CN1145295C - 码分多址通信系统中移动台软切换小区的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种码分多址通信系统中移动台软切换小区方法，该方法主要增加反向链路干扰的影响条件，反向链路性能用前向衰落和反向负荷进行判定，该方法能综合评价前向链路的干扰和反向链路的干扰情况，还能综合考虑小区前反向链路的负荷和距离衰落，在软切换选择小区时能够更全面地评价小区状况，在可选服务小区较多时，便于建立最适合的软切换分支，确保选出使系统增益最大的服务小区。

Description

码分多址通信系统中移动台软切换小区的方法

技术领域

本发明涉及宽带移动通信系统，更具体地指在CDMA2000系统中，一种码分多址通信系统中移动台软切换小区的方法。

背景技术

可以进行软切换是码分多址(CDMA)系统的一个特有的优点。它特指移动台在一个频点上不同小区(或扇区)间的切换，一般包括三个步骤，1)移动台在当前频点上周期性搜索所有可用PN(请标出中文含义)偏置的导频信号，以发现原有服务小区的导频变弱，相邻小区的变强；2)移动台上报导频强度测量报告(PSMM)给基站控制器(BSC)，基站控制器(BSC)通过基站收发器(BTS)下发消息让新小区为移动台分配业务信道，建立连接，此时移动台与原小区的连接仍未中断，进入同时和多个基站收发器(BTS)建立连接的分集状态；3)随着移动台进一步远离原小区，原小区信号降至某一门限下一段时间后，移动台上报导频强度测量报告(PSMM)给基站控制器(BSC)，基站收发器(BTS)下发消息令原小区中止与移动台的连接。由新小区单独为移动台提供服务。至此，软切换过程结束。为了方便表述起见，这里不考虑小区内划分扇区的情况。

软切换可能是由移动台位置移动引起，也可能是因为无线环境发生变化等其他原因造成，总之，是由于小区和移动台间无线接收状况发生变化引起的。移动台连续测量所有可用导频，只要测得有强度大于一定门限的导频且基站控制器(BSC)允许，就建立和其相应小区的连接。软切换为系统带来的好处有：1)真正实现了无缝切换。移动台在软切换时始终保持着业务，不会有硬切换测量造成的通话中断，减小了掉话的可能性。2)移动台和多个基站同时保持连接时，基站控制器(BSC)通过分集提高了反向接收信号的误帧率，降低了移动台所需的发射功率，减小了反向链路上的干扰，增加了反向容量。

为了获得最佳的分集效果并在软切换后进入最佳小区，一般要求软切换时选择前向无线连接较好的小区，这样移动台分集合并的是最优的接收信号。可以降低前向所需的发射功率。但这仅仅考虑前向的小区选择是不全面的，还应考虑到反向的影响。反向链路上，移动台处于软切换状态时一般已经对相邻小区构成了强干扰，此时接入的小区如果可以使所需的反向发射功率最小，对邻小区的干扰降到最小，就可以最大限度地增加系统的反向容量。

因此软切换小区选择还应该考虑以下三方面因素：1)距离衰减。2)前向链路的干扰。3)反向链路的干扰。在传统方法中，切换判决仅基于对前向链路的导频强度的测量，测量的是导频信号的E_c/I_o值，该值反映的是基站距离远近和前向链路的干扰大小，而没有体现出反向负荷的影响。在业务对称的系统(如IS-95)中，前反向链路负荷相当，可以不必另外考虑反向链路的干扰，而CDMA2000系统中业务是不对称的，如果前向负荷大于反向负荷，即当前向容量限制是业务接入的瓶颈时，为了简化起见，也可以不考虑反向负荷的影响。然而，在某些区域如果反向负荷大于前向负荷时，小区的选择则需要综合考虑以上三方面的因素。否则有可能出现选择的小区尽管前向需要的发射功率小，但由于反向负荷重，移动台发射功率高，反向容量减小而限制了系统的总体性能。

现有的软切换技术在选择小区时依据的是导频的E_c/I_o，值，该值只能反映前向链路上信号的衰落情况以及前向链路的干扰大小，无法反映出反向链路的干扰情况，这样有可能使移动台接入一个前向链路较好，但在反向发射功率较大的小区，却减小了反向容量。实际上，由于前向链路好意味着前向发射功率较小，所以这意味着要综合考虑前向发射功率和反向发射功率。显然在这两者都较小时是最优的。然而可能存在着这样的情况，移动台和小区1建立连接，需要的前向发射功率小但反向发射功率大；移动台和小区2建立连接，需要的前向发射功率大但反向发射功率小，应该选择哪个小区接入需要综合评价这两方面因素对系统的影响。因此，现有的软切换方法只强调一个方面是不够完善的。

