专利名称：蜂窝式无线系统和测量干扰电平的方法
技术领域：
本发明涉及蜂窝式无线系统，它包括至少一个收发信机基站BTS；至少一个移动站MS；和BTS与MS之间的空中接口通信链路，这个空中接口通信链路至少在一个射频信道上发送。
在美国，联邦通信委员会(FCC)管理射频(RF)频谱的使用，决定哪个工业部门获得某些频率。由于RF频谱是有限的，只有一小部分频谱能够分配给每个工业部门。所以，必须有效地使用分配的频谱，使尽可能多的终端用户(用户)可以得到分配频谱提供的服务。类似于FCC的组织在每个国家都存在，具有相同的责任和权利。
多址调制技术是利用RF频谱中一些最有效的技术。这种调制技术的例子包括时分多址(TDMA)，频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)，所有这些调制技术都适用于蜂窝式无线系统。
在
图1中，画出一种典型的蜂窝式无线系统。在这个例子中，该系统被限制于三个收发信机基站，BTS 120，122，124。每个BTS有其自己的接收区域，小区160，162，164。BTS是维持空中接口的网络元件。它管理空中接口信令，加密，和保证MS与BTS之间无差错连接的方法。BTS受基站控制器BSC 110的控制。BSC控制无线电网。例如，这意味着以下事项建立连接，流动性管理和收集统计材料。BSC有连到BTS的(通常是地面)通信链路150。还有三个移动站，MS 130，132，134。MS是用户终端，它可以是手提式的，车载的，固定的，或用于通信的类似装置。每个MS有连到BTS的空中接口通信链路140，142，144。
显然，图1是一个简化图。在当前的系统中，存在着几千个甚至于几百万个移动站的用户。不包括MS在内的蜂窝式无线系统基础设施可以称之为网络部分。而且还没有画出BSC与移动交换中心和网络管理系统的连接。此移动交换中心还与其他网络有连接，例如，与全球公共交换电话网的连接。因为这些对于说明本发明并不重要，不再详细地给以描述。
在图1中，画出了蜂窝式无线系统中经受的不同类型干扰。下行链路是从BTS到MS的链路，上行链路是从MS到BTS的链路。BTS120经受的下行链路干扰包括BTS本身到MS 130有效连接140引起的干扰。每个相邻小区162，164的有效连接142，144也引起下行链路干扰。还存在引起下行链路干扰的其他环境噪声170。这个噪声可以来源于系统本身，或可以来自该系统以外(系统外干扰)。
在上行链路方向存在着类似的干扰。这些干扰是由经系统本身的有效连接140，相邻小区162，164的有效连接142，144，以及其他环境噪声170引起的。
蜂窝式无线系统有给出某些限制的一定容量，这些限制是该系统能够处理的同时连接数目。这些限制来自基础设施硬件容量，频带，此技术和/或存取法能够支持的理论容量，有某些限制的实际容量，在这些限制内该系统仍然保持其功能。
通信系统的经营者已获得一个(若干个)频带的许可证，允许此经营者使用那个RF频谱运行该系统。在这个频带，有一个或多个RF信道。因为知道了该通信系统一个RF信道利用这个频带的多大部分，就可以容易地计算出该系统能够接通的RF信道数目。不同的多址调制技术(例如，FDMA，TDMA，CDMA)占用这个资源(频带)是不同的，因为这些技术利用RF信道的带宽是不同的。
知道了频带的宽度和RF信道的数目，并估算有关每个地理区域内需要处理的用户/连接的数目，此经营者已经估算了每个区域内所需BTS和其他基础设备(BSC，移动交换中心，等等)的数目以支持所需的用户数。该通信系统最初的建造和以后的扩展是按照对硬件要求的这些计划。
所以，知道了此频带，就知道该基础设施能够处理的连接数目，就知道选取的多址调制技术。利用某个多址调制技术(FDMA，TDMA)，从该基础设施借助于一定量硬件能够支持的无线电频率数目可以直接得出同时连接的数目，这些无线电频率是在许可的频带极限内。简而言之，FDMA系统的连接数目与某个区域内的无线电频率数相同。TDMA系统在每个无线电频率有一定数目的连接(时隙)，因此任何区域内总的连接数目是每个无线电频率的连接数目乘以那个区域的无线电频率数。使用这两种技术(FDMA和TDMA)，该技术的理论和实际容量大致相同。使用CDMA技术，这个情况稍微不同。在本发明中，我们集中精力解决CDMA给出的实际容量问题。
