碼分多址移動通信系統中的一種接納控制方法

專利名稱：碼分多址移動通信系統中的一種接納控制方法
技術領域：
本發明涉及移動通信技術，更確切地說是涉及碼分多址(CDMA)移動通信系統中的一種接納控制方法，本發明方法的工作原理可適用于所有碼分多址移動通信系統。
移動通信系統中，CAC所要解決的問題是當有新的呼叫或越區切換(HO)發起請求時，無線網絡控制器(RNC)依據一定的準則進行接納或拒絕。網絡接納新的連接后，其現有連接的用戶服務質量(Quality of Service，簡稱QoS)和新連接的用戶服務質量都應該得到滿足。
CDMA是一種以擴頻通信為基礎的調制和多址接入技術，在CDMA通信系統中，基站與用戶設備使用同一無線頻帶，作為一種干擾受限的系統，其特殊的無線環境使接納問題變得更為復雜，如何在不影響已連接(ongoing)用戶服務質量的前提下，最大限度地提高系統容量，就成了呼叫接納控制要解決的主要問題。
在ATM技術出現之前，有線網絡的接納控制比較簡單，由網絡節點依據出線和緩存器的占有情況來決定是否接納新的呼叫。ATM技術出現以后，由于網絡要承擔多種服務質量業務的傳輸，對任何一種業務用戶的接納都要考慮對其它業務用戶的影響，因此而使接納控制變成ATM技術的主要技術之一。
在N-CDMA(窄帶-碼分多址)系統中，由于網絡主要承擔單級或者兩級業務的傳輸，業務的接納可以采用比較容易實施的基于門限的方案或者采用基于SIR(或上、下行載干比，即載波功率與干擾功率之比)測量的方案，但在多級業務的情況下，這些方案將面臨許多困難由于不同業務具有不同的QOS特性，如果采用基于門限的方案，就要設置多個門限；如果采用基于SIR測量的方案，就要設置多個SIR標準，從而使實時操作變得十分復雜。
在IS-95 CDMA系統中，CAC大都采用基于干擾門限點的接納方案，往往根據最惡劣情況定出門限值，如果當前系統中所有現有用戶的功率都超過給定的門限，則新用戶就會被拒絕。這種基于干擾門限點的接納方案沒有考慮系統的動態特性，使系統的容量利用率降低，造成資源浪費，此外不能保證所有用戶的SIR參數都能得到滿足。
從原理上講，靜態環境中的接納就是容量域，不過長期以來，系統的容量研究僅僅局限于靜態環境，而接納控制研究則既要考慮靜態環境又要考慮越區切換時的動態環境，還要考慮方案的可操作性。
CAC在終端設備(UE)的初始接入、無線承載建立、發生切換以及處于連接模式的UE需要增加業務時，根據QoS等參數以及無線資源使用情況，調用相應的算法來作出或接納或拒絕的判決。在不同的系統特征和網絡運營環境下，可采用不同的接入控制方案。
接納控制技術涉及的性能指標有呼叫阻塞率、越區切換阻塞率、掉話率等。從理論上講，CDMA涉及的關鍵技術對接納控制都有影響，其中最密切相關的技術有功率控制、資源分配、越區切換及拓樸結構。
參見

圖1，圖中示出TD-SCDMA無線通信系統原理性結構(只給出與本發明技術方案相關的功能模塊)。系統由多個用戶設備(UE)100、多個基站(Node B)110和無線網絡控制器(RNC)120組成。其中的用戶設備100可以在系統的不同小區范圍內移動。無線網絡控制器120是系統的核心部分，主要包括動態信道分配123、呼叫接入控制122和參數庫121三大功能部分，用虛線框出。
該系統進行接納控制的過程是用戶設備100(UE)向基站110(Node B)發出呼叫請求，在呼叫請求中帶有與接入控制相關的測量報告和載干比參數；Node B根據UE的呼叫請求向RNC請求接納控制，并且上報與接納控制相關的測量報告；RNC根據Node B關于UE的測量報告、UE的載干比參數以及系統其他參數(UE測量的網絡資源使用情況等)，依據一定的算法和接入準則進行判斷，并把最后的判別結果，包括接入或拒絕，返回給Node B，再由Node B返回給UE。若返回的是接納成功的消息，則還包括對發射功率的調整信息和對無線資源重新分配的信息，供用戶設備100(UE)確定自己的初始發射功率和碼道。
