CN1394020A - Cdma***中一种动态调整门限的速率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种动态门限调整的速率控制方法，其控制方法中包括速率控制程序和门限动态调整程序。速率调整程序中，选用移动台和基站处的发射功率和发射功率门限的比较关系作为速率动态调整的依据。门限动态调整程序中，选用小区负载作为发射功率动态调整的依据。其中对小区负载的衡量指标，上行选用基站处的总的干扰水平，下行选用基站处总的发射功率。当空中接口上负载状况较重时，把各门限适当降低，当空中接口上的负载状况较轻时，把各门限适当提高。这样，可以根据负载状况，很好地满足和提高业务的QoS(业务质量)要求。

Description

CDMA***中一种动态调整门限的速率控制方法

本发明涉及无线通信***，尤其是指CDMA蜂窝移动通信，是根据小区负载，业务质量以及无线接口传播环境来动态调整业务速率的相关技术。

CDMA是一种以扩频通信为基础的调制和多址连接技术。扩频通信技术是在信号发送端以高速伪随机码与数字信号相乘，由于伪随机码的速率比数字信号的速率大得多，因而扩展了信号传输带宽。在接收端，用相同的伪随机序列与接收信号相乘，进行相关运算，将扩频信号解扩。由于在CDMA***，伪随机码之间并不是完全正交，这导致小区内不同信道和不同用户之间存在相互干扰。为了防止这种自干扰现象，通常采用对上行和下行，同时用内环功控和外环功控方法。

当***传播条件改变，如空中接口上干扰增大，或者用户离基站比较远，路径损耗增加时，为了使接收端信号达到一定的信躁比，对发射功率则需要增大，但发射功率的增加又会增加空中接口上的干扰，空中接口上的干扰越大，又会使得发射功率增加，如此形成一个功率攀升的正反馈。当***负载达到某个程度以后，这个正反馈使得移动台和基站的发射功率增加得非常快，从而整个***负载可能迅速趋近于饱和状态。

由此，***就有必要采取措施，增加一个负反馈控制机制来降低***发射功率，以补偿功率攀升的正反馈现象。解决这一问题的一般方法是设置若干发射功率门限，然后根据发射功率与各门限的比较，采取相应的速率调整措施，以补偿功率攀升的正反馈。例如当发射功率超过某个上门限，说明***负载变重，或者信道条件恶化，或者移动台离基站较远，在这种情况下，可以通过降低业务速率来降低信道发射功率，进而降低***负载。反之，如当发射功率低于某个下门限时，说明***负载变轻，或者信道条件变好，或者移动台离基站较近，这时，可以适当提高业务速率，以提高业务的QoS。

调整业务速率的另外一条理由是各业务速率对传播环境改变的具有不同的适应能力。当小区负载增大或者信道条件恶化，业务速率高的用户与业务速率低的用户相比，其服务质量往往会比后者降低得更快。这种情况可以由AMR语音业务的典型例子加以说明。图1中给出了每种AMR速率模式的语音质量MOS分值随C/I变化的曲线。由图中可知，当C/I变小时，速率高的AMR模式的MOS分值随C/I的变化减小得比速率低的AMR模式的变化速率要快。这样导致在小区传播环境变差的情况下，低速率业务的质量比高速率业务的质量反而相对要高。如果这时，仍然保持原来的高速率，会使得用户业务质量迅速降低。如果在这个时候调低用户的业务传输速率，则会使得业务质量相对得到改善。

当小区负载较轻时，上面高速率用户和低速率用户服务质量的变化情况和小区负载较重情况下恰好相反。虽然，在小区负载较重的情况下，一定范围内降低速率，可减缓QoS(业务质量)的降低速度，从而使QoS保持在一定的范围内。但是业务QoS整体上毕竟降低了。因此，当***资源允许时，提升业务速率，可以提高业务质量，所以我们应尽量以最大的速率传输语音和数据。即当***负载变低时，需要以适当的步骤增加数据速率，以提供更好的QoS。这时，同上一段一样的理由，我们仍然可以使用信道发射功率作为速率增加的判断参数。

