计算蜂窝网络基站收发信台最佳数量及负载系数值的方法

摘要

公开了一种用于计算蜂窝网络中基站收发信台(BTS)的数量和用于确定它的负载系数值的方法。该方法计算为期望数量的用户提供服务所需的BTS数量作为负载系数值的函数。该方法还计算为覆盖期望的服务区所需的BTS数量作为负载系数值的函数。选择负载系数值,使为期望数量的用户提供服务所需的BTS数量与为覆盖服务区所需的BTS数量之间的差异达到最小。然后利用该负载系数值计算所需的BTS数量。

说明书

本发明涉及用于计算蜂窝网络中基站收发信台最佳数量以及确定其负载系数值的方法。在设计蜂窝网络时，该方法特别适合于计算能同时满足服务区和用户所需的基站收发信台数量。

在蜂窝移动通信系统中，整个服务区被分成多个小区，每个小区受基站收发信台(base transceiver station，BTS)控制。这些基站收发信台受移动交换中心(mobile switching center，MSC)控制。当用户在小区之间移动时，移动交换中心能使用户维持通信。BTS通常用有线链路连接到MSC，MSC被连接到另一个MSC或公用电话交换网(PSTN)。

在蜂窝移动通信系统中，移动台的通信频率不是固定的，它能自动同步到BTS所指定的频率。在传统的蜂窝移动通信系统中，尽管相距很远的小区可以使用相同的频率，但相邻的各个小区则必须使用不同的频率以避免干扰。由于蜂窝移动通信系统可以通过将服务区分成小区来复用频率，因而提高了频率使用率并能容纳更多的用户。

码分多址(CDMA)蜂窝移动通信系统利用代码可以让多个用户使用同一个频率。图1示出了典型CDMA网络的已知结构。图1中示出了基站收发信台(BTSs)10、11、12和13，基站控制器(BSCs)20和21以及移动交换中心(MSC)30。每个BTS 10、11、12和13控制一个小区。每个BSC 20、21使多个BTS耦合到MSC 30上，该MSC使多个BSCs连接到另一个移动交换中心(MSC)或公共电话交换网(PSTN)上。MSC 30用访问用户位置寄存器(visitor location register，VLR)中的用户信息向用户提供服务。

蜂窝移动通信网络的主要设计部分是计算基站收发信台的数量以及确定基站收发信台的设置位置。在确定基站收发信台的数量时，需要考虑期望的用户数量及服务区范围。

一个基站收发信台所能服务的用户数量可由理论最大容量与负载系数值的乘积来计算，此处，负载系数值是网络容纳极限。根据实际情况，负载系数值一般可在50％与75％之间任意选择。然后，将期望的用户数量除以计算出的每个基站收发信台所能服务的用户数量便得到能支持期望数量的用户所需的基站收发信台数量。

负载系数值还用于确定小区半径，从而确定覆盖范围，因为它对干扰裕量有影响。换言之，当负载系数值提高时，基站收发信台通信量所能服务的用户数量便增大，而该基站收发信台的小区半径便减小。干扰裕量会影响小区内的用户最大允许路径损耗。最大允许路径损耗越大，BTS所能服务的区域便越大。也就是说，BTS的服务区的大小与最大允许路径损耗成正比。覆盖服务区所需的BTS数量与BTS服务区的大小成反比。最大允许路径损耗与干扰裕量成正比。因此，覆盖期望的服务区所需的BTS数量与干扰裕量成反比。干扰裕量用计算式101og(1-负载系数)计算。

在设计蜂窝网络时要考虑负载系数值。在蜂窝网络中，所需的基站收发信台数量由为容纳期望的通信量所需的BTS最大数量和为覆盖服务区所需的BTS数量所决定。

下面介绍两个按照已有技术的BTS数量计算例子。例子1

区域A的服务范围为3000平方公里，共有100000个用户。假定区域A在形态方面由10％的密集城区、20％的城区、20％的郊区和50％的农村地区所组成。还假定70％的用户位于扇形小区内，其余30％的用户位于全向小区(omni-cell)内。

当负载系数值任选为50％时，计算结果表明容纳给定数量的用户(通信量)需要262个BTS，但在该负载系数值的情况下覆盖给定服务区却只需要88个BTS。于是选择较大数量262作为BTS的最佳数量。因此，在这个例子中BTS的最佳数量是由按照用户数量所确定的BTS数量所决定的。

不过，需要较少用户(通信量)的区域受服务区的影响更大。例子2

区域B的覆盖范围为4000平方公里，共有25000个用户，其形态结构和用户分布与例1相同。

当负载系数值为50％时，容纳给定数量的用户(通信量)需要66个BTS，但覆盖给定服务区却需要118个BTS。于是选择较大数量118作为BTS的最佳数量。因此，在第二个例子中，BTS的最佳数量由服务区所决定。

