CN1954529B - 宽带码分多址系统上行链路的业务折算方法 - Google Patents

Abstract

一种宽带码分多址系统上行链路的业务折算方法，包括：获取系统当前的上行接收总干扰P_tot；计算当前的上行接收总干扰P_tot折算成T1类型业务的数量i_T1；计算当前的上行接收总干扰P_tot折算成T2类型业务的数量i_T2；计算在当前的系统负荷水平上，再接入1个T2类型业务后产生的系统总干扰P′_tot；计算总干扰P′_tot折算成T1类型业务的数量i′_T1；计算给定参数条件下T2类型业务对T1类型业务的折算关系N_{T2_T1}＝i′_T1-i_T1，即1个T1类型业务接入与N_{T2_T1}个T2类型业务接入产生的干扰等价。本发明根据业务接入时引起的上行链路干扰的等价关系，获得混合业务对单一业务的折算关系，解决了现有单一业务系统的分析方法无法应用于WCDMA系统的问题，扩展了对WCDMA系统进行分析所采用方法的选择范围。

Description

宽带码分多址系统上行链路的业务折算方法 

技术领域

本发明涉及宽带码分多址(WCDMA)系统，具体地说，涉及到WCDMA系统中，当承载混合业务时，将其折算成单一业务的方法。 

背景技术

移动通信近年来发展十分迅速，已经成为人类生活中非常重要的一部分。伴随着Internet的迅猛发展，人们对移动Internet的渴求和新业务的不断应用，极大地推动了能承载高速数据业务的第三代移动通信系统(IMT-2000或3G)的发展。WCDMA等码分多址技术是第三代移动通信系统的主流技术，由于移动上网和传输多媒体业务的需要，码分多址系统与GSM系统等仅承载话音业务的第二代移动通信系统相比，承载的业务类型就不再是单一的话音业务，而是包括话音和数据的混合业务——多媒体业务，其业务类型按业务的服务质量QoS(Quality of Service)大体分为四个等级(类别)：会话级(conversationalclass，如电话业务、IP通话业务等实时业务)、流级(streaming class，如视频或音频数据等准实时业务)、交互级(interactive class，如上网浏览、服务器接入、数据库访问等业务)和后台级(background class，如后台分发E-mail、下载文件、接收测量报告等非实时业务)。从时延要求上考虑，会话类业务的时延要求最严格，级别最高；流类业务对时延的要求次之，交互类业务再次之，后台类业务对时延的要求不高，属于典型的非实时分组数据业务。由于这些具有不同特征的混合业务的出现，使得很多传统的系统分析方法不再适用，如系统容量的估计、系统负荷程度的评估以及无线网络规划等，都需要提出新的解决方法。 

对系统容量估计方法，传统的承载单一话音业务的网络比较简单，系统能够提供的信道数就可以表征其极限容量；而第三代移动通信系统采用的是码分多址技术，其信道是用码序列来区分的。用户在同一时间、同一频段工作，系统中的所有用户彼此互为干扰，因此系统的容量与干扰的大小密切相关，容量是软的，系统容量和负荷不能简单地采用信道数来表征，而是与用户接入后引起的干扰大小有关。 

综上所述，由于具有不同特性的混合业务的出现，使得与承载单一话音业务的网络相比，承载混合业务的第三代移动通信系统在系统的容量分析、网络规划等方面的复杂度都大大增加。目前在WCDMA系统中，对混合业务情况下的系统分析与控制方法一般都比较复杂，特别表现为系统的上行接纳控制方法。传统的接纳控制方法需要对混合业务建立复杂的数学模型，分别求解各种业务产生的干扰功率，从而预测当前呼叫请求业务的接入将产生的干扰增量，最后决定是否接纳当前业务。该方法不仅实现起来比较复杂，而且计算量大，另外在不同的系统负荷点上，同一类型的业务接入产生的干扰都不一样，而且干扰增量与系统负荷是非线性关系，很难预测。更重要的是，系统接纳控制是一个实时的过程，网络对接纳控制判决的计算是有时间限制的，必须在用户起呼后的短短几秒内完成，这就决定了算法不能过于复杂，计算量不能过大，从而使传统的接纳控制方法受到限制。 