由上可知，进行速率调整时的依据在于发射功率是否超过或者低于门限。一般情况下，为了保证对用户的公平性，这些发射功率门限的设置是固定的，即在开始根据小区负载，信道条件好坏和移动台离基站远近的一个统计结果对门限进行设置，在以后的过程中，这些门限不在改变。然而固定的发射功率门限会存在一定的问题。比如说，当***负载很重的时候，发射功率门限如果和***负载很轻的时候一样高，则对发射功率的增加，***可能难以快速地检测到，从而会导致***对发射功率和***负载的正反馈功率攀升现象反应迟钝，这样就有导致***崩溃的危险。

相反，当***负载比较轻的时候，如果各发射功率门限设置得和***负载较重时一样低，则一旦业务速率稍有增加，则***就会做出降低业务速率的决定，即使在***资源足够充足的情况下，各业务也没有办法对这些信道资源进行充分利用，从而降低***的效率以及不能保证高速率业务数据传输的QoS。

本发明针对已有技术存在的问题提出的根据小区负载状况来动态调整门限的速率控制方法则可以很好地解决上面固定门限算法导致的问题。它包括有两部分，第一部分是根据发射功率与各门限值的关系对速率进行调整，第二部分是根据小区负载状况对发射功率各门限进行动态调整。

其中第一部分根据发射功率与门限值的比较来对业务传输速率进行调整，从而负载趋近饱和时可以减轻小区负载，减缓业务质量变差速度以及在负载减轻时提高业务质量。它的基本思想是这样的：速率控制器的控制对象为一条业务连接，控制器包括两部分功能，一是为获取进行控制必需的反馈信息，要对获取信息的方式和频率进行设置，通过测量控制实现。测量采用事件触发方式，当发射功率超过门限值，触发测量报告。二是根据获得的测量报告反馈信息，以及控制器状态和调速定时器状态，进行速率调整判断，并分别进行速率调整处理。

第二部分对发射功率各门限值进行动态调整，其基本步骤是：上行对基站处总的干扰水平进行测量，下行对基站处总的发射功率进行测量。当小区负载较重时，把所有业务连接各发射功率门限降低一个等级，这样有两个好处，一是使得对任何发射功率的增加更为敏感，反应更快，可以对发射功率增加的业务，更迅速作出降低业务速率的决断。二是从整体上把所有业务连接的发射功率降低了一个等级，可以迅速有效地降低小区负载。另外，当小区负载较轻时，则把所有业务连接各发射功率门限高的一个等级，这样也有两个好处，一是使得对任何发射功率的减低更为敏感，反应更快，这样可以对发射功率减低的业务时，更迅速作出增加业务速率的决断，改善业务QoS。二是从整体上把所有业务连接的发射功率都提高了一个等级，可以在负载轻的情况下有效地增加信道资源的利用率。

本发明的目的是采用动态门限调整的速率控制方法，实现在小区负载较重或者业务质量较低的情况，通过业务速率自适应控制来改善小区负载状况和业务质量。在小区负载较重的情况下，更快地减轻小区负载，在小区负载较轻的情况下，更好地满足业务的Qos。

本发明的具体技术构成是选用发射功率作为衡量当前连接状况的衡量值，并且使用事件触发方式对发射功率和小区负载进行测量。对业务连接发射功率，上行选取移动台的发射功率，下行选取基站处的码发射功率，及对小区负载，上行选取基站处总的干扰水平，下行选取基站处总的发射功率。其发射功率的测量是为了把测量值和发射功率门限进行对比，当超越某个门限时，则将业务速率调低，当低于某个门限值时，则将业务速率调高。对负载进行测量是为了把它和小区负载门限进行对比，当小区负载较重时，则将相应方向的发射功率门限值调低，当小区负载较轻时，则将相应方向的发射功率门限调高。本发明的速率控制程序可以实现以下功能：信道建立或重配置完成后，使用测量控制为信道设定发射功率上下限值；当信道发射功率越过门限值后，物理层发送测量事件报告；收到测量报告后，速率控制器根据测量值和/或事件报告类型，进行测量报告处理和速率控制判断；根据判断结果，发出速率控制命令/请求以进行速率控制，如果进行速率调整后，超过某个时间，没有收到负载状况，连接质量改变导致的移动台和基站发出的发射功率测量事件报告，则发出定时器超出事件报告。这时，说明上一次的速率调整效果不明显，需要进行再次调速处理。此时，速率控制器根据其模式控制状态继续增加或降低速率，如果再次调速没有效果，则要进一步增加或降低速率，直到增加到最大速率或者减小到最小速率。因此该过程可能包括数次速率控制命令的发出。

