總過載控制的系統和方法
2023-06-26 09:02:56 1
專利名稱：總過載控制的系統和方法
技術領域：
本發明涉及無線通信領域。
在基於擴頻技術的無線通信網絡，如碼分多址(CDMA)網絡中，多個移動用戶終端(「移動臺」)共用同一射頻(RF)帶寬，用戶間通過應用不同的沃爾什碼或其他正交函數區分開。與從單一RF頻帶建立多個信道的通信系統(如通過向用戶分配不同時隙，即時分多址(TDMA)，或將一個RF頻帶再分為多個子帶，即頻分多址(FDMA)的方法)相比，使用正交碼序列以形成獨立的信道使得CDMA系統能展示其「軟」網絡容量。換句話說，在同一時間能共用給定RF帶寬的移動臺的數量不是固定的，而通常只受由同一和相鄰小區/扇區的其他用戶之間的幹擾引起的服務質量下降的限制。結果是CDMA系統中網絡容量和服務質量之間的折衷辦法通常是通過反向鏈路(移動臺到基站)功率控制技術解決，該技術自適應地設置移動臺發射功率到維持足夠性能所需的最小水平。
儘管使用反向鏈路功率控制技術能減小共道幹擾且增加容量，但當接受服務移動臺的數量超過目標呼叫質量(通常表示為在給定帶寬內，每比特能量Eb對噪聲和幹擾No比)可維持的最大數量時，在網絡小區/扇區可能產生過載。例如，當大量的移動臺試著同時與一個基站通信時。以前實施過的用於避免過載的技術依賴於呼叫許可/阻塞方案，它在負載水平超過一定的門限時，通過阻塞對額外用戶的業務從而確保有足夠的通信質量，然而，這種呼叫許可方案可能導致無法接受的服務中斷。
本發明是一種在無線通信網絡中響應高負載電平而調節基站發射信號的系統和方法，從而影響在被服務的移動臺測量的切換控制值，以將移動臺「推」到相鄰小區/扇區，避免出現過載情況。在一種實現方式中，一個基站過載控制器調整總前向鏈路(基站到移動臺)發射信號的幅度，作為總發射信號量和門限電平之間差值的函數項。通過調節包含控制信號分量(如，CDMA系統中的導引信號分量)的基站發射信號總量，從而影響網絡服務區域內的移動臺測得的切換控制值，該值中包含接收信號強度、比特/幀差錯率和信噪比。根據移動臺的位置和基站發射信號總量的調整幅度，一定比例的被服務移動臺，特別是那些在小區/扇區邊緣的移動臺將請求切換到相鄰的小區/扇區。隨著相對於門限值的負載電平的增加，調整幅度也同樣增加，由此更大地影響了網絡服務區域內移動臺測量的切換控制值，並引起更多數量的切換以平衡多個小區/扇區之間的負載。因此，本發明無需僅依賴於呼叫許可方案，卻增加了網絡容量並防止了過載。
在一個實施例中，本發明為一個總過載控制器，它在整個負載測量周期內採樣和累加同相(I)信道和正交(Q)信道的發射信號總量，以獲得一個負載測量值，並輸出一個作為負載測量和門限之差的函數的調整係數。總過載控制器最初將該調整係數設為1，而且只要負載測量值低於門限，就保持該比例係數為1。當負載測量第一次超過該門限時，前一負載測量周期的比例係數(即，1)減小一個補償值，該補償值被計算為負載測量值和門限之差的函數。在其中的一種實現方式中，更新的調整係數計算為SM=min(1,SM-1+μ(Eth-EM), (1)其中SM-1為前一負載測量周期得到的調整係數，Eth為門限，EM為當前負載測量周期的負載測量值，μ為常數。常數μ可設置為很小的數值，如0.01，以防止調整係數SM中的大的波動，由此也可避免網絡的不穩定。
I信道和Q信道乘法器將從基帶處理器接收的總的I信道和Q信道發射信號乘以總過載控制器接收的調整係數SM。由此產生的調整後的I和Q信道發射信號由一個RF處理器接收，該處理器執行數模變換、低通濾波、調製該調整後的I和Q信道發射信號到單獨的RF載波上，組合調製後的I和Q信道載波，並輸出該組合RF發射信號到基站天線用以發射。
通過閱讀下面的詳細描述以及參考附圖，本發明的其它方面和優點將變得很顯而易見，其中
圖1示意了適合於實現本發明的實施例的一個示例性無線網絡配置；圖2為描繪根據本發明實施例的基站發射機特定組件的通用框圖；圖3為描繪一個基站發射機的示例性基帶處理器的框圖，該基站發射機生成總的I和Q信道發射信號，該信號由根據本發明一個實施例的總過載控制器的調整係數調整；圖4為示意一個根據本發明一個實施例的示例性操作的流程圖，該操作由總過載控制器執行以計算出一個調整係數；圖5為根據本發明一個實施例的基站發射機的示例性RF處理器框圖。