针对上述问题，如果可以将混合业务折算成单一业务，那么承载混合业务的系统就可以等效成一个承载单一业务的系统，这样不仅系统分析方法将会大大简化，而且传统的用于分析单一业务网络的一些分析方法也可以继续沿用。但需要解决的问题包括：那些具有不同特性的数据业务与话音业务可以等效地进行折算吗？折算关系又如何？ 

关于业务折算方法，目前正式出版的文献中还未见相关描述。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提出一种WCDMA系统上行链路的业务折算方法，可将混合业务折算成单一业务进行分析，使得现有的分析单一业务系统的方法也沿用于WCDMA系统，从而大大简化WCDMA系统的系统分析方法。 

本发明所述WCDMA系统上行链路的业务折算方法的核心思想是：当在系统负荷为LF的负荷点处接入一个T1类型的业务后，由于功率攀升引起系统的上行接收总功率的上升量为Δp；如果N个T2类型的业务在同样的系统负荷下接入时产生的系统上行接收总功率的上升量为Δp，则在系统负荷LF处，1个T1业务可以折算成N个T2业务；N是整数或小数。 

本发明所述WCDMA系统上行链路的业务折算方法，包括：获取系统当前的上行接收总干扰P_tot；计算当前的上行接收总干扰P_tot折算成T1类型业务的数量i_T1；计算当前的上行接收总干扰P_tot折算成T2类型业务的数量i_T2；计算在当前的系统负荷水平上，再接入1个T2类型业务后产生的系统总干扰P′_tot；计算总干扰P′_tot折算成T1类型业务的数量i′_T1；计算给定参数条件下T2类型业务对T1类型业务的折算关系N_{T2_T1}＝i′_T1-i_T1，即1个T1类型业务接入与N_{T2_T1}个T2类型业务接入产生的干扰等价，其中，N＝N_{T2_T1}。 

在上述方法中，i_T1和i′_T1可以是小数。 

本发明从WCDMA系统功率攀升的本质出发，根据不同业务接入时引起的上行链路干扰的等价关系，获得混合业务对单一业务的折算关系，且业务折算关系与业务接入时的系统负荷无关，是一个常数，从而解决了现有单一业务系统的分析方法无法应用于WCDMA系统的问题，扩展了对WCDMA系统进行分析的方法的选择范围。采用本发明，可事先计算出网络中各种业务的等效折算关系，即1个T1类型的业务可等效多少个T2类型的业务，并将这些计算数据保存在 数据库中，当业务发起呼叫请求时，就可根据此等效折算关系，直接采用简单的单一业务模型来计算干扰增量，使得模型与计算过程都大大简化，计算速度也随之大大提高。本发明可用于容量折算、混合业务接入时的负荷估计。 

附图说明

图1是本发明业务折算方法的流程图； 

图2是迭代计算混合业务折算成某类单一业务的个数的流程示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 

本发明将混合业务折算成单一业务的原理是基于上行链路的功率攀升和干扰等价。由于信道码的不完全正交性，导致WCDMA系统是一个自干扰系统，对某一用户来说，系统中的其他任何用户都可认为是干扰，当有新用户接入或者某个用户由于信道环境变差而提升自身的发射功率时，都会导致系统中其他用户的发射功率增加，从而使系统中的总干扰量增加，这就是功率攀升现象。随着系统中用户数的不断增多或者信道环境的不断恶化，功率攀升会逐渐加剧，甚至出现雪崩式功率攀升，最后导致系统崩溃。由此可见，WCDMA系统的功率攀升是一个典型的非线性过程，不同类型的业务接入引起的功率增加量不一样，而且在系统的不同负荷点上，相同的业务接入引起的功率增加量也不一样。因此，从干扰等价的角度研究业务之间的折算关系，必须要考虑两个因素，一是业务接入点的负荷，二是业务类型。本发明通过研究在各负荷点上接入不同的业务，计算引起相同的干扰增加量的不同业务的数量，从而得出业务之间的折算关系，再通过研究各种业务在各个负荷点上的折算关系，最终得出折算结果。 

