專利名稱：一種寬帶碼分多址系統(tǒng)上行負(fù)荷線性估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及WCDMA系統(tǒng)上行負(fù)荷估計方法，屬于第三代移動通信系統(tǒng)一寬帶碼分多址(WCDMA)領(lǐng)域。
自移動通信系統(tǒng)90年代開始廣泛應(yīng)用以來發(fā)展十分迅速，短短間幾年已經(jīng)成為人類生活密不可分的一部分，同時在Internet迅猛發(fā)展的推動下，人們對移動Internet的渴求極大地推動了第三代移動通信系統(tǒng)(IMT-2000)的發(fā)展。WCDMA技術(shù)是第三代移動通信系統(tǒng)的主流技術(shù)，WCDMA系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP在99年通過并頒布了Release 99’版本的無線接口技術(shù)規(guī)范。由于需要考慮第三代移動通信系統(tǒng)之間、第三代與第二代之間的兼容問題，IMT-2000的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化研究進程比無線接入網(wǎng)(RAN)的標(biāo)準(zhǔn)化研究進程較為滯后。同時，由于CDMA系統(tǒng)的軟容量特性，以及系統(tǒng)容量和負(fù)荷還與無線環(huán)境、業(yè)務(wù)特性等有關(guān)，因此3GPP很難對系統(tǒng)級的控制方法制訂統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對系統(tǒng)容量和負(fù)荷的估算主要還是采用第二代移動通信系統(tǒng)即窄帶CDMA的方法。
第三代移動通信系統(tǒng)與第二代移動通信系統(tǒng)的主要區(qū)別是承載的業(yè)務(wù)不同，第二代系統(tǒng)主要以話音業(yè)務(wù)為主，而第三代系統(tǒng)則以多媒體業(yè)務(wù)為主，話音業(yè)務(wù)和分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并重，并支持高達(dá)2Mbps的高速數(shù)據(jù)傳輸。
WCDMA系統(tǒng)的負(fù)荷控制分為幾個方面，由于無線資源十分緊缺，主要瓶頸是在基站(Node-B)和移動用戶終端(UE)之間的無線環(huán)節(jié)上，因此空中接口的負(fù)荷估計和控制顯得非常重要，負(fù)荷估計正確與否是負(fù)荷控制的前提。一般一個基站(Node B)劃分為3個小區(qū)(cell)，并分別對每個小區(qū)進行負(fù)荷估計與控制。小區(qū)的負(fù)荷分為上行負(fù)荷和下行負(fù)荷。目前，估計上行負(fù)荷一般采用兩種方法一是基于基站接收功率的方法，二是基于吞吐量的方法。具體參考芬蘭諾基亞公司Harri Holma等人以3GPP協(xié)議規(guī)范為基礎(chǔ)所著的“UMTS的WCDMA-第三代移動通信的無線接入”一書。
目前基于功率方法的上行鏈路空中負(fù)荷估計公式如下ηUL=1-PNPtotal=1-1Nr---(1)]]>(1)式滿足Nr＝1，ηUL＝0；Nr＝∞，ηUL＝1的邊界約束條件。
ηUL是上行負(fù)荷，PN是與環(huán)境溫度有關(guān)的熱噪聲功率，包括了白噪聲與接收機系統(tǒng)噪聲。接收機系統(tǒng)噪聲包括基站天線噪聲、饋線損耗、接收機內(nèi)部噪聲等部分。Ptotal是基站接收總功率的實測值，包括熱噪聲功率、多址干擾功率和周圍小區(qū)的干擾功率。Nr是噪聲上升系數(shù)，表示在WCDMA系統(tǒng)中接入用戶后，在基站接收端多址干擾與熱噪聲相比上升的程度。由此可見，采用基站測量接收總功率來估計上行負(fù)荷的方法具有實際意義，可以方便地從周期性上報的功率測量結(jié)果實時計算出上行鏈路的空中負(fù)荷。
設(shè)有N個用戶接入一個小區(qū)，考慮周圍小區(qū)的干擾，則有Potal＝PN+Ps1+Ps2+Ps3+...PsN+PothercellNr=PtotalPN=1+Ps1PN+Ps2PN+…+PsNPN+PothercellPN]]>可見，噪聲上升系數(shù)Nr總是大于1。