CDMA调制采用扩展频谱技术用于信息传输。扩展频谱系统利用扩展宽频带上发送信号的调制技术。通常，这个频带大致宽于发送该信号所需的最小带宽。扩展频谱技术是利用唯一的宽带扩展代码调制待发送的每个基带数据信号而实现的。使用这一技术，只有几个kHz带宽的信号可以扩展成大于1MHz的带宽。
把发送的信号扩展成宽频范围得到一种形式的频率分集。通常，由于仅仅200-300kHz的信号受频选衰落的影响，其余的发送信号频谱不受影响。所以，接收扩展频谱信号的接收机受频选衰落条件的影响较小。
在CDMA型数字无线电话系统中，多个信号在相同的频率上同时发送。于是，特定的接收机识别信号中的扩展代码。没有给特定接收机的特定扩展代码，那个频率的信号对于此接收机似乎是噪声，因而就被忽略。随着连接数目的增大，每个连接经受的噪声电平(干扰)也随之增大(由于其他的连接)。
为了区分同一射频下各个业务信道而在CDMA中所用的代码数目是该技术一个RF信道能够支持同时连接数目的理论极限。通常，由于干扰电平随系统中连接数目的增大而增大，绝不可能利用该技术的理论最大值。其理由是，随着连接数目的增大，一个连接(任何一个连接)经受的干扰最终达到如此之大，以至于再也不能用扩展代码来区分连接的信道。而且，由于所有的连接都在相同的频率上，每个连接同时经受相同的严重后果(质量差的连接或甚至于失去连接)。该系统已经达到了其实际频谱容量的极限，这种情况在CDMA系统中从来不会发生，因为整个系统可能已崩溃。
有关CDMA技术的实际极限是多大的问题，存在着多种报道和看法(甚至测量)。这决不是本发明内容所讨论的，对于实际的发明也没有任何差别。更重要的是，即使不可能达到理论最大值，正在想尽一切办法使得有更多可以使用的连接数目，而不使该系统达到其容量的极限。
主要的问题是，在CDMA系统中，该系统的实际容量并不知道，而且也作为时间，地点，温度，等等的函数在变化。有关该系统正在达到其容量极限和总的干扰已太大这个事实第一个且往往是唯一的标志是，该系统中几个连接同时经受高的帧删除率(FER)。因此，该系统必须采取某些操作以减小干扰电平把有干扰的连接越区切换到其他的BTS，阻塞新的连接，不允许越区切换到有干扰的BTS，降低该系统中总的发送功率，甚至强迫释放连接。
还可以采取其他的操作。此处的严重问题是，在某些情况下这些操作可能太晚了。该系统已经达到其容量极限，尽管采取预防操作还是发生崩溃。在不太严重的情况下，只有一些连接可能遇到麻烦FER可能增加更多些，连接(或许刚刚建立的)可能失去，越区切换可能失败，等等。即使这些也是不容许的。
如上所述，在最坏的情况下，若正在接近该系统和技术的容量极限，CDMA数字无线电话系统可能非常不稳定。所以，显然需要有这样一种设备和方法，它有一个可靠的方法去估算和测量系统中总的干扰，并利用测得的干扰去估算有多少理论的系统资源可用于实际。
本发明的目的是克服上述问题。
本发明提供一种蜂窝式无线系统，它包括至少一个收发信机基站BTS；至少一个移动站MS；BTS与MS之间的空中接口通信链路，这个空中接口通信链路在至少一个射频信道上发送；在至少一个射频信道上测量干扰电平的装置；报告测得干扰电平的装置；和利用测得干扰电平对系统级操作作出决定的装置。
利用本发明获得许多优点。最大的优点是，该系统变得更加稳定。它的运行是按计划进行，不会因系统的过载而使通信链路突然中断。这给系统的计划阶段和运行都带来好处。在达到该系统的上限的那些地方，该系统是逐渐地得到改进。
从以下给出的详细描述中，本发明更广的适用范围会变得显而易见。然而应当明白，虽然表示本发明优选实施例的详细描述和特定例子是仅仅用于说明而给出的，专业人员可以根据这个详细描述在本发明的精神和范围内进行各种变化和改动是显而易见的。