無線網絡控制器120中，動態信道分配123接收基站110發來的接入申請消息，并確定一個優先級較高的時隙作為該用戶的接入時隙。參數庫121含有三類參數信道模型參數、業務模型參數和系統模型參數。參數庫121根據用戶設備100和基站110的測量報告，對網絡中的參數進行刷新。呼叫接入控制122根據參數庫121中的網絡參數，在動態信道分配123所選定的時隙中進行接納判決，并將判決結果返回給動態信道分配123。動態信道分配123根據判決結果向基站110發送接入申請的返回消息。
實現本發明目的的技術方案是這樣的碼分多址移動通信系統中的一種接納控制方法，包括新用戶發出請求接納控制的呼叫請求，在所述呼叫請求中帶有與接納控制相關的測量報告、新用戶的載干比參數以及系統的其它參數；無線網絡控制器根據所述的測量報告、新用戶的載干比參數以及系統的其它參數，進行包括接納或拒絕的接納控制，其特征在于所述的接納或拒絕的接納控制進一步包括A.在新用戶能夠接入的假設條件下，取新用戶所在小區、所在接入時隙中包括由已有用戶與新用戶的所有接入用戶信號功率組成的列向量表達式P＝(A)-1·Iinter，其中A是與接入用戶總數及其各用戶目標載干比相關的系數矩陣，向量Iinter中的各分量對應用戶所受的區間干擾；B.判斷能否求解逆矩陣(A)-1；C.當不能求解逆矩陣(A)-1時，系統拒絕接納該新用戶；D.當能夠求解逆矩陣(A)-1時，進一步計算接入新用戶后的基站上行接收總功率、下行初始發射總功率和新用戶的上行初始發射功率，并與功率判別準則進行比較；E.當滿足功率判別準則時，允許接納，當不滿足功率判別準則時，拒絕接納。
所述步驟A中，所述接入用戶信號功率的表達式包括上行情況時的基站接收到的包括已有用戶與新用戶的各用戶的信號功率，和下行情況時的由基站發射給包括已有用戶與新用戶的各用戶的信號功率，分別為Pu＝(Au)-1·Iu_inter和Pd＝(Ad)-1·Id_inter，u表示上行，d表示下行；所述步驟B中，分別判斷能否求解逆矩陣(Au)-1和(Ad)-1；所述步驟C中，在不能求解逆矩陣(Au)-1或(Ad)-1時，系統拒絕接納該新用戶；所述步驟D中，當能同時求解逆矩陣(Au)-1和(Ad)-1時，繼續執行該步驟。
本發明的方法，根據載干比(或SIR)等參數以及無線資源使用的情況，使用矩陣方法(因而可稱為基于矩陣計算的CAC方法)計算所有用戶(包括已連接用戶和新用戶)的上行接收功率和下行發射功率，采用基于負荷(功率閾值)的判別準則，進行接納或拒絕的控制。矩陣中采用各用戶的目標載干比參與計算，而使所有用戶的載干比得到滿足；判決準則以滿足系統負荷限度為目標，因而能滿足系統負荷的要求。
本發明方法具有下列特點所采用的矩陣方法能夠直接計算新用戶接入后系統內所有用戶(包括已連接用戶和新用戶)的一個新的功率平衡點；可以直接計算出符合新用戶載干比條件的初始發射功率。在求解用戶信號功率表達式P＝(A)-1·Iinter之前，先求解系數矩陣A的逆矩陣(A)-1，當不能求解時就拒絕，而不必繼續計算功率P，使接納控制過程簡化。
本發明中矩陣方法與功率判別準則的優點在于能夠保證已連接用戶的載干比參數，矩陣方法將所有用戶的載干比參數與發射功率的計算相結合，計算所得的發射功率必然能夠滿足用戶的SIR，從而降低了由于新呼叫的接入所引起的掉話率；可降低系統在接入之后的開銷。
本發明方法不僅計算出對新用戶的下行初始發射功率和新用戶的上行發射功率，也可以得到新用戶所在小區(對TDD系統來說是所在時隙中)現有用戶的功率平衡點。
