CN1428065A - 改进码分多址系统的性能 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种使用CDMA电信系统资源的方法，该系统包括多个基站和一个或多个移动终端，该方法包括使基站向一个或多个终端指示它们是否具有未用的容量，并使一个或多个移动终端根据从基站接收到的未用容量指示来改变或维持其数据速率。可以使用一个竞争解决步骤使得有足够多的终端增加它们的数据速率，从而适应未用的容量。

Description

改进码分多址系统的性能
发明背景
本发明涉及改进码分多址(CDMA)系统的性能，最好是包括混合话音和数据业务的系统。
背景技术
CDMA系统是公知的，公知或推荐的这种系统的例子包括UMTS、cdmaOne、W-CDMA、多点CDMA WiLL技术以及其它任何DS-CDMA(直接序列CDMA)系统。本发明还可以应用于跳频CDMA系统。
已经很好地建立了CDMA系统，并且改善这种系统的努力总是集中于在其中使用功率控制和软切换技术来发送话音和其它电路交换业务。依然需要一种简单和优化的方法来发送在DS-CDMA系统中可以容许延迟变化的突发数据业务。这种业务的例子包括电子邮件、文件传输、静止图象发送、非实时话音、非实时视频图象等。所有这些业务将由诸如UMTS的第三代系统提供，并能够由可突发并可容许延迟变化的分组数据传输机制来支持。
非常需要一种有效的方法利用混合话音和数据业务来优化DS-CDMA系统的上行链路吞吐量和容量。
在图1中图示了一种典型的蜂窝电话系统。该系统包括多个基站B1至Bn和使用该蜂窝系统的另外多个移动终端MT1至MTn(例如移动电话或无线电设备)。
在图1中仅图示了少量小区和移动站，但当然实际上通常有大量的小区和移动站。
每个基站接收并解码来自多个移动站MT的在给定频带上的传输。这在图2中被示意性地图示。而且，如图1所示，诸如MT1的每个移动站所发送的信号通常由多个基站接收。在这种情况下，尽管移动终端MT1的信号被基站B1、B2、B3和B4接收，但是因为彼此距离不同，每个基站接收信号的强度将不同。类似地，移动终端MT1可以接收这些基站中每个基站的传输。
任意给定基站接收并解码多个移动终端的传输。然而，任一特定基站仅具有一定的上行链路容量。这可以被视为在将来自其它发射机的干扰维持在满意水平上的同时，基站可以处理的最大有用接收功率。基站在任何时候所接收的有用接收功率显然取决于它与之通信的移动终端数量和从每个终端所接收的信号功率(终端可以改变其发射功率)。参见图3，图示了基站所接收的功率相对于时间的曲线。一开始，仅第一移动终端Mta在通信，因此基站接收一个平均功率Pa。时间T1之后，除了第一终端之外，第二终端开始以功率P2通信。由基站所接收的功率因此平均变成P1+P2。随后，在功率P3上添加第三基站MTc，所接收的功率上升到P1+P2+P3，如此继续。每个终端的传输可以被视为在基站上检测时其它终端接收信号的干扰源。
基站可以具有现在开始逼近的最大容量PMAX。
一个给定基站在任何时候都在如上所述接收和解码来自多个移动终端的传输。然而，基站上行链路容量可能尚未饱和。在这种情况下，将希望例如通过增加正在发送分组数据的一个或多个移动终端的数据速率来使用该未用的上行链路容量，只要它是可用的。因此，在图3的例子中，尚未达到基站的最大容量。充分地利用基站是最有效的，因此任意一个终端MTa至MTb可以增加它们的功率输出，这将增加所接收的总功率，并使其接近PMAX。
然而，简单地指示一个或多个移动终端增加其数据速率导致特定移动终端发射更大的能量。如从图1看出的，来自终端MT1的信号不仅被基站B1接收，而且被基站B2、B3和B4接收。因此，如果终端MT1增加其数据速率，导致该移动终端发射更大的能量，这将产生对邻近小区的附加干扰。如果这些邻近小区中的任一个小区已经以其最大上行链路容量工作，则这一附加干扰将导致进入邻近小区基站的所有其它传输被过度干扰所阻断。因此，在第一小区中提高容量利用率可能对先前全负荷的邻近小区产生不希望的影响。
本发明是为了避免出现这种情况。
发明概述
根据本发明，在第一方面，提供一种使用CDMA电信系统资源的方法，该系统包括多个基站和一个或多个移动终端，该方法包括使基站向一个或多个终端提供它们是否具有未用容量的指示，根据从所述基站接收到的未用容量消息使一个或多个移动终端改变或恒定维持其数据速率或功率输出。