本发明的发射功率动态调整模块实现以下功能：小区建立以后，使用测量控制为信道设定发射功率上下门限值；当小区负载越过上门限值后，物理层发送测量事件报告；收到测量报告后，速率控制器根据测量值和/或事件报告类型，进行测量报告处理和速率控制判断；根据判断结果，发出速率控制命令/请求以进行速率控制，如果进行速率调整后，超过某个时间，没有收到负载状况，连接质量改变导致的移动台和基站发出的发射功率测量事件报告，则发出定时器超出事件报告根据小区负载状况进行，其基本思想为：首先对小区负载状况进行测量，上行方向，测量基站处总的干扰水平，下行方向，测量基站处总的发射功率。当小区负载较重时，触发负载测量上门限，***接收到负载状况变重的测量报告后，把发射功率门限降低一级。当小区负载较轻时，触发负载测量下门限，***根据接受到的负载报告值，把发射功率门限提高一级。如果在某业务的发射功率门限调整过程中，其发射功率和发射功率门限的相互关系发生了改变，则会触发相应的发射功率测量报告给速率控制器。如，原来的发射功率低于某门限值的，由于负载较重而导致的门限值调低后，使得当前发射功率高于新设置的发射功率门限值，则触发发射功率越过上门限值的上报告。

为了能详细地说明本发明动态调整门限的速率控制方法的详细技术构成，下面结合附图说明如下：

附图1：速率控制程序流程示意图

附图2：发射功率动态调整流程示意图

附图3：蜂窝***中分布式速率控制示意图附图4：事件触发测量报告中事件类型和各门限值

附图5：各AMR语音速率模式语音质量MOS分值随C/I的变化曲线

下面分别对速率控制模块和发射功率门限动态调整模块的方法进行详述，速率控制模块的详细方法如下，可以结合图1进行理解：

(1)首先进行速率控制模块和发射功率门限动态调整模块初始化，其中速率控制模块初始化包括设定发射功率测量控制4个发射功率门限，调速定时器初始化把定时器复位，速率控制器状态初始化设置控制器状态为常态。发射功率门限动态调整模块包括负载测量控制初始化，为设置上下行共4个负载门限值。

(2)如果上下行发射功率变化触发4个测量事件中的一个，如图2所示，发射功率从下往上穿越threshold_1，threshold_3时，分别触发事件Eventl，Event3，发射功率从上往下穿过threshold_2，threshold_4时，分别触发事件Event2，Event4。事件触发后，产生测量报告，速率控制器收到测量报告后根据其当前状态分别进入各自的改变速率流程。

(3)当速率控制器为正常发送状态时，则判断测量报告事件类型，并按照下面步骤进行速率调整：如果事件类型为事件1，则速率控制器将业务速率降低一，发送速率控制命令，同时启动降速定时器，速率控制器转入降速状态；如果事件类型为事件2，则速率控制器将业务速率增加一，发送速率控制命令，同时启动增速定时器，速率控制器转入增速状态；如果事件类型为事件3和事件4，则不影响速率控制器状态。

(4)当速率控制器处于降速控制状态，则先判断事件类型是否为降速定时器超时事件，如果是，则速率控制器再次将速率降低1，发出速率控制命令，复位降速定时器。如速率已为最小值，停止计时器，但不发送速率控制命令。如果不是降速定时器超时事件，则判断测量事件类型，按照下面步骤进行调整：如果事件类型为事件1，则速率控制器将速率降低1，并以此发送速率控制命令，同时复位降速定时器。如果速率已为最小值，停止计时器，但不发送速率控制命令；如果事件类型为事件2，速率控制器停止降速定时器，并且进入常态；如果事件类型为事件3，关闭降速定时器，进入增速状态；如果事件类型为事件4，则将速率增加1，发出速率控制命令。同时关闭降速定时器，启动增速定时器，进入增速状态。