根据上述原理，本发明的基本思想是：在系统某一负荷点上(系统负荷为LF)接入一个T1类型的业务后，引起的系统上行接收总功率(即总干扰)的上升量为Δp；如果N个T2类型的业务在同样的系统负荷下接入时也产生Δp的系统上行接收总功率的上升量，那么在该系统负荷下，1个T1类业务可以折算成N个T2类业务；N可以是整数或小数。本发明可在基站控制器RNC中完成。

如图1所示，首先获取被控基站的上行总干扰功率P_tot，由于基站(Node B)会将其在天线口测量的上行总干扰功率周期性地通过测量报告发送给基站控制器RNC，因此基站控制器RNC可方便地查询被控基站的当前上行负荷情况，即该基站的上行总干扰功率P_tot。然后计算当前的干扰功率P_tot折算成T1类型业务的数量i_T1，i_T1可为小数；该计算是通过T1类型的业务所需的信噪比折算的，即可获得当前的总干扰相当于系统中接入i_T1个信噪比为 的T1类型业务产生的干扰。再计算当前的干扰功率P_tot折算成T2类型业务的数量i_T2，T2类型业务的信噪比为 计算在当前的系统负荷水平上，再接入1个T2类型业务后产生的系统的总干扰P′_tot，即i_T2+1个T2类型业务产生的系统总干扰。然后将此时的总干扰P′_tot折算成T1类型业务的个数i′_T1，i′_T1可为小数；最后可得到在给定参数条件下，T2类型业务对T1类型业务的折算关系为N_{T2_T1}＝i′_T1-i_T1，即1个T1类型业务接入与N_{T2_T1}个T2类型业务接入产生的干扰等价，从而获得了T1类型业务对T2类型业务的干扰等效折算关系。 

系统负荷点的负荷水平可用系统负荷来表示，定义系统负荷LF 

$\mathrm{LF}=\frac{\mathrm{noise}\_\mathrm{rise}-1}{\mathrm{noise}\_\mathrm{rise}};---\left(1\right)$

其中， 且0≤LF≤1。根据公式(1)可计算出系统负荷LF从0到60％所对应的系统上行接收总功率(总干扰)。按照图1所示方法，可计算出任意系统负荷下的业务折算关系，可以发现在给定的参数条件下，业务折算关系与系统负荷水平无关，是一个常数。 

下面以384kbps业务等效折算成12.2kbps业务为例，具体说明本发明。 

当某一业务单独接入系统时，上行接收功率的计算公式为 

$\left\{\begin{array}{cc}{p}_i=101g({10}^{0.1B_g}+\mathrm{\α\γ}(i-1){10}^{0.1p_i})-(P_G-\frac{E_b}{N_0})& \mathrm{dBm}\\ p_{i\_\mathrm{total}}=101g({10}^{0.1B_g}+\mathrm{\α}\×\mathrm{\γ}\×i\×{10}^{0.1P_i})& \mathrm{dBm}\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，i表示业务个数；α表示话音激活因子，对话音业务，α＝0.67，对数据业务，α＝1.0；γ为邻区干扰比，一般，在全向天线且相邻小区负载比较均匀的情况下，γ＝1.55； 表示各种业务所需的信噪比，在CASE 3信道环境、误块率BLER＜10^-2的条件下，有 

${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{12.2}=7.2\mathrm{dB},$ ${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{64}=3.8\mathrm{dB},$ ${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{144}=3.2\mathrm{dB},$ ${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{384}=3.6\mathrm{dB};$

p_i表示当前用户接入后系统内所有用户的上行接收功率值，即不仅当前接入的用户的上行接收功率为p_i，而且系统中其他用户由于当前用户接入而引起功率攀升后的上行接收功率也为p_i； 

