CN1736120A - 通信网络和用于仿真或设计通信网络的方法 - Google Patents

Abstract

一种支持在多个通信单元之间通信的仿真或设计通信网络的方法(800)。该方法包括使用(855，860)仿真工具(300)求解与通信网络的操作相关的数学公式的步骤。该方法还包括在仿真工具(300)的硬件平台(320)内的硬件中求解一个或多个迭代数学公式的步骤。以这种方式，显著地降低了网络运营商仿真、设计或优化通信网络或研究通信网络动态特性所花费的时间。

Description

通信网络和用于仿真或设计通信网络的方法

技术领域

本发明涉及在通信系统内的资源规划。本发明可应用于但并不仅限于在第三代无线通信系统内的资源规划。

背景技术

无线通信系统，例如蜂窝电话或专用移动无线电通信系统，通常提供将安排在多个基站收发信机站(BTS)和通常称作移动站(MS)的多个用户单元之间的无线电电信链路。这种电信链路安排用于支持数字和/或模拟通信信号。

无线通信系统与诸如公用交换电话网(PSTN)等固定通信系统的区别在原理上在于用户单元/移动站在覆盖区之间移动，其中由不同的BTS(和/或不同的业务供应商)服务于不同覆盖区内的通信。为此，用户单元/移动站遇到可变的无线电传播环境。

因而，为了系统规划者确保在广阔的地理覆盖区域内存在可接受的通信，这允许无线通信信号发送给在不同地理位置上的MS，和/或从其接收，必需确定大量的通信参数。此外，系统规划者/网络提供者需要保证设计通信网络使其符合峰值使用要求，以便用户在需要时能够进行呼叫。

在无线通信系统中，每个BTS具有与之相关的特定地理覆盖区域(或小区)。主要地，特定的BTS发射机功率电平和所使用天线的类型、高度和方向性规定覆盖区域，其中BTS能够维持与在其服务小区内操作的MS的可接受的通信。此外，接收无线通信单元的接收机灵敏度性能也影响给定的覆盖区域。在大型的蜂窝通信系统内，组合这些小区，并且经常重叠以产生宽广和连续的信号覆盖区域，同时用户单元/移动站在小区之间移动。故意在系统规划中设计小区重叠区域以保证用户单元/移动站能够在小区之间成功地越区切换。

基于小区的系统设计通常基于理想的小区模型。然而，由于地形特点和小区站和天线理想上并不位于规则的网格模型上的事实，理想化的小区模型实际上从不出现。因此，在系统/网络集成之前，网络设计者因而使用无线电规划工具以为每个小区估计无线电传播，并预测相应的覆盖区域。根据这些传播模型，网络设计者能够开发出将最小化预期干扰的用于该网络的初始规划(在网络基础设施部署之前)。一旦已经模型化特定的基础设施，为了多种用户分布和参数，即MS的位置、MS的活动状态和由在网络内操作的MS使用的发射功率，多次运行仿真算法，从而获得网络性能的统计估计。

根据软件仿真的结果，手工调整多种网络参数设置，例如BTS天线类型、方向、功率、高度、位置，或者无线电资源管理，例如越区切换参数、许可控制、拥塞控制等，以及其它的系统参数，例如小区重新选择，从而改善仿真结果。随后，为了进一步改变参数，重新运行软件仿真算法。因而，在网络安装之前，设计仿真阶段以收敛到一组参数设置，该组参数设置允许网络性能达到预先定义的性能等级。

所运行的仿真算法取决于技术。例如，与由移动通信的第二代(2G)全球系统(GSM)使用的时分多址(TDMA)技术相比，为实现第三代(3G)移动通信系统而定义的码分多址(CDMA)技术需要不同的用于评估网络干扰和质量的方法。CDMA的固有特征在于所有的移动网络用户能够在任何时候接入整个频带。因而，为一的频率再用是基于CDMA的系统的公知特征。这意味着必需严格控制由在3G中分别称作用户装置(UE)和节点B的用户单元和基站发射的功率。为了设计、规划、调查和发展基于CDMA的系统，执行网络的基于软件的仿真以具体确定由每个节点B和每个UE使用的发射功率电平。

CDMA仿真部分涉及求解某些数学公式，对于这些公式不存在已知的“封闭形式”的解决方案。因此，使用数字技术，从而“猜测”初始的解决方案，并迭代地修改直到获得真正的解决方案。为了确定何时获得最终的解决方案，定义了“收敛标准”，因此，将该解决方案称为“已收敛”。

在图1中图示了在基于CDMA的仿真应用中用于功率收敛的公知迭代算法100，全部用软件编写。该迭代算法100包括两个阶段：

(i)初始化阶段110，其中作为机器代码执行网络的所有组成部分，例如小区和UE等；和

(ii)迭代阶段150。

在初始化阶段110中，将网络信息读入计算机存储器，例如在步骤115中的收敛信息，在步骤120中的节点B信息，在步骤125中的UE信息和在步骤130中的网络参数。

迭代阶段150包括一系列的计算。在这一方面，在步骤155，为网络内的每个UE和节点B，在步骤160，该仿真计算新的发射功率。一旦已经计算出发射功率，则该仿真能够计算在每个小区内导致的和对每个UE产生的干扰电平，如步骤165所示的。在仿真迭代结束时，在步骤170，确定功率是否已经收敛。如果功率尚未收敛，即不能确定对干扰电平的明确回答，则该处理循环175，并使用用于一个或多个UE和/或节点B的一个或多个新的发射功率电平，如步骤155所图示的。然而，如果功率在步骤170中已经收敛，则该迭代功率/干扰电平仿真结束，如在步骤180中所示的。

