专利名称：总过载控制的系统和方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域。
在基于扩频技术的无线通信网络，如码分多址(CDMA)网络中，多个移动用户终端(“移动台”)共用同一射频(RF)带宽，用户间通过应用不同的沃尔什码或其他正交函数区分开。与从单一RF频带建立多个信道的通信系统(如通过向用户分配不同时隙，即时分多址(TDMA)，或将一个RF频带再分为多个子带，即频分多址(FDMA)的方法)相比，使用正交码序列以形成独立的信道使得CDMA系统能展示其“软”网络容量。换句话说，在同一时间能共用给定RF带宽的移动台的数量不是固定的，而通常只受由同一和相邻小区/扇区的其他用户之间的干扰引起的服务质量下降的限制。结果是CDMA系统中网络容量和服务质量之间的折衷办法通常是通过反向链路(移动台到基站)功率控制技术解决，该技术自适应地设置移动台发射功率到维持足够性能所需的最小水平。
尽管使用反向链路功率控制技术能减小共道干扰且增加容量，但当接受服务移动台的数量超过目标呼叫质量(通常表示为在给定带宽内，每比特能量Eb对噪声和干扰No比)可维持的最大数量时，在网络小区/扇区可能产生过载。例如，当大量的移动台试着同时与一个基站通信时。以前实施过的用于避免过载的技术依赖于呼叫许可/阻塞方案，它在负载水平超过一定的门限时，通过阻塞对额外用户的业务从而确保有足够的通信质量，然而，这种呼叫许可方案可能导致无法接受的服务中断。
本发明是一种在无线通信网络中响应高负载电平而调节基站发射信号的系统和方法，从而影响在被服务的移动台测量的切换控制值，以将移动台“推”到相邻小区/扇区，避免出现过载情况。在一种实现方式中，一个基站过载控制器调整总前向链路(基站到移动台)发射信号的幅度，作为总发射信号量和门限电平之间差值的函数项。通过调节包含控制信号分量(如，CDMA系统中的导引信号分量)的基站发射信号总量，从而影响网络服务区域内的移动台测得的切换控制值，该值中包含接收信号强度、比特/帧差错率和信噪比。根据移动台的位置和基站发射信号总量的调整幅度，一定比例的被服务移动台，特别是那些在小区/扇区边缘的移动台将请求切换到相邻的小区/扇区。随着相对于门限值的负载电平的增加，调整幅度也同样增加，由此更大地影响了网络服务区域内移动台测量的切换控制值，并引起更多数量的切换以平衡多个小区/扇区之间的负载。因此，本发明无需仅依赖于呼叫许可方案，却增加了网络容量并防止了过载。
在一个实施例中，本发明为一个总过载控制器，它在整个负载测量周期内采样和累加同相(I)信道和正交(Q)信道的发射信号总量，以获得一个负载测量值，并输出一个作为负载测量和门限之差的函数的调整系数。总过载控制器最初将该调整系数设为1，而且只要负载测量值低于门限，就保持该比例系数为1。当负载测量第一次超过该门限时，前一负载测量周期的比例系数(即，1)减小一个补偿值，该补偿值被计算为负载测量值和门限之差的函数。在其中的一种实现方式中，更新的调整系数计算为SM=min(1,SM-1+μ(Eth-EM), (1)其中SM-1为前一负载测量周期得到的调整系数，Eth为门限，EM为当前负载测量周期的负载测量值，μ为常数。常数μ可设置为很小的数值，如0.01，以防止调整系数SM中的大的波动，由此也可避免网络的不稳定。
I信道和Q信道乘法器将从基带处理器接收的总的I信道和Q信道发射信号乘以总过载控制器接收的调整系数SM。由此产生的调整后的I和Q信道发射信号由一个RF处理器接收，该处理器执行数模变换、低通滤波、调制该调整后的I和Q信道发射信号到单独的RF载波上，组合调制后的I和Q信道载波，并输出该组合RF发射信号到基站天线用以发射。
通过阅读下面的详细描述以及参考附图，本发明的其它方面和优点将变得很显而易见，其中
图1示意了适合于实现本发明的实施例的一个示例性无线网络配置；图2为描绘根据本发明实施例的基站发射机特定组件的通用框图；图3为描绘一个基站发射机的示例性基带处理器的框图，该基站发射机生成总的I和Q信道发射信号，该信号由根据本发明一个实施例的总过载控制器的调整系数调整；图4为示意一个根据本发明一个实施例的示例性操作的流程图，该操作由总过载控制器执行以计算出一个调整系数；图5为根据本发明一个实施例的基站发射机的示例性RF处理器框图。
