提高码分多址移动通信系统容量的一种方法

摘要

一种提高码分多址移动通信系统容量的方法,包括:对系统的当前负载情况进行统计;当出现过负荷时触发系统容量的动态调整,降低数据业务的传输速率;当出现欠负荷时,保持数据业务的传输速率或者将调整后的数据业务的传输速率恢复为调整前的值。调整后的当前传输速率R′与调整前速率R的关系为2×(1－Q)×R,Q为当前负荷百分比。调整的数据业务包括某一移动台用户的传输速率,或者某一类数据业务或者当前发射功率最大的数据业务的传输速率。

说明书

本发明涉及一种移动通信系统技术，更确切地说是涉及一种在码分多址(CDMA)移动通信系统中，如何提高系统容量的方法。

多址干扰是制约直接序列码分多址移动通信系统容量的主要因素，而减少多址干扰的直接措施，是控制干扰信号源-包括控制各基站和各移动台用户的发射功率，即功率控制，简称功控。该功率控制所遵循的基本原则是：一方面需满足每一个移动台用户对通信服务质量的要求，另一方面还应使每一个移动台用户的发射功率最小，通过细致地规划和控制发射功率，做到系统容量最大化和系统性能最优化也是可行的。

在CDMA移动通信系统所提供的业务中，包括有语音业务和数据业务，相应地，CDMA移动通信系统的容量也包括语音业务容量和数据业务容量。在由IS-95通信标准所规定的系统中，系统容量主要指语音业务容量，而提高语音业务容量的主要技术是功率控制。因此，功率控制是提高CDMA移动通信系统容量的关键技术之一。

CDMA移动通信系统的功率控制分为前向功率控制与反向功率控制。而反向功率控制中的内环功控是指：基站对来自特定移动台用户的信号强度进行估值，测得此移动台用户的信息比特能量与干扰谱密度之比(表示成E_b/I₀或Eb/No)，并根据E_b/I₀是否低于或高于所需值，来确定反馈给该移动台用户的功率控制比特是取″0″或取″1″，(取″0″表示需增大功率，取″1″表示需减小功率)，移动台用户再根据所接收的该功率控制比特来相应的增加或减少发射功率，以保证基站所接收的E_b/I₀(Eb/No)能维持在固定的水平上。

如果功率控制不理想，实际的发射功率会有20％-30％的波动，在数据业务本身发射功率已经很大的情况下，这样的波动很可能是致命的，因为其影响不仅仅针对该数据业务，而且相对于其它用户而言，它无疑成为一个大的干扰源。

提高发射功率是现有功率控制的一种方法，以保证一定的传输质量，该传输质量是以误帧率指标来衡量的，但在移动台用户处于小区边缘的情况下，或传输通道发生了深衰落，此时一味地提高发射功率就未必还能满足要求，且如前所述，高速率数据业务的发射功率已经很高，相应的干扰已经很大，再继续增加发射功率，相对于其它用户来说就是一个强大的干扰源，其后果是不可想象的。

功率控制的另一种思路是：通过调整用户数据业务的数据传输速率，特别是降低数据业务的传输速率来调整小区的负荷，在功率控制的作用下，降低发射功率，同时降低系统的干扰，减轻系统负荷。此种调整数据业务速率的方法是以牺牲速率为代价来换取系统容量，然而，现有的进行速率变更的方法，是采用速率成倍数降低的方法，从而导致过大调整或者过小调整，速率较大幅度地高低变化会造成系统工作不稳定。

调整数据速率的目的是为了在出现通信环境突然变差的时候能迅速地得到响应，即当速率发生改变时，为了维持一定的服务质量，使用户的发射功率随之发生改变。

对背景噪声密度为N₀，带宽为W，用户数据速率为R_i，移动台用户发射功率为P_i，基站接收第i个用户的信息比特能量与干扰谱密度之比(Eb/Io)为： $>>>>E>b>>>I>o>\; >=>>>>G>mi>>·>>P>i>>/>>R>i>>>>>(sup>>\Sigma >>j>=>i>>Jsup>>>G>mj>>·>>P>j>>+>>N>o>>)>>/>w>\; >$>

式中G_mi表示第i个移动台用户到基站m的路径增益，∑_J＝i^JG_mj表示J个移动台用户中除第i个移动台用户外其它所有移动台用户的发射功率对i个移动台用户所产生的干扰总和。

为了维持一定的服务质量，即在目标误帧率Tar FER保持不变的条件下，应 $>>>>P>i>>>R>i>\; >=>>>P>i>>>R>i>\; >$>使调整前(P_i/R_i)与调整后(P_i’/R_i’)的发射功率与数据传输速率之比保持一致，如上式所示，因此当增加或减小数据传输速率(R)，发射功率(P)也会随之增加或减小，即发射功率与数据传输速率之间呈现正比关系。

