一種多載波負載平衡方法
2023-07-06 00:19:21 2
專利名稱：一種多載波負載平衡方法
技術領域：
本發明涉及無線通訊系統，具體地說，涉及到多載波碼分多址無線通訊系統平衡各個載波負載的方法。
一個N載波CDMA系統的容量至少為單載波系統的N倍，若有合適的負載平衡方法，多載波系統可以達到空中接口限制下的最大容量；同時一種好的載波指配方法，不僅能夠提高系統容量，還可以緩解擁塞、保持覆蓋的平衡，從而提高系統的整體性能。
首先，負載平衡有助於提高多個載波的中繼效率，進而提高系統容量。以一個兩載波系統為例，如果載波指配不平衡，即假設載波1接近滿載，而載波2的負載較輕，當新呼叫到達後要求接入載波1，若同意其接入，則載波1將達到滿載，沒有足夠的功率再接納新用戶，系統中一部分要求功率提升的用戶很可能由於沒有多餘的功率而導致掉話的產生；而載波2卻有剩餘的功率無法充分利用，這對系統的容量將會有損害。對正常退出、切換、掉話等，用戶的資源釋放也需要一定時間，因此，當載波1接近滿載時，其釋放出足夠功率給當前用戶和新加入用戶使用需要一段時間，這時，如果有新用戶到達就會導致載波1的擁塞。若令多個載波負載比較平衡，減少這種情況下對載波1的指配，將新加入用戶指配到負載較輕的載波，則可以有效緩解載波1上產生的擁塞。這種適時對兩載波的擁塞進行控制，可以使系統容量在動態變化中儘可能保持最大值，有效地提高中繼效率。
其次，負載平衡可以使多載波覆蓋的範圍保持平衡。仍以兩載波為例進行說明，設幾個相鄰小區的載波1為重載，載波2為輕載。這樣，自然是載波1的覆蓋範圍減小，而載波2的覆蓋範圍增大，由此帶來的問題是載波1的切換區域減小，原來需要切換的用戶現在可能不能進行軟切換，因此導致信噪比不夠而使掉話可能性增大，同時系統的接入性能也會變差。另外，由於載波2的覆蓋範圍增大，會導致多小區鄰接區域會出現過多的導頻，引起導頻汙染，增大幹擾，降低接通率和接收的解調性能。
由此可見，對於多載波CDMA系統，必須對多個載波進行負載平衡。合理的網絡規劃，是保證載波平衡的一種必要手段。但是，由於負載的隨機接入，導致業務的動態變化，網絡規劃不能完全保證多載波系統在任何時間都能維持負載的平衡，這就要求採取必要的方法來保證系統負載的平衡。
目前常用的負載平衡方法是移動臺根據哈什(Hash)算法在多個載波之間隨機選取一個載波，類似IS-95標準中接入信道時隙的選取，多載波負載平衡由Hash算法來保證。這種方法雖然能夠提供長期的整個系統級的負載平衡，但由於每個移動臺由Hash算法產生的載波號是固定的，每個小區中使用這些標號的人數也不平衡，這樣，某一特定基站覆蓋區內的大部分移動臺由Hash算法提供的載波號可能是同一個，導致該小區內不同載波上的負載不平衡。因此在基站側，需要找到更為精確的資源指配方法來予以調整。目前常用方法主要有兩種，一種是根據最小鏈路數原則比較多個載波上已用的沃爾什碼(Walsh)信道數目，將新呼叫指配給已用Walsh信道數目最少的載波；另一種是最小功率開銷方法，該方法是由基站估計每一個載波所耗功率，並進行比較，選出佔用功率最小的載波指配給新呼叫使用。上述兩種方法都是絕對平衡的方法。
由於這兩種方法簡單易行，研究負載平衡的相關論文都對這兩種方法進行了一定的研究。摩託羅拉的論文「Estimate of Multicarrier CDMA System Capacity」對使用最小鏈路數原則進行載波間負載平衡的方法和最小功率開銷方法進行了容量仿真，給出了對整個系統容量改進的結果，同時指出最小功率開銷方法在容量性能上比最小鏈路數方法好。
