2是5种单一业务的吞吐量与上行接收总功率关系曲线；图3是8K业务曲线逼近方法产生的误差曲线；图4是混合业务接入时总接收功率增加的剪接过程；图5是混合业务接入时总接收功率增加的实际过程。

图1是本发明方法的流程图。本发明的原理是当任何时候知道一个功率值(基站小区目前的接收总功率值)和一个呼叫业务速率R，利用单一业务对应的多项式加单一业务对应的多项式系数，通过迭代试探法在千分之一的误差内，在单一业务对应的曲线上找到一个与功率值对应的吞吐量值，在此基础上加上业务信源速率(吞吐量增量)，得到系统小区的预测吞吐量，反过来，再由此预测吞吐量代入多项式，通过迭代试探法得到一个对应的功率值，由此功率值作为判决量与门限比较，不超过门限就可以接纳。这过程相当于在一个功率基点上，将业务速率R对应的功率上升曲线剪下一段接上，在图形上看就是曲线剪接过程，在计算机系统中是在千分之一误差精度内，由多项式和对应的系数通过迭代试探方法计算的。

当每次业发起业务呼叫时，必须从上报的数据中得到基站测量的小区上行接收总功率，以此实时测量的功率负荷值(基站中小区的接收总功率，以dBm计)作为功率基准点，将发起呼叫的业务速率作为吞吐量增量，在与业务速率对应的功率上升曲线上剪接一个单位段，曲线单位段在负荷曲线上的含义是：对应的横轴(吞吐量)是业务速率，对应纵轴(功率负荷)的是一个功率增量，相当于预测了业务的功率负荷增量；剪下业务对应的曲线单位段接在功率基准点上，得到假想接入业务后的总接收功率上升值，这个总接收功率上升值作为接纳控制的判断值，与所设定的门限进行比较，若低于门限值就接纳此业务，并分配相应的码资源。若超过设定的接纳门限值就不接纳，不必给呼叫的业务分配任何资源，通过系统相应功能模块给呼叫用户回送忙音。

图2将5种单一业务的吞吐量容量做出曲线，这是由公式(3)通过迭代试探计算法计算出来的，由于8Kbps、12.2Kbps话音的QoS参数与64Kbps、144Kbps、384Kbps等数据业务的不同，话音的平均信噪比要求约为5dB，对应误码率为千分之一，而数据的平均信噪比要求约为3dB，因而吞吐容量不同。且随着业务速率的提高，吞吐容量随之增大。8Kbps和12.2Kbps两种话音业务的曲线几乎重合。

以公式(6)多项式逼近各单一业务功率负荷曲线的系数为：

(1)8K业务：15阶多项式P(1)＝5.752383exp(-37)，P(2)＝-3.268764exp(-33)，P(3)＝8.370813exp(-30)，P(4)＝-1.276665exp(-26)，P(5)＝1.291100exp(-23)，P(6)＝-9.122818exp(-21)，P(7)＝4.623357exp(-18)，P(8)＝-1.698085exp(-15)，P(9)＝4.513753exp(-13)，P(10)＝-8.579116exp(-11)，P(11)＝1.138498exp(-8)，P(12)＝-1.014685exp(-6)P(13)＝5.714528exp(-5)，P(14)＝-1.840080exp(-3)，P(15)＝3.218914exp(-2)P(16)＝-1.003039exp(2)。

(2)12.2K业务：15阶多项式P(1)＝1.461830exp(-36)，P(2)＝-8.456050exp(-33)，P(3)＝2.205830exp(-29)，P(4)＝-3.429755exp(-26)，P(5)＝3.539858exp(-23)，P(6)＝-2.556121exp(-20)P(7)＝1.326158exp(-17)，P(8)＝-4.997823exp(-15)，P(9)＝1.367361exp(-12)P(10)＝-2.686317exp(-10)，P(11)＝3.707122exp(-8)，P(12)＝-3.466538exp(-6)P(13)＝2.076726exp(-4)，P(14)＝-7.285707exp(-3)，P(15)＝1.318127exp(-1)P(16)＝-1.009612exp(2)。