根据本发明，还提供一种CDMA电信网络，它包括第一多个基站和一个或多个移动终端，其中每个基站适合于向与之通信的每个移动终端指示任意未用的容量，并且其中所述移动终端适合于根据从所述基站接收到的未用容量指示来改变或维持它们的数据速率或功率输出。
在又一个方面，本发明提供一种用于移动电信网络的基站，它包括用于向它与之进行无线电通信的移动终端指示任意未用的上行链路容量的装置。
在又一个方面，本发明提供一种用于CDMA电信系统并具有可变数据速率的移动终端，包括用于从其与之通信的任意基站接收未用上行链路容量的指示的装置，和用于根据从所述基站接收到的未用容量指示来维持或改变该终端的数据速率或功率输出的装置。
附图简要说明
现在将参考附图仅通过例子来描述本发明的实施例，在附图中：
图1示意性地图示一个蜂窝网络；
图2图示向基站发送信息和从其接收信息的多个移动终端；
图3示意性地图示在一个基站上的功率负载；
图4示意性地图示在一个基站上的另一个功率负载；和
图5示意性地图示一个基站和一个移动终端。
本发明优选实施例的详细描述
再次参见图1的情况，每个基站B1至B7具有特定容量。在本发明的实施例中，每个基站被安排广播可以称作未用上行链路容量广播数(UUCBN)的一个数量或数值。它表示此时在基站上可用的未用上行链路容量的数量。因此，参见图4，在时间T1，由基站使用的功率值是PT1。因此，在时间T1，未用的容量是fn(PMAX-PT1)。基站因此可以在其UUCBN中指示可用的未用上行链路容量值fn(PMAX-PT1)。在这一广播中未用容量的指示值可以被人工降低，例如如果附近存在一个完全负荷的基站，例如B6，它可以不被邻近的一个或多个移动站解码，但这里依然可能出现干扰。
发送分组数据的每个移动终端解码该移动站所连接的每个基站广播的UUCBN。这不需要在移动终端上添加任何硬件，而仅需要对软件进行很小的修改，以便在终端从基站接收的多种不同类型的数据中也能够解码UUCBN数据。
如图1所示，每个移动终端当然可以从多个基站接收信号。能够在一个位置发送分组数据或容许延迟变化的其它数据的移动终端因此不断地确定应用下述三种状态中的哪一种状态：
状态1：所有的UUCBN广播指示未用上行链路容量在相应基站上可用。
状态2：一个或多个UUCBN广播指示在相应基站上的上行链路容量被完全利用(即自身加小区内干扰的最大值)。
状态3：一个或多个UUCBN广播指示在相应基站上的上行链路容量受过度干扰的不利影响。
如果存在状态2或状态3，则表明移动终端不能增加它的数据速率或者增加它的发射功率，因为这将不利地影响一个或多个基站或者使其过载。
如果存在状态1，则至少一个移动终端可以增加其数据速率。然而，应当记住可能有多个移动终端发送分组数据，所有的终端可能同时检测到存在状态1。因此，在图1中，如果基站B1具有未用的上行链路容量，这将同时被移动终端MT1和MT2注意到。然而，如果两个终端都试图增加它们的数据速率，则上行链路容量可能变得过载。检测到存在状态1的移动终端数量对于终端自身来说是未知的。
因此，在本发明的一些实施例中，为了不浪费未用上行链路容量，需要一种形式的上行链路带宽竞争解决方案，以便至少一个终端能够使用未用的上行链路容量。即，终端之间某种形式的竞争是必需的，以便仅有它们中的一些终端能够增加其数据速率或功率输出，从而利用基站的上行链路容量。
一种解决这一难题的优选方法如下：
每个具有未用上行链路容量的基站始终知道该基站正在接收多少个发射分组数据(Mp)的终端。该基站发送终端的数目作为一个值，称作未用容量接入控制数(UCACN)。使用一个事先定义的算法从终端数目中直接推导出UCACN。这可以是多种合适算法中的任意一种算法，但用于生成UCACN的示范性算法可以如下：
UCACN＝K×1/Mp                                  (1)或
UCACN＝K×100/Mp                                (2)或
UCACN＝K×(a/Mp+b/Mp+c/Mp+…)                   (3)其中：
K是为了平衡过多终端接入未用上行链路容量的概率和没有终端接入未用上行链路容量的概率选择的一个值；和