必需为其获得解决方案的“实体”的数量也很大。例如，50公里×50公里的地理区域通常可能存在6000个节点B和240000个活动UE。因为与确保统计上准确的结果有关的原因，因此，必需为不同的配置(所谓的快照)重复地解决该问题。对于这个大小的网络，对于50个快照来说，收敛到解决方案所需要的执行时间可能达到25个小时。这是因为在解决方案收敛之前需要大量的迭代，和在每个迭代上必需的计算很耗费时间。

可以使用同时(并行)处理单元提高这样一个仿真算法的速度。然而，在这种情况下，限制因素将是管理各个处理之间通信的额外开销。

因而，总而言之，已知的处理因此非常耗费时间，可能耗费大量的处理能力，因为每个参数的改变导致必需通过迭代处理验证的进一步的迭代。尽管最终的选定网络参数确实(或应当)产生实际上的工作网络，但是该仿真处理耗时很长。此外，由于执行这种仿真耗费大量时间，和在该仿真处理中缺乏推动力，很少存在在部署之后对网络的任何后续修改或继续的发展。此外，在对运行此仿真存在限制时间的情况下，可以实现次优化的网络设计，其中网络设计仅符合而不是超过网络供应商的最低要求。

因而，在本发明的领域中需要一种在无线通信网络的发展和设计中资源规划的改进方法。此外，需要提供一种基于小区的通信系统，它能够通过持续地仿真继续优化，其中可以减轻上述缺陷。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种仿真或设计通信网络的方法，如权利要求1所要求保护的。

根据本发明的第二方面，提供一种通信网络，如权利要求12所要求保护的。

根据本发明的第三方面，提供一种通信单元，如权利要求13所要求保护的。

根据本发明的第四方面，提供一种存储介质，如权利要求14所要求保护的。

根据本发明的第五方面，提供一种仿真工具，如权利要求15所要求保护的。

根据本发明的第六方面，提供一种仿真工具，如权利要求16所要求保护的。

根据本发明的第七方面，提供一种蜂窝通信系统，如权利要求29所要求保护的。

总之，本发明的创造性概念推荐了一种通过具体改进迭代阶段的对已知仿真处理的改进。该迭代阶段在硬件中处理，而不是在软件内处理，这便于在没有封闭形式解决方案的等式中迭代参数更快的收敛，所述参数例如是发射功率。这提供了响应于正在进行的仿真，执行实际通信系统快速修改的机会。

形式为仿真工具的设备模拟和仿真无线通信网络。该仿真工具包括可配置的硬件平台，它模拟空中接口，并能够实现实际通信网络的快速收敛(接近实时的)。形式最好为计算机的软件平台配置硬件平台，并根据需要执行信息/结果的进一步的分析和表达。

在一种实施例中，将考虑中的通信网络分类为静态的，即其中移动通信单元保持固定，如在“时间冻结”分析中。

在替代实施例中，将考虑中的通信网络分类为动态的，即其中移动站的位置(或/和影响发射信号的周围环境)作为时间函数而改变。

典型地，该方法作为无线电规划工具的一部分应用，并在选择无线电基站位置、调谐发射机参数和/或选择天线设置时使用。

在一种实施例，该方法可以作为根据预定义的标准计算最佳网络配置的处理的一部分应用。

典型地，可以比较从硬件平台输出的一组数据/结果与预定义的网络要求，并获得与是否符合所述预定义网络要求有关的决定，当符合时，假设这些网络参数是可以接受的。

假定与仿真有关的数据可以存储在数据库内，并涉及下述参数中的任一个参数或任一组合：将由网络覆盖的地理区域、将为其生成仿真的手持机数量、手持机状态即移动还是静态的、手持机和/或基站的发射功率、基站自身的设置和通常可以视为预定参数的任何数据，所述预定参数实际上将不改变、几乎不改变或不影响网络性能。

可以使用该仿真工具在实时的基础上生成数据结果。举一个例子，如果网络地理区域包括业务量很大的传输链路，例如高速公路、计算机路由或铁路线，则在任一给定的日子内，因为在一天开始时在第一方向内和在一天结束时在相反方向内发生的忙时业务，和在两个时间之间，较低的使用率，使用特性可能变化很大。因而，数据库可以保存数据以允许在这些不同使用例子的每个例子上网络使用的仿真。

因而，根据本发明的优选实施例，通过施加电压给特别设计的电子电路，使电流流动，并测量在电路输出上获得的电势，仿真在蜂窝无线电网络内的实体(基站和移动终端)的“状态”和功率电平。