Nr的物理含義是當(dāng)接入一個空中速率為960Kbps的業(yè)務(wù)時，多址干擾功率與背景熱噪聲功率相當(dāng)，此時Nr＝2；依此類推，當(dāng)有6個960Kbps的業(yè)務(wù)接入時，Nr＝7。按第三代移動通信系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范，由于正交碼樹所限，一個用戶最多只能有6條960Kbps的上行信道，即Nr＝7時接近上行的滿負(fù)荷。
如果根據(jù)公式(1)做出的曲線，很明顯，曲線呈現(xiàn)了嚴(yán)重的非線性特性。在Nr較小時斜率很大，當(dāng)Nr較大時呈現(xiàn)出飽和特征。例如從空載到建立一條960Kbps的無線鏈路時，負(fù)荷僅占滿負(fù)荷的1/6左右，負(fù)荷從0增加到了50％！在Nr較大時，如建立5條無線鏈路時負(fù)荷是83.3％，6條時負(fù)荷僅為85.7％，可見，負(fù)荷與噪聲上升系數(shù)的關(guān)系是非線性的。例如，從5條鏈路到6條鏈路，負(fù)荷ηUL從83.3％到85.7％，負(fù)荷估計呈現(xiàn)出極大的非線性飽和特性，變化非常小，與接收總功率測量的誤差同一個數(shù)量級。非線性特性造成了在高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)情況下對負(fù)荷進行量度的不準(zhǔn)確，無法進行系統(tǒng)負(fù)荷的精確控制，從而難以保證系統(tǒng)在較高的負(fù)荷狀態(tài)下穩(wěn)定地運行。使系統(tǒng)在負(fù)荷控制時較難控制高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)部分的負(fù)荷，而支持高速數(shù)據(jù)傳輸正是第三代移動通信系統(tǒng)的最大魅力所在，是第三代移動通信系統(tǒng)的特征標(biāo)志。因此有必要采用一種新的、線性的方法來估計小區(qū)的上行負(fù)荷。
本發(fā)明的目的是提出了一種在WCDMA系統(tǒng)中高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)情況下對負(fù)荷量度進行精確控制的上行負(fù)荷線性估計方法。本發(fā)明提出上行負(fù)荷線性估計方法來估計上行鏈路負(fù)荷量，包括以下步驟1)根據(jù)環(huán)境溫度T0和基站(Node-B)接收機系統(tǒng)等效噪聲系數(shù)F，計算熱噪聲功率，并由dB值換算成數(shù)值PN，進一步包括以下步驟；(1)計算白噪聲功率PWN＝kT0B，T0是環(huán)境溫度，k是波爾茲曼常數(shù)，為1.38×10-23焦耳/°K，B是通信帶寬，WCDMA系統(tǒng)的通信帶寬為5MHz。并通過PWN(dB)＝101g(kT0B)計算白噪聲功率的dB值。
(2)由接收機系統(tǒng)等效噪聲系數(shù)F計算接收機噪聲功率PR(dB)＝101gF。
(3)由PN(dB)＝PWN(dB)+PR(dB)計算噪聲功率的dB值。
(4)由 計算熱噪聲功率的數(shù)值。
2)從無線資源控制(RRC)信令中獲取基站上報的接收功率測量值，并由下式將接收功率的dB值換算成數(shù)值Ptotal。Ptotal=100.1Ptotal(dB)]]>
3)由 計算噪聲上升系數(shù)。
4)根據(jù)以下新的上行負(fù)荷線性估計公式計算小區(qū)上行負(fù)荷量ηUL。ηUL=1-e1-Nr10(1-0.1Nr)]]>5)將負(fù)荷ηUL轉(zhuǎn)換成接口函數(shù)值輸出給接納控制和負(fù)荷控制子進程。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。


圖1是基于現(xiàn)有技術(shù)中上行鏈路空中負(fù)荷估計公式函數(shù)曲線圖；圖2是本發(fā)明方法的流程圖；圖3是基于本發(fā)明所述的上行鏈路空中負(fù)荷線性估計公式函數(shù)曲線圖；圖4是現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的上行鏈路空中負(fù)荷線性估計公式函數(shù)曲線比較圖。圖1是目前上行鏈路空中負(fù)荷估計公式函數(shù)曲線圖；即基于公式 所作的曲線。
