专利名称：一种宽带码分多址系统上行负荷线性估计方法
技术领域：
本发明涉及WCDMA系统上行负荷估计方法，属于第三代移动通信系统一宽带码分多址(WCDMA)领域。
自移动通信系统90年代开始广泛应用以来发展十分迅速，短短间几年已经成为人类生活密不可分的一部分，同时在Internet迅猛发展的推动下，人们对移动Internet的渴求极大地推动了第三代移动通信系统(IMT-2000)的发展。WCDMA技术是第三代移动通信系统的主流技术，WCDMA系统标准化组织3GPP在99年通过并颁布了Release 99’版本的无线接口技术规范。由于需要考虑第三代移动通信系统之间、第三代与第二代之间的兼容问题，IMT-2000的网络标准化研究进程比无线接入网(RAN)的标准化研究进程较为滞后。同时，由于CDMA系统的软容量特性，以及系统容量和负荷还与无线环境、业务特性等有关，因此3GPP很难对系统级的控制方法制订统一的标准，对系统容量和负荷的估算主要还是采用第二代移动通信系统即窄带CDMA的方法。
第三代移动通信系统与第二代移动通信系统的主要区别是承载的业务不同，第二代系统主要以话音业务为主，而第三代系统则以多媒体业务为主，话音业务和分组数据业务并重，并支持高达2Mbps的高速数据传输。
WCDMA系统的负荷控制分为几个方面，由于无线资源十分紧缺，主要瓶颈是在基站(Node-B)和移动用户终端(UE)之间的无线环节上，因此空中接口的负荷估计和控制显得非常重要，负荷估计正确与否是负荷控制的前提。一般一个基站(Node B)划分为3个小区(cell)，并分别对每个小区进行负荷估计与控制。小区的负荷分为上行负荷和下行负荷。目前，估计上行负荷一般采用两种方法一是基于基站接收功率的方法，二是基于吞吐量的方法。具体参考芬兰诺基亚公司Harri Holma等人以3GPP协议规范为基础所著的“UMTS的WCDMA-第三代移动通信的无线接入”一书。
目前基于功率方法的上行链路空中负荷估计公式如下ηUL=1-PNPtotal=1-1Nr---(1)]]>(1)式满足Nr＝1，ηUL＝0；Nr＝∞，ηUL＝1的边界约束条件。
ηUL是上行负荷，PN是与环境温度有关的热噪声功率，包括了白噪声与接收机系统噪声。接收机系统噪声包括基站天线噪声、馈线损耗、接收机内部噪声等部分。Ptotal是基站接收总功率的实测值，包括热噪声功率、多址干扰功率和周围小区的干扰功率。Nr是噪声上升系数，表示在WCDMA系统中接入用户后，在基站接收端多址干扰与热噪声相比上升的程度。由此可见，采用基站测量接收总功率来估计上行负荷的方法具有实际意义，可以方便地从周期性上报的功率测量结果实时计算出上行链路的空中负荷。
设有N个用户接入一个小区，考虑周围小区的干扰，则有Potal＝PN+Ps1+Ps2+Ps3+...PsN+PothercellNr=PtotalPN=1+Ps1PN+Ps2PN+…+PsNPN+PothercellPN]]>可见，噪声上升系数Nr总是大于1。
Nr的物理含义是当接入一个空中速率为960Kbps的业务时，多址干扰功率与背景热噪声功率相当，此时Nr＝2；依此类推，当有6个960Kbps的业务接入时，Nr＝7。按第三代移动通信系统的技术规范，由于正交码树所限，一个用户最多只能有6条960Kbps的上行信道，即Nr＝7时接近上行的满负荷。
如果根据公式(1)做出的曲线，很明显，曲线呈现了严重的非线性特性。在Nr较小时斜率很大，当Nr较大时呈现出饱和特征。例如从空载到建立一条960Kbps的无线链路时，负荷仅占满负荷的1/6左右，负荷从0增加到了50％！在Nr较大时，如建立5条无线链路时负荷是83.3％，6条时负荷仅为85.7％，可见，负荷与噪声上升系数的关系是非线性的。例如，从5条链路到6条链路，负荷ηUL从83.3％到85.7％，负荷估计呈现出极大的非线性饱和特性，变化非常小，与接收总功率测量的误差同一个数量级。非线性特性造成了在高速数据业务情况下对负荷进行量度的不准确，无法进行系统负荷的精确控制，从而难以保证系统在较高的负荷状态下稳定地运行。使系统在负荷控制时较难控制高速数据业务部分的负荷，而支持高速数据传输正是第三代移动通信系统的最大魅力所在，是第三代移动通信系统的特征标志。因此有必要采用一种新的、线性的方法来估计小区的上行负荷。