如果希望，根据正在研究的网络的具体例子(即控制功率电平、业务分配、等等)，可以改变所施加电压的幅度以提供推动力，输出电压是所关注的结果功率电平。最好使用形式为处理器/计算机的软件平台执行电路的配置和输出的进一步的分析、处理和表达。

因而，基本上避免了耗费时间的迭代算法所需要的计算基站和移动终端的功率电平之间复杂的互相依赖，以及所有其它参数设置和业务分配的修改。

附图说明

图1是流程图，说明作为完全由软件实现和在计算机处理单元内执行的基于码分多址(CDMA)的蜂窝系统仿真一部分的用于实现功率收敛的常规迭代算法。

现在将参考附图描述本发明的示例性实施例，在附图中：

图2图示修改以支持本发明优选实施例的各种创造性概念的蜂窝无线电通信系统的方框图；

图3图示本发明的实施例的交互工作，并图示软件/硬件实施方式；

图4图示用于包括一个节点B和两个UE的简单网络(只是为了说明目的)的本发明的具体实施方式；

图5图示根据本发明优选实施例的为了将在软件控制下配置硬件平台需要的接口电路的简图；

图6图示用于实现本发明优选实施例的优选硬件电路的简化方框图；

图7图示根据本发明的优选实施例，为了在软件控制下配置硬件平台以抽样硬件平台的输出和读回到计算机内需要的接口电路的一种实施例；和

图8图示说明根据本发明优选实施例实施的仿真算法的流程图。

具体实施方式

无线通信系统的仿真非常复杂，主要因为大量的无线通信单元，例如基站/节点B和用户单元/用户装置(UE)。此外，仿真的计算执行时间很长。这限制了由蜂窝运营商能够设计和优化网络的速度。

参考诸如由欧洲电信标准协会(ETSI)规定的CDMA通用移动电信系统(UMTS)的第三代蜂窝通信系统的仿真描述本发明的优选实施例。然而，创造性的概念同样可以应用于任何其它的无线接入技术，例如TDMA、FDMA、OFDMA、等等。

仿真CDMA网络主要涉及估计由节点B和用户单元发射的功率。在这些实体之间存在严重的干扰。干扰电平也取决于它们的相对位置，这需要在仿真中估计。为了抑制这样的干扰电平，用户单元/UE和节点B都必需采用适当的功率电平，从而实现为终端用户预先定义的服务质量(QoS)。

可以预计这些创造性的概念可以由例如3G网络的运营和管理中心(OMC)以实时的方式应用以仿真该网络的实时性能。以这种方式，根据主要和可变的条件，OMC能够连续地优化网络的性能。可选择地，可以预计本发明的仿真方式可以由网络运营商应用在无线蜂窝通信网络的初始设计中。

因而，上述描述详细说明了如何可以将这些创造性的概念应用于实际的3G UMTS网络，优选地，作为仿真结果以伪实时的方式应用于系统参数的修改。首先，参见图2，概括图示了根据本发明优选实施例的基于蜂窝的电话通信系统200。在本发明的优选实施例中，基于蜂窝的电话通信系统200符合通用移动电信系统(UMTS)和/或通用分组无线电系统(GPRS)空中接口，并包含能够在其上操作的网络单元。

具体而言，本发明的这些创造性概念的仿真方面能够应用于与UTRAN无线电接口相关的宽带码分多址(WCDMA)标准的第三代合作项目(3GPP)规范(在由ETSI开发的规范3G TS 25.xxx系列中描述)。

通常，空中接口协议由在网络结构中在UMTS术语中称作节点B的基站收发信机进行管理。节点B在地理上相互隔开-一个节点B支持一个小区(或者例如小区的扇区)。多个用户终端(或者在UMTS术语中称作用户装置(UE))212、214、216在无线电链路218、219、220上与多个节点B 222、224、226、228、230、232通信。该系统包括许多其它的UE和节点B，为了清楚在此未图示。

无线通信系统，有时称作网络运营商的网络域，连接到外部网络234，例如互联网。网络运营商的网络域(同时参考第三代UMTS和第二代GSM系统进行描述)包括：

(i)核心网络，即至少一个网关GPRS支持节点(GGSN)244和/或至少一个服务GPRS支持节点(SGSN)；和

(ii)接入网络，即：

(ai)GPRS(或UMTS)无线电网络控制器(RNC)236-240；或

(aii)GSM系统内的基站控制器(BSC)和/或

(bi)GPRS(或UMTS)节点B 222-232；或

(bii)GSM系统中的基站收发信机站(BTS)。

GGSN/SGSN 244负责域诸如互联网234的公用交换数据网(PSDN)或公用交换电话网(PSTN)234的GPRS(或UMTS)连接。SGSN 244为例如在GPRS核心网络内的业务执行路由选择和通道化功能，而GGSN 244链接到外部分组网络，在这种情况下，访问该系统的GPRS模式的一个网络。

节点B 222-232通过在UMTS术语中称作无线电网络控制器站(RNC)，包括RNC236、238、240，的基站控制器和诸如MSC 242的移动交换中心(MSC)(为了清楚，在此未图示其它的MSC)和SGSN 244(为了清楚，在此未图示其它的SGSN)连接到外部网络。