序列a，b和c表示预约优先级加权因子(subscription priorityweighting factor)。例如如果用户能够在他们预约时支付授权他们优先接入的额外费用，则可以使用这些预约加权因子。在本发明的实施例中，支付这种额外费用并不确保优先接入，但是将向该终端提供优先接入的较高概率。
很显然也可以使用多种其它算法。
每个Mp终端确定它是否能够在已经由接收UUCBN的组指示的可用容量中增加其上行链路数据传输速率。如果是这种情况，则该终端随机地生成一个接入尝试号(AAN)，该接入尝试号最好具有符合某种选择标准(例如小于某个阈值)的1/UCACN的概率。在不偏离本发明主要目的的情况下，也可以使用AAN和UCACN之间的另一种关系。如果符合特定标准，则移动终端向具有未用容量的每个基站指示它将增加其数据速率并进而增加其数据速率。这一般通过一个预先确定的数据速率步长，例如加倍其数据速率来进行。
可能因为上述算法产生这样的情况，其中过多的终端指示它们希望增加它们的数据速率。这可能导致又一个竞争解决阶段，其中基站从希望增加其数据速率的终端中随机选择，并仅通知那些已经被授权(或未被授权)接入未用上行链路容量的选定终端。
如果DS-CDMA(直接序列CDMA)系统使用几何二倍关系的扩频因子，例如4、8、16、32等，则生成AAN的算法可以包括给较低速率用户满足选定标准的更好机会的因子。这是因为当前以较低比特率发送数据的用户能够以很小的量增加功率电平，因此更多的用户能够增加它们的速率，而较高速率的用户通过加倍它们的速率可能过快地导致超过上行链路容量。在一种例子中，
AAN＝随机数/当前数据速率                          (4)
因此，数据速率越小，则成功的概率越大。注意到AAN的值还受终端处在软切换的基站的数目影响。
如果给定用户的预约安排允许对未用上行链路容量进行较高或较低优先权访问，则可以适当地调整终端中生成该AAN的算法以将此考虑在内。例如：
AAN＝随机数×优先权等待                           (5)
如果同时应用等式(4)和(5)推导之后的解释，则AAN可以基于下述算法：
AAN＝随机数×优先权等待/当前数据速率              (6)
If(如果)
AAN＞阈值
then(则)
    增加数据速率
else(否则)
    不改变
endif
如果存在状态2，则移动终端不采取任何新动作，并继续以先前的数据速率发送数据。
如果存在状态3，则移动终端指示受影响的基站准备降低其数据速率，并进而以一个预先确定的步长降低其数据速率。可以通过终止移动站所使用的一个扩频码(在使用多个扩频码的情况下)或者通过增加扩频速率但保持绝对修整(chipping)速率不变来实现这种数据速率的降低。
可能不需要所有移动终端都降低其功率。如果是这种情况，则连接到基站的一个移动终端的子集可以使用与上述状态1相同的机制来“随机地选择它们”以降低它们的功率。这最好包括确保占用较多容量的移动终端或者具有较低优先权的终端首先降低其功率的选择。
而且，最好允许在进行软切换但实际上不受指示过度干扰的基站控制功率的状态3中的移动终端保持它们当前的数据速率，因为它们的干扰影响较小。这是因为从这些移动终端接收的功率将小于那些受该基站控制功率的移动终端。一种非限制性的阈值检测算法的例子可以是：
DRRN＝随机数×优先权等待×PC-fac/当前数据速率       (7)
其中DRRN是“数据速率降低数”；
如果移动终端最后从受干扰的基站接收到一个“降低功率”的功率控制命令，则PC-fac＝1.0，否则PC-fac＝1.5。
if(如果)
    DRRN＜阈值
then(则)
    降低数据速率
else(否则)
    不改变
endif
图5图示基站B10和移动终端MT10。它们中的每一个分别具有相应的处理装置50、51，用于生成本发明的各个数值，例如UUCBN、UCACN和AAN。该处理装置通常是各个站已经具有的现存处理器，在本发明的实施例中可以使用软件来生成各个数值等。

Claims (29)

1.一种使用CDMA电信系统资源的方法，该系统包括多个基站和一个或多个移动终端，该方法包括使基站向一个或多个终端提供一个未用容量的指示(UUCBN)，并使一个或多个移动终端根据从所述基站接收到的未用容量指示来改变或恒定维持其数据速率或功率输出。