本发明的目的是提出了一种在WCDMA系统中高速数据业务情况下对负荷量度进行精确控制的上行负荷线性估计方法。本发明提出上行负荷线性估计方法来估计上行链路负荷量，包括以下步骤1)根据环境温度T0和基站(Node-B)接收机系统等效噪声系数F，计算热噪声功率，并由dB值换算成数值PN，进一步包括以下步骤；(1)计算白噪声功率PWN＝kT0B，T0是环境温度，k是波尔兹曼常数，为1.38×10-23焦耳/°K，B是通信带宽，WCDMA系统的通信带宽为5MHz。并通过PWN(dB)＝101g(kT0B)计算白噪声功率的dB值。
(2)由接收机系统等效噪声系数F计算接收机噪声功率PR(dB)＝101gF。
(3)由PN(dB)＝PWN(dB)+PR(dB)计算噪声功率的dB值。
(4)由 计算热噪声功率的数值。
2)从无线资源控制(RRC)信令中获取基站上报的接收功率测量值，并由下式将接收功率的dB值换算成数值Ptotal。Ptotal=100.1Ptotal(dB)]]>
3)由 计算噪声上升系数。
4)根据以下新的上行负荷线性估计公式计算小区上行负荷量ηUL。ηUL=1-e1-Nr10(1-0.1Nr)]]>5)将负荷ηUL转换成接口函数值输出给接纳控制和负荷控制子进程。下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是基于现有技术中上行链路空中负荷估计公式函数曲线图；图2是本发明方法的流程图；图3是基于本发明所述的上行链路空中负荷线性估计公式函数曲线图；图4是现有技术与本发明的上行链路空中负荷线性估计公式函数曲线比较图。图1是目前上行链路空中负荷估计公式函数曲线图；即基于公式 所作的曲线。
从图中可见，曲线呈现了严重的非线性特性，即上行负荷与噪声上升系数的关系是非线性的。在Nr较小时斜率很大，当Nr较大时呈现出饱和特征。例如从没有负荷(空载)到建立1条960Kbps的无线链路时，负荷仅占满负荷的1/6左右，噪声功率上升系数由1到2，负荷从0增加到50％；在Nr较大时，如建立5条无线链路时负荷是83.3％，6条时负荷仅为85.7％，从5条到6条时，负荷变化非常小，可见，负荷与噪声上升系数的关系是非线性的与功率的测量误差同一个数量级，因此目前的方法由功率测量值计算负荷值很难衡量系统的真实负荷，特别在高速数据业务情况下，对负荷进行量度是不准确的，无法进行系统负荷的精确估计与控制，从而难以保证较高负荷时系统运行的稳定性。而支持高速数据传输正是第三代移动通信系统的最大魅力所在，是第三代移动通信系统的特征标志。因此有必要采用一种新的、线性的方法来估计小区的上行负荷。图2是本发明的方法流程图。为了获得系统小区的噪声上升系数，首先要计算基站总的热噪声功率，还要从基站测量上报中得到基站总接收功率。总接收功率的数值除以总的噪声功率数值就是噪声上升系数。由于测量上报的功率值和热噪声功率是以分贝为单位的，必须由分贝值转换成数值。用噪声上升系数作为变量，代入公式(2)计算可以得到准确的小区上行负荷量，将负荷量输出给接纳控制和负荷控制子进程作为判决的依据。图3是基于本发明所述的上行链路空中负荷线性估计公式函数曲线图；即基于本发明所创公式 所作的曲线图。
为了克服目前负荷估计方法的缺陷，针对Nr较小时的高斜率和Nr较大时的饱和特性，构造了一个全新的、在较大范围保持线性的负荷估计公式，见式(2)，曲线见图2。由图2可见，新的上行负荷估计公式在接近满负荷时仍然保持较好的线性，在负荷的量度范围能真实反映系统的上行负荷。与目前的方法对比见图3。由图3可以看到，新的方法比目前的方法有更好的线性度和更宽的线性范围，能满足系统负荷控制的需要。