每个节点B 222-232包含一个或多个收发信机单元，并通过如在UMTS规范中定义的I_ub接口与基于小区的系统基础设备的其余部分通信。

每个RNC 236-240可以控制一个或多个节点B 222-232。每个MSC 242提供到外部网络234的网关。运营和管理中心(OMC)246操作地连接到RNC 236-240和节点B 222-232(为了清楚，仅图示与节点B 226相关的)。OMC 246管理和控制蜂窝电话通信系统200的部分，如本领域的技术人员所理解的。在该系统结构中在很高的级别上图示包括原籍位置寄存器和访问者位置寄存器具体功能的位置登记功能280，以便位置信息是在系统内通用的。技术人员将理解位置等级功能280在替代实施例中可以操作地连接到较低级别的单元，例如SGSN 242、244、GGSN(未图示)或OMC 246。

在本发明的优选实施例中，已经修改OMC 246以执行UMTS网络的实时仿真。在这一方面，已经修改OMC 246以使用多个节点B和/或UE功率电平的指示。已知可以使用下述普通等式来估计在仿真中任一UE所需要的功率电平。

$P_{\mathrm{BS}\_\mathrm{to}\_m}=I_m\×\frac{{(E_b/N_0)}_m}{C/R_m}\×L_s---\left(1\right)$

$I_m=\underset{n=1,n\≠s}{\overset{\mathrm{Nbs}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_n\×\frac{1}{L_n}+(P_s-\mathrm{Pm})\×\frac{1}{L_s}\×a---\left(2\right)$

其中：

P_{BS_to_m}表示从节点B到移动用户单元/UE m所需要的功率。

E_b/N₀表示每比特的能量/噪声+干扰频谱密度；这个参数在保证移动用户单元/UE m的可接受的服务质量中至关重要。

C表示CDMA系统的码片速率。

R_m表示移动站m的数据速率。

I_m表示移动站m经历的干扰。

L_s表示移动用户单元/UE m的从服务基站/节点B的链路损耗。

P_n表示在其它基站/节点B上的总功率，其中n＝1至N比特/秒，它是在正在仿真的网络内的基站总数，其中n不等于s，s是移动用户单元/UE m的服务基站/节点B。

a是非正交因子。

上述等式没有封闭形式的解决方案，因为P_{BS_to_m}取决于I_m，I_m自身取决于P_{BS_to_m}以及其它节点B的功率。当估计移动站的功率是也是如此。

该等式变成：

$P_{m\_\mathrm{to}\_\mathrm{BS}}=I_{\mathrm{BS}}\×\frac{{(E_b/N_0)}_{m\_\mathrm{to}\_\mathrm{BS}}}{C/R_{m\_\mathrm{to}\_\mathrm{BS}}}\×L_s---\left(3\right)$

其中：

$I_m=\underset{n=1,n\≠s}{\overset{N_m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_m\×\frac{1}{L_n}+(P_s-P_{m\_\mathrm{to}\_\mathrm{BS}})\×\frac{1}{L_s}---\left(4\right)$

为了使用传统的方法求解这些等式，需要许多迭代步骤，其中估计初始的解决方案，在每一步骤上修改最后的估计值，直到解决方案收敛到最终值。

然而，根据本发明的优选实施例，通过合并混合软件-硬件系统，如参考图3更详细地描述的，大大简化了这些等式的求解。

在本发明的优选实施例中，可以预见可以在无线通信网络的动态仿真中使用这些创造性的概念。在这一方面，假设在OMC 246中的处理器运行仿真程序。然而，在替代实施例中，可以预见在可操作地耦合到OMC 246的任一单元内的软件中可以实现这些概念。可替代地，改进的仿真算法可以位于基础设施内的任何其它单元内，例如分立的分析平台，或者甚至分布在多个单元内，如果合适的话。例如，可以在蜂窝基础设施装置的无线电接入网络(RAN)内实现改进的仿真算法，和/或可以将其实施为在附属平台上的独立单元/功能。

更一般地，根据本发明的优选实施例，通过任一合适的方式，可以将改进的仿真算法编程在例如OMC 246中。例如，可以将新的设备添加给常规的通信单元。可替代地，例如通过重新编程其中的一个或多个处理器，可以修改常规通信单元的现有部件。同样地，可以以在存储介质上存储的处理器可执行指令的形式实施所需要的修改，所述存储介质例如是软盘、硬盘、可编程只读存储器(PPOM)、随机存取存储器(RAM)或这些或其它存储介质的任何组合。

现在，参见图3，图示根据本发明优选实施例的混合软件-硬件系统300。该混合软件-硬件系统300图示在主要基于软件的域310和主要基于硬件的域320之间的处理责任的划分。例如，可以预见由软件域执行的一些与软件相关的工作315可以包括从用户或网络运营商接收数据。根据本发明的优选实施例，即基于仿真结果的系统参数的实时修改，预计可以以实时方式从系统结构中的单元/通信单元接收这些数据，所述单元/通信单元例如是在该系统内的知道诸如UE个数和由UE或节点B使用的功率电平等的节点B或MSC。

