CN1469570A - 一种多载波负载平衡方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多载波负载平衡方法，适用于多载波的CDMA移动通讯***，包括根据各载波当前的功率值和沃尔什码(Walsh)信道资源数目，判断各载波在新呼叫加入后是否过载；计算不过载的载波中功率的最大值与最小值之差以及所用Walsh信道资源的最大值与最小值之差，并与功率门限和Walsh信道资源门限比较，根据不同的比较结果，将新呼叫指配给不同的载波。本发明综合考虑现有技术对载波间功率均衡的控制和对载波间用户数均衡的控制，得到的多个载波功率负载偏差和用户数负载偏差都比较小，保证了良好的平衡效果，通过仿真验证，本发明能够在保证良好平衡效果的同时大大降低载波的指配次数，优于现有方法。

Description

一种多载波负载平衡方法
技术领域
本发明涉及无线通讯***，具体地说，涉及到多载波码分多址无线通讯***平衡各个载波负载的方法。
背景技术
码分多址(CDMA)是移动通讯常用的一种多址调制技术。当一个单载波的CDMA***达到它的容量极限之后，需要使用多个载波来增加***的容量，每个载波上可支持多个通讯链路。图1给出了一个典型的两载波的CDMA蜂窝***结构图，图示是3个相邻基站的两载波达到负载理想平衡时的状态，是负载平衡技术力争达到的目标。图中，虚线表示载波fl的覆盖范围，实线表示载波f2的覆盖范围。当移动台接入成功后，需要向基站申请资源，基站根据载波指配方法为移动台指配载频，或是允许移动台使用缺省接入载频，或是指派另一个载频给移动台。图1所示***中，移动台MS1接入基站BS1的载波fl，移动台MS2在基站BS1和BS2的载波f2的覆盖范围内，即载波f2的软切换区内，某一时刻能够与两个基站都有联系。通过图示表明负载平衡是基站与移动台配合完成的。
一个N载波CDMA***的容量至少为单载波***的N倍，若有合适的负载平衡方法，多载波***可以达到空中接口限制下的最大容量；同时一种好的载波指配方法，不仅能够提高***容量，还可以缓解拥塞、保持覆盖的平衡，从而提高***的整体性能。
首先，负载平衡有助于提高多个载波的中继效率，进而提高***容量。以一个两载波***为例，如果载波指配不平衡，即假设载波1接近满载，而载波2的负载较轻，当新呼叫到达后要求接入载波1，若同意其接入，则载波1将达到满载，没有足够的功率再接纳新用户，***中一部分要求功率提升的用户很可能由于没有多余的功率而导致掉话的产生；而载波2却有剩余的功率无法充分利用，这对***的容量将会有损害。对正常退出、切换、掉话等，用户的资源释放也需要一定时间，因此，当载波1接近满载时，其释放出足够功率给当前用户和新加入用户使用需要一段时间，这时，如果有新用户到达就会导致载波1的拥塞。若令多个载波负载比较平衡，减少这种情况下对载波1的指配，将新加入用户指配到负载较轻的载波，则可以有效缓解载波1上产生的拥塞。这种适时对两载波的拥塞进行控制，可以使***容量在动态变化中尽可能保持最大值，有效地提高中继效率。
其次，负载平衡可以使多载波覆盖的范围保持平衡。仍以两载波为例进行说明，设几个相邻小区的载波1为重载，载波2为轻载。这样，自然是载波1的覆盖范围减小，而载波2的覆盖范围增大，由此带来的问题是载波1的切换区域减小，原来需要切换的用户现在可能不能进行软切换，因此导致信噪比不够而使掉话可能性增大，同时***的接入性能也会变差。另外，由于载波2的覆盖范围增大，会导致多小区邻接区域会出现过多的导频，引起导频污染，增大干扰，降低接通率和接收的解调性能。
由此可见，对于多载波CDMA***，必须对多个载波进行负载平衡。合理的网络规划，是保证载波平衡的一种必要手段。但是，由于负载的随机接入，导致业务的动态变化，网络规划不能完全保证多载波***在任何时间都能维持负载的平衡，这就要求采取必要的方法来保证***负载的平衡。