本發明是一種在諸如CDMA網絡的無線通信網絡中調整基站發射信號的系統和方法，以影響高負載情況下在網絡區域內的移動臺測量的切換控制值，由此防止出現過載情況。下面描述一個根據本發明的過載控制系統和方法的示意性實施例。
參考圖1，圖中示出了一種適合於實現本發明的實施例的無線網絡配置。無線網絡10包括多個地理子區域(「小區」)12-1,…,12-i。每個小區12-1,…,12-i都有一個相應基站14-1,…,14-i用於向位於其區域內的移動臺，如位於小區12-1的移動臺20-1,…,20-j提供通信服務。每個基站14-1,…,14-i與行動電話交換局(MTSO)16相連(如，經一條幹線)。MTSO16在該網絡內管理通信，並用作該無線網絡和公眾交換電話網(PSTN)40之間的接口。
顯然對本領域的技術人員來說，對圖1示意的無線網絡10的各種修改是可能的。例如，每個小區12-1,…,12-i可分成多個扇區。此外，儘管示出的小區12-1,…,12-i為六邊型區域，但也可以是其他不同小區類型。
圖2示意了根據本發明一個示例性實現方式的基站發射機100的選擇器件的通用框圖。如圖2所示，基站發射機100包括一個接收多個基帶通信信號input1,…,inputN的基帶處理器110。這些基帶通信信號input1,…,inputN可包括從MTSO16接收的語音/數據業務，以及控制信息，如要發射的導引、尋呼和同步信號。對於圖2示意的該示例性實現方式，基帶處理器110使用諸如正交相移鍵控(QPSK)的頻譜有效調製方案，以輸出單獨的I和Q信道總發射信號。然而，應該意識到的是本發明的原理可應用於不形成單獨的I和Q信道發射信號的基站發射機。
I信道乘法器130接收來自基帶處理器110的I信道發射信號，並將接收的總的I信道發射信號乘以從總過載控制器140接收的調整係數SM。類似地，Q信道乘法器132接收由基帶處理器110輸出的Q信道發射信號，並將接收的Q信道發射信號乘以從總過載控制器140接收的比例係數SM。
RF處理器160從I信道和Q信道乘法器130和132接收調節後的I和Q信道發射信號。正如下面更為詳細的描述，在輸出組合後的RF信號到天線170之前，RF處理器160對由乘法器130和132接收來的調節後的I和Q信道發射信號執行諸如數模變換、帶通濾波以及RF載波信號調製等常用處理。總過載控制器140也接收I和Q信道，調整乘法器130和132的輸出，以下面詳細描述的方式計算更新後的比例係數SM。總過載控制器140可以以，如專用集成電路(ASIC)或計算機可執行軟體來實現。
圖3為描述一個用於根據本發明的一個實現的基站發射機結構100示例性基帶處理器110的選擇部件的方框圖。如圖3所示，基帶處理器110包括許多基帶處理單元111-1,…,111-N，分別對應於輸入通信信號inputl,…,inputN。每個基帶處理單元111-1,…,111-N輸出一個I信道信號IKl,…,IKN和一個Q信道信號QKl,…,QKN。基帶處理器110還包括一個I信道累加單元128和一個Q信道累加單元129,I信道累加單元128從寬帶處理單元111-1,…,111-N接收的所有I信道信號IKl,…,IKN生成一個總I信道發射信號，Q信道累加單元129用於從各自獨立的寬帶處理單元111-1,…,111-N接收的Q信道信號QKl,…,QKN生成一個總Q信道發射信號。
正如熟悉本領域的技術人員知道的那樣，每個基帶處理單元111-1,…,111-N包括用於CDMA通信的傳統組件，如美國電信工業協會(TIA)到國際電信聯盟(ITU)提出的CDMA-2000專用標準。儘管圖3示出了一個特定的基帶處理單元結構，但應該知道的是，本發明的原理並不限於一種特定的基帶處理結構。