本发明是一种在诸如CDMA网络的无线通信网络中调整基站发射信号的系统和方法，以影响高负载情况下在网络区域内的移动台测量的切换控制值，由此防止出现过载情况。下面描述一个根据本发明的过载控制系统和方法的示意性实施例。
参考图1，图中示出了一种适合于实现本发明的实施例的无线网络配置。无线网络10包括多个地理子区域(“小区”)12-1,…,12-i。每个小区12-1,…,12-i都有一个相应基站14-1,…,14-i用于向位于其区域内的移动台，如位于小区12-1的移动台20-1,…,20-j提供通信服务。每个基站14-1,…,14-i与移动电话交换局(MTSO)16相连(如，经一条干线)。MTSO16在该网络内管理通信，并用作该无线网络和公众交换电话网(PSTN)40之间的接口。
显然对本领域的技术人员来说，对图1示意的无线网络10的各种修改是可能的。例如，每个小区12-1,…,12-i可分成多个扇区。此外，尽管示出的小区12-1,…,12-i为六边型区域，但也可以是其他不同小区类型。
图2示意了根据本发明一个示例性实现方式的基站发射机100的选择器件的通用框图。如图2所示，基站发射机100包括一个接收多个基带通信信号input1,…,inputN的基带处理器110。这些基带通信信号input1,…,inputN可包括从MTSO16接收的语音/数据业务，以及控制信息，如要发射的导引、寻呼和同步信号。对于图2示意的该示例性实现方式，基带处理器110使用诸如正交相移键控(QPSK)的频谱有效调制方案，以输出单独的I和Q信道总发射信号。然而，应该意识到的是本发明的原理可应用于不形成单独的I和Q信道发射信号的基站发射机。
I信道乘法器130接收来自基带处理器110的I信道发射信号，并将接收的总的I信道发射信号乘以从总过载控制器140接收的调整系数SM。类似地，Q信道乘法器132接收由基带处理器110输出的Q信道发射信号，并将接收的Q信道发射信号乘以从总过载控制器140接收的比例系数SM。
RF处理器160从I信道和Q信道乘法器130和132接收调节后的I和Q信道发射信号。正如下面更为详细的描述，在输出组合后的RF信号到天线170之前，RF处理器160对由乘法器130和132接收来的调节后的I和Q信道发射信号执行诸如数模变换、带通滤波以及RF载波信号调制等常用处理。总过载控制器140也接收I和Q信道，调整乘法器130和132的输出，以下面详细描述的方式计算更新后的比例系数SM。总过载控制器140可以以，如专用集成电路(ASIC)或计算机可执行软件来实现。
图3为描述一个用于根据本发明的一个实现的基站发射机结构100示例性基带处理器110的选择部件的方框图。如图3所示，基带处理器110包括许多基带处理单元111-1,…,111-N，分别对应于输入通信信号inputl,…,inputN。每个基带处理单元111-1,…,111-N输出一个I信道信号IKl,…,IKN和一个Q信道信号QKl,…,QKN。基带处理器110还包括一个I信道累加单元128和一个Q信道累加单元129,I信道累加单元128从宽带处理单元111-1,…,111-N接收的所有I信道信号IKl,…,IKN生成一个总I信道发射信号，Q信道累加单元129用于从各自独立的宽带处理单元111-1,…,111-N接收的Q信道信号QKl,…,QKN生成一个总Q信道发射信号。
正如熟悉本领域的技术人员知道的那样，每个基带处理单元111-1,…,111-N包括用于CDMA通信的传统组件，如美国电信工业协会(TIA)到国际电信联盟(ITU)提出的CDMA-2000专用标准。尽管图3示出了一个特定的基带处理单元结构，但应该知道的是，本发明的原理并不限于一种特定的基带处理结构。