朗迅的論文「Performance Comparison of Load Balancing Methods in MultipleCarrier CDMA Systems」中對兩種絕對平衡方法的平衡效果進行了仿真測試，測試結果表明兩種方法的平衡效果比較接近。論文中指出，為了達到精確的負載平衡，必須在基站側使用負載平衡方法進行精確的控制，同時還說明為了達到理想控制，負載平衡方法應當與Hash算法相結合使用，由平衡方法保證單小區內多個載波負載增長的平衡，由Hash算法保證小區群內大量用戶在多個載波編號上均勻分布，即同時進行局部和整體的控制。
此外，還有一些其它的負載平衡方法，如根據反向鏈路接收信噪比的增長來指配新呼叫，依次在每個載波之間指配新呼叫，或者根據每個移動臺路損的大小來分配載波，但這些方法由於平衡效果不好，或者實現的複雜度太大而無法實際應用。
前面所討論的方法都是一些負載絕對平衡的方法，在實際應用當中，會導致大量跨載頻指配資源的情況。從總體上看，無論哪種情況的兩載頻，其性能都會比單載頻下降很多，特別是兩載頻都配置控制信道時，其呼叫成功率將明顯下降，多達4到5個百分點。
本發明所述多載波負載平衡方法，包括以下步驟一、基站過載控制模塊根據各個載波當前的功率值和沃爾什碼(Walsh)信道資源數目，依次判斷各載波在新呼叫加入後是否過載，並將功率和Walsh信道資源均不過載的載波提供給基站的負載平衡模塊使用；
二、計算由步驟一獲得的不過載的載波中功率的最大值與最小值之差，將差值與功率門限比較，如果差值大於功率門限，則將新呼叫指配給佔用功率最小的載波，結束本方法；如果差值小於功率門限，則執行步驟三；三、計算不過載的載波中所用Walsh信道資源的最大值與最小值之差，並與Walsh信道資源門限進行比較，若差值大於Walsh信道資源門限，則將新呼叫指配給所用Walsh信道資源最少的載波，結束本方法；若差值小於Walsh信道資源門限，則執行步驟四；四、根據Hash算法在未過載載波中隨機選取一個編號，指配給新呼叫。
本發明所述多載波負載平衡方法，綜合考慮最小功率開銷方法對載波間功率均衡的控制和最小鏈路數方法對載波間用戶數均衡的控制，所得到的多個載波功率負載偏差和用戶數負載偏差都相對比較小，保證了良好的平衡效果。同時，在本方法中引入了兩個作為指配條件的門限，適當調整門限，即相當於收縮和放寬指配條件，由此可以調整指配頻度。通過仿真驗證，本發明能夠在保證良好平衡效果的同時大大降低載波的指配次數，優於現有方法。總之，本發明在保留現有傳統方法簡單易行特點的同時，保證了平衡效果，降低了基站側的載頻指配次數，有較強的實用性。
圖2是CDMA基站進行過載控制和負載平衡的示意圖。
圖3是本發明多載波負載平衡方法的流程圖。
圖1已經在前面詳細介紹過，此處不再贅述。
圖2給出了當有新呼叫到達時，基站進行過載控制和負載平衡的過程。當移動臺接入成功後，向基站請求資源，呼叫處理模塊將移動臺預設的接入載波號送入過載控制模塊中進行過載判斷。加入移動臺後，如果系統過載，就拒絕呼叫；如果系統不過載，就進入負載平衡模塊。負載平衡模塊根據負載平衡方法，為加入的移動臺生成一個載波編號，然後，為移動臺指配載波以及分配資源。最後，將分配好的資源通過接口傳送給呼叫處理模塊，再通過空中接口將指配信息發送給移動臺，移動臺在指配的載波下進行後續處理。