从以下给出的详细描述和仅仅作为说明的附图中可以更充分地了解本发明，因此不应该看成是对本发明的限制，其中图1是有干扰的蜂窝式无线系统；图2是按照本发明的蜂窝式无线系统。
图2大致画出一种蜂窝式无线系统和影响该系统的干扰源。在另外一些实施例中，蜂窝式无线系统可以是利用FDMA，TDMA和/或CDMA作为调制技术的任何模拟或数字无线通信系统，但是一种优选的蜂窝式无线系统实施方案是CDMA数字蜂窝式无线电话系统。
我们现在研究图2。蜂窝式无线系统包括至少一个基站控制器BSC110；至少一个收发信机基站BTS 120，122，124；和至少一个移动站MS 130，132，134。在BSC 110与BTS 120，122，124之间存在一条通信链路150。在BTS 120，122，124与MS 130，132，134之间还有空中接口通信链路140，142，144。这些空中接口通信链路140，142，144在至少一个射频信道上发送。
本发明的特征是在蜂窝式无线系统的网络部分。参照图2，这是用元件BSC 110和BTS 120表示。按照本发明，有测量空中接口通信链路140中干扰电平的装置250，该通信链路140在上行链路和下行链路两个方向。这是利用BTS 120中现存的测量接收机或添加能够完成此测量的新HW实现的。可以测量每个可能的使用中射频信道。此外，还有报告测得干扰电平的装置252。这最好是利用现有技术的报告机构实现的。报告是给网络部分中的某些元件，例如，给BSC 110。还有利用测得的干扰电平对系统级操作作出决定的装置254。这些系统级操作包括越区切换，功率控制，新呼叫启动，呼叫释放，以及影响该系统或影响该系统一个或多个元件性质和环境的其他操作。按照这种方式，该系统可以估算系统能够容许的干扰量，然后作出决定以保持提供的服务质量在高水平上，避免连接中的高FER或甚至于失去连接。决定是在某些网络元件中完成的，例如，在BSC 110中。实现上述装置250，252，254的最好方法是借助于软件在此情况下，一个程序指示测量接收机的功能实施以获得上述装置250的作用，另一个程序完成报告以获得装置252的作用/功能，还有一个程序对系统级操作作出决定以获得装置254的作用/功能。其他可能的实施装置包括集成电路，可编程信号处理器和其他硬件装置。专业人员清楚地知道，上述装置250，252，254还可以用别的方式来实现或在以上未描述的一些其他网络元件中(例如，移动交换中心)实现，然而这完全是按照本发明的精神实现的。
按照本发明一个实施例，网络部分包括装置254，该装置利用测得的干扰电平估算系统能够容许多少新的空中接口通信链路。所以，该系统的运行是按照事先的计划，避免了超载使用带来的问题。
由于不可能确定干扰源，干扰电平的测量按照以下三个步骤A) 在BTS 120已安装和交付使用以后，在准备实际使用时测量系统外的干扰，B) 在相邻的BTS 122，124使用时，测量它们对干扰电平的影响，C) 在该BTS 120使用时，测量总的干扰。
步骤A)中测得的干扰电平作为噪声背景，即，正常运行时步骤C)中报告的干扰电平相对的参考点。这是一个很好的参考点，因为此时系统本身没有有效的连接。干扰值是报告成相对于噪声背景的dB值。噪声背景是给BTS 120的起始规定值，此值作为工厂设定值，或作为否定工厂设定值的初始化参量。
步骤A)和B)中测得的干扰电平作为时间和/或温度，或其他参量的函数。由于测得的噪声背景是时间的函数，BTS 120能够改变其噪声背景也是时间的函数，因此考虑到这样的情况，在现场噪声背景在早晨或办公时间高于4 PM-6 PM，上下班高峰时间或接近午夜。例如，时间的函数也能扩大到周日或甚至季节。一些特定的场所可能经受较高的噪声背景，例如，在周末或假日季节。噪声背景作为温度的函数是用这样方法得到的，当噪声背景作为时间的函数测量时，与此同时也存储测得的结果作为那个现场温度的函数。
BSC 110存储它控制的每个BTS 120，122，124的噪声背景。因此，在以上说明的估算过程中，很容易利用在BSC处测得的干扰电平。在多个测得的干扰电平作为时间和/或温度的函数情况下，BSC 110把它们全部存储或BTS报告在那个时间和/或温度下测得与BSC 110噪声背景值有关的干扰电平。