根据本发明的优选实施例，这些创造性的概念推荐了通过使用包括可配置硬件325的硬件平台320实现迭代等式的基本上瞬时收敛的装置。该可配置的硬件325具体实施以替换作为迭代收敛部分的软件仿真器的最耗费时间的部件。

在这一方面，根据所要解决的具体问题(等式)，软件平台315提供输入信号330给硬件平台325。如本领域的技术人员将理解的，输入信号的形式最好是电压电平，但是可以包括信号的任何合适的电变量，例如电流。实际上，合适输入信号的选择“配置”硬件平台325。

硬件平台325设计以使用模拟和/或数字电路模拟无线网络，其中最好使用电压电平对应于在系统内发现的各种发射(和/或接收)功率电平。随后，将硬件平台325的输出馈送回340软件平台315以进一步分析。如本领域的技术人员将理解的，硬件和软件之间的接口通过模数和数模电路。

宽带CDMA(WCDMA)技术中仿真的目的是为网络内的所有节点B发射机和所有UE计算功率电平。然而，值得注意的是，所有这些实体都是相关的。例如，参考图4的非常简单的网络图400，从节点B 405在第一通信链路410发送到UE-1415的功率取决于在从节点B 405到UE-2425的第二通信链路420上发送的功率，反之亦然。很显然，无线网络将包括在此图示之外的其它更多的通信单元，因此，显著地影响每个发射功率之间的相互作用。

已知的仿真算法解决这个二分法的机制如下。首先，仿真算法将估计从节点B405发送到UE-1415的功率。随后，仿真算法将使用下述递归等式[7]和[8]计算从节点B 405发送给UE-2425的功率。随后，该仿真算法将使用下述的递归等式[5]和[6]计算发送给UE-1415的功率的新的估计值。随后，由该仿真算法重复这一处理，直到所计算的功率达到稳定值(即它们已经收敛)。

$P_{\mathrm{BS}\_\mathrm{to}\_m1}=I_{m1}\×\frac{{(E_b/N_0)}_{\mathrm{BS}\_\mathrm{to}\_m1}}{C/R_{\mathrm{BS}\_\mathrm{to}\_m1}}\×L_1---\left(5\right)$

其中：

$I_{m1}=(P_c+P_{\mathrm{BS}\_\mathrm{to}\_m2})\×a\×\frac{1}{L_1}---\left(6\right)$

和

$P_{\mathrm{BS}\_\mathrm{to}\_m2}=I_{m2}\×\frac{{(E_b/N_0)}_{\mathrm{BS}\_\mathrm{to}\_m2}}{C/R_{\mathrm{BS}\_\mathrm{to}\_m2}}\×L_2---\left(7\right)$

其中：

$I_{m2}=(P_c+P_{\mathrm{BS}\_\mathrm{to}\_m1})\×a\×\frac{1}{L_2}---\left(8\right)$

和

$\mathrm{SI}{R}_m=\frac{{(E_b/N_0)}_{\mathrm{BS}\_\mathrm{to}\_m}}{C/R_{\mathrm{BS}\_\mathrm{to}\_m}}---\left(9\right)$

因此，总的业务信道功率是：

P_T＝P_{BS_to_m1}+P_{BS_to_m2}                         【10】

其中：

P_c是节点B 405的控制信道功率，和P_T是节点B 405的业务信道功率。

这是这样一种迭代处理，其中将未知变量的估计值馈送回已知公式，从而获得逐渐更好的估计值。

然而，根据本发明的优选实施例，推荐使用电子反馈电路以完全消除迭代的需要。因此，可以使仿真在短得多的时间内达到稳定状态的解决方案。

现在，参见图5，图示根据本发明的优选实施例，为了在软件控制下配置硬件平台需要的接口电路的简图。该电路包括通过总线515可操作地连接到接口电路510的计算机520。接口电路510可操作地连接到所推荐的硬件实施505，它提供数据的基本上瞬时的收敛。将参考图7进一步描述接口电路。

现在，参见图6，图示用于实现本发明优选实施例的优选硬件电路的简化方框图600。在此，已经将所关注的实体即发射机的功率电平模拟为电压。使用两种类型的简单电子组件：加法器和除法器(或放大器)。加法器在它们的输出上生成作为两个或更多输入电压之和的电压。乘法器在它们的输出上生成作为输入电压成比例形式的电压。这些组件以这样一种方式连接，从而实现所需要的反馈。

在图4的简化结构中，需要用于两个UE的解决方案，硬件电路将包括两个相互依赖的路径。用于第一UE的第一路径包括加法器功能610，它接收和相加输入电压Pc 605和第二UE的反馈电压。将加法器功能610的输出输入给乘法器功能615，在此将其相对于参数‘a’除以路径损耗L1按比例缩放。乘法器功能615的输出也在乘法器功能620中相对于用于第一UE的信号干扰比按比例缩放，随后再次在乘法器功能625中乘以第一路径损耗。随后，将乘法器功能625的输出在加法器635上输入给第二路径。类似地，在第二路径中使用相同的电路，加法器635继之以乘法器功能640、645和650。将两个路径的输出输入给最后的加法器630，随后，将输出电压P_T 660返回给软件仿真算法。

