CN1445952A - 码分多址移动通信系统中的一种接纳控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种在CDMA通信系统中进行接纳控制的方法，基于实际测量值进行。新用户发出请求接纳的呼叫请求；无线网络控制器进行包括接纳或拒绝的接纳控制。该接纳控制包括：假设该新用户可以接入，直接使用新用户未接入前基站实际测量的上行接收总功率值和下行发射总功率值，计算接入该新用户之后的基站上行接收总功率和下行初始发射总功率；将计算出的接入该新用户之后的基站上行接收总功率、下行初始发射总功率和新用户的上行初始发射功率与功率判别准则进行比较；满足功率判别准则时，允许接纳，不满足功率判别准则时，拒绝接纳。可实时反映待接入用户所受的干扰情况和系统中负荷的实际变化情况，充分利用系统容量、计算量小速度快，能实时操作。

Description

码分多址移动通信系统中的一种接纳控制方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术，更确切地说是涉及码分多址(CDMA)移动通信系统中的一种接纳控制方法，本发明方法的工作原理可适用于所有码分多址移动通信系统。

背景技术

移动通信系统中，呼叫接纳(或接入)控制(Call Admission Control，简称CAC)所要解决的问题是：当有新的呼叫或越区切换(HO)发起请求时，无线网络控制器(RNC)依据一定的准则进行接纳或拒绝。网络接纳新的连接后，其现有连接的用户服务质量(Quality of Service，简称QoS)和新连接的用户服务质量都应该得到满足。因此，如何在不影响已连接(ongoing)用户服务质量的前提下，最大限度地提高系统容量，就成了呼叫接纳控制要解决的主要问题。

CAC问题是有线网和无线网都必须解决的问题，由于CDMA系统是一种干扰受限的系统，其特殊的无线环境使接纳问题变得更为复杂。

在ATM技术出现之前，有线网络的接纳控制比较简单，由网络节点依据出线和缓存器的占有情况来决定是否接纳新的呼叫。ATM技术出现以后，由于网络要承担多种服务质量业务的传输，对任何一种业务用户的接纳都要考虑对其它业务用户的影响，因此而使接纳控制变成ATM技术的主要技术之一。

在窄带-码分多址(N-CDMA)系统中，由于网络主要承担单级或者两级业务的传输，业务的接纳可以采用比较容易实施的基于门限的方案或者采用基于SIR测量的方案，但在多级业务的情况下，这些方案将面临许多困难：由于不同业务具有不同的QOS特性，如果采用基于门限的方案，就要设置多个门限；如果采用基于SIR测量的方案，就要设置多个SIR标准，从而使实时操作变得十分复杂。

在IS-95 CDMA系统中，CAC大都采用基于干扰门限点的接纳方案，往往根据最恶劣情况定出门限值，如果当前系统中所有现有用户的功率都超过给定的门限，则新用户就会被拒绝。这种基于干扰门限点的接纳方案没有考虑系统的动态特性，使系统的容量利用率降低，造成资源浪费。同时它只考虑了新用户所受的干扰，而没有考虑新用户的接入对系统所造成的影响。

从原理上讲，静态环境中的接纳就是容量域，不过长期以来，系统的容量研究仅仅局限于静态环境，而接纳控制研究则既要考虑静态环境又要考虑越区切换时的动态环境，还要考虑方案的可操作性。

接纳控制技术涉及的性能指标有呼叫阻塞率、越区切换阻塞率等。从理论上讲，CDMA涉及的关键技术对接纳控制都有影响，其中最密切相关的技术有功率控制、资源分配、越区切换及拓朴结构。

参见图1，图中示出TD-SCDMA无线通信系统原理性结构(仅给出与本发明技术方案相关的功能模块)。系统由多个用户设备(UE)100、多个基站(Node B)110和无线网络控制器(RNC)120组成。其中的用户设备100可以在系统的不同小区范围内移动。无线网络控制器120是系统的核心部分，主要包括动态信道分配123、呼叫接入控制122和参数库121三大功能部分，用虚线框出。

