CN1350374A - Cdma蜂窝移动通信***中多业务负载监测和预测的装置及其计算方法 - Google Patents

Cdma蜂窝移动通信***中多业务负载监测和预测的装置及其计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及CDMA蜂窝移动通信***中多业务负载监测和预测的装置及其计算方法,其装置包括:接收信号强度测量单元,对总干扰功率进行测量,并对测量值进行消除抖动的处理;参数统计单元,对一些和负载监测－预测相关的业务参量进行统计;负载监测单元,根据测量值和统计结果进行负载监测运算;负载预测单元,根据新的业务请求参数和负载监测单元实时传输的运算结果,计算新业务接入后上行链路负载的增加量以及新业务接入后总的负载值。

Description

CDMA蜂窝移动通信***中多业务负载监测和预测的装置及其计算方法
本发明涉及CDMA(码分多址)蜂窝移动通信***中多业务负载监测和预测的装置及其计算方法。
在CDMA蜂窝移动通信***中，由于相邻小区间共用相同的频段，某小区的实际容量(即该小区的无线负载能力)会因相邻小区干扰强弱的变化而变化。特别是在多业务条件下，由于数据业务的突发特性，来自相邻小区的干扰将导致本小区的实际负载能力发生剧烈的变化。在相邻小区干扰的强度随机变化的情况下，准确地监测小区当前的负载情况，并准确地预测新业务接入后小区负载的变化，是充分利用无线资源、保证通信质量的前提。
CDMA***的***负载监测与CDMA***的容量分析都与干扰功率(或发射功率)密切相关，但是，二者之间存在以下重要区别：
1)要达到的目标不同  ***容量分析是在一些假定条件下得到***的极值容量，负载监测是在实际工作的***中实时地得到***的实际极值容量、极值容量的占用量、极值容量的剩余量；
2)参量的处理方法不同  ***容量分析所用模型带有明显的理想化特征，其选用的***参量、参量的取舍等与实际***存在较大距离，或在实际***中无法操作；***负载监测选取的参量必须具备两个特点：(1)能够实时地反映实际***当前的负载情况；(2)在实际***中具有可操作性；
鉴于以上区别，***容量分析采用的思路、分析模型、干扰处理方法不能直接用于负载监测，负载监测需要建立自己的分析思路、分析模型、干扰处理方法和参数选取方法。
专利文献US5687171所公开的一种关于CDMA蜂窝移动通信***中无线负载监测方法，从准入控制的角度对负载进行监测，其基本步骤是：
1)测量基站接受到的干扰强度；
2)从允许的总干扰强度中减去测量到的干扰强度，得到一个干扰容限值；
3)计算新的业务接入后产生的干扰是否超过前一步得到的容限值；
4)如果不超过，就允许接入；否则，拒绝接入。
负载监测和预测是准入控制的依据，该专利并没有涉及如何进行多业务的负载监测以及新接入业务产生的干扰的计算，因此该专利缺少实现的技术方案。
专利文献US6005852和US5790534所公开的是诺基亚(NOKIA)公司对同一项技术方案提出的两次专利申请。其负载控制***是由负载控制和负载监测两部分构成。其中，负载监测为负载控制单元实时地(最高测量间隔为10ms提供小区的负载情况，负载控制单元以负载监测单元的输出为依据，并结合相邻小区的负载情况)，实施负载控制策略(如准入控制、重新协商QOS、增加数据业务的时延等)。对每个无线帧，基站核实小区的当前容量(即：干扰条件下基站的实际容量，该容量可以用业务码率表示，也可以用干扰功率表示)，特别是，负载监测模块以帧为周期计算本小区允许的数据业务的干扰功率，如果电路业务的干扰或相邻小区的干扰发生了变化，就对本小区的分组业务负载进行调整。
但其没有实现多业务条件下负载的预测，在负载监测方法上对不同优先级业务的区分缺少具体的方案。
本发明的目的在于提供一种CDMA蜂窝移动通信***中实现多业务负载监测-预测的方法和装置，从而实时地监测不同种类或同一种类业务中不同优先级业务的负载，并实时地预测各种新接入业务的负载，达到充分利用无线资源，保证***稳定性和通信质量的提高。