圖3是本發明負載平衡方法的詳細流程圖，包括兩個主要部分過載控制和負載平衡。負載平衡通常都與過載控制結合在一起的，當新的呼叫到達後，首先要判斷該新呼叫加入後當前系統是否過載，然後再進行負載平衡。在進行過載控制時，首先對所有的載波遍歷，計算各個載波當前的用戶數、功率及Walsh信道資源數目，判斷當新呼叫加入後各載波的功率是否過載，將功率不過載的載波與過載的載波分開；然後對功率不過載的載波遍歷，判斷新呼叫加入後載波的Walsh信道資源數目是否過載。最後，保留上述兩種資源都不過載的載波進行負載平衡。當沒有不過載的載波時，系統拒絕呼叫；當不過載的載波只有一個時，無條件地將新呼叫指配到不過載的載波上。
在負載平衡階段，引入兩個門限對不過載載波的負載不平衡程度進行衡量，從中選取一個輕載載波指配給移動臺，以便能夠達到平衡的目的。在接收到不過載的載波集合後，選取載波功率的最大值MaxP和最小值MinP，並計算它們的差值，將差值與功率門限PT進行比較，若差值大於功率門限PT，則查找對應於功率最小值MinP的載波編號，並將其指配給移動臺；若差值小於等於功率門限PT，則繼續選取各個未過載載波所用Walsh信道資源數目的最大值MaxN和最小值MinN，計算它們的差值，再將差值與Walsh信道資源門限NT比較，若差值大於NT，就將佔用Walsh信道資源數目最少的載波編號指配給移動臺；否則，觀察移動臺上報的載波編號是否在未過載載波中，如果移動臺上報的載波號在未過載載波之中，就保留此編號指配給移動臺；如果移動臺上報的載波號不在未過載載波中，則根據Hash算法在未過載載波中隨機選取一個編號，指配給移動臺。
功率門限PT標誌了多個載波上功率負載不平橫的程度，該值越大，本方法對多載波上功率負載的平衡效果越差，相應跨載波指配次數越少，負載平衡方法所起的作用就越小；該值越小，負載平衡方法對多載波上功率負載的平衡效果越好，此時相應的跨載波指配次數也會增多，平衡方法作用較大。Walsh信道資源門限NT標誌了多載波上用戶數的不平衡程度，該值越大，負載平衡方法對於載波間用戶數的平衡效果越差，相應的跨載波指配次數則會越少；反之，平衡方法的作用就越大，跨載波指配次數就越多。因此在實際應用中，選取門限值需要綜合考慮平衡效果和跨載波指配次數，門限值既不能選取得太大，如果太大，會造成無法達到良好的平衡效果，也就是說負載平衡方法會失效；但也不能取得過小，因為雖然門限縮小可以保證平衡效果，但會導致跨載波指配次數過於頻繁。如果功率門限PT等於0，則相當於單獨的功率負載絕對平衡的方法，會令Walsh信道資源門限NT的設置失效。因此，建議功率門限PT和Walsh信道資源門限NT的取值範圍如下0(毫瓦)＜PT＜＝3500(毫瓦)，PT為整數；0＜NT＜＝5(個)，NT為整數。
權利要求
1.一種多載波負載平衡方法，其特徵在於，包括以下步驟一、基站過載控制模塊根據各個載波當前的功率值和沃爾什碼(Walsh)信道資源數目，依次判斷各載波在新呼叫加入後是否過載，並將功率和Walsh信道資源均不過載的載波提供給基站的負載平衡模塊使用；二、計算由步驟一獲得的不過載的載波中功率的最大值與最小值之差，將差值與功率門限比較，如果差值大於功率門限，則將新呼叫指配給佔用功率最小的載波，結束本方法；如果差值小於功率門限，則執行步驟三；三、計算不過載的載波中所用Walsh信道資源的最大值與最小值之差，並與Walsh信道資源門限進行比較，若差值大於Walsh信道資源門限，則將新呼叫指配給所用Walsh信道資源最少的載波，結束本方法；若差值小於Walsh信道資源門限，則執行步驟四；四、根據Hash算法在未過載載波中隨機選取一個編號，指配給新呼叫。