该系统进行接纳控制的过程是：用户设备100(UE)向基站110(Node B)发出呼叫请求，在呼叫请求中带有与接入控制相关的测量报告和载干比参数；Node B根据UE的呼叫请求向RNC请求接纳控制，并且上报与接纳控制相关的测量报告；RNC根据Node B关于UE的测量报告、UE的载干比参数以及系统其他参数(UE测量的网络资源使用情况等)，依据一定的算法和接入准则进行判断，并把最后的判别结果，包括接入或拒绝，返回给Node B，再由Node B返回给UE。若返回的是接纳成功的消息，则还包括对发射功率的调整信息和对无线资源重新分配的信息，供用户设备100(UE)确定自己的初始发射功率和码道。

无线网络控制器120中，动态信道分配123接收基站110发来的接入申请消息，并确定一个优先级较高的时隙作为该用户的接入时隙。参数库121含有三类参数：信道模型参数、业务模型参数和系统模型参数。参数库121根据用户设备100和基站110的测量报告，对网络中的参数进行刷新。呼叫接入控制122根据参数库121中的网络参数，在动态信道分配123所选定的时隙中进行接纳判决，并将判决结果返回给动态信道分配123。动态信道分配123根据判决结果向基站110发送接入申请的返回消息。

发明内容

本发明的目的是为码分多址移动通信系统设计一种快速高效的接纳控制方法，能够实时地反映待接入用户所受的干扰情况和接入用户后系统中负荷的实际变化情况，能够充分地利用系统容量，且具有计算量小、计算速度快、能实时进行操作的优点。

实现本发明目的的技术方案是这样的：码分多址移动通信系统中的一种接纳控制方法，包括：新用户发出请求接纳的呼叫请求，在所述呼叫请求中带有与接纳控制相关的测量报告、新用户的载干比参数以及系统的其他参数；无线网络控制器根据所述的测量报告、新用户的载干比参数以及系统其他参数，进行包括接纳或拒绝的接纳控制，其特征在于所述的接纳或拒绝的接纳控制进一步包括：

A.使用新用户未接入前基站实际测量的上行接收总功率值和下行发射总功率值，计算接入该新用户之后的基站上行接收总功率及下行初始发射总功率，和计算新用户的上行初始发射功率；

B.将计算出的接入该新用户之后的基站上行接收总功率、下行初始发射总功率、新用户的上行初始发射功率与功率判别准则进行比较；

C.在满足功率判别准则时，允许接纳，在不满足功率判别准则时，拒绝接纳。

所述步骤A中，所述的接入新用户之后的基站上行接收总功率，为新用户接入之前基站实际测量的上行接收总功率与新用户接入之后的基站上行功率增量ΔP_{u_k+1}之和；所述的接入新用户之后的基站下行初始发射总功率，为新用户接入之前基站实际测量的下行发射总功率与新用户接入之后的下行初始发射功率增量ΔP_{d_j+1}之和，k+1、j+1分别表示上、下行链路接入的新用户，u表示上行链路，d表示下行链路，P表示功率；所述新用户的上行初始发射功率＝ΔP_{u_k+1}/g_{u_k+1}，g_{u_k+1}表示新用户的上行链路路径损耗因子。

所述新用户接入之后的上行功率增量ΔP_{u_k+1}＝新用户受到的上行干扰功率×新用户的上行目标载干比；所述新用户接入之后的下行初始发射功率增量ΔP_{d_j+1}＝(新用户接收到的下行干扰功率×新用户的下行目标载干比)/新用户的路径损耗因子。

所述步骤B中，将计算出的接入该新用户之后的基站上行接收总功率、下行初始发射总功率、新用户的上行初始发射功率与功率判别准则进行比较进一步包括：在假定已有用户的下行发射总功率与上行接收总功率于新用户接入瞬间保持不变的条件下，判断接入新用户之后的基站上行接收总功率是否小于给定的上行接收功率阈值；判断接入新用户之后的基站下行发射总功率是否小于给定的下行发射功率阈值；和判断新用户的上行初始发射功率是否小于等于它的上行发射功率阈值同时大于等于它的最小发射功率。