为了实现上述目的，本发明所提供的一种CDMA蜂窝移动通信***中实现多业务负载监测和预测的装置，包括：接收信号强度测量单元，对外接的接收机接收到的总干扰功率进行测量，并对测量值进行消除抖动的处理；参数统计单元，根据外接的业务报告存储单元的内容对一些和负载监测-预测相关的业务参量进行统计，提供负载监测运算必要的数据；负载监测单元，根据所述的接收信号强度测量单元的测量值和参数统计单元的统计结果进行负载监测运算，获得运算结果；负载预测单元，根据外接的负载控制单元传来的新的业务请求参数和负载监测单元实时传输的运算结果，计算新业务接入后上行链路负载的增加量以及新业务接入后总的负载值，其计算结果供负载控制单元使用。
为了实现上述目的，本发明所提供的一种CDMA蜂窝移动通信***中实现多业务负载监测的计算方法，包括下列步骤：启动接收信号强度测量单元工作；判断是否达到一确定的时间：如果没有达到，则继续等待；如果达到，则进入下一步；对各种业务的参数进行分类统计；输入接收信号强度的测量值；按照规定的公式计算不同的信干比业务的负载，并计算出相应的等效干扰功率值；统计不同类型业务的负载以及同一类型业务中不同优先级业务的负载；保存前两步的计算结果供负载控制和负载预测使用；如此重复上述过程，获取下一个计算结果。
为了实现上述目的，本发明所提供的一种CDMA蜂窝移动通信***中实现多业务负载监测和预测的计算方法，包括下列步骤：启动接收信号强度测量单元工作；判断是否达到一确定的时间：如果没有达到，则继续等待；如果达到，则进入下一步；对各种业务的参数进行分类统计；输入接收信号强度的测量值；按照规定的公式计算不同的信干比业务的负载，并计算出相应的等效干扰功率值；统计不同类型业务的负载以及同一类型业务中不同优先级业务的负载；保存前两步的计算结果供负载控制和负载预测使用；如此重复上述过程，获取下一个计算结果；同时，不断地判断有否新的业务请求接入：如果没有，则继续实时进行前一步的判断；如果有，则进入下一步；输入当前的等效干扰功率值；输入新的业务参数；按照规定的公式计算新业务的负载和新业务接入后接收信号强度的值；保存计算结果供负载控制使用。
在上述的CDMA蜂窝移动通信***中实现多业务负载监测和预测的计算方法中，所述的业务参数包括接收信号强度指示值、传输码率、扩频因子、信干比和业务优先级。
在上述的CDMA蜂窝移动通信***中实现多业务负载监测和预测的计算方法中，统计不同类型业务的负载以及同一类型业务中不同优先级业务的负载的方法为：按规定的方程组分别计算不同业务的干扰功率；根据优先级次序将同一优先级业务的干扰功率相加；获得到各优先级业务的总负载。
由于采用了上述的技术方案，即在多业务(语音、数据、视频)条件下充分地利用无线资源，对不同种类、不同优先级的业务的负载进行准确的监测(如果在负载很重时，有新的优先级较高的业务请求接入，采用中断优先级低的现有业务的策略将新业务接入)，并对请求接入的业务的负载进行准确的预测，有效地实施了负载控制(或流控)策略，给出当前不同种类业务以及同一种类业务中不同优先级业务的负载值，从而保了证通信质量，维护了***的稳定性。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明负载监测和预测装置的结构框图；
图2是本发明负载监测计算方法的流程图；
图3是本发明负载监测和预测的计算方法的流程图；
图4是不同种类、不同优先级业务负载的统计计算的示意图。
根据对负载控制实际需求的分析，本发明的提出是基于如下思想：
1)对接收信号强度指示(RSSI)的监测值应该是一个真实的物理量(含有测量误差)，这是保证***稳定性所要求的；
2)对新业务接入后接收信号强度指示(RSSI)的预测值应该是一个真实的物理量(含有测量误差)，这是保证***稳定性所要求的；
3)对各业务负载的监测值只需要具有相对性(相对于其它业务的负载的比例是最重要的)，这样即可以免去求解绝对负载值所面临的困难，又可以满足负载控制策略的需要；
4)对各业务负载的预测值只需要具有相对性(只要和负载监测得到的负载值保持一致性)，这样即可以免去求解新业务负载增量的绝对量，又可以满足实施负载控制策略的需要。这是因为负载预测和负载监测都是在同样的前提下得到的相对结果，其相对值可以体现各业务负载绝对量间的大小关系，依次就可以实施各种控制策略，无须得到各业务的绝对负载量；
5)干扰功率(N)只需要是概念性的，绝对的N值并不重要，因为概念性的N值就可以得到3)、4)两项相对结果，这种相对结果已可以满足实施各种负载控制策略的需要。
上述第3)、4)、5)项体现的对负载监测总体需求的理解是产生本项发明的基础，这种理解使我们放弃对各业务的绝对负载的监测和预测，这样既避免了监测绝对负载的一些技术困难(如求解其他小区干扰功率的绝对值)，又可以满足资源管理的各种需求(如切换中的资源预流、准入控制中的中断优先级低的业务来接入优先级高的业务等)。