本发明的目的是设计一种提高码分多址移动通信系统容量的方法，是根据移动通信系统当前负荷的情况，实时适量地调整相应数据业务的传输速率，也即调整其发射功率，以保持通信系统的容量与稳定性。

实现本发明目的的技术方案是这样的：一种提高码分多址移动通信系统容量的方法，其特征在于包括：

对系统的当前负载情况进行统计；当出现过负荷时触发系统容量的动态调整，降低数据业务的传输速率；当出现欠负荷时，保持数据业务的传输速率或者将调整后的数据业务的传输速率恢复为调整前的值。

所述的过负荷是指统计的当前负载大于或等于所设置的系统负载门限(Th)；所述的欠负荷是指统计的当前负载小于所设置的系统负载门限(Th)。

所述的所设置的系统负载门限(Th)是系统设计负载总容量的75％。

所述的数据业务的传输速率，包括某一移动台用户的数据业务的传输速率，或者某一类数据业务的传输速率，或者当前发射功率最大的数据业务的传输速率。

所述的当出现过负荷时触发系统容量的动态调整，是将当前的传输速率R’调整为2×(1-Q)×R，R为调整前的原数据业务的传输速率，Q为当前负荷百分比。

还包括按预先设定的数据业务的优先级顺序进行动态调整。

所述的按预先设定的数据业务的优先级顺序进行动态调整，进一步包括：首先调整优先级最低的数据业务的传输速率；在统计的当前负载仍大于或等于所述的预设系统负载门限(Th)时，再调整下一个优先级的数据业务的传输速率，直至优先级最高的数据业务的传输速率。

在降低数据业务的传输速率的同时还包括降低其发射功率；和，在将调整后的数据业务的传输速率恢复为调整前的值时还包括增加其发射功率。

所述的降低数据业务的传输速率及其发射功率，和将调整后的数据业务的传输速率恢复为调整前的值并增加其发射功率，是由移动台用户端的前端信号处理子系统控制功率控制子系统，和由基站端及其基站控制器的数据消息分发模块，通过控制资源管理模块中的负载控制模块和控制功率控制子系统完成的。

上述过程进一步包括：

A.移动台用户端对接收的信号质量进行测量并生成测量报告，该测量报告随反向反馈链路信号发送给基站；

B.基站对接收到的反向信号进行处理并送基站控制器；

C.由基站控制器中的基带处理单元估计该移动台用户信号的信息比特能量与干扰谱密度之比(Eb/Io)，并与设定的(Eb/Io)门限值相比较，确定功率控制比特为0或1，并将其发送给该移动台用户；

D.基站控制器根据基站上报的信息持续地检测系统负载，并与设定的系统负载门限(Th)进行比较，在检测的系统负载大于该门限时，按R’＝2×(1-Q)×R算法调整当前数据业务的传输速率，R为原数据业务的传输速率，Q为当前负荷百分比；

E.在检测的系统负载小于设定的系统负载门限(Th)时，使当前数据业务的传输速率R’保持或恢复为原数据业务的传输速率R；

F.移动台用户根据所接收的功率控制比特相应的增加或者降低发射功率。

由于CDMA移动通信系统具有软容量的特性，即采用包括硬切换，软切换，更软切换等的切换技术，将过载小区的业务切换到非过载小区的特性，以实现小区容量的动态调整。而本发明的方法，是通过对小区的负载情况进行统计，继而自动调整数据业务的传输速率，即当小区出现过载时，触发小区容量的动态调整，并根据系统负荷的状况，降低某一用户或者某一类数据业务或者发射功率最大的数据业务的传输速率，此时该用户或相关业务用户的发射功率也会随之降低，使基站接收的总功率减小，就可以容纳更多的呼叫，达到增加系统容量的效果；当小区处于欠负荷状况时，再将调整过的数据速率恢复为原有的数据速率值，或保持原数据速率值不变，使在高数据速率下传输。因此，本发明的方法，是一种根据移动通信系统当前负荷程度的状况来适时适量地调整数据传输速率、进一步调整系统容量的方法。

本发明的方法，根据当前负荷情况调整数据业务传输速率，是一种较为简单和准确的方法，在数据业务允许的数据速率范围内，来适当的改变业务的数据速率。本发明的方法，根据移动通信系统当前负荷的情况，来适时并恰当地调整速率的大小，负荷(负载)越大，速率调整的幅度也越大。如当负载较大时，通过降低某一用户或者某一类数据业务或者发射功率最大的数据业务的传输速率，以确保接入更多的呼叫；当负载较小时，则保持或者将数据速率再调整恢复为原有的值，以提高传输速率。