在本发明的技术方案中，假设在新用户接入前后的瞬间，已有接入用户的上行接收信号总功率和下行发射信号总功率都保持不变，可以利用新用户接入前的基站上行接收总功率与下行发射总功率的实际测量值，来近似计算新用户接入后所受到的干扰值，从而得出新用户接入后的上行接收总功率与下行初始发射总功率。然后利用功率判别准则进行接纳或拒绝的判断。因此本发明的技术方案是一种基于实际测量的接纳控制方案，采用实际测量值直接计算接入用户后的上行、下行链路的接收与发射总功率，因而能够实时地反映待接入用户所受的干扰情况和系统中负荷的实际变化情况，能够充分地利用系统容量。

本发明的基于测量的CAC方法具有下列特点：

根据新用户的目标载干比，直接用基站的实测值来计算待接入用户后的上行接收总功率和下行发射总功率，和新用户接入后系统的负荷情况，方法简单，易实现，同时计算结果能够满足新用户的载干比(载波功率与干扰功率之比)条件；

根据计算结果判断新用户接入之后系统总功率是否超过功率阈值(负荷门限)要求，避免了由于新用户的接入而出现超负荷现象。

本发明中测量方法与功率判别准则的优点在于：

所采用的测量值能实时地反映出待接入时隙中用户的干扰与系统负荷情况(对于FDD CDMA系统，由于没有为新用户选择待接入时隙的DCA命令，则其CAC可按照本发明的方法直接在指定小区进行接纳判断)；

由于使用基站实际测量值来近似计算用户的干扰，减少了系统在接入新呼叫时的计算量，具有简单、实用、易实现的特点。

此外，本发明的方法还具有计算量小、计算速度快和能实时操作的优点。

本发明所设计方法的工作原理适合于所有CDMA系统。

附图说明

图1是TD-SCDMA无线通信系统的原理性结构框图；

图2是本发明接纳控制方法的基本流程框图。

具体实施方式

本发明是为CDMA无线通信系统提供的一种快速高效的CAC方法，是根据实际的测量值计算新用户接入之后基站的初始下行发射总功率和上行接收总功率，并采用基于负荷的判别准则，对新用户进行接纳控制。

下面将参照本发明方法在TD-SCDMA系统(如图1中结构)中的一个应用实施实例，并结合附图进一步描述本发明。

图2显示了本发明中呼叫接入控制方法的主流程。可概括成如下步骤：

步骤200，一新用户发出呼叫请求；

步骤201，无线网络控制器根据该呼叫请求，在给定时隙进行接纳控制，获得待接入时隙中新用户的载干比参数，以及网络的相关测量值；

步骤202，采用如下测量方法，即先假设该新用户可以接入，直接使用基站当前实际测量的上行接收总功率值和下行发射总功率值，计算接入该新用户之后，基站的上行接收总功率，下行初始发射总功率，和计算新用户的上行初始发射功率；