本发明公式的核心思想是首次明确提出了负荷估计的线性量度，并给出了以接收总功率测量值为变量，在负荷范围内一个线性度极佳的公式。负荷估计是系统控制的前提，系统控制的精度取决于负荷估计的精度，系统运行的效率和稳定度又取决于系统控制的精度；负荷估计算法子进程属于无线网络控制器(RNC)的高层无线资源管理(RRM)算法，由Node B基站在物理层测量其接收的总功率，每一帧(10ms)通过RRC信令上报一次给RNC中的高层RRM功能模块，由RRM完成负荷估计工作。本发明的公式仍然满足Nr＝1，ηUL＝0；Nr＝∞，ηUL＝1的边界约束关系，当Nr＝2时，ηUL＝14.3％；Nr＝3时，ηUL＝32.9％；Nr＝4时，ηUL＝52.9％；Nr＝5时，ηUL＝71.8％；Nr＝6时，ηUL＝86.3％；Nr＝7时，ηUL＝95.1％；基本接近线性特性。图4是现有技术与本发明的上行链路空中负荷线性估计公式函数曲线比较图。本发明方法的曲线如图中的虚线所示。由图4可见，本方法的线性度比目前现有技术所用的方法要好得多。在WCDMA系统的最大物理能力范围(6条960Kbps物理信道)内，负荷从0％到95％的范围保持了较好的线性。综上所述，本发明采用在基站控制器(RNC)中，根据基站(Node B)测量到的接收功率，通过Iub接口传送到RNC(无线网络控制器)的高层RRM(无线资源管理)负荷估计算法子进程，由其完成负荷估计工作。所述方法的核心思想是首次明确提出了负荷估计的线性量度问题，并给出了以接收总功率测量值为变量，在负荷范围内有很好线性度的估计公式。本发明用于第三代移动通信系统的网络设计和网络运行中的负荷估计与控制，可达到上行负荷估计准确、负荷控制容易、提高无线资源利用率、提高网络运行稳定性、降低呼损率和切换掉话率的效果。本发明并不限于WCDMA系统。采用本发明提出的新的负荷估计方法后，修正了原来高速数据业务接入时负荷估计的严重非线性，使系统上行负荷的估计更为准确，在保证系统稳定运行的前提下尽可能多地接纳更多业务，提高了系统的效率，降低了呼损率，提高了服务质量和经济效益。
权利要求
1.一种WCDMA系统中上行负荷线性估计方法，其特征在于包括以下步骤步骤1计算热噪声功率，并由dB值换算成数值PN；步骤2从无线资源控制(RRC)信令中获取基站上报的接收功率测量值，并将接收功率的dB值换算成数值Ptotal；步骤3由 计算噪声上升系数；步骤4根据以下新的上行负荷线性估计公式计算小区上行负荷量ηULηUL=1-e1-Nr10(1-0.1Nr);]]>步骤5将负荷ηUL转换成接口函数值输出给接纳控制和负荷控制子进程。
2.根据权利要求1所述的WCDMA系统中上行负荷线性估计方法，其特征在于所述的步骤1包括首先计算白噪声功率PWN＝kT0B，并通过PWN(dB)＝101g(kT0B)计算白噪声功率的dB值，其中T0为环境温度，k为波尔兹曼常数，为1.38×10-23焦耳/°K，B是通信带宽，WCDMA系统的通信带宽为5MHz；其次由接收机系统等效噪声系数F计算接收机噪声功率PR(dB)＝101gF；接着由PN(dB)＝PWN(dB)+PR(dB)计算噪声功率的dB值；最后由 计算热噪声功率的数值。
3.根据权利要求1所述的WCDMA系统中上行负荷线性估计方法，其特征在于所述的步骤2中接收功率的dB值换算成数值Ptotal是依据如下公式Ptotal=100.1Ptotal(dB).]]>
4.根据权利要求1所述的WCDMA系统中上行负荷线性估计方法，其特征在于所述的步骤1是根据环境温度T0和基站(Node-B)接收机系统等效噪声系数F计算的。
5.根据权利要求1所述的WCDMA系统中上行负荷线性估计方法，其特征在于步骤4中 公式仍然满足Nr＝1，ηUL＝0；Nr＝∞，ηUL＝1的边界约束关系。
全文摘要
本发明公开一种WCDMA系统上行负荷线性估计方法。所述方法采用在基站控制器中,根据基站测量到的接收功率,通过Iub接口传送到无线网络控制器的高层无线资源管理负荷估计算法子进程,由其完成负荷估计工作。所述方法首次明确提出了负荷估计的线性量度问题,给出了以接收总功率测量值为变量,在负荷范围内有很好线性度的估计公式。采用新的负荷估计方法,修正了原来高速数据业务接入时负荷估计的严重非线性,使系统上行负荷的估计更为准确,降低了呼损率。
文档编号H04J13/00GK1354570SQ0012749
公开日2002年6月19日 申请日期2000年11月18日 优先权日2000年11月18日
发明者黄超 申请人:深圳市中兴通讯股份有限公司