再參考圖3的示例性結構，每個基帶處理單元111-1,…,111-N包括一個信道編碼器112-1,…,112-N，例如，傳統的編碼器，它從相應的輸入通信信號inputl,…,inputN產生預定長度的編碼組，以保護其內在的糾錯碼信息比特。第一個乘法器113-1,…,113-N將信道編碼器112-1,…,112-N輸出的編碼組乘以指定的PN碼序列，分配給打算接收輸入信號的移動臺，輸入信號由PN序列產生器114-1,…,114-N輸出。第二個乘法器115-1,…,115-N將第一個乘法器113-1,…,113-N的輸出與一個沃爾什碼序列產生器116-1,…,116-N產生的沃爾什碼序列矩陣相乘。大家都知道，將通信信號與正交沃爾什碼序列組合在整個帶寬頻譜上擴展了輸入數據信號以防止共信道幹擾。
為實現QPSK調製，分離器單元117-1,…,117-N將第二個乘法器115-1,…,115-N的輸出分離成偶比特和奇比特。我們知道，QPSK調製允許兩個信號比特同時在正交載波上發射。第三個乘法器118-1,…,118-N將來自分離單元117-1,…,117-N的偶比特乘以由I信道PN序列產生器119-1,…,119-N輸出的I信道PN序列。類似地，第四個乘法器120-1,…,120-N將來自分離器單元117-1,…,117-N的奇比特乘以由Q信道PN序列產生器121-1,…,121-N輸出的Q信道PN序列。I和Q信道累加單元128和129分別接收各自的基帶處理單元111-1,…,111-N的I和Q信道輸出以產生總的I和Q信道發射信號Ikin和Qkin。
圖4示意了由總過載控制器140執行以生成和更新調整係數SM的示例性計算流程圖。如圖4所示，總過載控制器140最初將SM設置為1(步驟201)，並以ts的採樣速率採樣從乘法器130和132接收的調節後的I信道和Q信道發射信號Ikout和Qkout(步驟202)。接下來，總過載控制器140計算每個樣本的(Ikout2+Qkout2)值(步驟204)，並在整個負載測量周期T(如，20毫秒)內得到(Ikout2+Qkout2)總和，用以計算負載測量值EM(步驟206)。在整個負載測量周期期間，可取得幾千個Ikout和Qkout樣本。儘管步驟206的計算為控制調節提供了合適的負載測量，但應該意識到，也可採用其它獲得負載測量的技術。例如，基站的總接收信號強度指示器(RSSI)值，或基站服務的用戶數量也可用以表示負載。
接下來，總過載控制器140通過計算下述公式確定一個更新的調整係數SMSM=min{1,SM-1+μ(Eth-EM),(1)其中SM-1為前一負載測量周期得到的調整係數，Eth為門限，EM為當前負載測量周期的負載測量值，μ為常數。常數μ可設置為很小的數值，如0.01，以防止調整係數SM中的大的波動，由此也可避免網絡的不穩定。這個操作重複執行以連續修改調整因子SM。應該認識到，公式(1)代表更新調整因子SM的示例性計算，而且可以以各種方式修改而不偏離本發明的精神和範圍。
圖5為描述圖2中示出的基站發射機100使用的一個示例性RF處理器160的選擇部件的方框圖。如圖5所示，RF處理器160包括I信道數模轉換器162和Q信道數模轉換器170，分別將Ikout和Qkout轉換成模擬形式。I信道和Q信道濾波器164和172分別低通濾波從數模轉換器162和170接收的模擬I信道和Q信道信號。第一個乘法器166將濾波器164輸出的I信道信號乘以I信道RF載波信號Cos(ωt)，而第二個乘法器174將濾波器172輸出的Q信道信號乘以Q信道RF載波信號Sin(ωt)。組合器178組合由第一乘法器166和第二乘法器176輸出的RF信號，並輸出複合的RF發射信號到天線170用以發射。
通過調節移動臺測量的I信道和Q信道發射信號切換控制值，將會影響如從基站接收的信號強度、比特/幀差錯率、以及信噪比，以改變高負載條件下的小區/扇區邊界。根據移動臺相對於小區/扇區邊界的位置以及調整的幅度，一定比例的移動臺將要求切換到相鄰小區/扇區，因此均衡了負載以改善網絡容量和避免過載。此外，通過在調整因子SK中使用相對小的常數μ，限制了調整因子SK的波動以避免網絡的不穩定。