再次参见图6，输入电压P_c 605是由系统用户指定的已知实体。类似地，乘法器的“增益”或“缩放因子”是先验已知的，该电路“求解”P_T。本领域的技术人员将理解，通过确保电路中不希望存在的最低电容效应，调整输出电压将要花费的时间将在比同一问题的软件解决方案可能的花费时间更快的量级上。

因为可以将该电路实施为一系列的加法器和乘法器功能，所以能够很容易地以应用专用集成电路(ASIC)实现该电路。同样，ASIC可以被修改以包括任意数量的UE和节点B，从而仿真实际的网络。此外，已经参考下行链路的计算描述了本发明的优选实施例。然而，可以预见相同的创造性概念也可以扩展到上行链路的情况。有利地，也可以在分析中轻易地包含任何其它的空中接口参数，例如无线电资源管理参数。

如上所述，在该硬件平台中，表示无线电网络内功率的实体是电压。因而，例如，用由软件输入给硬件平台的电压表示基站的控制信道功率P_c。类似地，该软件通过设置一个或多个其它参数L1、L2和 $\frac{{(E_b/N_0)}_{\mathrm{BS}\_\mathrm{to}\_m}}{C/R_{\mathrm{BS}\_\mathrm{to}\_m}}$ 来配置硬件平台。由软件读回硬件的输出P_T。

通过上述的普通等式可以描述到整个网络的扩展，在图6中介绍的实施方式可以按比例地缩放以实现瞬时的收敛。

现在参见图7，根据本发明的优选实施例图示了为了将在软件控制(例如图3的软件平台310)下配置硬件平台(例如图3的硬件平台320)所需要的接口电路700的一种实施例。参见图7，在此称作快速算法平台(FAP)的硬件电路320更详细地图示了图6的电路及其扩展。

系统用户规定硬件电路320的输入，这些输入是图6的P_c和乘法器的“增益”。用户最初将在图7的软件组件310内规定这些输入。这可以是直接输入，或者最好可以将数据存储在数据库内。而且，可以直接保存或者通过预处理从其它数据推导出这些数值。

一旦用户初始化，或者通过自动处理，软件将所有的所需要的数值写入一部分存储器内(可以是专用于此目的的外部专用存储器)。对于将要输入给FAP 320的每个变量，软件310写入两个信息：识别该变量的“地址”(或“ID”)705和作为相应变量数值的“数值”710。软件310按顺序将所有所需要的输入变量写入同一存储器位置。将每个变量“写”操作之间的时间间隔选择得足够长，从而确保能够正确地执行数模(D/A)转换715和抽样与保存操作730。

因而，一旦将“地址-数值”对写入存储器位置，D/A转换器715将该值转换成电压，随后，由一个，并且仅由一个‘抽样和保存’电路730抽样和保存。该变量的‘地址’确定哪一个‘抽样和保存’电路730是活动的。将这种单个电路730的选择实现为每个‘抽样和保存’电路具有使能/禁止输入725，并设计地址解码器逻辑块720以便在禁止其它‘抽样和保存’电路时仅相关的‘抽样和保存’电路是使能的。这样，使FAP 320可以获得所有的所需要的变量。

可以预见可以使用多种其它的机制和电路配置将数据从软件310传送给FAP320。然而，上述优选的机制提供的优点在于它使用较简单的‘抽样和保存’和‘解码器逻辑’建立块，这些是复制每个变量需要的电路。这使得能够使用单个的复杂数模电路。

有效地，使用相同的电路700，从而将硬件平台320的输出抽样和读回到软件平台的计算机/处理器315内。然而，在这个方向上，如本领域的技术人员将理解的，使用模数转换器操作。

 因而，该软件继续，通过它写入“地址”存储位置705的一组“地址”或“ID”，其中每个地址对应于从FAP 320读出的变量。地址解码器逻辑电路720保证通过正确的‘抽样和保存’电路730将相关的FAP输出路由选择到D/A转换器715，它一旦转换则使该数值可用于软件310。随后，该顺序重复，直到读出所有的所需要的FAP输出。

总之，根据本发明，该设备包括一种软件可配置硬件平台，它仿真无线通信网络的空中接口，实现网络的接近实时的仿真，因而避免了和替代了当前在使用的耗费时间的软件实施方式。本发明(通过其自身或作为更大型系统的基本组件)具有在无线电网络的仿真、分析、设计和优化中的应用。

与上面描述的系统参数的实时监视和调整相比，在将上述创造性的概念应用于初步网络设计仿真处理中的替代实施例中，可以预见该硬件平台的配置不必是静态的。在这一点上，通过安排网络配置随着时间改变，根据在计算机内存储的预先编程的事件序列，能够准确地研究网络的随着时间改变的动态特性。

在这种情况下，运营商通过规定网络的一个或多个参数随着时间改变的方式定义动态情况，或者可选择地，使用移动站的基于位置的信息预测或者根据在网络操作时记录的网络数据确定工作情况。将该序列存储在计算机存储器内。当运营商开始分析时，对于该序列的每个时间步骤，将规定配置转换成输入电压，应用于硬件平台，并将相应的网络状态读回和存储在计算机内。随后，为每个时间步骤重复该处理。因此，对应于正在研究的动态情况，建立了网络的动态观察。