我们对负载监测和预测需求的上述认识保证了本发明较之现有负载监测技术具有计算简单、易于实现的特点。
图1给出了负载监测和预测装置100的结构以及该装置和蜂窝移动通信***中其它功能单元(这些功能单元可以位于蜂窝移动通信***的不同子***中)间的联系。图1中的基站天线101可以是全方向的，也可以是分扇区的；天线复用器102起收发隔离的作用；基站中的发射机103向移动台发送各种控制信息；信道处理单元104包括上行链路信道处理和下行链路信道处理；负载控制单元105实现各种负载控制(本发明所述负载控制包括准入控制、小区呼吸、拥塞控制等)功能；接收机106由射频处理单元和相关解调器组成；业务报告存储单元107存储各种业务的业务特性参数(如传输码率、编码格式、信干比、优先级、扩频因子等)，并根据业务特性参数的变化来实时地刷新其存储内容。
负载监测和预测装置100由RSSI测量单元108、负载监测单元109、参数统计单元110和负载预测单元111这四部分组成，这些功能单元可以根据***实现的需要分布在蜂窝移动通信***的不同子***中。其中，RSSI测量单元108对接收机106接收到的总干扰功率(在解调器的输入端口处)进行测量，并对测量值进行处理以消除测量值的抖动；参数统计单元110根据业务报告存储单元107的内容对一些和负载监测-预测相关的业务参量(如传输码率、扩频因子、SIR值、业务优先级)进行统计，为负载监测单元进行负载监测运算提供必要的数据；负载监测单元109则根据RSSI测量单元108的测量值和参数统计单元110的统计结果进行负载监测运算，109的算法流程如图3所示，109的负载统计运算结构如图2所示；负载预测单元则根据负载控制单元105传来的新的业务请求参数和负载监测单元109当时的输出来计算新业务接入后上行链路负载的增加量以及新业务接入后总的负载值，其计算结果供负载控制单元105使用。
如图2所示的负载监测算法流程图，其原理如下，设：
1)有n类(对应不同的信干比)业务，每类业务的总码率分别为r1、r2、r3、r4、…rn；
2)每类业务要求的信干比分别为：SIR1、SIR2、…SIRn；
3)第i类业务中某一个业务j的码率为ri，j；
按照信干比的定义，可以得到如下一组方程： r 1 j r 1 P 1 r 1 - r 1 j r 1 p 1 + p 2 + . . . + pn + N SIR 1 / G i - - - ( 1 ) r 2 j r 2 P n p 1 + r 2 - r 2 j r 2 p 2 + . . . + pn + N SIR 2 / G i - - - ( 2 ) r nj rn P n p 1 + p 2 + . . . + rn - r nj rn Pn + N SIR n / G n - - - ( n )
P1+p2+…+Pn+N＝RSSI    (n+1)
式中：
N＝N0+Iother；
Pi为接收到的第i类业务的功率。
在式(1)至式(n+1)中，RSS、SIR1、SIR2、…SIRn可以测量得到；r1、r2、r3、r4、…rn和ri，j可以由参数统计单元110(根据TFCI信息)得到。Gi～Gm可以由业务报告存储单元107提供。
通过解上述方程，可以得到n+1个未知量：P、P2、…Pn、N，这样，就得到了各类业务的负载量和干扰的大小，这种监测以10ms为周期进行。
为了简化求解过程，可以利用关系： r 1 - r 1 j r 1 P 1 + P 2 + . . . + Pn + N = RSSI - r 1 j r 1 P
图中的304步骤是根据306步骤、307步骤计算的需要，对业务报告存储单元107中的数据如传输码率、扩频因子、SIR值、业务优先级，进行统计、处理。
根据图2的算法流程得到的是各业务负载的相对值，前面已经指出，这样即可以免去求解绝对负载值所面临的困难(需要得到绝对的干扰功率值，这要增加***的复杂性而且难以实现)，又可以满足负载控制策略的需要。
如图3所示的负载预测算法流程图，其预测算法原理如下：
预测以10ms为周期进行，由于时间间隔很短，其他小区的干扰变化量是很小的，因此，可以认为在下一个10ms内，N值不变。
设有一个属于SIR1的业务请求接入，其要求的码率为R1，k，为了预测该业务接入后的RSSI值，需要进行如下计算：