再参考图3的示例性结构，每个基带处理单元111-1,…,111-N包括一个信道编码器112-1,…,112-N，例如，传统的编码器，它从相应的输入通信信号inputl,…,inputN产生预定长度的编码组，以保护其内在的纠错码信息比特。第一个乘法器113-1,…,113-N将信道编码器112-1,…,112-N输出的编码组乘以指定的PN码序列，分配给打算接收输入信号的移动台，输入信号由PN序列产生器114-1,…,114-N输出。第二个乘法器115-1,…,115-N将第一个乘法器113-1,…,113-N的输出与一个沃尔什码序列产生器116-1,…,116-N产生的沃尔什码序列矩阵相乘。大家都知道，将通信信号与正交沃尔什码序列组合在整个带宽频谱上扩展了输入数据信号以防止共信道干扰。
为实现QPSK调制，分离器单元117-1,…,117-N将第二个乘法器115-1,…,115-N的输出分离成偶比特和奇比特。我们知道，QPSK调制允许两个信号比特同时在正交载波上发射。第三个乘法器118-1,…,118-N将来自分离单元117-1,…,117-N的偶比特乘以由I信道PN序列产生器119-1,…,119-N输出的I信道PN序列。类似地，第四个乘法器120-1,…,120-N将来自分离器单元117-1,…,117-N的奇比特乘以由Q信道PN序列产生器121-1,…,121-N输出的Q信道PN序列。I和Q信道累加单元128和129分别接收各自的基带处理单元111-1,…,111-N的I和Q信道输出以产生总的I和Q信道发射信号Ikin和Qkin。
图4示意了由总过载控制器140执行以生成和更新调整系数SM的示例性计算流程图。如图4所示，总过载控制器140最初将SM设置为1(步骤201)，并以ts的采样速率采样从乘法器130和132接收的调节后的I信道和Q信道发射信号Ikout和Qkout(步骤202)。接下来，总过载控制器140计算每个样本的(Ikout2+Qkout2)值(步骤204)，并在整个负载测量周期T(如，20毫秒)内得到(Ikout2+Qkout2)总和，用以计算负载测量值EM(步骤206)。在整个负载测量周期期间，可取得几千个Ikout和Qkout样本。尽管步骤206的计算为控制调节提供了合适的负载测量，但应该意识到，也可采用其它获得负载测量的技术。例如，基站的总接收信号强度指示器(RSSI)值，或基站服务的用户数量也可用以表示负载。
接下来，总过载控制器140通过计算下述公式确定一个更新的调整系数SMSM=min{1,SM-1+μ(Eth-EM),(1)其中SM-1为前一负载测量周期得到的调整系数，Eth为门限，EM为当前负载测量周期的负载测量值，μ为常数。常数μ可设置为很小的数值，如0.01，以防止调整系数SM中的大的波动，由此也可避免网络的不稳定。这个操作重复执行以连续修改调整因子SM。应该认识到，公式(1)代表更新调整因子SM的示例性计算，而且可以以各种方式修改而不偏离本发明的精神和范围。
图5为描述图2中示出的基站发射机100使用的一个示例性RF处理器160的选择部件的方框图。如图5所示，RF处理器160包括I信道数模转换器162和Q信道数模转换器170，分别将Ikout和Qkout转换成模拟形式。I信道和Q信道滤波器164和172分别低通滤波从数模转换器162和170接收的模拟I信道和Q信道信号。第一个乘法器166将滤波器164输出的I信道信号乘以I信道RF载波信号Cos(ωt)，而第二个乘法器174将滤波器172输出的Q信道信号乘以Q信道RF载波信号Sin(ωt)。组合器178组合由第一乘法器166和第二乘法器176输出的RF信号，并输出复合的RF发射信号到天线170用以发射。
通过调节移动台测量的I信道和Q信道发射信号切换控制值，将会影响如从基站接收的信号强度、比特/帧差错率、以及信噪比，以改变高负载条件下的小区/扇区边界。根据移动台相对于小区/扇区边界的位置以及调整的幅度，一定比例的移动台将要求切换到相邻小区/扇区，因此均衡了负载以改善网络容量和避免过载。此外，通过在调整因子SK中使用相对小的常数μ，限制了调整因子SK的波动以避免网络的不稳定。