P_G表示处理增益，包括扩频增益和编码增益；且 $P_G=10\×\lg \left(\frac{3840\mathrm{kcps}}{R}\right),$ R表示业务速率，量纲是kbps； 

B_g表示背景噪声，在3.84MHz频带内27摄氏度的条件下，取值为-103.157dBm；p_{i_total}表示系统的上行接收总功率。 

公式(2)经过变形后为： $\left\{\begin{array}{c}i={10}^{-0.1p_i}({10}^{0.1p_{i\_\mathrm{total}}}-{10}^{0.1B_g})/\mathrm{\α\γ}\\ p_i=101g({10}^{0.1B_g}+\mathrm{\α\γ}(i-1){10}^{0.1p_i})-(P_G-\frac{E_b}{N_0})\end{array}\right..---\left(3\right)$

根据任意系统负荷，按公式(1)计算出对应的上行接收总干扰P_tot，再计算当前接收总功率P_tot折算成12.2kbps业务的数量，即计算P_tot相当于多少个12.2kbps业务单独接入时产生的干扰。令p_{i_total}＝P_tot，代入公式(3)，采用迭 代法求解该非线性方程组。 

迭代方法如下：首先构造迭代关系式，如公式(4)所示， 

$\left\{\begin{array}{c}{i}^{(k+1)}={10}^{-0.1p_i^{\left(k\right)}}({10}^{0.1p_{i\_\mathrm{total}}}-{10}^{0.1B_g})/\mathrm{\α\γ}\\ p_i^{(k+1)}=101g[{10}^{0.1B_g}+\mathrm{\α\γ}(i^{\left(k\right)}-1){10}^{0.1P_i^{\left(i\right)}}]-(P_G-\frac{E_b}{N_0})\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，k为迭代次数。 

其次，选取迭代初值为： $\left\{\begin{array}{c}{i}^{\left(0\right)}=0\\ p_i^{\left(0\right)}=B_g-P_G+{\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{12.2}\end{array}\right.---\left(5\right)$

然后，将迭代初值(5)代入公式(4)进行迭代计算，直到方程组中两个等式的左右两边误差均小于10^-5，则认为迭代已收敛。假设经过n次迭代后收敛，那么i⁽ⁿ⁾、p_i ⁽ⁿ⁾即为所求的解，迭代求解方程组的过程见图2，i⁽ⁿ⁾即为当前的总功率折算成12.2kbps业务的个数。 

再将当前上行接收总干扰P_tot和384kbps业务所需的信噪比 代入公式(3)，计算出总干扰P_tot对384kbps业务的折算关系，得到P_tot相当于i₃₈₄个384kbps业务单独接入时产生的总干扰。 

然后根据公式(2)计算(i₃₈₄+1)个384kbps业务单独接入时产生的总干扰P′_tot，即在当前的干扰水平下，增加1个384kbps业务后系统的总功率。然后计算该总功率P′_tot可折算成的12.2kbps业务的个数i′⁽ⁿ⁾，这样，就可以算出384kbps业务对12.2kbps业务的等价关系N_384-122＝i′⁽ⁿ⁾-i⁽ⁿ⁾，即1个384kbps业务接入后引起的功率增量相当于N_384-122个12.2kbps话音业务接入后引起的功率增量，由此得到在系统负荷为LF的负荷点处384kbps业务对12.2kbps业务的折算关系。 

计算其它系统负荷下的业务折算关系，可发现业务折算关系与业务接入点的系统负荷水平无关，为一常数。 

同理，通过上述方法可获得其它如64kbps、144kbps业务对12.2kbps业务的折算关系。 

经过采用多组参数进行大量实验发现，在系统任意负荷点处，混合业务与单一业务之间的折算关系为一常量，虽然在不同负荷点上接入引起的功率增量是非线性的，但在相同的信道环境参数条件下，业务之间的折算关系是恒定的。 

下表给出了一组业务折算的计算结果，其信道环境参数条件为：CASE 3信道环境，块误码率BLER＜10^-2，γ＝1.55，对12.2kbps话音业务，话音激活因子α＝0.67，对其他数据业务，话音激活因子α＝1.0。 