儘管本發明已參考一定實施例進行了相當詳細的描述，但本領域的技術人員顯然認識到，可實現對本發明的各種修改和應用，但不偏離本發明的精神和範圍。例如，儘管圖2示意的應用在Q和I信道發射信號到達RF處理器160之前調節該信號，但可選擇將調節作為RF處理操作的一部分，例如，在數模變換之後。
權利要求
1．一種在無線通信網絡中控制負載的方法，包括獲得一個負載測量值；基於所述負載測量值計算一個調整係數；和根據所述調整係數來調節總的基站發射信號。
2．根據權利要求1的方法，其中所述的計算步驟迭代地計算出作為負載測量值和門限之差的函數的所述調整係數。
3．根據權利要求1的方法，其中所述調節步驟根據所述的調整係數調節每個總同相(I)信道發射信號和總正交(Q)信道發射信號。
4．根據權利要求2的方法，其中所述計算步驟通過下述公式計算所述調整係數SM=min{1,SM-1+μ(Eth-EM)，其中SM-1為前一負載測量周期得到的調整係數，Eth為門限，EM為當前負載測量周期的負載測量值，μ為常數。
5．根據權利要求4的方法，其中常數μ限制調整係數SM中的波動。
6．根據權利要求3的方法，其中所述的獲得步驟通過計算(Ikout2+Qkout2)獲得負載測量值，其中Ikout為調節後的總I信道發射信號，而Qkout為調節後的總Q信道發射信號，並在負載測量周期期間計算多個(Ikout2+Qkout2)的累加值。
7．根據權利要求1方法，其中所述無線通信網絡為碼分多址(CDMA)網絡。
8．根據權利要求1方法，還包括發射調節後的總的基站發射信號。
9．根據權利要求8的方法，其中所述的調節和發射步驟為對應的網絡基站改變小區/扇區邊界，從而在多個小區/扇區之間均衡負載。
10．一種在無線通信網絡中控制負載的系統，包括用於獲得負載測量值的負載測量裝置；基於所述負載測量值計算調整係數的計算裝置；和用於根據所述調整係數來調節總的基站發射信號的調節裝置。
11．根據權利要求10的系統，其中所述計算裝置迭代地計算出作為所述負載測量值和門限之差的函數的所述調整係數。
12．根據權利要求10的系統，其中所述調節裝置根據所述的調整係數，調整每個總同相(I)信道發射信號和每個總正交(Q)信道發射信號。
13．根據權利要求11的系統，其中所述計算裝置通過下述公式計算所說調整係數SM=min{1,SM-1+μ(Eth-EM)，其中SM-1為前一負載測量周期得到的調整係數，Eth為門限，EM為當前負載測量周期的負載測量值，μ為常數。
14．根據權利要求13的系統，其中常數μ限制調整係數SM中的波動。
15．根據權利要求12的系統，其中所述負載測量裝置通過計算(Ikout2+Qkout2)獲得負載測量值，其中Ikout為調節後的總的I信道發射信號，而Qkout為調節後的總的Q信道發射信號，而且在負載測量周期期間計算多個(Ikout2+Qkout2)的累加值。
16．根據權利要求10的系統，其中所述無線通信網絡為碼分多址(CDMA)網絡。
17．根據權利要求10的系統，還包括發射調節後的總基站發射信號的發射裝置。
18．根據權利要求17的系統，其中所述的調節和發射裝置為對應的網絡基站改變小區/扇區邊界，從而在多個小區/扇區之間均衡負載。
全文摘要
一種無線通信系統和方法,通過選擇性地調節總的基站發射信號控制網絡負載。在其中的一種實現方式中,總的同相(I)信道發射信號和總的正交(Q)信道發射信號基於相對於門限的負載電平,乘以總過載控制器輸出的調整係數。當負載水平測量指示一個高負載情況時,通過調節總的I信道和Q信道發射信號,在移動臺用戶終端執行的切換控制測量將影響諸如從基站接收的信號強度、比特/幀差錯率、和信噪比,由此提醒在小區/扇區邊界的移動用戶終端請求切換到相鄰小區/扇區。因此,無需依賴於呼叫許可/阻塞方案,平衡了多個小區/扇區之間負載,提高了網絡容量,並防止過載。
文檔編號H04B7/26GK1290081SQ0012921
公開日2001年4月4日 申請日期2000年9月28日 優先權日1999年9月29日
發明者威廉·J·利沃 申請人:朗迅科技公司