步骤203，根据功率判别准则，将计算出的基站的上行接收总功率、下行初始发射总功率和新用户的上行初始发射功率与设定标准进行比较；

步骤204，当计算出的基站的上行接收总功率、下行初始发射总功率和新用户的上行初始发射功率超出设定标准时，则向基站并通过基站向该新用户发出拒绝接纳的判断结果；

步骤205，当计算出的基站的上行接收总功率、下行初始发射总功率和新用户的上行初始发射功率没有超出设定标准时，则向基站并通过基站向该新用户发出允许接纳的判断结果。

上述步骤的核心内容包括测量方法和根据计算结果，判断计算出的待接入时隙中的上、下行总功率是否满足功率判别准则：如果满足，则允许接入；否则，拒绝。

下面以TD-SCDMA系统中用户的上、下行接纳计算过程为例，说明本发明测量方法的求解思路。先说明上行接纳过程。

设新呼叫到来时，指定小区指定时隙中已经有k个用户，则新用户的上行载干比可以用新用户的信号功率、噪声、干扰(包括区间干扰、其他用户的信号功率)表示。如果采用智能天线、联合检测、同步等新技术，在其他用户的信号功率前面所加的多址干扰处理因子小于1。新用户的上行载干比可表达为： ${\left(\frac{C}{I}\right)}_{k+1}^u={\mathrm{\Γ}}_{k+1}^u=\frac{P_{u\_k+1}}{I_{\mathrm{inter},k+1}+{\mathrm{\α}}_u\·\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{u\_i}+P_N}=\frac{P_{u\_k+1}}{P_{u\_\mathrm{inter},k+1}}---\left(1\right)$

其中，u表示上行链路，Γ_k+1 ^u表示新用户的上行载干比，C表示新用户的载波功率，I表示新用户所受到的干扰功率。P_{u_i}(i＝1…k+1)是基站接收到的第i个用户的信号功率，I_inter,k+1是小区间上行干扰功率，P_N是系统热噪声功率，P_{u_inter,k+1}是基站接收到的对新用户的总干扰功率。α_u是系统对上行多址干扰的处理因子。

本发明测量方法的核心在于它假设新用户接入前后的瞬间给定小区给定时隙中已有用户的上行、下行信号功率都保持不变，这样新用户所受的干扰可以利用新用户接入前基站的实际测量值(上行接收总功率、下行发射总功率)来近似计算新用户接入后所受到的干扰值，从而得出新用户接入后的上行接收总功率和下行初始发射总功率。于是新用户的上行初始发射功率可以直接用基站的测量值和新用户的载干比来计算。如果这里的载干比取为目标值，则计算得到的功率将自动满足新用户的载干比条件。然后功率控制模块在这两个值的基础上根据载干比等参数进一步实时地调整该用户的发射功率。

新用户接入之后所引起的系统上行干扰增量(功率增量)ΔP_{u_k+1}可表示为基站接收到的新用户信号功率，即：

ΔP_{u_k+1}＝新用户受到的上行干扰功率×新用户的上行目标载干比    (2)

其中，新用户受到的上行干扰功率可以用基站的测量值来计算。因为在新用户接入时，干扰情况可能和最近的一次测量不同，所以上面表达式中求得的基站接收到的新用户信号功率是一个近似值。

下行发射功率的计算与上行的思路相同，只是计算过程中要考虑到路径损耗因子。设新呼叫到来时，指定小区指定时隙中已经有j个用户。

新用户接入之后系统的下行功率增量ΔP_d-j+1可表示为基站向新用户发射的信号功率：即

ΔP_d-j+1＝(新用户接收到的下行干扰功率×新用户的下行目标载干比)

                  /新用户的路径损耗因子            (3)

其中，新用户接收到的下行干扰功率可以根据基站在接入新用户前的实际测量值来得到。

公式(3)中，新用户的路径损耗因子介于0～1之间。公式(3)右端括号中的项是新用户侧所期望接收到的功率，该项与路径损耗因子作用之后就是基站应该向新用户发射的功率值。

新用户的下行目标载干比所依据的公式与上行类似： ${\left(\frac{C}{I}\right)}_{j+1}^d={\mathrm{\Γ}}_{j+1}^d=\frac{P_{d\_j+1}}{I_{d\_\mathrm{inter},j+1}+{\mathrm{\α}}_d\·\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{d\_i}+P_N}=\frac{P_{d\_j+1}}{P_{d\_\mathrm{inter},j+1}}---\left(4\right)$

公式(4)中各项的解释与上行相仿：其中，d表示下行链路Г_j+1 ^u，表示新用户的下行目标载干比，C表示新用户的载波功率，I表示新用户所受到的干扰功率。P_{d_i}(i＝1…j+1)是基站对第i个用户发射的信号功率，I_{d_inter，j+1}是对接入新用户的小区间下行干扰功率，P_N是系统热噪声功率，P_{d_inter，j+1}是新用户接入后所受到的下行干扰功率。α_d是系统对下行多址干扰的处理因子。