LF	12.2kbps	64kbps	144kbps	384kbps
					0.000000	1.000000	3.428379	6.362200	15.395219
0.010000	1.000000	3.428386	6.362207	15.395227
					0.020000	1.000004	3.428383	6.362204	15.395224
0.030000	1.000002	3.428381	6.362202	15.395222
					0.040000	1.000001	3.428389	6.362209	15.395231
0.050000	1.000004	3.428382	6.362203	15.395224
					0.060000	1.000001	3.428391	6.362211	15.395235
0.070000	1.000005	3.428383	6.362204	15.395225
					0.080000	1.000016	3.428390	6.362211	15.395236
0.090000	1.000006	3.428383	6.362226	15.395227
					0.100000	1.000015	3.428389	6.362210	15.395237
0.110000	1.000006	3.428403	6.362222	15.395258
					0.120000	1.000014	3.428389	6.362210	15.395238
0.130000	1.000006	3.428400	6.362220	15.395257
					0.140000	1.000013	3.428388	6.362209	15.395239
0.150000	1.000026	3.428397	6.362218	15.395258
					0.160000	1.000012	3.428415	6.362234	15.395242
0.170000	1.000023	3.428396	6.362217	15.395261

0.180000	1.000011	3.428411	6.362232	15.395245
					0.190000	1.000022	3.428395	6.362217	15.395266
0.200000	1.000011	3.428409	6.362231	15.395250
					0.210000	1.000021	3.428395	6.362218	15.395274

0.220000	1.000038	3.428408	6.362231	15.395257
					0.230000	1.000021	3.428396	6.362219	15.395247
0.240000	1.000038	3.428408	6.362233	15.395268
					0.250000	1.000022	3.428429	6.362254	15.395257
0.260000	1.000038	3.428410	6.362235	15.395249
					0.270000	1.000024	3.428431	6.362224	15.395270
0.280000	1.000041	3.428413	6.362240	15.395262
					0.290000	1.000027	3.428435	6.362229	15.395256
0.300000	1.000045	3.428417	6.362247	15.395280
					0.310000	1.000030	3.428406	6.362235	15.395274
0.320000	1.000050	3.428423	6.362256	15.395269
					0.330000	1.000036	3.428412	6.362243	15.395266
0.340000	1.000058	3.428432	6.362235	15.395265
					0.350000	1.000043	3.428420	6.362256	15.395264
0.360000	1.000033	3.428444	6.362246	15.395291
					0.370000	1.000053	3.428430	6.362239	15.395291
0.380000	1.000042	3.428421	6.362263	15.395291
					0.390000	1.000067	3.428446	6.362255	15.395293
0.400000	1.000054	3.428435	6.362249	15.395294
					0.410000	1.000045	3.428428	6.362246	15.395295
0.420000	1.000072	3.428422	6.362272	15.395295
					0.430000	1.000062	3.428448	6.362268	15.395291
0.440000	1.000055	3.428442	6.362266	15.395280
					0.450000	1.000049	3.428437	6.362265	15.395289
0.460000	1.000078	3.428434	6.362266	15.395143

0.470000	1.000072	3.428433	6.362267	15.395145
					0.480000	1.000067	3.428432	6.362270	15.395137
0.490000	1.000065	3.428432	6.362275	15.395141
					0.500000	1.000063	3.428434	6.362281	15.395142
0.510000	1.000063	3.428436	6.362261	15.395138
					0.520000	1.000063	3.428439	6.362269	15.395140
0.530000	1.000065	3.428444	6.362280	15.395132
					0.540000	1.000068	3.428450	6.362267	15.395136
0.550000	1.000072	3.428458	6.362280	15.395135
					0.560000	1.000077	3.428468	6.362272	15.395135
0.570000	1.000085	3.428451	6.362288	15.395129
					0.580000	1.000065	3.428464	6.362284	15.395126
0.590000	1.000074	3.428453	6.362283	15.395125
					0.600000	1.000085	3.428468	6.362285	15.395127