现在参见图8，流程图800图示优选仿真处理的概况。该优选仿真处理使用已知初始化阶段810的单元/步骤，使用读入到计算机存储器内的网络信息，例如在步骤815的收敛信息，在步骤820的节点B信息，在步骤825的UE信息和在步骤830的网络参数。

然而，根据本发明的优选实施例，现在在步骤855，如上所述，将网络信息读入到FAP电路中。随后，在步骤860从FAP电路读出信息，该处理在步骤865结束。以这种方式，不存在计算新的发射功率和运行干扰情况以查看功率是否收敛的过长的迭代处理。

已经参考诸如通用移动电信标准(UMTS)等蜂窝电话通信系统描述了本发明的优选实施例。可以预见本发明同样可应用于其它的无线CDMA、TDMA、FDMA或OFDMA通信系统。可以受益于在此描述的创造性概念的诸如专用或公用移动无线电通信系统等的替代无线电通信结构也在本发明的保护范围之内。

这些创造性的概念并不限制于在仿真宽带CDMA网络时使用，也在本发明的保护范围之内。可以预见这些创造性的概念同样可应用于需要解决类似于在此详细描述的等式的递归等式的任何情况。具体而言，可以预见这些创造性的概念可以应用于任一无线电网络，例如无线电网络的静态仿真、无线电网络的动态仿真、无线电网络的离线优化和无线电网络的在线(或接近实时)的优化、等等。

显然，本领域的技术人员将认识到通过在此描述的创造性的概念用户可以获得大量的应用和机会。在这一方面，上面提供的例子仪说明了其中一小部分。

将理解上面描述的用于资源(重新)规划的无线通信系统和改进的OMC和改进的方法提供了使用现有的无线电规划不能轻易获得的至少一个或多个下述的优点：

(i)显著地降低网络运营商设计和优化系统所花费的时间。

(ii)这些创造性的概念同样可应用于自由网络优化技术，使蜂窝运营商的无线电网络设计的整个处理自动化。

(iii)这些创造性的概念同样可应用于无线通信网络的正在进行的和基本上实时的调整，在当今的大型无线网络内不能预见的特征。

(iv)显著地降低了网络运营商设计和研究网络的动态性能花费的时间。

虽然上文描述了本发明实施例的具体和优选的实施方式，本领域的技术人员显然可以轻易地应用这些创造性概念的变型和修改。

因而，已经提供了用于仿真器驱动的小区配置(重)规划的通信系统、改进的OMC和方法，其中已经基本上避免了上面描述的与现有技术的配置相关的缺点。

Claims (32)

1.一种仿真或设计支持多个通信单元之间通信的通信网络的方法(800)，其中该方法包括步骤：

使用(855，860)仿真工具(300)求解与通信网络的操作相关的数学公式；

其中该方法的特征在于步骤：

在仿真工具(300)的硬件平台(320)内的硬件中求解一个或多个迭代数学公式。

2.根据权利要求1的仿真或设计通信网络的方法(800)，其中仿真工具还包括软件平台(310)，可操作地耦合到硬件平台(320)，并使用一系列的数学公式，其中至少一个数学公式不具有封闭形式的求解方法，该方法的特征还在于步骤：

通过硬件平台求解不具有封闭形式的求解方法的一个或多个数学公式。

3.根据权利要求2的仿真或设计通信网络的方法(800)，其中该方法的特征还在于步骤：

通过软件平台(310，315)提供与一个或多个将要求解的数学公式相关的一个或多个输入信号(330)给硬件平台(320，325)。

4.根据权利要求2或3的仿真或设计通信网络的方法(800)，其中该方法的特征还在于步骤：

由软件平台(310，315)，通过设置将要求解的数学公式的一个或多个参数，例如一个或多个路径损耗参数和/或等式中的参数，配置硬件平台(320，325)。

5.根据权利要求3或4的仿真或设计通信网络的方法(800)，其中一个或多个输入信号(330)的形式是电变量信号，例如电压电平，其中电变量信号的电平对应于在通信网络(200)内工作的通信单元的发射(或接收)功率电平。

6.根据权利要求5的仿真或设计通信网络的方法(800)，其中该数学公式涉及包括能够在不同无线电频率发射功率上发射的通信单元的无线通信网络(200)的空中接口，其中求解步骤包括收敛多个发射功率的步骤。