(1)根据R1，k计算出新的r1值，并将这个新的r1值和R1，k代入公式(1)；
(2)根据公式(1)至(n)，并利用前一个10ms监测到的N值，解出P、P2、…Pn、N，；
(3)将P、P2、…Pn、N，和N值代入公式(n+1)，就可以得到下一个10ms内RSSI的预测值。
如果有多个业务同时请求接入，可以利用前述步骤一次得到全部结果。
负载预测算法的流程如图3所示。图中的403、404、405是实现负载预测的三个关键步骤。
不同种类的业务的负载，以及同一种类业务中不同优先级业务的负载的计算，可以按照图4所示的计算结构进行统计。图中，信干比方程求解输出单元201中包含求解各个信干比方程得到的一组负载值，该组负载值中的每一个值都可能是不同种类、不同优先级业务的负载的综合，也可能对应多个用户的负载；同时，同一个用户的业务负载，也可能包含在多个信干比方程的求解结果中。因此，为了能够对各种情况下的业务负载进行统计，需要采用图4所示的矩阵式统计计算结构，统计结果存入负载统计单元202中。在多业务条件下，同一个用户可能同时建立多个业务连接(如一个多媒体用户可能同时传输语音、数据、视频三种业务，这些业务可以使用不同的信干比、不同的优先级、不同的码率)，为了得到该用户的负载，可以对202中的结果作进一步的统计。

Claims (6)

1.一种CDMA蜂窝移动通信***中多业务负载监测和预测的装置，其特征在于，它包括：
接收信号强度测量单元，对外接的接收机接收到的总干扰功率进行测量，并对测量值进行消除抖动的处理；
参数统计单元，根据外接的业务报告存储单元的内容对一些和负载监测-预测相关的业务参量进行统计，提供负载监测运算必要的数据；
负载监测单元，根据所述的接收信号强度测量单元的测量值和参数统计单元的统计结果进行负载监测运算，获得运算结果；
负载预测单元，根据外接的负载控制单元传来的新的业务请求参数和负载监测单元实时传输的运算结果，计算新业务接入后上行链路负载的增加量以及新业务接入后总的负载值，其计算结果供负载控制单元使用。
2.一种CDMA蜂窝移动通信***中多业务负载监测的计算方法，其特征在于包括下列步骤：
启动接收信号强度测量单元工作；
判断是否达到一确定的时间：如果没有达到，则继续等待；如果达到，则进入下一步；
对各种业务的参数进行分类统计；
输入接收信号强度的测量值；
按照规定的公式计算不同的信干比业务的负载，并计算出相应的等效干扰功率值；
统计不同类型业务的负载以及同一类型业务中不同优先级业务的负载；
保存前两步的计算结果供负载控制和负载预测使用；
如此重复上述过程，获取下一个计算结果。
3.一种CDMA蜂窝移动通信***中多业务负载监测和预测的计算方法，其特征在于包括下列步骤：
启动接收信号强度测量单元工作；
判断是否达到一确定的时间：如果没有达到，则继续等待；如果达到，则进入下一步；
对各种业务的参数进行分类统计；
输入接收信号强度的测量值；
按照规定的公式计算不同的信干比业务的负载，并计算出相应的等效干扰功率值；
统计不同类型业务的负载以及同一类型业务中不同优先级业务的负载；
保存前两步的计算结果供负载控制和负载预测使用；
如此重复上述过程，获取下一个计算结果；同时，
不断地判断有否新的业务请求接入：
如果没有，则继续实时进行前一步的判断；如果有，则进入下一步；
输入当前的等效干扰功率值；
输入新的业务参数；
按照规定的公式计算新业务的负载和新业务接入后接收信号强度的值；
保存计算结果供负载控制使用。
4.根据权利要求2所述的一种CDMA蜂窝移动通信***中多业务负载监测的计算方法，其特征在于，所述的业务参数包括接收信号强度指示值、传输码率、扩频因子、信干比和业务优先级。
5.根据权利要求2或4所述的一种CDMA蜂窝移动通信***中多业务负载监测的计算方法，其特征在于，所述统计不同类型业务的负载以及同一类型业务中不同优先级业务的负载的方法为：
按规定的公式分别计算不同业务的干扰功率；
根据优先级次序将同一优先级业务的干扰功率相加；
获得到各优先级业务的总负载。
6.根据权利要求3所述的一种CDMA蜂窝移动通信***中多业务负载监测和预测的计算方法，其特征在于，所述的业务参数包括接收信号强度指示值、传输码率、扩频因子、信干比和业务优先级。
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