以上行情況(用u表示)為例，通過將同一時隙中所有用戶的功率表達式聯立，并整理，就可以得到形如下式(1)的系數矩陣A的方程Au·Pu＝Iu_inter(1)式中， Pu=(Pu_1,Pu_2,…Pu_k,Pu_k+1)(k+1)×1T]]>Iu_inter=1αu·(iu_inter1,iu_inter2,…iu_inter(k+1))(k+1)×1T]]>假設新用戶的呼叫到來時，指定小區指定時隙中已經接入有k個用戶，新用戶則為第k+1個用戶。上式中，αu是系統對多徑干擾的處理因子，γu_iT是第i個用戶的上行載干比(SIR)的目標值(i＝1，...，k+1)，與業務類型有關，如語音、視頻等，一種業務類型對應一個常數。上式中，系數矩陣A體現了系統對干擾的抑制能力和對各用戶的SIR要求，其中各行中位于對角線上的元素表示該用戶的SIR要求，其他元素表示系統對干擾的抑制能力，均為-1。向量Iu-inter代表基站接收到的區間干擾，可以測量得到，對于所有用戶，這個值可認為是常數。向量P代表基站接收的所有用戶的信號功率之和。(k+1)×(k+！)表示該矩陣有(k+1)行和(k+1)列，(k+1)×1表示該矩陣有(k+1)行和1列。式中T表示對該矩陣作轉置運算。
下行與上行的求解思想是相同的，只是向量P，對于上行情況，表示基站接收到的各個用戶的信號功率；對于下行情況，表示由基站發射給各個用戶的信號功率。在下行鏈路中，系數矩陣A的方程中還要同時考慮路徑損耗因子。
下行情況(用d表示)時，通過將同一時隙中所有用戶的功率表達式聯立，并整理，就可以得到形如下式(2)的矩陣方程Ad·Pd＝Id_inter(2)式中， Pd=(pd_1,pd_2,…,pd_j,pd_j+1)(j+1)×1T]]>Id_inter=1αd·(Id_inter1/gd_1,Id_inter2/gd_2,…Id_inter(j+1)/gd_j+1)(j+1)×1T]]>假設新用戶的呼叫到來時，指定小區指定時隙中已經接入有j個用戶，新用戶則為第j+1個用戶。上式中，αd∈
為UE對多址干擾的處理因子(∈為sgn取數值的符號)，γd_iT是第i個用戶的下行載干比(SIR)的目標值，與業務類型有關，如語音、視頻等，一種業務類型對應一個常數(i＝1...j+1)。
pd_i為基站發給用戶i的信號功率；gd_i是從基站(Node B)到第i個用戶的路徑損耗因子；Id_inter,i為第i個移動終端用戶(UE)在指定的接入時隙接收到的區間干擾值(i＝1...j+1)，可以測量得到。(j+1)×(j+1)表示該矩陣有(j+1)行和(j+1)列，(j+1)×1表示該矩陣有(j+1)行和1列。式中T表示對該矩陣做轉置運算。
通過公式(1)(2)，某一小區同一時隙中所有用戶的信號功率可以通過求解(3)式得到P＝(A)-1·Iinter(3)如果矩陣A中的載干比都取為各自的目標值，則得到的向量P將自動滿足用戶的載干比條件。
通過求解A的逆矩陣(A)-1，可以判斷加入新用戶后，系統是否還能達到一個新的動態功率平衡點，如果不能求解(A)-1(即逆矩陣不存在)，說明系統不能接納該用戶，拒絕接納；如果能夠求解(A)-1，還要進一步判斷新用戶的發射功率是否超過該用戶所允許的最大發射功率，和判斷接入新用戶后，基站的上行總接收功率和下行總發射功率能否滿足設定的功率閾值，在上述所有條件都滿足的情況下，才允許接納該用戶。上述判斷中，在判斷A的逆矩陣(A)-1是否存在的過程中，還包括上行與下行兩種情況下的分別判斷，只有在上行、下行兩種情況下的逆矩陣都存在時，才接著進行后續的判斷，如果有一個不存在，就拒絕接納該新用戶。