7.根据前面任一权利要求的仿真或设计通信网络的方法(800)，其中该方法的特征还在于步骤：

响应于由硬件平台(320，325)提供的一个或多个输出，例如基本上以实时的方式修改操作的通信网络(200)。

8.根据权利要求3至7中任一权利要求的仿真或设计通信网络的方法(800)，其中该方法的特征还在于步骤：

通过修改一个或多个输入信号电平，作为时间函数仿真通信单元位置的变化。

9.根据权利要求3至8中任一权利要求的仿真或设计通信网络的方法(800)，其中该方法的特征还在于一个或多个输入信号电平涉及下面的任一个或多个参数：

(i)将由通信网络覆盖的地理区域；

(ii)将要为其执行仿真的多个用户单元；

(iii)一个或多个用户单元的工作状态，例如用户单元是移动的还是静态的；

(iv)从用户单元和/或基站的功率发射电平；或

(v)一个或多个基站的操作设置。

10.根据前面任一权利要求的仿真或设计通信网络(200)的方法(800)，其中该方法可应用于无线CDMA、TDMA、FDMA或OFDMA通信网络。

11.根据前面任一权利要求的仿真或设计通信网络的方法(800)，其中该方法可应用于下面的一个或多个：

(i)无线通信网络的静态仿真；

(ii)无线通信网络的动态仿真；

(iii)无线通信网络的离线优化；或

(iv)无线通信网络的在线(或基本上接近实时的)优化。

12.一种适合于支持前面权利要求1至11中任一权利要求的方法步骤的通信网络(200)。

13.一种通信单元，例如3G通信网络的操作和管理中心(OMC)，适合于支持前面权利要求1至11中任一权利要求的方法步骤。

14.一种存储介质，存储处理器可执行指令，用于控制处理器以执行前面权利要求1至11中任一权利要求的方法步骤。

15.一种仿真工具，适合于支持前面权利要求1至11中任一权利要求的方法步骤。

16.一种仿真工具(300)，用于仿真或设计包括硬件平台(310)，支持多个通信单元之间通信的通信网络(200)，其中该仿真工具(300)的特征在于：

硬件平台(320)，操作地耦合到软件平台(310)，以便配置该硬件平台(320)，从而求解与通信网络(200)的操作相关的一个或多个迭代数学公式。

17.根据权利要求16的仿真工具(300)，其中配置硬件平台(320)，以求解不具有封闭形式的求解方法的一个或多个数学公式。

18.根据权利要求16或17的仿真工具(300)，其中仿真工具(300)包括软件平台(310)和硬件平台(320)之间的接口，以使软件平台(310，315)提供与一个或多个将要求解的数学公式相关的一个或多个输入信号(330)给硬件平台(320，325)。

19.根据权利要求16至18中任一权利要求的仿真工具(300)，其中通过设置将要求解的数学公式的一个或多个参数，例如一个或多个路径损耗参数和/或等式 $\frac{{(E_b/N_0)}_{\mathrm{BS}\_\mathrm{to}\_m}}{C/R_{\mathrm{BS}\_\mathrm{to}\_m}}$ 中的参数，软件平台(310，315)能够配置硬件平台(320，325)。

20.根据权利要求18或19的仿真工具(300)，其中一个或多个输入信号(330)的形式是电变量信号，例如电压电平，其中电变量信号的电平对应于在通信网络(200)内工作的通信单元的发射(或接收)功率电平。

21.根据权利要求18至20中任一权利要求的仿真工具(300)，其中软件平台修改一个或多个输入信号(330)，从而作为时间函数仿真一个或多个通信单元位置的变化。

22.根据权利要求18至21中任一权利要求的仿真工具(300)，其中一个或多个输入信号电平涉及下面的任一个或多个参数：

(i)将由通信网络覆盖的地理区域；

(ii)将要为其执行仿真的多个用户单元；

(iii)一个或多个用户单元的工作状态，例如用户单元是移动的还是静态的；

(iv)从用户单元和/或基站的功率发射电平；或

(v)一个或多个基站的操作设置。

23.根据权利要求16至22中任一权利要求的仿真工具(300)，其中硬件平台包括多个，基本上仅两个电子组件：加法器功能和乘法器功能。

24.根据权利要求18至23中任一权利要求的仿真工具(300)，其中所述接口包括多个抽样和保存功能和‘解码器逻辑’建立模块。

25.根据权利要求18至24中任一权利要求的仿真工具(300)，其中配置硬件平台以求解下述形式的等式：

$I_m=\underset{n=1,n\≠s}{\overset{\mathrm{Nbs}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_n\×\frac{1}{L_n}+(P_s-\mathrm{Pm})\×\frac{1}{L_s}\×a$

26.根据权利要求16至24中任一权利要求的仿真工具(300)，其中配置硬件平台以求解下述形式的等式：

$I_m=\underset{n=1,n\≠s}{\overset{N_m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_m\×\frac{1}{L_n}+(P_s-P_{m\_\mathrm{to}\_\mathrm{BS}})\×\frac{1}{L_s}$

27.根据权利要求16至26中任一权利要求的仿真工具(300)，其中该仿真工具位于无线通信网络(200)的操作和管理中心(246)内。

28.根据权利要求16至27中任一权利要求的仿真工具(300)，其中该仿真工具安排以响应于由硬件平台提供的输出，以基本上实时的方式适应操作的通信网络。

29.一种适合于使用权利要求16至28中任一权利要求的仿真工具的蜂窝通信系统(200)。

30.一种基本上如先前参考附图中的图2描述的和/或图示的通信系统。

31.一种蜂窝通信单元(246)，例如操作和管理中心，基本上如先前参考附图中的图3、图4、图5、图6或图7描述的和/或图示的。

32.一种仿真或设计通信网络的方法，基本上如先前参考附图中的图8描述的和/或图示的。

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