(5)当速率控制器为增加速率控制状态，则先判断事件类型是否为增速定时器超出事件，如果是，则速率控制器再次将速率增加1，发出速率控制命令，复位增速定时器。如速率已为最大值，停止计时器，但不发送速率控制命令。如果不是增速定时器超时事件，则判断测量事件类型，按照下面步骤进行调整：如果事件类型为事件1，则速率控制器将速率降低1，并以此发送速率控制命令，同时复位降速定时器。如果速率已为最小值，停止计时器，但不发送速率控制命令；如果事件类型为事件2，关闭增速定时器，进入降速状态。如果事件类型为事件3，速率控制器停止增速定时器，并且进入常态；如果事件类型为事件4，则将速率增加1，发出速率控制命令。同时关闭降速定时器，启动增速定时器，进入增速状态。

发射功率门限动态调整的详细方法如下，也可以结合图2进行理解：

(1)小区负载测量控制初始化，包括分别设置上行和下行方向上标志小区较重的上门限和小区负载较轻的下门限。

(2)基站处物理层分别周期性测量上行空中接口总干扰水平和下行总发射功率，当测量值超越预先设置的表明小区负载较重的上门限值，则触发测量上报告。如当测量值低于预先设置的表明小区负载较轻的下门限值，则触发测量下报告。

(3)***根据测量报告类型，相应地调整小区内所有业务的发射功率门限值。如果是测量上报告，则把门限值适当调低一级。如果是测量下报告，则把门限值调高一级。并根据做出的发射功率调整判决结果，发出测量控制，对各业务发射功率门限值进行更新。

(4)如果在各业务发射功率门限值调整以后，某个业务的发射功率和发射功率门限值的相互关系发生了变化，则触发相应的测量报告进行速率调整处理。

(5)如果在门限调整前，某业务的发射功率测量值低于图(2)中发射功率门限1，而在门限调整后，其发射功率变为高于发射功率门限1，则触发事件1，产生相应测量报告。如果在门限调整后，某业务的发射功率测量值高于图(2)中反射功率门限3，而在门限调整后，其发射功率变为低于发射功率门限3，则触发事件3，产生相应测量报告。对其它发射功率由于门限调整而与门限的相互关系发生改变的情况，***不产生测量报告。

如图3所示蜂窝小区，假定基站放置在小区中心，小区内均匀分布若干移动台。其中移动台1接入小区1，移动台2处于宏分集状态，同时接入小区1和小区3，移动台3接入小区2，移动台4，5接入小区3。每个移动台在接入的时候，都依据QoS(业务质量)要求建立了它们的连接。每条连接的质量由初始速率和它的误帧率决定。在连接建立之后，由于功控的作用，使得每条连接上下行发射功率在克服了路径损耗和衰落之后，在接受端的信躁比收敛于目标信躁比。

在进行速率控制时，移动台1，3，4分别只需知道它与接入小区1，2，3所建立无线链路的相关信息，移动台2只需知道接入小区1或2中最好的一条无线链路的相关信息。具体就是移动台的发射功率和基站处分配给这条链路的码发射功率。当小区中负载增加，空中接口干扰增大，则每条连接要使接收信躁比达到目标信躁比时所需发射功率增大。发射功率增大，反过来又使得空中接口干扰增大，干扰增大又会使得所有连接的发射功率增大，从而形成正反馈，引起发射功率攀升现象。为了避免这种现象，需加进一个负反馈，对发射功率的正反馈进行补偿，使得发射功率攀升现象得到抑制。本发明中的速率控制方法可以起到负反馈补偿的作用。当小区负载增加，导致发射功率增加形成正反馈时，某些用户对应连接的发射功率会超过规定的门限值。比如说移动台1发射功率超过图4中的门限值1，从而触发事件1，产生测量报告。假定当前速率控制器处于正常状态，则速率控制器会将移动台速率降低，并发送速率控制命令，同时启动降速定时器，速率控制器接着转入降速状态。假定在降速定时器超出之前没有收到其它测量事件。则定时器超出并触发事件，产生测量报告。速率控制器接收到测量报告后，先判断速率控制器处于降速状态，于是检查降速定时器，发现是降速定时器超出，于是速率控制器把速率再降低一级，再次启动降速定时器。如果再次降速还没有效果，速率控制器还会降速，直到降到最低速率。通过降低速率，会使得业务的发射功率变小，形成发射功率的负反馈，从而减轻小区负载，抑制发射功率的攀升现象。