目前常用的负载平衡方法是移动台根据哈什(Hash)算法在多个载波之间随机选取一个载波，类似IS-95标准中接入信道时隙的选取，多载波负载平衡由Hash算法来保证。这种方法虽然能够提供长期的整个***级的负载平衡，但由于每个移动台由Hash算法产生的载波号是固定的，每个小区中使用这些标号的人数也不平衡，这样，某一特定基站覆盖区内的大部分移动台由Hash算法提供的载波号可能是同一个，导致该小区内不同载波上的负载不平衡。因此在基站侧，需要找到更为精确的资源指配方法来予以调整。目前常用方法主要有两种，一种是根据最小链路数原则比较多个载波上已用的沃尔什码(Walsh)信道数目，将新呼叫指配给已用Walsh信道数目最少的载波；另一种是最小功率开销方法，该方法是由基站估计每一个载波所耗功率，并进行比较，选出占用功率最小的载波指配给新呼叫使用。上述两种方法都是绝对平衡的方法。
由于这两种方法简单易行，研究负载平衡的相关论文都对这两种方法进行了一定的研究。摩托罗拉的论文“Estimate of Multicarrier CDMA System Capacity”对使用最小链路数原则进行载波间负载平衡的方法和最小功率开销方法进行了容量仿真，给出了对整个***容量改进的结果，同时指出最小功率开销方法在容量性能上比最小链路数方法好。
朗迅的论文“Performance Comparison of Load Balancing Methods in MultipleCarrier CDMA Systems”中对两种绝对平衡方法的平衡效果进行了仿真测试，测试结果表明两种方法的平衡效果比较接近。论文中指出，为了达到精确的负载平衡，必须在基站侧使用负载平衡方法进行精确的控制，同时还说明为了达到理想控制，负载平衡方法应当与Hash算法相结合使用，由平衡方法保证单小区内多个载波负载增长的平衡，由Hash算法保证小区群内大量用户在多个载波编号上均匀分布，即同时进行局部和整体的控制。
此外，还有一些其它的负载平衡方法，如根据反向链路接收信噪比的增长来指配新呼叫，依次在每个载波之间指配新呼叫，或者根据每个移动台路损的大小来分配载波，但这些方法由于平衡效果不好，或者实现的复杂度太大而无法实际应用。
前面所讨论的方法都是一些负载绝对平衡的方法，在实际应用当中，会导致大量跨载频指配资源的情况。从总体上看，无论哪种情况的两载频，其性能都会比单载频下降很多，特别是两载频都配置控制信道时，其呼叫成功率将明显下降，多达4到5个百分点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种多载波负载平衡方法，可以降低跨载频资源指配的次数。
本发明所述多载波负载平衡方法，包括以下步骤：
一、基站过载控制模块根据各个载波当前的功率值和沃尔什码(Walsh)信道资源数目，依次判断各载波在新呼叫加入后是否过载，并将功率和Walsh信道资源均不过载的载波提供给基站的负载平衡模块使用；
二、计算由步骤一获得的不过载的载波中功率的最大值与最小值之差，将差值与功率门限比较，如果差值大于功率门限，则将新呼叫指配给占用功率最小的载波，结束本方法；如果差值小于功率门限，则执行步骤三；
三、计算不过载的载波中所用Walsh信道资源的最大值与最小值之差，并与Walsh信道资源门限进行比较，若差值大于Walsh信道资源门限，则将新呼叫指配给所用Walsh信道资源最少的载波，结束本方法；若差值小于Walsh信道资源门限，则执行步骤四；
四、根据Hash算法在未过载载波中随机选取一个编号，指配给新呼叫。
