专利名称：码分多址网络设计方法,确定有效信道数及信道率方法
技术领域：
本发明涉及用于确定CDMA(码分多址)网络中有效信道数目及有效信道率的方法，及根据有效信道数目及有效信道的确定值来设计CDMA网络的方法。
CDMA网络的最大供应容量不是固定的或常数值。而是根据CDMA网络的用户特性变化。CDMA技术能使终端占用至第二基站的新无线电链路，同时保持与第一基站的现有无线电联系。这是因为CDMA技术允许所有相邻基站使用相同频率。使用共同频率来执行切换称为软切换并为CDMA技术的重要特征。但是，软切换的作用是，CDMA网络及基站的供应容量根据相应网络或基站的软关机率变化。
传统的蜂窝移动通信网络由于在切换区域中移动台经受严重衰减、经常在切换过程期间丢失呼叫。
为了克服这点，CDMA网络引入新的切换方法来改进CDMA网络中成功切换的百分率。该方法称为软切换，并在消除当切换时在移动台中常听到的音频“脉动”噪音。
但是，CDMA网络具有另外问题，即由于使用了软切换方法使网络容量减小。这是因为执行软切换的移动台同时占用二个或三个无线电链路，因此在此过程期间使用了二或三个台的容量。这意味着，CDMA网络的容量可根据软切换区域在整个网络服务区域的比例或基站中执行软切换的信道的比例而变化。
传统CDMA网络设计方法可互换地使用词“软切换区域与整个服务区域的比例”及“软切换信道率”。
例如，在传统CDMA网络设计方法中，假定软切换信道率为40％，它所产生的软切换区域与整个服务区域的比例也就假定为40％。如果CDMA网络采用这些值，在整个网络上的呼叫成功率减小。随着整个网络的供应容量变得比传统无线电网络设计的小得多时，能同时通信的用户数目也减小。因此，CDMA网络常常需要附加设备来获得网络设计质量，或仅用小于所需用户数目的情况下获得网络设计质量。
在本发明中将有区别地使用词“软切换区域与整个服务区域的比例”及“软切换信道率”。
根据本发明第一方面，提供了一种在码分多址(CDMA)中确定有效信道数目NEFFCTIVE、有效信道率RCH-EFFECTIVE的方法，它包括以下步骤对于CDMA网络计算软切换区域与整个服务区域的比例HAT；对于CDMA网络使用所述软切换区域与整个服务区域的比例计算软切换信道率HCT；由HCT及HAT的计算值确定有效信道数目NEFFCTIVE及有效信道率RCH- EFFECTIVE。
最好，该方法还包括步骤对于半径R的小区中的给定小区或扇段、能以最佳信号服务的覆盖半径D、及仅所述小区及扇段能服务的覆盖半径C，根据所述软切换区域与整个服务区域的比例HAT来计算R及D之间或C及D之间的半径差ΔR,ΔR=D·(1-1-HAT)]]>，式中所述差满足条件0≤ΔR≤D及0≤HAT≤1。
最好，所述软切换区域与整个服务区域的比例HAT确定为HA3及HA2的和，其中HA3是3路软切换区域与整个服务区域的比例，及HA2是两路软切换区域与整个服务区域的比例。
最好，该方法还包括计算3路软切换区域与整个服务区域的比例HA3的步骤，有HA3=2·(1-1-HAT)2]]>。
最好，该方法还包括计算2路软切换区域与整个服务区域的比例HA2的步骤，有HA2=HAT-2·(1-1-HAT)2]]>。
最好，所述计算软切换信道率HCT的步骤包括计算表达式HCT=4·(1-1-HAT)(2-1-HAT)2]]>最好，所述HCT被确定为HC3及HC2的和，式中HC3是整个服务区域的3路切换信道率，及HC2是整个服务区域的2路切换信道率。
在一种方案中，该方法还包括计算所述3路切换信道率HC3的步骤，该HC3=6·(ΔR)2(D+ΔR)2]]>在一种替换方案中，该方法还包括计算所述3路切换信道率HC3的步骤，该HC3=6·(1-1-HAT)2(2-1-HAT)2]]>最好，该方法还包括计算所述2路切换信道率HC2的步骤，该HC2=(1-1-HAT)·(61-HAT-2)(2-1-HAT)2]]>最好，确定有效信道数目NEFFECTIVE的步骤包括计算表达式NEFFECTIVE=NMAX·((1-HCT)+HC2/2+HC3/3)，式中NMAX是根据预定网络参数加载的CDMA网络的最大信道数目，HCT是切换信道率，HC2是整个服务区域的2路切换信道率，及HC3是整个服务区域的3路切换信道率。