從圖中可見，曲線呈現(xiàn)了嚴(yán)重的非線性特性，即上行負(fù)荷與噪聲上升系數(shù)的關(guān)系是非線性的。在Nr較小時斜率很大，當(dāng)Nr較大時呈現(xiàn)出飽和特征。例如從沒有負(fù)荷(空載)到建立1條960Kbps的無線鏈路時，負(fù)荷僅占滿負(fù)荷的1/6左右，噪聲功率上升系數(shù)由1到2，負(fù)荷從0增加到50％；在Nr較大時，如建立5條無線鏈路時負(fù)荷是83.3％，6條時負(fù)荷僅為85.7％，從5條到6條時，負(fù)荷變化非常小，可見，負(fù)荷與噪聲上升系數(shù)的關(guān)系是非線性的與功率的測量誤差同一個數(shù)量級，因此目前的方法由功率測量值計算負(fù)荷值很難衡量系統(tǒng)的真實負(fù)荷，特別在高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)情況下，對負(fù)荷進行量度是不準(zhǔn)確的，無法進行系統(tǒng)負(fù)荷的精確估計與控制，從而難以保證較高負(fù)荷時系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。而支持高速數(shù)據(jù)傳輸正是第三代移動通信系統(tǒng)的最大魅力所在，是第三代移動通信系統(tǒng)的特征標(biāo)志。因此有必要采用一種新的、線性的方法來估計小區(qū)的上行負(fù)荷。圖2是本發(fā)明的方法流程圖。為了獲得系統(tǒng)小區(qū)的噪聲上升系數(shù)，首先要計算基站總的熱噪聲功率，還要從基站測量上報中得到基站總接收功率?？偨邮展β实臄?shù)值除以總的噪聲功率數(shù)值就是噪聲上升系數(shù)。由于測量上報的功率值和熱噪聲功率是以分貝為單位的，必須由分貝值轉(zhuǎn)換成數(shù)值。用噪聲上升系數(shù)作為變量，代入公式(2)計算可以得到準(zhǔn)確的小區(qū)上行負(fù)荷量，將負(fù)荷量輸出給接納控制和負(fù)荷控制子進程作為判決的依據(jù)。圖3是基于本發(fā)明所述的上行鏈路空中負(fù)荷線性估計公式函數(shù)曲線圖；即基于本發(fā)明所創(chuàng)公式 所作的曲線圖。
為了克服目前負(fù)荷估計方法的缺陷，針對Nr較小時的高斜率和Nr較大時的飽和特性，構(gòu)造了一個全新的、在較大范圍保持線性的負(fù)荷估計公式，見式(2)，曲線見圖2。由圖2可見，新的上行負(fù)荷估計公式在接近滿負(fù)荷時仍然保持較好的線性，在負(fù)荷的量度范圍能真實反映系統(tǒng)的上行負(fù)荷。與目前的方法對比見圖3。由圖3可以看到，新的方法比目前的方法有更好的線性度和更寬的線性范圍，能滿足系統(tǒng)負(fù)荷控制的需要。
本發(fā)明公式的核心思想是首次明確提出了負(fù)荷估計的線性量度，并給出了以接收總功率測量值為變量，在負(fù)荷范圍內(nèi)一個線性度極佳的公式。負(fù)荷估計是系統(tǒng)控制的前提，系統(tǒng)控制的精度取決于負(fù)荷估計的精度，系統(tǒng)運行的效率和穩(wěn)定度又取決于系統(tǒng)控制的精度；負(fù)荷估計算法子進程屬于無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)的高層無線資源管理(RRM)算法，由Node B基站在物理層測量其接收的總功率，每一幀(10ms)通過RRC信令上報一次給RNC中的高層RRM功能模塊，由RRM完成負(fù)荷估計工作。本發(fā)明的公式仍然滿足Nr＝1，ηUL＝0；Nr＝∞，ηUL＝1的邊界約束關(guān)系，當(dāng)Nr＝2時，ηUL＝14.3％；Nr＝3時，ηUL＝32.9％；Nr＝4時，ηUL＝52.9％；Nr＝5時，ηUL＝71.8％；Nr＝6時，ηUL＝86.3％；Nr＝7時，ηUL＝95.1％；基本接近線性特性。圖4是現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的上行鏈路空中負(fù)荷線性估計公式函數(shù)曲線比較圖。本發(fā)明方法的曲線如圖中的虛線所示。由圖4可見，本方法的線性度比目前現(xiàn)有技術(shù)所用的方法要好得多。在WCDMA系統(tǒng)的最大物理能力范圍(6條960Kbps物理信道)內(nèi)，負(fù)荷從0％到95％的范圍保持了較好的線性。綜上所述，本發(fā)明采用在基站控制器(RNC)中，根據(jù)基站(Node B)測量到的接收功率，通過Iub接口傳送到RNC(無線網(wǎng)絡(luò)控制器)的高層RRM(無線資源管理)負(fù)荷估計算法子進程，由其完成負(fù)荷估計工作。所述方法的核心思想是首次明確提出了負(fù)荷估計的線性量度問題，并給出了以接收總功率測量值為變量，在負(fù)荷范圍內(nèi)有很好線性度的估計公式。