本发明所述多载波负载平衡方法，综合考虑最小功率开销方法对载波间功率均衡的控制和最小链路数方法对载波间用户数均衡的控制，所得到的多个载波功率负载偏差和用户数负载偏差都相对比较小，保证了良好的平衡效果。同时，在本方法中引入了两个作为指配条件的门限，适当调整门限，即相当于收缩和放宽指配条件，由此可以调整指配频度。通过仿真验证，本发明能够在保证良好平衡效果的同时大大降低载波的指配次数，优于现有方法。总之，本发明在保留现有传统方法简单易行特点的同时，保证了平衡效果，降低了基站侧的载频指配次数，有较强的实用性。
附图说明
图1是理想平衡状态下的两载波CDMA蜂窝移动通讯***结构图。
图2是CDMA基站进行过载控制和负载平衡的示意图。
图3是本发明多载波负载平衡方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
图1已经在前面详细介绍过，此处不再赘述。
图2给出了当有新呼叫到达时，基站进行过载控制和负载平衡的过程。当移动台接入成功后，向基站请求资源，呼叫处理模块将移动台缺省的接入载波号送入过载控制模块中进行过载判断。加入移动台后，如果***过载，就拒绝呼叫；如果***不过载，就进入负载平衡模块。负载平衡模块根据负载平衡方法，为加入的移动台生成一个载波编号，然后，为移动台指配载波以及分配资源。最后，将分配好的资源通过接口传送给呼叫处理模块，再通过空中接口将指配信息发送给移动台，移动台在指配的载波下进行后续处理。
图3是本发明负载平衡方法的详细流程图，包括两个主要部分：过载控制和负载平衡。负载平衡通常都与过载控制结合在一起的，当新的呼叫到达后，首先要判断该新呼叫加入后当前***是否过载，然后再进行负载平衡。在进行过载控制时，首先对所有的载波遍历，计算各个载波当前的用户数、功率及Walsh信道资源数目，判断当新呼叫加入后各载波的功率是否过载，将功率不过载的载波与过载的载波分开；然后对功率不过载的载波遍历，判断新呼叫加入后载波的Walsh信道资源数目是否过载。最后，保留上述两种资源都不过载的载波进行负载平衡。当没有不过载的载波时，***拒绝呼叫；当不过载的载波只有一个时，无条件地将新呼叫指配到不过载的载波上。
在负载平衡阶段，引入两个门限对不过载载波的负载不平衡程度进行衡量，从中选取一个轻载载波指配给移动台，以便能够达到平衡的目的。在接收到不过载的载波集合后，选取载波功率的最大值MaxP和最小值MinP，并计算它们的差值，将差值与功率门限PT进行比较，若差值大于功率门限PT，则查找对应于功率最小值MinP的载波编号，并将其指配给移动台；若差值小于等于功率门限PT，则继续选取各个未过载载波所用Walsh信道资源数目的最大值MaxN和最小值MinN，计算它们的差值，再将差值与Walsh信道资源门限NT比较，若差值大于NT，就将占用Walsh信道资源数目最少的载波编号指配给移动台；否则，观察移动台上报的载波编号是否在未过载载波中，如果移动台上报的载波号在未过载载波之中，就保留此编号指配给移动台；如果移动台上报的载波号不在未过载载波中，则根据Hash算法在未过载载波中随机选取一个编号，指配给移动台。
功率门限PT标志了多个载波上功率负载不平横的程度，该值越大，本方法对多载波上功率负载的平衡效果越差，相应跨载波指配次数越少，负载平衡方法所起的作用就越小；该值越小，负载平衡方法对多载波上功率负载的平衡效果越好，此时相应的跨载波指配次数也会增多，平衡方法作用较大。Walsh信道资源门限NT标志了多载波上用户数的不平衡程度，该值越大，负载平衡方法对于载波间用户数的平衡效果越差，相应的跨载波指配次数则会越少；反之，平衡方法的作用就越大，跨载波指配次数就越多。因此在实际应用中，选取门限值需要综合考虑平衡效果和跨载波指配次数，门限值既不能选取得太大，如果太大，会造成无法达到良好的平衡效果，也就是说负载平衡方法会失效；但也不能取得过小，因为虽然门限缩小可以保证平衡效果，但会导致跨载波指配次数过于频繁。如果功率门限PT等于0，则相当于单独的功率负载绝对平衡的方法，会令Walsh信道资源门限NT的设置失效。因此，建议功率门限PT和Walsh信道资源门限NT的取值范围如下：0(毫瓦)＜PT＜＝3500(毫瓦)，PT为整数；0＜NT＜＝5(个)，NT为整数。