最好，确定有效信道数目NEFFECTIVE的步骤包括计算表达式NEFFECTIVE=NMAX·1(2-1-HAT)2]]>式中NMAX是根据预定网络参数加载的CDMA网络的最大信道数目。
最好，确定有效信道率RCH-EFFECTIVE的步骤包括计算表达式RCH-EFFECTIVE=(1-HCT)+HC2/2+HC3/3，式中HCT是切换信道率，HC2是整个服务区域的2路切换信道率，及HC3是整个服务区域的3路切换信道率。
最好，确定有效信道率RCH-EFFECTIVE的步骤包括计算表达式RCH-EFFECTIVE=1(2-1-HAT)2]]>根据本发明的第二方面，提供一种设计CDMA网络的方法，它包括以下步骤确定CDMA网络将要服务的区域；选择用于CDMA网络的基站及用于每基站的传输功率；对于每基站的传输功率及预定网络参数计算半径R,C及D的值；由所述区域及半径计算网络所需的基站数目；计算及确定用于CDMA网络的值NEFFECTIVE,RCH-EFFFCTIVE,HAT及HCT；如果NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT的值能被接受，则停止设计程序；否则至少调节基站位置、传输功率及网络参数中的一个，并返回到计算和确定NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT的值的步骤。
最好，所述调节步骤包括以下步骤对于NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT中至少一个选择可接受的值；对于未被选择的任何NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT计算其值；如果所述NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT的值是不可接受的，则返回到选择可接受值的所述步骤；否则计算半径R,C及D的值以满足NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT的值；及至少调节基站位置、基站传输功率及网络参数中的一个。
现在将参照多个实施例及附图来描述本发明，附图为
图1表示CDMA网络中小区的理想布置；图2表示出现在图1的CDMA网络中小区之间的切换区域；图3表示根据该实施例的CDMA网络中基站小区的扇段；图4表示用于图3中每小区扇段的区域及半径参数；图5是表示信道切换率和软切换区域在整个网络服务区域的比例之间的关系的曲线图，软切换区域在整个网络服务区的比例从0变化到0.7。
图1至图4表示说明本发明实施例的CDMA网络。该CDMA网络的特征是1)CDMA网络的每个基站100位于离相邻基站110为3D的距离处[图1]。
2)所有基站的小区被模拟成正六边形[图1]。
3)每个基站具有相同的扇段方向性，有效发射功率(ERP)及路径损耗特性。
4)假如用户在网络中均匀分布。
这些特性形成帮助本领域技术人员理解这里所述实施例的背景假设。本领域技术人员将理解，这些条件不限制于本发明实施例的公开内容，因这些实施例可应用于上述网络条件以外。
以下的名词用于实施例的说明软切换区域与整个服务区域的比例HAT它表示发生软切换的网络区域与网络的整个服务区域的比例。软切换可视为分别发生在区域200,300中的2路及3路切换[图2]。2路及3路切换率可分别使用区域200及300计算。
软切换信道率HCT它表示在软切换状态下的基站小区或扇段的通信信道数目与整个基站或扇段的通信信道数目的比例。对于2路及3路软切换可计算类似比例。