當逆矩陣(A)-1(上行、下行)都能求解時，按本發明的接入準則，進行是否允許接納的判斷。
下面將參照本發明方法在TD-SCDMA系統(圖1中結構)中的一個應用實施實例，并結合附圖進一步描述本發明。
參見圖2，圖中顯示出本發明中呼叫接入控制方法的主流程。呼叫接入控制方法可概括為如下步驟步驟200，接收DCA命令，即給定CAC時隙和在此時隙進行接納判斷的命令；步驟201，獲得待接入時隙中已連接用戶和新接入用戶的載干比(或SIR)參數，以及網絡的相關測量值；步驟202，假設新用戶可以接入，用矩陣方法計算接入之后所有用戶(包括已連接用戶和新用戶)的上行發射功率，基站的下行發射功率，和新用戶的上行初始發射功率；步驟203，將計算得到的基站接收到的所有用戶信號功率之和，基站對所有用戶的下行發射功率之和及新用戶的上行初始發射功率與功率判別準則進行比較，滿足判別準則時允許接入(步驟205)，不滿足判別準則時拒絕(步驟204，等待接受下一個DCA命令)。
本發明接入控制方法的功率判別準則，應保證在接入新用戶后1)基站對所有用戶的上行接收功率之和不超過給定的上行功率閾值，且用戶的上行發射功率不超過自已的上行發射功率閾值同時不低于自己的最小發射功率；2)、基站對所有用戶的下行發射功率之和不超過給定的下行功率閾值；3)已有用戶在接入新用戶之后的上行、下行功率都根據各自的目標載干比重新計算得到。這一準則對所有業務都是通用的。
pk+1,min≤Pu_k+1gu_k+1≤β1·pk+1,max-----(6)]]>Pu_threshold/Pd_threshold分別表示基站接收的上行總功率/基站的下行發射總功率的功率閾值(負荷門限)。Pk+1_min是新用戶所允許的最小發射功率，Pk+1_max是新用戶所允許的最大發射功率。Pu_k+1是基站接收到的新用戶信號功率，gu_k+1是新用戶的上行鏈路路徑損耗因子，β1是新用戶發射功率的冗余因子，β1·Pk+1,max是新用戶的上行發射功率閾值。
公式(4)(6)用于上行鏈路，(5)用于下行鏈路。
本發明的接入控制方法采用基于矩陣的方法計算接入新用戶后的上行鏈路、下行鏈路的接收功率與發射功率，和計算新用戶的初始發射功率，由于以接入用戶后小區時隙中所有用戶的目標載干比為計算前提，所以得到的計算結果自動滿足載干比條件。如果新的呼叫能被接入，則它發給Node B的上行功率和Node B發給它的下行功率都可方便的計算出來。采用本發明的方法，可以簡化系統的開環功率控制，減輕RNC的負擔，減少網絡的信令過程。
本發明的基于矩陣計算方法的工作原理，適合于所有的CDMA系統。對于FDD CDMA的情況，由于沒有為新用戶選擇待接入時隙的DCA命令，則其CAC可按照本發明的方法(包括計算功率與判別準則)直接在指定小區進行接納控制。
權利要求
1.碼分多址移動通信系統中的一種接納控制方法，包括新用戶發出請求接納控制的呼叫請求，在所述呼叫請求中帶有與接納控制相關的測量報告、新用戶的載干比參數以及系統的其它參數；無線網絡控制器根據所述的測量報告、新用戶的載干比參數以及系統的其它參數，進行包括接納或拒絕的接納控制，其特征在于所述的接納或拒絕的接納控制進一步包括A.在新用戶能夠接入的假設條件下，取新用戶所在小區、所在接入時隙中包括由已有用戶與新用戶的所有接入用戶信號功率組成的列向量表達式P＝(A)-1·Iinter，其中A是與接入用戶總數及其各用戶目標載干比相關的系數矩陣，向量Iinter中的各分量對應用戶所受的區間干擾；B.判斷能否求解逆矩陣(A)-1；C.當不能求解逆矩陣(A)-1時，系統拒絕接納該新用戶；D.當能夠求解逆矩陣(A)-1時，進一步計算接入新用戶后的基站上行接收總功率、下行初始發射總功率和新用戶的上行初始發射功率，并與功率判別準則進行比較；E.當滿足功率判別準則時，允許接納，當不滿足功率判別準則時，拒絕接納。