上表中第一列为系统负荷，这里只列出了0～60％的情况，因为在实际系统中，系统的接纳控制门限一般为60％；第二列是测试列，用于验证本发明的正确性，采用本发明在系统各负荷点上对12.2kbps业务自身进行折算，结果应当是1，从第二列的计算结果来看，本发明方法是正确的；第三列是64kbps业务对12.2kbps话音业务的折算关系，在各负荷点上均为3.4284，即1个64kbps业务与约3.4个12.2kbps业务产生的干扰等价；第四列和第五列分别为144kbps业务和384kbps业务对12.2kbps话音业务的折算关系。由这些数据可见，业务折算关系与业务接入的负荷点无关。 

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (7)

1.一种宽带码分多址系统上行链路的业务折算方法，其特征在于，当在系统负荷为LF的负荷点处接入一个T1类型的业务后引起的系统的上行接收总功率的上升量为Δp；如果N个T2类型的业务在同样的系统负荷下接入时产生的系统上行接收总功率的上升量为Δp，则在系统负荷LF处，1个T1业务可以折算成N个T2业务；N是整数或小数。

2.根据权利要求1所述的宽带码分多址系统上行链路的业务折算方法，其特征在于，包括：获取系统当前的上行接收总干扰P_tot；计算当前的上行接收总干扰P_tot折算成T1类型业务的数量i_T1；计算当前的上行接收总干扰P_tot折算成T2类型业务的数量i_T2；计算在当前的系统负荷水平上，再接入1个T2类型业务后产生的系统总干扰P′_tot；计算总干扰P′_tot折算成T1类型业务的数量i′_T1；计算给定参数条件下T2类型业务对T1类型业务的折算关系N_{T2_T1}＝i′_T1-i_T1，即1个T1类型业务接入与N_{T2_T1}个T2类型业务接入产生的干扰等价，其中N＝N_{T2_T1}。

3.根据权利要求2所述的宽带码分多址系统上行链路的业务折算方法，其特征在于，所述获取系统当前的上行接收总干扰P_tot是通过基站控制器查询某一负荷点处基站的当前上行总干扰功率获得。

4.根据权利要求2所述的宽带码分多址系统上行链路的业务折算方法，其特征在于，所述获取系统当前的上行接收总干扰P_tot可以根据系统负荷LF获得，计算公式为

其中， 

且0≤LF≤1。

5.根据权利要求2所述的宽带码分多址系统上行链路的业务折算方法，其特征在于，所述上行接收总功率折算成某种业务单独接入的数量的公式为

其中，i表示业务个数；α表示话音激活因子，对话音业务，α＝0.67，对数据业务，α＝1.0；γ为邻区干扰占本小区总干扰的比例，一般，在全向天线且相邻小区负载比较均匀的情况下，γ＝1.55； 

表示各种业务所需的信噪比，在CASE 3信道环境、误块率BLER＜10^-2的条件下，有

p_i表示当前用户接入后系统内所有用户的上行接收功率值，即不仅当前接入的用户的上行接收功率为p_i，而且系统中其他用户由于当前用户接入而引起功率攀升后的上行接收功率也为p_i；

P_G表示处理增益包括扩频增益和编码增益；且R表示业务速率，量纲是kbps；

B_g表示背景噪声，在3.84MHz频带内27摄氏度的条件下，取值为-103.157dBm；p_{i_total}表示系统的上行接收总功率。

6.根据权利要求2所述的宽带码分多址系统上行链路的业务折算方法，其特征在于，采用迭代法求解上行接收总功率折算成某种业务单独接入的数量的公式，具体是：

首先，构造迭代关系式为

其中，k为迭代次数；

其次，选取迭代初值为： 

然后，将初值代入迭代关系式中进行迭代计算，直到方程组中两个等式的左右两边误差均小于指定的误差精度，则认为迭代已收敛。

7.根据权利要求6所述的宽带码分多址系统上行链路的业务折算方法，其特征在于，所述误差精度为10^-5。 

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