当小区负载减少，使得空中接口上的干扰减少，从而每条连接需要的发射功率减小，当负载减轻到某一个程度，某些用户的发射功率低于规定的门限值4，比如说移动台4发射功率变化触发测量事件4，则速率控制器在接到测量报告后，先判断速率控制器处于降速状态，而且降速定时器没有超出，则速率控制器先将速率增加1，发出速率控制命令。同时关闭降速定时器，启动增速定时器，速率控制器进入增速状态。这样通过增加业务速率，可以使得移动台4对应用户的业务质量得到提高。

对照图3所示蜂窝小区可知，任何用户业务速率的调整只是针对接入的小区，宏分集下只针对最好小区，而且用户与用户之间的速率调整是相互独立的，作出速率调整判断时以及进行速率调整都只针对某个用户，跟其他用户不直接相关。从而我们可以看出针对连接的这种分布式速率控制方法的优点：首先可以减少控制的相关性，来提高整个***控制的容错能力，即一个用户的控制失败时不会对其他用户有影响，使得失败时不会引起连锁反应。另外，由于进行分布式的控制，避免了所有的信令都放在一起处理时复杂的调度方法，使得整个算法简单，易于实现和可靠性高。最后，针对连接的分布式的速率控制算法通过减少控制的复杂性，使得算法实现对硬件资源的要求降低，这样可以节省成本。

同样我们考虑图3所示的蜂窝***，在各小区建立后，小区负载测量控制初始化，其中小区负载上下门限值分别设置为0.75倍极限容量和0.5倍极限容量。在某个时候，三个小区内负载均匀分布，都处于0.5和0.75倍极限容量之间。小区内的移动台按照某个规律逐渐移向小区1。使得各小区的负载发生了如下变化。小区1基站处检测到小区负载超越0.75倍极限容量的负载上门限，而小区3基站处检测到小区负载低于0.5倍极限容量的负载下门限。这时，根据各自的负载测量报告，小区1中的各移动台用户的发射功率门限值被调低一级，小区3中各移动台用户的发射功率门限值被调高一级。

如果这时，移动台4和移动台1移向各自的小区边沿，离各自的接入基站远近一样，且都申请高速率PS域业务，则***对两者的申请会有不同的处理。对移动台1，如果业务源速率要求增高，由于小区1的各业务发射功率门限值降低了，所以移动台的发射功率与固定发射功率门限的方法相比，会更迅速地超过发射功率上门限1，从而***更快做出反应降低业务速率的判决，以使得移动台1的发射功率降低，同时，由于整个小区中各业务的发射功率都降低了一个级别，故小区负载相应地降低，这样可以更快地减轻小区1的负载，减少掉话率和增加小区1的接入率。而对小区3中的移动台4，则***的处理会完全不同。当4申请高速率业务，由于小区3负载较轻，故各业务的发射功率门限都提高了一个等级，故移动台即使使用高数据速率，其发射功率可能也不会触发发射功率上门限1，从而***不会降低移动台的速率，这样提高了移动台4的QoS。同时，由于整个小区中每个业务的发射功率门限都提高了一个等级，故使得在小区3负载较轻的情况下，提高了小区3中闲置信道资源的利用率。