在反向内环功率控制中，由于内环功控的时间为800次/秒，因此反应的时间是很快的，因调整速率到产生容量变化所需要的时间可以不予考虑。

在数据业务使用辅助信道(SCH)时，它的速率一般都会大于等于19.2kbps，而且速率越高，经调整可降低的功率或干扰范围就越大，调整效果更好。而本发明是在数据业务的速率大于等于38.4kbps的时候才进行速率调整，以此来提高系统的稳定性和容量。

下面结合实施例及附图进一步说明本发明的技术方案。

图1是蜂窝移动通信系统模型结构示意图。

图2是本发明功率调整的第一实施例流程框图。

图3是本发明功率调整的第二实施例流程框图。

图4是移动通信系统中用户移动台端结构示意图。

图5是移动通信系统中基站控制器结构示意图。

参见图1，图中示出一个蜂窝移动通信系统的模型，包括移动台用户端、基站端(BTS)和基站控制器(BSC)。由基站控制器中的处理系统来处理蜂窝移动通信系统的呼叫量，基站控制器经过一系列的基站来接收移动台用户端的呼叫和对移动台用户端发送呼叫。一个基站与很多的移动台用户进行通信，一个基站控制器与很多的基站进行通信。

参见图2，是本发明方法的一种实施例流程。

步骤21，系统持续检测系统(或小区)的负载情况；

步骤22，将检测的系统(或小区)负载与预设的门限值进行比较，预设的门限值是触发数据速率动态调整的门限值Th，可以根据系统的实际情况确定，一般可定为系统最大容量的0.75(或者为0.75以上)，因为系统一般要求对基站接收到的总的噪声加干扰功率I₀与背景噪声N₀的比进行限制，再用带宽W作归一化处理，可表示为I₀W/N₀W小于1/η，η小于1，η的典型值为0.1至0.25，相应于功率之比I₀/N₀＝6dB至10dB，当I₀/N₀＝6dB时，系统的负荷百分比为75％，即为最大容量的百分之75，本发明以此作为触发数据速率动态调整的门限值Th。

步骤24，如果检测的系统(或小区)当前的负载大于或等于门限值Th时，数据业务按新的速率R’传输，即将数据业务的传输速率由R调整为R’，且R’＝2×(1-Q)×R，其中R为原有的数据业务的传输速率，Q为当前负荷百分比；

步骤23，如果检测的系统(或小区)当前负载低于门限值Th时，保持数据业务的速率不变，即维持或恢复数据业务调整前的原传输速率R，可表示为：数据业务速率＝R；

步骤25，返回系统重新执行步骤21。

该实施例所体现的调整思想是：系统先设定调整门限，当系统实际负载大于等于此门限时，就会根据当前负荷百分比Q的大小来调整某一用户数据业务的速率或者调整某一类数据业务的速率或者调整当前发射功率最大的数据业务的速率(当然对于有特殊要求的数据业务的速率也可不作调整)。负荷越大，速率调整的程度也就越大，有利于增加系统的稳定性和系统的容量；而如果系统实际负载(负荷百分比)小于此门限时，就维持原数据业务的数据速率或者将数据业务的数据速率恢复成调整前的数据业务速率。

参见图3，是本发明方法的另一种实施例流程。

步骤31，系统持续检测系统(或小区)的负载情况；

步骤32，将检测的系统(或小区)负载与预设的门限值进行比较，预设的门限值是触发数据速率动态调整的门限值Th，可以根据系统的实际情况确定，一般可定为系统最大容量的0.75(或者为0.75以上)；

步骤34至37，如果当前的负载大于或等于门限值Th时，让数据业务按新的速率R’传输，即将数据业务的传输速率由R调整为R’，但其调整是按预先设定的优先级进行的，即由系统预先设定数据业务的优先级，如取为三个等级，等级顺序为：数据业务1＞＞数据业务2＞＞数据业务3，调整时，应先调整最低级别的数据业务3，经调整最低级别的数据业务3的传输速率后，若系统的当前负载仍大于或等于门限值Th，则再进一步调整数据业务2，经调整该中间级别的数据业务2的传输速率后，若系统的当前负载仍大于或等于门限值Th，最后再进一步调整最高等级数据业务1的传输速率，上述调整过程中的R’也按式R’＝2×(1-Q)×R计算，其中R为原有的数据业务的传输速率，Q为当前的负荷百分比；

步骤38，返回系统重新执行步骤31。

步骤33，在执行步骤32时，如果检测的系统(小区)当前负载低于最大容量Th时，保持数据业务的速率不变，即维持当前的数据业务传输速率R，或在步骤34至37中，在调整第3、第2等级的数据业务的传输速率后，若系统的当前负载(负荷百分比)Q小于此门限值Th，则系统就将数据业务的数据速率恢复成调整前的速率，可表示为：数据业务速率＝R。