本發(fā)明用于第三代移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)運行中的負(fù)荷估計與控制，可達(dá)到上行負(fù)荷估計準(zhǔn)確、負(fù)荷控制容易、提高無線資源利用率、提高網(wǎng)絡(luò)運行穩(wěn)定性、降低呼損率和切換掉話率的效果。本發(fā)明并不限于WCDMA系統(tǒng)。采用本發(fā)明提出的新的負(fù)荷估計方法后，修正了原來高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入時負(fù)荷估計的嚴(yán)重非線性，使系統(tǒng)上行負(fù)荷的估計更為準(zhǔn)確，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提下盡可能多地接納更多業(yè)務(wù)，提高了系統(tǒng)的效率，降低了呼損率，提高了服務(wù)質(zhì)量和經(jīng)濟效益。
權(quán)利要求
1.一種WCDMA系統(tǒng)中上行負(fù)荷線性估計方法，其特征在于包括以下步驟步驟1計算熱噪聲功率，并由dB值換算成數(shù)值PN；步驟2從無線資源控制(RRC)信令中獲取基站上報的接收功率測量值，并將接收功率的dB值換算成數(shù)值Ptotal；步驟3由 計算噪聲上升系數(shù)；步驟4根據(jù)以下新的上行負(fù)荷線性估計公式計算小區(qū)上行負(fù)荷量ηULηUL=1-e1-Nr10(1-0.1Nr);]]>步驟5將負(fù)荷ηUL轉(zhuǎn)換成接口函數(shù)值輸出給接納控制和負(fù)荷控制子進程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的WCDMA系統(tǒng)中上行負(fù)荷線性估計方法，其特征在于所述的步驟1包括首先計算白噪聲功率PWN＝kT0B，并通過PWN(dB)＝101g(kT0B)計算白噪聲功率的dB值，其中T0為環(huán)境溫度，k為波爾茲曼常數(shù)，為1.38×10-23焦耳/°K，B是通信帶寬，WCDMA系統(tǒng)的通信帶寬為5MHz；其次由接收機系統(tǒng)等效噪聲系數(shù)F計算接收機噪聲功率PR(dB)＝101gF；接著由PN(dB)＝PWN(dB)+PR(dB)計算噪聲功率的dB值；最后由 計算熱噪聲功率的數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的WCDMA系統(tǒng)中上行負(fù)荷線性估計方法，其特征在于所述的步驟2中接收功率的dB值換算成數(shù)值Ptotal是依據(jù)如下公式Ptotal=100.1Ptotal(dB).]]>
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的WCDMA系統(tǒng)中上行負(fù)荷線性估計方法，其特征在于所述的步驟1是根據(jù)環(huán)境溫度T0和基站(Node-B)接收機系統(tǒng)等效噪聲系數(shù)F計算的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的WCDMA系統(tǒng)中上行負(fù)荷線性估計方法，其特征在于步驟4中 公式仍然滿足Nr＝1，ηUL＝0；Nr＝∞，ηUL＝1的邊界約束關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明公開一種WCDMA系統(tǒng)上行負(fù)荷線性估計方法。所述方法采用在基站控制器中,根據(jù)基站測量到的接收功率,通過Iub接口傳送到無線網(wǎng)絡(luò)控制器的高層無線資源管理負(fù)荷估計算法子進程,由其完成負(fù)荷估計工作。所述方法首次明確提出了負(fù)荷估計的線性量度問題,給出了以接收總功率測量值為變量,在負(fù)荷范圍內(nèi)有很好線性度的估計公式。采用新的負(fù)荷估計方法,修正了原來高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入時負(fù)荷估計的嚴(yán)重非線性,使系統(tǒng)上行負(fù)荷的估計更為準(zhǔn)確,降低了呼損率。
文檔編號H04J13/00GK1354570SQ0012749
公開日2002年6月19日 申請日期2000年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月18日
發(fā)明者黃超 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司