公式(1)(2)中，α_a、α_b，在移动通信系统采用智能天线、联合检测、同步(之一或全部)等新技术时，其取值小于1甚至趋于零(全部使用时，处理因子趋于零)；在系统未采用智能天线、联合检测、同步(之一或全部)等新技术时，其取值为1(三项都未使用时，处理因子取1)。

下面给出了本发明接入控制方法的功率判别准则，该准则应保证：在接入新用户后：1)基站对所有用户的上行接收功率之和与下行发射功率之和各自不超过给定的上行接收功率阈值和下行发射功率阈值；2)新用户的上行初始发射功率不能超过它的发射功率阀值，并且不能小于它的最小发射功率；3)假设已有用户的下行发射总功率与上行接收总功率在新用户接入瞬间保持不变。判断时上述三项都需满足，即：

$p_{k+1,\min }\≤\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{u\_k+1}}{g_{u\_k+1}}\≤{\mathrm{\β}}_1\·p_{k+1,\max }---\left(7\right)$

式中，P_{u_total_old}/P_{d_total_old}分别表示新呼叫到来时的上行接收总功率和下行发射总功率；ΔP_{u_k+1}/ΔP_{d_k+1}分别表示由新呼叫引起的上行干扰(功率)增量和下行初始发射功率增量；P_{u_threshold}/P_{d_threshold}分别表示所设置的上行接收总功率/下行发射总功率的功率阈值(负荷门限)；P_k+1,min/P_k+1,max表示新用户所允许的最小发射功率和最大发射功率；g_{u_k+1}表示新用户的上行链路路径损耗因子(TD-SCDMA系统中，用户的上行链路路径损耗因子与下行链路路径损耗因子近似相等)；β₁表示用户发射功率的冗余因子，β₁·P_k+1,max，表示新用户的上行发射功率阈值。

这一准则对所有业务都是通用的。其中，公式(5)(7)用于新用户的上行链路，(6)用于新用户的下行链路。

对于各种CDMA系统的上、下行接纳控制都可以按实施例中的步骤进行。

Claims (7)

1.码分多址移动通信系统中的一种接纳控制方法，包括：新用户发出请求接纳的呼叫请求，在所述呼叫请求中带有与接纳控制相关的测量报告、新用户的载干比参数以及系统的其他参数；无线网络控制器根据所述的测量报告、新用户的载干比参数以及系统其他参数，进行包括接纳或拒绝的接纳控制，其特征在于所述的接纳或拒绝的接纳控制进一步包括：

A.使用新用户未接入前基站实际测量的上行接收总功率值和下行发射总功率值，计算接入该新用户之后的基站上行接收总功率及下行初始发射总功率，和计算新用户的上行初始发射功率；

B.将计算出的接入该新用户之后的基站上行接收总功率、下行初始发射总功率、新用户的上行初始发射功率与功率判别准则进行比较；

C.在满足功率判别准则时，允许接纳，在不满足功率判别准则时，拒绝接纳。

2.根据权利要求1所述的码分多址移动通信系统中的一种接纳控制方法，其特征在于：所述步骤A中，所述的接入新用户之后的基站上行接收总功率，为新用户接入之前基站实际测量的上行接收总功率与新用户接入之后基站的上行功率增量ΔP_{u_k+1}之和；所述的接入新用户之后的基站下行初始发射总功率，为新用户接入之前基站实际测量的下行发射总功率与新用户接入之后的下行初始发射功率增量ΔP_{d_j+1}之和，k+1、j+1分别表示上、下行链路接入的新用户，u表示上行链路，d表示下行链路，P表示功率；所述新用户的上行初始发射功率＝ΔP_{u_k+1}/g_{u_k+1}，g_{u_k+1}表示新用户的上行链路路径损耗因子。