该实施例所体现的调整思想是：系统先设定调整门限，当系统实际负载大于等于此门限时，就会根据当前负荷百分比Q的大小并按预设的数据业务优先级从最低级到最高级顺序调整某一用户数据业务的速率或者调整某一类数据业务的速率或者调整当前发射功率最大的数据业务的速率(当然对于有特殊要求的数据业务的速率也可不作调整)，如先调整最低优先级的数据业务的数据速率，当最低级别的数据业务的数据速率调整到系统所设定的该级别的最低限度时，如果系统仍然过载，再依次调整优先级其次的数据业务的速率，最后调整优先级最高的数据业务的速率。当系统只设定一个门限，且负载小于这个门限时，则恢复所调整的数据速率，并恢复为原有的数据业务速率。

本发明方法的核心技术是：由系统设定负载门限；在当前负载超过该门限时，进行数据业务传输速率的调整(降低)；在当前负载小于该门限时，保持数据业务的原传输速率不变或将被调整的数据业务的传输速率恢复到原有的数据业务速率。

本发明的调整方法，可以只针对某一移动台用户的数据业务进行，也可以针对系统(小区)某一类数据业务进行，甚至针对当前发射功率最大的数据业务进行，以系统的需要定，对于某些有特殊要求的数据业务还可以不做调整。

参见图4，移动台用户端包括有天线子系统41，复用单元42、前端信号处理子系统43、功率控制子系统44和业务子系统45。

参见图5，基站控制器端包括有帧恢复模块51、数据消息分发模块52，功率控制子系统53，资源管理模块54和业务子系统模块55，其中的541是资源管理模块54中的负载控制模块。

结合参见图4、图5，进一步说明按本发明方法进行数据业务速率调整及其发射功率调整的过程。

1.某移动台用户端的天线子系统41接收来自基站端前向链路的导频信号，并送往复用单元42，复用单元42分离出前向频点上的前向链路信号并送往前端信号处理子系统43，该前向链路信号还经前端信号处理子系统43送至功率控制子系统44，功率控制子系统44对接收的信号质量进行测量，生成测量报告，并将测量报告经复用单元42和通过天线子系统41随反向反馈链路信号发送给基站；

2.基站的天线子系统在反向频点上接收来自该移动台用户的反向反馈链路的信号，并将信号送往复用单元，复用单元将接收到的反向信号送往反向信息处理子系统进行必要的前端放大、基带处理和帧处理，再将此消息送往基站控制器，由基站控制器中的基带处理单元估计该移动台用户信号的信息比特能量与干扰谱密度之比(Eb/Io)，并与设定的Eb/Io的门限值相比较，根据比较结果，确定功率控制比特(0或1)，并将其再发送给该移动台用户，移动台用户再根据接收的该功率控制比特，相应的增加或者降低发射功率；

3.在上述功率控制过程中，基站控制器经过帧恢复(51)，到数据消息分发模块52，该数据消息分发模块52分三路输出给功率控制子系统53、资源管理模块54及业务子系统55，由资源管理模块54中的负载控制模块541根据基站上报的信息持续地检测系统(小区)负载的状况；

4.将检测的系统(或小区)负载与一设定的系统最大负载门限进行比较，当检测的系统(或小区)负载大于设定的门限，即系统(或小区)过载时，就按照本发明的算法修改、调整资源管理模块54中的该移动台用户的数据业务传输速率或者某一类数据业务的传输速率或当前发射功率最大的数据业务的传输速率，使调整后的速率R’为；2×(1-Q)×R，R为数据业务的原传输速率；

5.基站控制器向基站下发消息，经过基带处理单元的帧处理获得接收用户信号的Eb/Io，并与设定的Eb/Io门限值相比较，当接收用户信号的Eb/Io大于设定的Eb/Io门限值时，将发送给移动台用户的功率控制比特置‘1’，该移动台用户就会按功率控制比特‘1’，自动降低发射功率；

6.当检测的系统(小区)负载小于设定的门限，即系统(小区)处于轻负荷状态(欠载)时，就按照本发明的算法修改、调整资源管理模块54中的该移动台用户的数据业务传输速率或者某一类数据业务的传输速率或当前发射功率最大的数据业务的传输速率，使调整后的速率R’保持或恢复为原数据业务的传输速率R；

7.基站控制器向基站下发消息，经过基带处理单元的帧处理获得接收用户信号的Eb/Io，并与设定的Eb/Io门限值相比较，在接收用户信号的Eb/Io小于设定的Eb/Io门限值时，将发送给移动台用户的功率控制比特置‘0’，该移动台用户就会按功率控制比特‘0’，自动增加发射功率。

本发明的增加系统容量的方法是一种根据系统负载进行数据业务传输速率调整的方法；本发明的方法利用了码分多址移动通信系统软容量调整的技术，并在此技术基础上作出改进。

本发明方法经在CDMA2000移动通信系统中进行模拟试验，采用现成的硬件及其按本发明思想设计的软件，取得了预期的效果。