发明内容

为此，本发明的目的是提出一种码分多址通信系统中移动台软切换小区方法，该方法能综合考虑小区前反向链路的负荷和距离衰落，增加反向链路干扰的影响条件，在软切换选择小区时能够更全面地评价小区，确保选出使系统增益最大的服务小区。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案；该软切换小区方法基于码分多址系统，在该系统中，包括一个基站控制器，由该基站控制器控制的数个基站收发器，由移动台到激活的基站收发器的反向链路和由激活的基站收发器到移动台的前向链路，移动台以及各基站收发器均包括一个发射接收机，其特征在于该方法包括以下步骤：

a，使移动台与该系统中的至少一个基站收发器建立业务信道，移动台周期性搜索使用频点上各基站收发器的导频；

b，基站控制器根据移动台导频激活集中的导频数，确定激活集加入门限或激活集动态加入门限，并将激活集加入门限或激活集动态加入门限下发给移动台；

c，移动台连续检测各基站收发器的导频强度并上报给基站控制器；

d，基站控制器对移动台当前激活集里的导频数进行判断并将判断结果通过前向链路下发给移动台和相关的基站收发器；

e，基站控制器选择系统性能优先值Es低的小区从激活集里剔除或不予进入，再通过导频指配消息将选中的小区通知移动台，移动台根据基站控制器的指令建立与新小区的连接，执行完毕后再返回步骤a，其中，所述系统性能优先值Es与前向链路干扰、反向链路干扰和距离衰减负相关；

f，以上步骤循环进行，直到移动台结束业务状态为止。

由于本发明的码分多址通信系统中移动台软切换小区方法采用了上述的方法，增加反向链路干扰的影响条件，反向链路性能用前向衰落和反向负荷进行判定，因此，本发明的方法能综合评价前向链路的干扰和反向链路的干扰情况，还能综合考虑小区前反向链路的负荷和距离衰落，在软切换选择小区时能够更全面地评价小区状况，在可选服务小区较多时，便于建立最适合的软切换分支，确保选出使系统增益最大的服务小区。

附图说明

下面结合附图和实施例，对本发明的方法作一详细地说明：

图1为码分多址通信系统原理示意图。

图2为在码分多址通信系统中，移动台与一个小区建立连接示意图。

图3为在码分多址通信系统中，移动台与多个小区建立连接示意图。

图4本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，通常，在码分多址通信系统中，至少包括一个基站控制器11，由该基站控制器11控制的多个基站收发器121～12N(每个基站收发器对应一个小区)，由移动台13到激活的基站收发器(BTS)的反向链路和由激活的基站收发器到移动台13的前向链路。其中，移动台13包括一个发射接收机，各基站收发器也均包括一个发射接收机。

非切换状态时，移动台13只检测到一个强度大于激活集加入门限T_ADD的导频，即只有一个激活的基站收发器与移动台13建立联系。如有多个强度大地激活集加入门限T_ADD的导频，则有可能同时与多个基站建立联系，即建立多个软切换分支，见图2，考虑到建立分支会减小前向容量，以及过多的分支对反向增益意义不大，软分支数一般不大于3。

一般来说，移动台在选择小区时，接入后使前向发射功率较小的小区因前向E_c/I_o值较大，在满足相同的解调门限时所需反向发射功率较小的小区应该信号干扰比相对较大，这要求相应的无线链路衰落小、干扰小。但反向衰落目前还无法准确测得，只能用前向衰落近似估计。

在软切换小区选择时，如果选择反向负荷重或反向衰落大的小区，由于该链路上的信号干扰比相对较小，反向发射功率不变时，该小区基站接收的信号误帧率较大，在反向分集合并后，功率控制下要求的反向发射功率也较大。也就是说软切换时接入这种小区比接入其他反向负荷轻或衰落小的小区需要的反向发射功率大。而移动台发射功率越大，对各小区的反向干扰就越大。因此在选择时还应该结合反向链路状况，优先选择反向负荷轻、衰落小的小区。