有效用户数目T’它表示扇段或总基站能提供通信信道的最大数目。例如，如果假定存在具有相同结构的N个基站，及能被每基站接纳的用户最大数目为T，则应当指出，能在整个CDMA网络中被接纳的用户总数目不能简单地计算为N乘以T。这是因为CDMA技术的软切换特性减少了能在任何时间访问CDMA网络的用户数目。这与能根据公式N乘以T计算有效用户数目的先进移动电话服务系统(AMPS)形成对照。CDMA扇段或基站中的有效用户数目用T’表示。T’最好被这样定义，即能被CDMA网络接纳的有效用户总数目能用N乘以T’来计算。
有效信道数目NEFFECTIVE它表示能接纳用户的通信信道与有效用户数目T’的比例。
有效信道率RCH-EFFECTIVE定义为T’/T。
另外，使用以下的名词来描述实施例R其中扇段能执行服务的覆盖半径；[图4]D扇段能以最佳信号质量执行服务的覆盖半径；[图4]C其中仅是该扇段能执行服务的扇段覆盖半径；[图4]ΔR:R及D之间或C及D之间的半径差；[图4]M整个服务区域中基站的数目；HAT软切换区域与整个服务区域的比例；HA2两路软切换区域与整个服务区域的比例；HA3:3路软切换区域与整个服务区域的比例；HAT=HA2+HA3------[式1]HCT整个切换信道率；HC2:2路切换信道率；HC3:3路切换信道率；HCT=HC2+HC3------[式2]AR用于半径R的服务区域(它相应于图4中的钻石状并计算为‘非切换区域’250，‘切换区域1’260及‘切换区域2’270之和)；
AD用于半径D的服务区域(它相应于‘非切换区域’250和‘切换区域1’260的组合区域)；AC用于半径C的服务区域(它相应于钻石状‘非切换区域’250)；AΔ用于半径D中ΔR的3路服务区域(它相应于‘切换区域1’260中的3路切换区域280)；APOLE极容量；NMAX最大扇段信道数目；NEFFECTIVE有效信道数目；RCH-EFFECTIVE有效信道率；Fr逆链路频率(reverse link frequency)再使用效率；EN扇段化效率；W扩展带宽；Rh数据速率；Eb每位平均能量；Nd噪音密度；XLOADING系统设计负载；υ语音活动。
第一实施例旨在一种确定CDMA网络中有效信道数目及有效信道率的方法并描述如下。
1．计算网络的软切换区域与整个服务区域的比例1.1．计算半径差ΔR，它用于计算网络的软切换区域与整个服务区域的比例参照图4，每个区域AR、AD、AC及AΔ区计算如下AR=32R2,AD=32D2,AC=32C2,AΔ=3(ΔR)2]]>如果整个服务区域内的基站数目M足够大，软切换区域与整个服务区域的比例HAT可用下列近似等式表示
=1-3·M·AC3·M·AD=1-ACAD=1-2·D·(ΔR)-(ΔR)2D2]]>
由以上等式得到下列计算半径差ΔR的等式(ΔR)2-2·D·(ΔR)+HAT·D2=0
但是，以上二次方程的根需要满足条件0≤HAT≤1及0≤ΔR≤D。
满足这些条件的根表示在下式4中
1.2.计算2路及3路软切换区域与整个服务区域的比例。
只要服务区域内的基站数目M足够大，网络的3路软切换区域与整个服务区域的比例可近似地如下，
出现在整个服务区域内的3路切换区域比例HA3可用下式、即式5表示，它由将式4的结果代到上式4c中得到，
出现在整个服务区域内的2路切换区域比例HA2可用下式、即式6表示，它由将式5的结果代到上式1中得到，
因此，当软切换区域与整个服务区域的比例用作网络设计或优化的基础时，可分别用式5及式6计算2路及3路的比例。
2.软切换信道率以上定义的软切换信道率可表达为软切换区域与网络整个服务区域的比例。该关系能使被CDMA网络接纳的用户数目或CDMA网络中所需的基站最小数目精确地优化。
2.1.软切换区域与整个服务区域的比例和软切换信道率的关系软切换信道率可根据HCT的下式、即式6b来表示
表示软切换信道率和软切换区域与整个服务区域的比例之间关系的等式由下式7表示，它由将式4的结果代入上式6b得到，
对于式7可使用通常在实践中采用的CDMA网络值来计算理论上可获得的软切换信道率。对于软切换区域与整个服务区域使用数字40％来计算以下软切换信道率HCT的值HCT=4·(1-1-HAT)(2-1-HAT)2=4·(1-1-0.4)(2-1-0.4)2=0.90161.5016=0.6004]]>即，如果软切换区域与整个服务区域的比例是40％，则一个扇段或基站的软切换信道率变为60％。因此，仅是扇段的整个信道的40％处于‘非切换’状态，而其余60％的信道保持在‘2路’或‘3路’软切换的状态。