因为各种条件在蜂窝式无线系统及其环境中确实发生变化，BTS120测量的噪声背景是定期地更新或是在随机的基础上。按照这样的想法，噪声背景反映该系统的真实环境。
实现所述改进基本发明的最好方法是利用软件。其他可能的实施装置包括集成电路，可编程信号处理器和其他硬件装置。专业人员清楚地知道，上述功能还可以在以上未描述的一些其他网络元件中(例如，移动交换中心)实现，然而这完全是按照本发明的精神实现的。
显而易见，上述的本发明可以有各种变化。这些变化不能看成是偏离了本发明的精神和范围，对于专业人员而言很明显的这些变化应该包括在以下权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种蜂窝式无线系统，它包括至少一个收发信机基站BTS；至少一个移动站MS；和BTS与MS之间的空中接口通信链路，这个空中接口通信链路至少在一个射频信道上发送；测量至少一个射频信道上干扰电平的装置；报告测得的干扰电平的装置；及利用测得的干扰电平作辅助对系统级操作作出决定的装置。
2.按照权利要求1的系统，还包括这样一个装置利用测得的干扰电平作辅助，估算该系统能够容许多少新的空中接口通信链路。
3.按照权利要求1的系统，其中干扰电平的测量按照以下三个步骤A)在BTS 120已安装和交付使用以后，在准备实际使用时测量系统外的干扰，B)在诸相邻的BTS使用时，测量它们对干扰电平的影响，C)在该BTS使用时，测量总的干扰。
4.按照权利要求3的系统，其中步骤A)和B)中测得的干扰电平作为时间和/或温度，或任何其他参量的函数。
5.按照权利要求3的系统，其中步骤A)中测得的干扰电平作为噪声背景，即，正常运行时步骤C)中报告的干扰电平的相对参考点。
6.按照权利要求5的系统，其中噪声背景是作为工厂设定给BTS的值，或作为否定工厂设定值的初始化参量。
7.按照权利要求5的系统，其中BSC存储它控制的每个BTS的噪声背景。
8.按照权利要求5的系统，其中BTS是定期地更新或是在随机的基础上测量噪声背景。
9.一种测量蜂窝式无线系统中干扰电平的方法，该蜂窝式无线系统包括至少一个收发信机基站BTS；至少一个移动站MS；和BTS与MS之间的空中接口通信链路，这个空中接口通信链路至少在一个射频信道上发送；此方法包括步骤测量至少一个射频信道上的干扰电平，报告测得的干扰电平，利用测得的干扰电平作辅助对系统级操作作出决定。
10.按照权利要求9的方法，还包括步骤利用测得的干扰电平作辅助，估算该系统能够容许多少新的空中接口通信链路。
11.按照权利要求9的方法，其中干扰电平的测量按照以下三个步骤A)在BTS 120已安装和交付使用以后，在准备实际使用时测量系统外的干扰，B)在相邻的BTS使用时，测量它们对干扰电平的影响，C)在该BTS使用时，测量总的干扰。
12.按照权利要求11的方法，其中步骤A)和B)中测得的干扰电平作为时间和/或温度，或任何其他参量的函数。
13.按照权利要求11的方法，其中步骤A)中测得的干扰电平作为噪声背景，即，正常运行时步骤C)中报告的干扰电平相对的参考点。
14.按照权利要求13的方法，其中噪声背景是作为工厂设定给BTS的值，或作为否定工厂设定值的初始化参量。
15.按照权利要求13的方法，其中BSC存储它控制的每个BTS的噪声背景。
16.按照权利要求13的方法，其中BTS是定期地更新或是在随机的基础上测量噪声背景。
全文摘要
本发明的目的是一种蜂窝式无线系统和测量干扰电平的方法。该系统包括:测量至少一个射频信道上干扰电平的装置,报告测得的干扰电平的装置,和利用测得的干扰电平对系统级操作作出决定的装置。利用测得的干扰电平,估算该系统能够容许多少新的空中接口通信链路。
文档编号H04W24/00GK1242889SQ97181187
公开日2000年1月26日 申请日期1997年12月19日 优先权日1997年12月19日
发明者海基·奥加尼耶米 申请人:诺基亚电信公司