基于上述的考虑，本发明的软切换小区方法包括以下步骤：

a，使移动13台与该系统中的至少一个基站收发器建立业务信道，移动台13处于业务状态中，使用的频点是f1，移动台13周期性搜索频点f1上各基站收发器121-12N的导频。

b，基站控制器11根据移动台13导频激活集中的导频数，确定激活集加入门限T_ADD或激活集动态加入门限T_ADD_DYC，并将激活集加入门限T_ADD或激活集动态加入门限T_ADD_DYC下发给移动台13。动态加入门限T_ADD_DYC的意义在于当所建立的软切换分支较多时，限制增益不高的新分支建立。

c，移动台13连续检测各基站收发器121-12N的导频强度并上报给基站控制器11。

d，基站控制器11对移动台13当前激活集里的导频数进行判断并将判断结果通过前向链路下发给移动台和相关的基站收发器。

e，基站控制器11选择系统性能优先值Es低的小区从激活集里剔除或不予进入，再通过导频指配消息将选中的小区通知移动台13，移动台13根据基站控制器11的指令建立与新小区的连接，执行完毕后再返回步骤a。

f，以上步骤循环进行，直到移动台13结束业务状态为止。

在所述的步骤b中，若移动台13导频激活集中只有一个导频时，则基站控制器11下发激活集加入门限T_ADD给移动台；若移动台13导频激活集中有一个以上导频时，则基站控制器11下发激活集动态门限T_ADD_DYC给移动台13。

所述的激活集加入门限T ADD值由系统设定，一般取-13db；所述的激活集动态加入门限T_ADD_DYC值根据公式(1)

求出。

在所述的步骤c中，移动台13连续检测各基站收发器的导频强度并上报给基站控制器11是指当发现有导频强度大于激活集加入门限T_ADD或激活集动态加入门限T_ADD_DYC的导频时，通过导频强度测量报告消息将此导频上报给基站控制器11。

在所述的步骤d中，基站控制器11对移动台当前激活集里的导频数进行判断时，若导频数小于3时，则直接将新导频加入激活集中；若导频数大于等于3时，由于前反向发射功率是相对独立的，综合评价对系统的影响可以采用加权求和，则根据公式(2)

$\mathrm{Es}=\frac{\mathrm{\α}}{P_f/P_{f\_\max }}+\frac{\mathrm{\β}}{P_r/P_r\_\max }.............\left(2\right)$

计算当前激活集中的导频和新导频的系统性能优先值Es，选出优先值最低的导频，若该导频是当前激活集中的，则从激活集中删除，若该导频是新导频，则拒绝加入激活集。

公式(2)中，Es是求出的系统性能优先值，由该值判断软切换时的小区选择，优选该值比较高的小区建立软切换分支。Pf是前向初始发射功率，即基站所需的初始发射功率。Pr是反向初始发射功率，即移动台所需的发射功率。P_{f_max}是前向给单个用户分配的最大发射功率，α是一个正的权值，反映前向发射功率对系统性能的影响，β也是一个正的权值，反映反向发射功率对系统性能的影响。这两个值在后台数据库中设定，可以由系统调整。在需要简化操作或反向负荷不重于前向负荷的情况下，可以取β＝0。

所述的公式(2) $\mathrm{Es}=\frac{\mathrm{\α}}{P_f/P_{f\_\max }}+\frac{\mathrm{\β}}{P_r/P_r\_\max }$ 中，移动台指定的前向初始发射功率Pf根据公式(3)

$P_f=\min [P_{\mathrm{pilot}\_\mathrm{send}}\·10\frac{D+0.5M}{10}\·\frac{R}{W,}{P}_{\max }]............\left(3\right)$ 进行计算。公式(3)中，P_f为移动台指定的前向初始发射功率；

P_{pilot_send}为基站发射的前向导频强度；

D为上述移动台侧解调所要求的，基站必须满足的信息位比特能量与干扰谱密度的比值，即 (移动台侧)；

M为上述得到的前向导频强度项的内容，M＝-2·10·logPS；

P_max为移动台可以使用的最大功率。

而反向初始发射功率Pr根据公式(4)

$P_r=\frac{{\left(\frac{E_b}{I_0}\right)}_{\mathrm{BS}}\·R\·\mathrm{RSSI}}{P_{r\_\mathrm{loss}}\·W}............\left(4\right)$ 进行计算。