2.2.2路及3路软切换率对于式7的软切换信道率可使用下式，即式7b来计算3路软切换信道率HC3，
将式4应用到式7b，能够根据下式、即式8来计算3路软切换信道率HC3和软切换区域与整个服务区域的关系，
将式8应用到式2中，能够用下式、即式9来表示2路软切换信道率，HC2=HCT-HC3=4·(1-1-HAT)(2-1-HAT)2-6·(1-1-HAT)2(2-1-HAT)2]]>=4(1-1-HAT)-6(1-1-HAT)2(2-1-HAT)2=(1-1-HAT)·(61-HAT-2)(2-1-HAT)2]]>……[式9]3．根据切换率的每扇段有效信道数目用于扇段或基站的有效信道数目及扇段或基站的有效信道率可使用软切换信道率或软切换区域与整个服务区域的比例来计算。计算出的有效信道或有效信道率可在网络优化中计算用于所需数目用户的所需基站最小数目。
3.1.计算极容量及扇段信道的最大数目的等式意指在理想无线电环境下接纳的理论最大数目信道的极容量NPOLE，及对于实际系统设计规定的系统负载的最大扇段数NMAX可如下计算NPOLE=Fr·Es·(1v·W/RbEb/Nd+1)]]>NMAX=NPOLE·XLOADNG3.2.根据软切换率的每扇段有效信道数目在‘非切换’状态中的呼叫可视为一个扇段或基站的呼叫，但‘2路’切换状态中的呼叫同时占用二个基站的信道。因此每个基站可视为仅支持一半呼叫。类似地，‘3路’切换状态中的呼叫视为具有分别属于每基站的呼叫的三分之一。扇段或基站的有效信道数目使用上述对NPOLE及NMAX的定义来计算。
可用以下等式、即式10及式11来分别表示有效信道数目及有效信道率，它们叉与在网络设计或优化中规定或假设的切换信道率相关，NEFFECTTVE=NMAX·((1-HCT)+HC2+HC3)……[式10]RCH-EFFECTTVE=(1-HCT)+HC2/2+HC3/3……[式11]3.3.根据软切换区域与整个服务区域的比例的有效信道数目及有效信道率可使用软切换区域与整个服务区域的比例HAT来计算软切换车HCT。将该比例HAT转换成切换信道率HCT的优先方法是使用上述式7。根据式7，然后可使用式10及式11来计算有效信道数目NEFFECTIVE及有效信道率RCH- EFFECTIVE。
更详细地，通过将式7、式8、及式9代入式11并设定变量K=
，然后有效信道率RCH-EFFECTTVE可用下式表示RCH-EFFECTIVE=[(1-4(1-k)(2-k)2)+(1-k)(6k-2)(2-k)2/2+(6(1-k)2(2-k)2)/3]]]>=(2-k)2-4(1-k)+(1-k)(3k-1)+2(1-k)2(2-k)2=1(2-k)2]]>如果
代回上式，得到下列式12及13，
图5表示软切换信道率的曲线图，其中软切换区域与整个服务区域的比例从0到0.7变化。
该例表示，当软切换区域与整个服务区域的比例是40％(用A表示)时，软切换信道率为60％(曲线560上D所示)。因此，如果在网络设计时采用60％的软切换信道率，则需要相应的40％的软切换区域与整个服务区域的比例。在该例中，2路软切换区域(曲线510所示)需为整个服务区域的29.8％(用B表示)，及3路软切换区域(曲线520所示)需为网络整个服务区域的10.2％(用C表示)。
使用上述方法．由40％的软切换区域与整个服务区域的比例(A)可计算60％的软切换信道率(D)，39.7％的2路软切换信道率(E)(曲线530所示)，20.3％的3路软切换信道率(F)(曲线540所示)，66.6％的有效信道率(G)(曲线550所示)。如果是这样，再假定每扇段可得到最大可用信道数目是30，则有效信道的数目约为30×0.666=20当软切换区域与整个服务区域的比例约为0.436时，它能被看成，有效信道率(曲线550所示)相应于软切换信道率(曲线560所示)。如果CDMA网络用超过0.436的软切换区域与整个服务区域的比例来实施，则软切换信道率将超过有效信道率。如果这种情况发生时，网络将投入比用于处理呼叫更多的资源来执行软切换。因此，优选的实施例是软切换区域与整个服务区域的比例小于0.436的CDMA网络。最好，CDMA网络具有的软切换区域与整个服务区域的比例在0.2至0.4的范围内，在0.3至0.4之间更好。