(3)64K业务：10阶多项式P(1)＝2.234279exp(-27)，P(2)＝-1.383354exp(-23)，P(3)＝3.687219exp(-20)P(4)＝-5.534431exp(-17)，P(5)＝5.139514exp(-14)，P(6)＝-3.055596exp(-11)P(7)＝1.163847exp(-8)，P(8)＝-2.761407exp(-6)，P(9)＝3.846149exp(-4)P(10)＝-2.530769exp(-2)，P(11)＝-9.941112exp(1)。

(4)144K业务：6阶多项式P(1)＝3.749885exp(-17)，P(2)＝-1.361332exp(-13)，P(3)＝1.973613exp(-10)P(4)＝-1.415133exp(-7)，P(5)＝5.381177exp(-5)，P(6)＝-7.373657exp(-3)P(7)＝-9.955081exp(1)。(5)384K业务：6阶多项式P(1)＝-5.477728exp(-17)，P(2)＝2.794772exp(-13)，P(3)＝-5.635720exp(-10)P(4)＝5.797541exp(-7)，P(5)＝-3.203810exp(-4)，P(6)＝9.307939exp(-2)P(7)＝-1.105917exp(2)。

由图1可见，单一业务条件下，每种业务的极限吞吐容量不同，接收总功率的极限值也差别很大，但有一个共同点就是接收总功率在大于某个功率值后曲线的斜率变得很大，很快出现功率雪崩式攀升现象，因此，对所有的单一业务及混合业务，均可以将接收总功率值作为最高接纳门限和负荷控制门限。通常这个功率值对应95％左右的基站小区功率负荷。这样系统在实际运行时留有一定的余量，以确保系统运行的稳定性。

图3是逼近方法的误差曲线，即采用多项式逼近实际的功率上升曲线是有一定误差的。由图3可以看到，采用足够阶数的多项式对特定曲线进行逼近的误差是相当小的。用多项式逼近特定的曲线总会存在误差，且误差不是一个常数，在特定曲线上下变化，误差随之起伏，即误差曲线是一条波浪型的曲线。随着系统容量的增加，误差在逐渐变大，但是在接近系统满负荷容量时最大误差仍然在千分之二以内，这样的精度已经满足实际的要求。

图4是混合业务接入时总接收功率增加的剪接过程，为了更好地说明接纳控制方法中采用的、在计算机软件容易实现的曲线剪接法，现给出分步接入5种业务时基站小区接收总功率增加的过程。

在空负荷(仅有-103dBm的白噪声)情况下，先接入1个384Kbps数据业务，将384bps对应的功率上升曲线剪一个单位接在基点(-103dBm)上，此时基站小区总接收功率是-99.36dBm；在此基础上再接入2个144Kbps数据业务，在-99.36dBm功率基础上剪2个144Kbps业务对应的曲线接上，基站小区总接收功率达到-98.36dBm；第三阶段接入4个64Kbps业务，在-98.36dBm功率基础上剪4个64Kbps业务对应的曲线接上，基站小区总接收功率达到-96.83dBm；第四阶段接入10个12.2Kbps话音业务，在原来基础(上一次接入业务达到的功率值-96.83dBm)上剪10个12.2Kbps业务对应的曲线接上，基站小区总接收功率是-94.74dBm；最后接入16个7.95Kbps话音业务，剪16个7.95Kbps业务对应的曲线，在-94.74dBm功率基础上接上剪切来的曲线段，最后基站小区总接收功率是-88.60dBm。注意在剪取曲线段时一定要在基站小区当前功率值(负荷值)的基础上剪切单一业务对应的曲线段。

图5是混合业务接入时总接收功率增加的实际过程，这是一个分几步接入5种业务时基站小区接收总功率的实际曲线，与曲线剪接方法的曲线相对应，先接入1个384Kbps数据业务，接着接入2个144Kbps数据业务，第三阶段接入4个64Kbps业务，第四阶段接入10个12.2Kbps话音业务，7.95Kbps话音业务。每次接入业务之后在功率控制下有一个功率稳定过程，过程的长短与功率控制步长有关，功率控制步长越小，稳定过程也就越长。