3.根据权利要求2所述的码分多址移动通信系统中的一种接纳控制方法，其特征在于：所述新用户接入之后的上行功率增量ΔP_{u_k+1}＝新用户受到的上行干扰功率×新用户的上行目标载干比；所述新用户接入之后的下行初始发射功率增量ΔP_{d_j+1}＝(新用户接收到的下行干扰功率×新用户的下行目标载干比)/新用户的路径损耗因子。

4.根据权利要求3所述的码分多址移动通信系统中的一种接纳控制方法，其特征在于：所述新用户的上行目标载干比Γ_k+1 ^u采用下述公式计算： ${\left(\frac{C}{I}\right)}_{k+1}^u={\mathrm{\Γ}}_{k+1}^u=\frac{P_{u\_k+1}}{I_{\mathrm{inter},k+1}+{\mathrm{\α}}_u\·\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{u\_i}+P_N}=\frac{P_{u\_k+1}}{P_{u\_\mathrm{inter},k+1}}$ 所述新用户的下行目标载干比Γ_j+1 ^d采用下述公式计算： ${\left(\frac{C}{I}\right)}_{j+1}^d={\mathrm{\Γ}}_{j+1}^d=\frac{P_{d\_j+1}}{I_{d\_\mathrm{inter},j+1}+{\mathrm{\α}}_d\·\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{d\_i}+P_N}=\frac{P_{d\_j+1}}{P_{d\_\mathrm{inter},j+1}}$

C表示新用户的载波功率，I表示新用户所受到的干扰功率，P_{u_i}、P_{d_i}分别是基站接收、发射的第i个用户的上、下行链路的信号功率，i＝1...k+1和i＝1...j+1，I_inter,k+1、I_inter,j+1分别是对新用户的小区间上、下行干扰功率，P_N是系统热噪声功率，P_{u_k+1}、P_{u_j+1}分别是基站接收、发射的新用户的功率，P_{u_inter,k+1}、P_{u_inter,j+1}分别是基站接收、发射的对新用户的总干扰功率，α_u、α_d是系统对上、下行链路多址干扰的处理因子。

5.根据权利要求4所述的码分多址移动通信系统中的一种接纳控制方法，其特征在于：在系统不采用包括智能天线或联合检测或同步的技术时，所述新用户的上行目标载干比Γ_k+1 ^u与下行目标载干比Γ_j+1 ^d的计算公式中，系统对多址干扰的处理因子α_u、α_d的值取为1；在系统采用包括智能天线或联合检测或同步技术时，所述新用户的上行目标载干比Γ_k+1 ^u与下行目标载干比Γ_j+1 ^d的计算公式中，系统对多址干扰的处理因子α_u、α_d小于1。

6.根据权利要求1所述的码分多址移动通信系统中的一种接纳控制方法，其特征在于：所述步骤B中，将计算出的接入该新用户之后的基站上行接收总功率、下行初始发射总功率、新用户的上行初始发射功率与功率判别准则进行比较进一步包括：在假定已有用户的下行发射总功率与上行接收总功率于新用户接入瞬间保持不变的条件下，判断接入新用户之后的基站上行接收总功率是否小于给定的上行接收功率阈值；判断接入新用户之后的基站下行发射总功率是否小于给定的下行发射功率阈值；和判断新用户的上行初始发射功率是否小于等于它的上行发射功率阈值同时大于等于它的最小发射功率。

7.根据权利要求6所述的码分多址移动通信系统中的一种接纳控制方法，其特征在于：所述的判断新用户的上行初始发射功率是否小于等于它的上行发射功率阈值同时大于等于它的最小发射功率是采用判别式 $p_{k+1,\min }\≤\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{u\_k+1}}{g_{u\_k+!}}\≤{\mathrm{\β}}_1\·p_{k+1,\max }$ 进行的，P_{k+1_min}表示新用户k+1的最小发射功率，P_{k+1_max}表示新用户k+1的上行最大发射功率，g_{u_k+1}表示新用户k+1的上行链路路径损耗因子，ΔP_{u_k+1}表示由新用户k+1呼叫引起的上行功率增量，β₁表示新用户发射功率的冗余因子，β₁·P_k+1,max表示新用户的上行发射功率阈值。

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