综上所述，采用本发明的速率控制方法，使CDMA移动通信***在负载较重时，能够同时改善业务质量和有效地抑制功率攀升现象，从而减轻***负载，使***保持稳定。并且能够增加用户接入率以及减少了掉话率。由于采用对上下行速率分别进行调整，从而使得上下行调整能够不对称进行。使得能够根据上下行业务量的不同需求来分别配置上下行资源。及由于速率调整的信息来自对发射功率的测量，因为存在功率控制，所以，速率调整快速反映小区负载，连接质量和传播环境的变化情况。从而对负载过载和业务质量降低的情况进行快速的平衡处理。当进行业务速率调整时，对发射功率的门限值设为4个，对每一个门限值触发事件分别进行不同的速率调整策略，这样可以针对负载程度进行速率精确控制。而进行业务速率调整时，每次只增加或者降低一级，使得发射功率和所改变的小区负载不会产生突变。这样，不仅使得***可以运行平稳，也使得业务不会出现跳变现象，从而可以提高业务质量，同时使***运行平稳。对一次调整效果不明显的情况，通过设置调速定时器，从而可对速率进行多次调整，这样能保证速率调整的有效性，即其有效地减小负载，保证业务质量以及补偿传播环境的不利变化。另外，在小区负载较重的情况下，使得***对任何发射功率的增加更为敏感，反应更快，这样可以对发射功率增加的业务，更迅速作出降低业务速率的决断。并且能从整体上把所有业务连接的发射功率降低了一个等级，这样可以迅速有效地降低小区负载。而当小区负载较轻时，使得***使得对任何发射功率的降低更为敏感，反应更快，这样可以对发射功率减低的业务，更迅速作出增加业务速率的决断，改善业务QoS。另外，能从整体上把所有业务连接地发射功率都提高了一个等级，这样可以有效地增加信道资源的利用率。

Claims (5)

1.一种动态调整发射功率门限的速率控制方法，其特征在于该方法是由速率控制程序及门限动态调整程序构成，其速率控制程序包括如下步骤完成：首先对上下行分别进行测量控制初始化，速率控制初始化，包括上下行4个门限值的设定，并设置速率控制模块为正常控制状态；物理层对业务连接的发射功率进行周期性的测量，对上行速率控制，测量在移动台处，对下行速率控制，测量在基站处；如果发射功率的变化触发4个测量事件中的一个，则产生测量报告，速率控制器根据测量报告和速率控制器的状态，分别对速率进行调整；当速率控制器为正常发送状态时，则依据测量报告事件类型，分别对速率进行调整；当速率控制器为降低速率控制状态，则先判断事件类型是否为降速定时器超出事件，如果是，做再降低速率速率处理，如果不是降速定时器超时事件，则依据测量事件类型，对速率分别进行调整；当速率控制器为增速控制状态，则先判断事件类型是否为增速定时器超出事件，如果是，做再增加速率处理；如果不是增速定时器超时事件，则依据测量事件类型，分别对速率进行调整；上行速率控制时，控制命令发给业务连接对应移动台中的编解码器；下行速率控制时，控制命令发给业务连接对应的核心网中的转码器；

其门限动态调整程序包含以下步骤：小区负载测量控制初始化，包括分别设置上行和下行方向上表明小区负载较重的上门限和小区负载较轻的下门限；基站处物理层分别周期性测量上行空中接口总干扰水平和下行总发射功率，当测量值超越预先设置的表明小区负载较重的上门限值时，触发测量上报告；当测量值低于预先设置的表明小区负载较轻的下门限值时，触发测量下报告；***根据测量报告类型，相应地调整小区内所有业务的发射功率门限值；如果是测量上报告，则把门限值适当调低一级；如果是测量下报告，则把门限值调高一级，并根据做出的发射功率调整判决结果，发出测量控制，对各业务发射功率门限值进行更新；如果在各业务发射功率门限值调整前后，某个业务的发射功率和发射功率门限值的相互关系发生了变化，则判断是否触发相应的测量报告以进行速率调整处理。

2.如权利要求1所述的一种动态调整发射功率门限的速率控制方法，其特征在于：当速率控制器处于增速状态，增速定时器又超出时，则速率控制器再次将速率增加1，发出速率控制命令，复位增速定时器；如速率已为最大值，停止定时器，但不发送速率控制命令。

3.如权利要求1所述的一种动态调整发射功率门限的速率控制方法，其特征在于：进行上行速率控制，对移动台发射功率进行测量时，测量的对象为一条业务连接；进行下行速率控制时，对基站分配给一条连接的发射功率进行测量，测量的对象为一条业务连接的一条无线链路。

4.如权利要求1所述的一种动态调整发射功率门限的速率控制方法，其特征在于：上下行进行速率调整时，速率的调整是分级进行，每次调低一级；速率的分级处理和离散化由业务特性决定；从而得到针对不同业务类型的速率控制方案。

5.如权利要求1所述的一种动态调整发射功率门限的速率控制方法，其特征在于：模式控制命令针对一条业务连接，从而对移动台与基站的所有无线链路进行控制，故速率控制方法对软切换状态也适用。

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