第二实施例涉及使用以上计算设计CDMA网络的方法。该设计方法可使用以下步骤确定CDMA网络将要服务的区域；选择用于CDMA网络的基站及用于每基站的传输功率；由每基站传输功率及预定网络参数计算半径R、C及D的值；由所述区域及半径计算网络所需基站的数目；计算及确定用于CDMA网络的NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT的值；如果NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT的值可被接受，则停止设计程序；否则至少调节基站的位置，传输功率及网络参数中的一个，并返回计算及确定NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT的步骤。
此外，可使用下列步骤来执行调节对于NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT中的至少一个选择一个可接受值；对于未被选择值的NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT中的任何一个计算其值；如果所述NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT的值是不可接受的，则返回到选择可接受值的步骤；否则计算半径R、C及D的值以满足NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT的值；及至少调节基站位置，基站传输功率，网络参数中的一个。
一种设计CDMA网络的变型方法开始于选择图5中的软切换区域与整个服务区域比例的优选值或有效信道数目。该程序然后通过选择3路及2路软切换信道率和3路及2路软切换区域与整个服务区域的比例的相应值来进行。
一旦这些参数被确定，则它们形成了对以上等式的输入，由这些等式可确定R、D、及C的值。基于运些R、D及C的值可确定网络的基站密度及可确定用于每基站的功率传输等级。
由于本发明能有各种变型及替换形式，故以例子的形式对专门的实施例作出了图解及详细说明。但是，应理解，本发明并不会限制在特定的公开形式上，但相反地，它应覆盖落在附属设权利要求书限定的本发明精神和范围内的所有变型、等同及替换。
权利要求
1．一种在码分多址(CDMA)网络中确定有效信道数目NEFFECTIVE、有效信道率RCH-EFFECTIVE的方法，它包括以下步骤对于CDMA网络计算软切换区域与整个服务区域的比例HAT；对于CDMA网络使用所述软切换区域与整个服务区域的比例计算软切换信道率HCT；由HCT及HAT的计算值确定有效信道数目NEFFECTIVE及有效信道率RCH- EFFECTIVE。
2．根据权利要求1所述的方法，还包括步骤对于半径R的小区中的给定小区或扇段、能以最佳信号质量服务的覆盖半径D、及仅所述小区及扇段能服务的覆盖半径C，根据所述软切换区域与整个服务区域的比例HAT来计算R及D之间或C及D之间的半径差ΔR，ΔR=D·(1-1-HAT),]]>式中所述差满足条件0≤ΔR≤D及0≤HAT≤1。
3．根据权利要求1所述的方法，其中所述软切换区域与整个服务区域的比例HAT确定为HA3及HA2的和，其中HA2是两路软切换区域与整个服务区域的比例，及HA3是3路软切换区域与整个服务区域的比例。
4．根据权利要求3所述的方法，还包括步骤计算3路软切换区域与整个服务区域的比例HA3,HA3=2·(1-1-HAT)2]]>。
5．根据权利要求3或4所述的方法，还包括步骤计算2路软切换区域与整个服务区域的比例HA2，HA2=HAT-2·(1-1-HAT)2]]>。