Claims (9)

1、一种多载波负载平衡方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、基站过载控制模块根据各个载波当前的功率值和沃尔什码(Walsh)信道资源数目，依次判断各载波在新呼叫加入后是否过载，并将功率和Walsh信道资源均不过载的载波提供给基站的负载平衡模块使用；
二、计算由步骤一获得的不过载的载波中功率的最大值与最小值之差，将差值与功率门限比较，如果差值大于功率门限，则将新呼叫指配给占用功率最小的载波，结束本方法；如果差值小于功率门限，则执行步骤三；
三、计算不过载的载波中所用Walsh信道资源的最大值与最小值之差，并与Walsh信道资源门限进行比较，若差值大于Walsh信道资源门限，则将新呼叫指配给所用Walsh信道资源最少的载波，结束本方法；若差值小于Walsh信道资源门限，则执行步骤四；
四、根据Hash算法在未过载载波中随机选取一个编号，指配给新呼叫。
2、根据权利要求1所述的多载波负载平衡方法，其特征在于，所述步骤一进一步包括：1)对所有的载波遍历，计算各个载波当前的用户数、功率及Walsh信道资源数目；2)判断当新呼叫加入后各载波的功率是否过载，将功率不过载的载波与过载的载波分开；3)对功率不过载的载波进行遍历，判断新呼叫加入后载波的Walsh信道资源数目是否过载；4)保留上述两种资源都不过载的载波，判断不过载的载波数是否为0，如果为0，则***拒绝呼叫；否则，判断不过载的载波数是否为1，如果为1，则无条件地将新呼叫指配给该不过载的载波；否则，执行步骤二。
3、根据权利要求1或2所述的多载波负载平衡方法，其特征在于，所述步骤二中的功率门限PT的取值范围：0(毫瓦)＜PT＜＝3500(毫瓦)，PT为整数。
4、根据权利要求1或2所述的多载波负载平衡方法，其特征在于，所述步骤三中的Walsh信道资源门限NT的取值范围：0＜NT＜＝5(个)，NT为整数。
5、根据权利要求3所述的多载波负载平衡方法，其特征在于，所述步骤三中的Walsh信道资源门限NT的取值范围：0＜NT＜＝5(个)，NT为整数。
6、根据权利要求1或2所述的多载波负载平衡方法，其特征在于，所述步骤四进一步包括：判断移动台上报的载波编号是否在未过载载波中，如果移动台上报的载波号在未过载载波之中，就保留此编号指配给移动台；如果移动台上报的载波号不在未过载载波中，则根据Hash算法在未过载载波中随机选取一个编号，指配给移动台。
7、根据权利要求3所述的多载波负载平衡方法，其特征在于，所述步骤四进一步包括：判断移动台上报的载波编号是否在未过载载波中，如果移动台上报的载波号在未过载载波之中，就保留此编号指配给移动台；如果移动台上报的载波号不在未过载载波中，则根据Hash算法在未过载载波中随机选取一个编号，指配给移动台。
8、根据权利要求4所述的多载波负载平衡方法，其特征在于，所述步骤四进一步包括：判断移动台上报的载波编号是否在未过载载波中，如果移动台上报的载波号在未过载载波之中，就保留此编号指配给移动台；如果移动台上报的载波号不在未过载载波中，则根据Hash算法在未过载载波中随机选取一个编号，指配给移动台。
9、根据权利要求5所述的多载波负载平衡方法，其特征在于，所述步骤四进一步包括：判断移动台上报的载波编号是否在未过载载波中，如果移动台上报的载波号在未过载载波之中，就保留此编号指配给移动台；如果移动台上报的载波号不在未过载载波中，则根据Hash算法在未过载载波中随机选取一个编号，指配给移动台。
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