如这两个例子所示，在容纳给定数量的用户所需的BTS数量与覆盖给定的服务区所需的BTS数量之间存在很大的差别。这是因为所选择的负载系数值可能不适合网络结构。

由于已有技术不顾网络标准而固定地使用任意负载系数值，因此它不可能计算出容纳给定数量的用户和覆盖给定的服务区所需的BTS数量。

本发明还试图提供一种基于用户级别和服务区之类的网络标准以系统方式计算最佳负载系数值的方法。

按照本发明的第一方面，提供了一种用于计算覆盖服务区的蜂窝网络中基站收发信台最佳数量的方法，它包括以下步骤：

计算为期望数量的用户提供服务所需的基站收发信台第一数量作为负载系数的函数；

计算为覆盖服务区所需的基站收发信台第二数量与负载系数之间关系；

选择一个能使所述基站收发信台第一数量与所述基站收发信台第二数量之间的差值达到最小的负载系数值；和

利用选择的负载系数值计算基站收发信台的最佳数量。

在所述选择步骤中，所述负载系数值被选为能使为期望数量的用户提供服务所需的基站收发信台数量与为覆盖服务区所需的基站收发信台数量一致的值。

按照本发明的第二方面提供了一种用于计算覆盖服务区的蜂窝网络中负载系数最佳值的方法，它包括以下步骤：

计算为期望数量的用户提供服务所需的基站收发信台第一数量作为负载系数的函数；

计算为覆盖服务区所需的基站收发信台第二数量作为负载系数的函数；

选择一个能使所述基站收发信台第一数量与所述基站收发信台第二数量之间的差值达到最小的负载系数值。

在所述选择步骤中，所述负载系数值被选为能使为期望数量的用户提供服务所需的基站收发信台数量与为覆盖服务区所需的基站收发信台数量一致的值。

附图的简要说明

下面将参照本发明的两个实施例及附图对本发明进行说明，其中：

图1示出了码分多址蜂窝网络；

图2是给定的用户数量所需的BTS数量作为负载系数值的函数的曲线；

图3是为覆盖给定的服务区所需的BTS数量作为负载系数值的函数的曲线；

图4是图2与图3的叠加曲线，它用于确定负载系数值；

图5是按照本发明第一实施例的蜂窝网络中基站收发信台最佳数量计算方法流程图；和

图6是按照本发明第二实施例的蜂窝网络中负载系数最佳值计算方法流程图。

将在确定码分多址蜂窝网络的BTS最佳数量方面对实施例加以说明。对实施例来说，假定蜂窝网络涉及服务区面积为3000平方公里，用户为50000个的区域C。假定区域C的形态为密集城区占10％，城区占20％，郊区占20％以及农村地区占50％。还假定70％的用户位于扇形小区内，其余30％的用户位于全向小区内。应当理解，本发明适用于参数与为说明这些实施例所假定的参数不同的网络。

第一实施例用于说明蜂窝网络中BTS的最佳数量的计算方法。第一实施例的方法流程图示于图5。

图5中所示的第一步骤是计算为支持期望数量的用户或通信量所需的BTS数量(S11)。计算分别对应于各个负载系数值的为期望数量的用户或通信量提供服务所需的BTS数量。计算结果用图2中的曲线表示。

然后，计算为覆盖服务区所需的BTS数量(S12)。同样要计算分别对应于各个负载系数值的所需BTS数量。区域C的计算结果用图3中的曲线表示。

接着，确定能使为支持期望数量的用户所需的BTS数量与为覆盖服务区所需的BTS数量之间的差别达到最小的负载系数值(S13)。

从图2和图3中可以看出，随着负载系数的变化，BTS的数量有很大变化。简单地任意选择负载系数值不大可能获得最佳结果。本实施例的方法选择图2和3曲线交点处的负载系数值。

图4中的曲线是图2中的曲线与图3曲线的叠加。取自图2的代表为期望数量的用户提供服务所需的BTS数量的曲线用标号1表示。取自图3的代表为覆盖服务区所需的BTS数量的曲线用标号2表示。

如图4所示，当负载系数值为60％时，容纳期望数量用户所需的BTS数量与覆盖服务区所需的BTS数量相等。因此，在本实施例中，负载系数的最佳值确定为60％。

最后，计算BTS的最佳数量(S14)。从图2、3或4中的任何一个图中可以看出，当负载系数值为60％时，所需的BTS数量为100。应当理解，图2、3和4中所示的曲线是随期望用户数和服务区等网络参数以及网络结构变化的。

第二实施例用于说明蜂窝网络中负载系数最佳值的确定方法。该方法的流程图示于图6。第一步骤以与第一实施例中的步骤S11所述的相同方式计算为期望数量的用户提供服务所需的BTS数量(S21)。接着以与第一实施例中的步骤S12所述的相同方式计算为覆盖服务区所需的BTS数量(S22)。最后，以与第一实施例中的步骤S13所述的相同方式确定负载系数的最佳值(S23)。

应当理解，实施例比已有技术的优越之处在于用系统方法来确定网络中所需的BTS数量以及网络中采用的负载系数值。还有，负载系数值是根据期望数量的用户和期望的服务区确定的。

尽管本发明可以有各种改进和其它形式，但其特定实施例是借助于附图和说明中的例子给出的。不过，应当理解，本发明并不局限于所公开的特定形式，而是包括所附权利要求书所规定的精神和范围内的所有修改、等同物及其它形式。