综上所述，本发明用于第三代移动通信系统网络设计和网络运行中的接纳控制，特点是以系统实时测量值为基准，有系统小区负荷测量准确、接纳控制简单实用、易于实现、网络运行稳定的效果。

本发明首次提出了混合业务情况下基于功率测量值的接纳控制方法，同时给出了接纳控制的门限值，混合业务是第三代移动通信系统区别第二代系统的主要特征，因而混合业务情况下的接纳控制方法是第三代移动通信系统所有的制式无法回避的系统控制方法。第一次采用计算机软件容易实现的功率负荷曲线剪接法来完成混合业务接入时的接纳控制。专利受保护的范围是混合业务接入情况下基于功率测量的接纳控制方法，以及在计算机系统中容易实现的曲线剪接法，应用范围包含第三代移动通信系统所有的领域。

Claims (8)

1、一种WCDMA系统混合业务的接纳控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：从呼叫业务的QoS中提取业务信源速率R、所需信噪比Eb/No

     值；

步骤2：根据以下公式计算第i个单一业务接入时对应的功率负荷上升

     曲线； $P_i=10\lg ({10}^{-10.3}+1.55(i-1){10}^{0.1P_i})-(\mathrm{PG}-\frac{E_b}{N_0})\mathrm{dBm}$

步骤3：由以下N阶多项式分别逼近各单一业务的曲线；

Y＝P(1)X^N+P(2)X^(N-1)+...+P(N)X¹+P(N+1)X⁰

步骤4：从基站上报测量数据组中取得小区接收总功率的测量值；

步骤5：以小区接收总功率值为基点，将对应业务信源速率R的曲线剪接一个单位的负荷增量曲线接在基点功率上，即在基点功率值加上一个用户(速率为R)的功率增量得到预测的小区功率负荷值η；

步骤6：当预测的功率负荷值η满足η≤-84dBm时，接纳呼叫，向无线网络控制器(RNC)返回接纳信令；

步骤7：启动码资源分配子进程。

2、根据权利要求1所述的WCDMA系统混合业务的接纳控制方法，其特征在于所述的步骤1包括：

首先计算白噪声功率P₀＝kT₀B，并通过P₀(dB)＝10lg(kT₀B)计算白噪声功率的dBm值，其中T₀为环境绝对温度(°K)，k为波尔兹曼常数，为1.38×10^-23焦耳/°K，B是通信带宽(Hz)，WCDMA系统的通信带宽为B＝5MHz；常温下取P₀＝-103dBm；

其次根据公式

计算第一个用户接入时的接收功率值；其中

为处理增益，

为接入业务所需的信噪比。

3、根据权利要求1所述的WCDMA系统混合业务的接纳控制方法，其特征在于所述的步骤2中第i个用户接入后Node B(基站)小区的接收总功率按以下公式计算：

P_{i_total}＝P_i+10lg(i) dBm

4、根据权利要求1所述的WCDMA系统混合业务的接纳控制方法，其特征在于所述的步骤3中Y是纵坐标，代表功率值，单位是dBm；X是横坐标，代表吞吐量，单位是Kbps。P(i)是N阶多项式的系数，指数10^x用exp(x)表示，对于每种业务的功率上升曲线对应不同的系数，P(N+1)是常数项。

5、根据权利要求1所述的WCDMA系统混合业务的接纳控制方法，其特征在于所述的步骤4中从基站上报测量数据组中取得小区接收总功率的测量值是指从基站上报测量数据组中取得小区接收总功率的dBm值。

6、根据权利要求1所述的WCDMA系统混合业务的接纳控制方法，其特征在于所述的步骤5是指在单一业务对应曲线上剪一个单位的负荷增量曲线，一个单位的吞吐量对应信源速率R(bps)。

7、根据权利要求1所述的WCDMA系统混合业务的接纳控制方法，其特征在于所述的步骤5是指在目前基站小区的接收总功率基础上加上一个单位的负荷增量得到的功率值为预测的小区负荷值η。

8、根据权利要求1所述的WCDMA系统混合业务的接纳控制方法，其特征在于所述的步骤5是指预测的负荷值η低于功率负荷门限值-84dBm才接纳。

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