2.根據權利要求1所述的碼分多址移動通信系統中的一種接納控制方法，其特征在于所述步驟A中，所述接入用戶信號功率的表達式包括上行情況時的基站接收到的包括已有用戶與新用戶的各用戶的信號功率，和下行情況時的由基站發射給包括已有用戶與新用戶的各用戶的信號功率，分別為Pu＝(Au)-1·Iu_inter和Pd＝(Ad)-1·Id_inter，u表示上行，d表示下行；所述步驟B中，分別判斷能否求解逆矩陣(Au)-1和(Ad)-1；所述步驟C中，在不能求解逆矩陣(Au)-1或(Ad)-1時，系統拒絕接納該新用戶；所述步驟D中，當能同時求解逆矩陣(Au)-1和(Ad)-1時，繼續執行該步驟。
3.根據權利要求2所述的碼分多址移動通信系統中的一種接納控制方法，其特征在于所述步驟A中，上行情況時，系數矩陣、基站接收到的所有用戶的信號功率和區間干擾分別為 Pu=(Pu_1,Pu_2,…Pu_k,Pu_k+1)(k+1)×1T]]>Iu_inter=1αu·(iu_inter1,iu_inter2,…iu_inter(k+1))(k+1)×1T]]>式中k+1是新用戶，αu是系統對多徑干擾的處理因子，γu_iT是第i個用戶上行載干比的目標值；pu_i為基站接收的用戶i的信號功率，Iu_inter,i為第i個用戶的區間干擾值，i＝1...k+1；下行情況時，系數矩陣、基站發射給所有用戶的信號功率和區間干擾分別為 Pd=(pd_1,pd_2,…,pd_j,pd_j+1)(j+1)×1T]]>Id_inter=1αd·(Id_inter1/gd_1,Id_inter2/gd_2,…Id_inter(j+1)/gd_j+1)(j+1)×1T]]>式中j+1是新用戶，αd是系統對多徑干擾的處理因子，γd_iT是第i個用戶的下行載干比的目標值，pd_i為基站發給用戶i的信號功率；gd_i是從基站到第i個用戶的路徑損耗因子；Id_inter,i為第i個用戶所受的下行區間干擾值，i＝1...j+1。
4.根據權利要求1所述的碼分多址移動通信系統中的一種接納控制方法，其特征在于所述步驟D中，計算接入新用戶后的基站上行接收總功率并與功率判別準則進行比較是采用式 進行的，Pu_i是基站接收的第i個用戶的上行功率，i＝1...k+1，Pu_threshold是設定的接入新用戶后的基站上行接收功率閾值；計算接入新用戶后的基站下行發射總功率并與功率判別準則進行比較是采用式 進行的，Pd_i是基站對第i個用戶的下行發射功率，i＝1...j+1，Pd_threshold是設定的接入新用戶后的基站下行發射功率閾值；計算新用戶的上行初始發射功率，并與功率判別準則進行比較是采用式pk+1,min≤Pu_k+1gu_k+1≤β1·pk+1,max]]>進行的，Pk+1_min是新用戶所允許的最小發射功率，Pk+1_max是新用戶所允許的最大發射功率，Pu_k+1是基站接收到的新用戶信號功率，gu_k+1是新用戶的上行鏈路路徑損耗因子，β1是新用戶發射功率的冗余因子，β1·Pk+1,max是新用戶的上行發射功率閾值。
全文摘要
本發明是一種在碼分多址移動通信系統中進行接納控制的方法，是基于矩陣計算的方法。新用戶發出請求接納的呼叫請求；無線網絡控制器進行包括接納或拒絕的接納控制。該接納控制包括取新用戶所在小區、所在接入時隙中所有接入用戶信號總功率的表達式P＝(A)
文檔編號H04B1/707GK1445951SQ0215807
公開日2003年10月1日 申請日期2002年12月24日 優先權日2002年12月24日
發明者肖登坤 申請人:大唐移動通信設備有限公司