2.如权利要求1所要求保护的方法，包括只在与移动终端通信的所有基站指示它们具有未用容量时使该移动终端增加其数据速率的步骤。
3.如权利要求2所要求保护的方法，包括一个竞争解决步骤，以使与一组全部指示它们具有未用容量的基站通信的移动站中仅一部分移动站增加它们的数据速率。
4.如权利要求3所要求保护的方法，其中具有未用容量的每个基站被安排以便发射与在和该终端进行数据通信的移动终端数目有关的第一值，并且每个移动终端被安排以便随机地生成符合选定标准的与所述的值相关的概率，并且其中仅那些生成符合该标准的第二值的终端能够增加它们的数据速率。
5.如权利要求4所要求保护的方法，其中使用一个因子根据终端数量推导出第一值，对于该因子选择一个值来平衡过多终端接入未用容量的概率和没有终端接入未用容量的概率。
6.如权利要求5所要求保护的方法，其中第一值(UCACN)＝KxX/Mp，在此选择K来平衡过多终端接入未用容量的概率和没有终端接入未用容量的概率，X是一个数值，Mp是在与所述基站进行数据通信的移动终端数量。
7.如权利要求6所要求保护的方法，其中第一值(UCACN)＝Kx(a/Mp+b/Mp+c/Mp...)，在此选择K来平衡过多终端接入未用容量的概率和没有终端接入未用容量的概率，序列a、b和c…表示预约优先权加权因子。
8.如权利要求4至7中任一权利要求所要求保护的方法，其中由每个移动终端生成的第二值(AAN)具有符合所述选择标准的概率1/UCAN，其中UCACN是由所述基站生成的第一值。
9.如权利要求8所要求保护的方法，其中由一种将符合选择标准的更好机会给较低数据速率用户的算法来生成第二值(AAN)。
10.如权利要求8或9所要求保护的方法，其中由一个移动终端生成的第二值(AAN)与该移动终端在与之进行软切换的基站数目有关。
11.如权利要求8至10中任一权利要求所要求保护的方法，其中第二值(AAN)与根据所述移动终端用户的优先权接入等级相关。
12.如权利要求4至11中任一权利要求所要求保护的方法，其中，如果过多的移动终端在竞争解决步骤中成功，进一步执行一个步骤，其中基站随机地选择一个或多个终端。
13.如权利要求1所要求保护的方法，包括如果基站指示其上行链路容量受到过度干扰影响，使一个或多个移动终端降低它们的数据速率的步骤。
14.如权利要求13所要求保护的方法，包括一个竞争解决步骤，用于选择影响所述基站的那一个移动终端降低它们的数据速率。
15.如权利要求14所要求保护的方法，其中在进行软切换和不受指示过度干扰的所述基站控制功率的移动终端被优先允许维持它们当前的数据速率。
16.如前述权利要求中任一权利要求所要求保护的方法，其中如果相邻或附近基站是处于高负载或全负载，则降低基站的未用容量指示。
17.一种CDMA电信网络，包括第一多个基站和一个或多个移动终端，其中每个基站适合于向其与之通信的每个移动终端指示任意未用的容量，并且其中所述移动终端适合于根据从所述基站接收到的未用容量指示来改变或维持它们的数据速率或功率输出。
18.如权利要求17所要求保护的电信网络，包括竞争解决装置。
19.一种用于移动电信网络的基站，包括用于向它与之进行无线电通信的移动终端指示任意未用的上行链路容量的装置。
20.如权利要求19所要求保护的基站，还包括用于生成并发送与所述基站进行数据通信的移动终端数量有关的一个值的装置。
21.如权利要求19或权利要求20所要求保护的基站，其中未用上行链路容量的指示根据所知道的相邻基站容量。
22.一种用于CDMA电信系统并具有可变数据速率的移动终端，包括用于从其与之通信的任意基站接收未用上行链路容量的指示的装置，和用于根据从所述基站接收到的未用容量指示来维持或改变该终端的数据速率或功率输出的装置。
23.如权利要求22所要求保护的移动站，适合于仅当所有基站指示它们都具有未用容量时改变其数据速率。
24.如权利要求23所要求保护的移动站，包括竞争解决装置。
25.一种基本上如上面参考附图描述的并由附图图示的使用CDMA系统资源的方法。
26.一种基本上如上面参考附图描述的并由附图图示的竞争解决方法。
27.一种基本上如上面参考附图描述的并由附图图示的CDMA电信系统。
28.一种基本上如上面参考附图描述的并由附图图示的基站。
29.一种基本上如上面参考附图描述的并由附图图示的移动站。
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