2.根據權利要求1所述的多載波負載平衡方法，其特徵在於，所述步驟一進一步包括1)對所有的載波遍歷，計算各個載波當前的用戶數、功率及Walsh信道資源數目；2)判斷當新呼叫加入後各載波的功率是否過載，將功率不過載的載波與過載的載波分開；3)對功率不過載的載波進行遍歷，判斷新呼叫加入後載波的Walsh信道資源數目是否過載；4)保留上述兩種資源都不過載的載波，判斷不過載的載波數是否為0，如果為0，則系統拒絕呼叫；否則，判斷不過載的載波數是否為1，如果為1，則無條件地將新呼叫指配給該不過載的載波；否則，執行步驟二。
3.根據權利要求1或2所述的多載波負載平衡方法，其特徵在於，所述步驟二中的功率門限PT的取值範圍0(毫瓦)＜PT＜＝3500(毫瓦)，PT為整數。
4.根據權利要求1或2所述的多載波負載平衡方法，其特徵在於，所述步驟三中的Walsh信道資源門限NT的取值範圍0＜NT＜＝5(個)，NT為整數。
5.根據權利要求3所述的多載波負載平衡方法，其特徵在於，所述步驟三中的Walsh信道資源門限NT的取值範圍0＜NT＜＝5(個)，NT為整數。
6.根據權利要求1或2所述的多載波負載平衡方法，其特徵在於，所述步驟四進一步包括判斷移動臺上報的載波編號是否在未過載載波中，如果移動臺上報的載波號在未過載載波之中，就保留此編號指配給移動臺；如果移動臺上報的載波號不在未過載載波中，則根據Hash算法在未過載載波中隨機選取一個編號，指配給移動臺。
7.根據權利要求3所述的多載波負載平衡方法，其特徵在於，所述步驟四進一步包括判斷移動臺上報的載波編號是否在未過載載波中，如果移動臺上報的載波號在未過載載波之中，就保留此編號指配給移動臺；如果移動臺上報的載波號不在未過載載波中，則根據Hash算法在未過載載波中隨機選取一個編號，指配給移動臺。
8.根據權利要求4所述的多載波負載平衡方法，其特徵在於，所述步驟四進一步包括判斷移動臺上報的載波編號是否在未過載載波中，如果移動臺上報的載波號在未過載載波之中，就保留此編號指配給移動臺；如果移動臺上報的載波號不在未過載載波中，則根據Hash算法在未過載載波中隨機選取一個編號，指配給移動臺。
9.根據權利要求5所述的多載波負載平衡方法，其特徵在於，所述步驟四進一步包括判斷移動臺上報的載波編號是否在未過載載波中，如果移動臺上報的載波號在未過載載波之中，就保留此編號指配給移動臺；如果移動臺上報的載波號不在未過載載波中，則根據Hash算法在未過載載波中隨機選取一個編號，指配給移動臺。
全文摘要
本發明提供一種多載波負載平衡方法，適用於多載波的CDMA移動通訊系統，包括根據各載波當前的功率值和沃爾什碼(Walsh)信道資源數目，判斷各載波在新呼叫加入後是否過載；計算不過載的載波中功率的最大值與最小值之差以及所用Walsh信道資源的最大值與最小值之差，並與功率門限和Walsh信道資源門限比較，根據不同的比較結果，將新呼叫指配給不同的載波。本發明綜合考慮現有技術對載波間功率均衡的控制和對載波間用戶數均衡的控制，得到的多個載波功率負載偏差和用戶數負載偏差都比較小，保證了良好的平衡效果，通過仿真驗證，本發明能夠在保證良好平衡效果的同時大大降低載波的指配次數，優於現有方法。
文檔編號H04B7/26GK1469570SQ0213617
公開日2004年1月21日 申請日期2002年7月20日 優先權日2002年7月20日
發明者孫慧霞, 夏樹強 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司