尽管本发明已参考一定实施例进行了相当详细的描述，但本领域的技术人员显然认识到，可实现对本发明的各种修改和应用，但不偏离本发明的精神和范围。例如，尽管图2示意的应用在Q和I信道发射信号到达RF处理器160之前调节该信号，但可选择将调节作为RF处理操作的一部分，例如，在数模变换之后。
权利要求
1．一种在无线通信网络中控制负载的方法，包括获得一个负载测量值；基于所述负载测量值计算一个调整系数；和根据所述调整系数来调节总的基站发射信号。
2．根据权利要求1的方法，其中所述的计算步骤迭代地计算出作为负载测量值和门限之差的函数的所述调整系数。
3．根据权利要求1的方法，其中所述调节步骤根据所述的调整系数调节每个总同相(I)信道发射信号和总正交(Q)信道发射信号。
4．根据权利要求2的方法，其中所述计算步骤通过下述公式计算所述调整系数SM=min{1,SM-1+μ(Eth-EM)，其中SM-1为前一负载测量周期得到的调整系数，Eth为门限，EM为当前负载测量周期的负载测量值，μ为常数。
5．根据权利要求4的方法，其中常数μ限制调整系数SM中的波动。
6．根据权利要求3的方法，其中所述的获得步骤通过计算(Ikout2+Qkout2)获得负载测量值，其中Ikout为调节后的总I信道发射信号，而Qkout为调节后的总Q信道发射信号，并在负载测量周期期间计算多个(Ikout2+Qkout2)的累加值。
7．根据权利要求1方法，其中所述无线通信网络为码分多址(CDMA)网络。
8．根据权利要求1方法，还包括发射调节后的总的基站发射信号。
9．根据权利要求8的方法，其中所述的调节和发射步骤为对应的网络基站改变小区/扇区边界，从而在多个小区/扇区之间均衡负载。
10．一种在无线通信网络中控制负载的系统，包括用于获得负载测量值的负载测量装置；基于所述负载测量值计算调整系数的计算装置；和用于根据所述调整系数来调节总的基站发射信号的调节装置。
11．根据权利要求10的系统，其中所述计算装置迭代地计算出作为所述负载测量值和门限之差的函数的所述调整系数。
12．根据权利要求10的系统，其中所述调节装置根据所述的调整系数，调整每个总同相(I)信道发射信号和每个总正交(Q)信道发射信号。
13．根据权利要求11的系统，其中所述计算装置通过下述公式计算所说调整系数SM=min{1,SM-1+μ(Eth-EM)，其中SM-1为前一负载测量周期得到的调整系数，Eth为门限，EM为当前负载测量周期的负载测量值，μ为常数。
14．根据权利要求13的系统，其中常数μ限制调整系数SM中的波动。
15．根据权利要求12的系统，其中所述负载测量装置通过计算(Ikout2+Qkout2)获得负载测量值，其中Ikout为调节后的总的I信道发射信号，而Qkout为调节后的总的Q信道发射信号，而且在负载测量周期期间计算多个(Ikout2+Qkout2)的累加值。
16．根据权利要求10的系统，其中所述无线通信网络为码分多址(CDMA)网络。
17．根据权利要求10的系统，还包括发射调节后的总基站发射信号的发射装置。
18．根据权利要求17的系统，其中所述的调节和发射装置为对应的网络基站改变小区/扇区边界，从而在多个小区/扇区之间均衡负载。
全文摘要
一种无线通信系统和方法,通过选择性地调节总的基站发射信号控制网络负载。在其中的一种实现方式中,总的同相(I)信道发射信号和总的正交(Q)信道发射信号基于相对于门限的负载电平,乘以总过载控制器输出的调整系数。当负载水平测量指示一个高负载情况时,通过调节总的I信道和Q信道发射信号,在移动台用户终端执行的切换控制测量将影响诸如从基站接收的信号强度、比特/帧差错率、和信噪比,由此提醒在小区/扇区边界的移动用户终端请求切换到相邻小区/扇区。因此,无需依赖于呼叫许可/阻塞方案,平衡了多个小区/扇区之间负载,提高了网络容量,并防止过载。
文档编号H04B7/26GK1290081SQ0012921
公开日2001年4月4日 申请日期2000年9月28日 优先权日1999年9月29日
发明者威廉·J·利沃 申请人:朗迅科技公司