6．根据以上权利要求中任意一项所述的方法，其中所述计算软切换信道率HCT的步骤包括计算所述表达式HCT=4·(1-1-HAT)(2-1-HAT)2]]>。
7．根据权利要求6所述的方法，其中所述HCT被确定为HC3及HC2的和，式中HC3是整个服务区域的3路切换信道率，及所述HC2是整个服务区域的2路切换信道率。
8．根据权利要求7所述的方法，还包括步骤计算所述3路切换信道率HC3，HC3=6·(ΔR)2(D+ΔR)2]]>。
9．根据权利要求7所述的方法，还包括步骤计算所述3路切换信道率HC3，HC3=6·(1-1-HAT)2(2-1-HAT)2]]>。
10．根据权利要求7、8、9任何之一所述的方法，还包括步骤计算所述2路切换信道率HC2，HC2=(1-1-HAT)·(61-HAT-2)(2-1-HAT)2]]>
11．根据权利要求10所述的方法，其中确定有效信道数目NEFFECTIVE的步骤包括计算所述表达式NEFFECTIVE=NMAX·((1-HCT)+HC2/2+HC3/3)，式中NMAX是根据预定网络参数加载的CDMA网络的最大信道数目，HCT是切换信道率，HC2是整个服务区域的2路切换信道率，及HC3是整个服务区域的3路切换信道率。
12．根据权利要求1所述的方法，其中确定有效信道数目NEFFECTIVE的步骤包括计算所述表达式NEFFECTIVE=NMAX·1(2-1-HAT)2]]>式中NMAX是根据预定网络参数加载的CDMA网络的最大信道数目。
13．根据权利要求10所述的方法，其中确定有效信道率RCH-EFFECTIVE的步骤包括计算表达式RCH-EFFECTIVE=(1-HCT)+HC2/2+HC3/3，式中HCT是切换信道率，HC2是整个服务区域的2路切换信道率，及HC3是整个服务区域的3路切换信道率。
14．根据权利要求1所述的方法，其中确定有效信道率RCH-EFFECTIVE的步骤包括计算表达式RCH-EFFECTIVE=1(2-1-HAT)2]]>。
15．一种设计CDM网络的方法，它包括以下步骤确定CDMA网络将要服务的区域；选择用于CDMA网络的基站及用于每基站的传输功率；由每基站的传输功率及预定网络参数计算半径R,C及D的值；由所述区域及半径计算网络所需的基站数目；计算及确定用于CDMA网络的NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT值；如果NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT的值能被接受，则停止设计程序；否则至少调节基站位置、传输功率及网络参数中的一个，并返回到计算和确定NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT的值的步骤。
16．根据权利要求15所述的方法，其中所述调节步骤包括以下步骤对于NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT中至少一个选择可接受的值；对于未被选择的任何NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT计算其值；如果所述NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT的值是不可接受的，则返回到选择可接受值的所述步骤；否则计算半径R,C及D的值以满足NEFFECTIVE,RCH-EFFECTIVE,HAT及HCT的值；及至少调节基站位置、基站传输功率及网络参数中的一个。
全文摘要
本发明公开了一种确定CDMA网络中的有效信道数目及有效信道率的方法。该方法计算软切换区域与整个服务区域的比例及软切换信道率。其结果用于执行确定。也公开了使用该方法来设计CDMA网络。
文档编号H04W36/18GK1237075SQ9910775
公开日1999年12月1日 申请日期1999年3月4日 优先权日1998年3月4日
发明者俞炳哲 申请人:三星电子株式会社