公式(4)中，

是基站侧解调所要求的，上述移动台为了满足服务质量要求而必须满足的信息位比特能量与干扰谱密度的比值；

R是业务的信息速率；

RSSI为反向链路信号总强度，由基站测得；

P_{r_loss}是反向路径衰落，与反向开环功控类似，可以用前向路径衰落P_{f_loss}估计，即P_{r_loss}≈P_{f_loss}，而

$P_{f\_\mathrm{loss}}=P_{\mathrm{pilot}\_\mathrm{rec}}/P_{\mathrm{pilot}\_\mathrm{send}}=\frac{\left(\frac{E_c}{I_o}\right)\·I_o\·1.2288\·{10}^6(\mathrm{chip}/s)}{P_{\mathrm{pilot}\_\mathrm{send}}}\·\frac{R}{W}$

所以公式(4)有：

$P_r=\frac{{\left(\frac{E_b}{I_o}\right)}_{\mathrm{BS}}\·R\·\mathrm{RSSI}}{P_{r\_\mathrm{loss}}\·W}\≈\frac{{\left(\frac{E_b}{I_o}\right)}_{\mathrm{BS}}\·P_{\mathrm{pilot}\_\mathrm{send}\·R}}{\left(\frac{E_c}{I_o}\right)\·I_o\·1.2288\·{10}^6(\mathrm{chip}/s)}\·\frac{\mathrm{RSSI}}{W}\·\frac{R}{W}.$

软切换过程中，移动台可以检测到多个强度大于激活集加入门限T_ADD的导频，判断过程请见下面的表1和表2示意：

表1

Ec/Io(dB)	-18	-16	-14	-12	-10	-8
								36	32	28	24	20	16
Psend	2.63	1.66	1.05	0.66	0.42	0.26

表2

表1是前向初始发射功率和移动台接收到的导频强度一组对应值，其中，

          取P_pilot＝3瓦，

${\left(\frac{E_b}{I_o}\right)}_{\mathrm{mobile}}=4\mathrm{dB},$

$D={10}^{{(E_b/I_o)}_{\mathrm{mobiie}}/10}=2.5$

$M=-20\·\log \left(\frac{E_c}{I_o}\right)=-2\·\left(\frac{E_c}{I_o}\right)\mathrm{dB},\frac{W}{R}=128$

$P_{\mathrm{send}}=P_{\mathrm{pilot}}\·10\frac{D+0.5M}{10}\·\frac{R}{W}$

表2是反向发射功率和基站测得的反向链路信号总强度RSSI的一组对应值，其中，

取P_{pilot_semd}＝3瓦， $\left(\frac{E_b}{I_o}\right)\mathrm{BS}=7\mathrm{dB},$ $\frac{E_c}{I_o}=-13\mathrm{dB},$ R＝9.6kbits/s

$P_r=\frac{{\left(\frac{E_b}{I_o}\right)}_{\mathrm{BS}}\·R\·\mathrm{RSSI}}{P_{r\_\mathrm{loss}}\·W}\≈\frac{{\left(\frac{E_b}{I_o}\right)}_{\mathrm{BS}}\·P_{\mathrm{piot}\_\mathrm{send}}\·R}{\left(\frac{E_c}{I_o}\right)\·I_o\·1.2288\·{10}^6(\mathrm{chip}/s)}\·\frac{\mathrm{RSSI}}{W}\·\frac{R}{W}---W=1.23\mathrm{Mbits}/s,$

表1、表2分别对应于各E_c/I_o、反向负荷取值下，所需的前、反向初始发射功率数值表(假设业务为一固定速率的数据业务)。由表2可以看出相同导频强度时，不同的反向负荷下移动台的发射功率，反映了较差的导频强度和较重的反向负荷分别对系统性能的影响程度。

由表1可知对应于不同的接收导频强度，前向初始发射功率不同，为减小对前向负荷的增加，应选用接收导频强度较大的小区。

由表2可知对应于不同的反向信号总强度，反向发射功率不同，为减小对反向负荷的增加，在反向衰落相同时应选用反向信号总强度较小的小区。

由于前反向发射功率是相对独立的，为了综合评价对系统的影响，采用了加权求和的方法，即：

$\mathrm{Es}=\frac{\mathrm{\α}}{P_f/P_{f\_\max }}+\frac{\mathrm{\β}}{P_r/P_r\_\max }$

其中E_s是求出的系统性能优先值，由该值进行软切换时的小区选择，优选该值比较高的小区建立软切换分支。P_f是前向初始发射功率，即基站所需的发射功率，这里假设是在理想功控的条件下。Pr是反向发射功率，即移动台所需的发射功率。P_{f_max}是前向给单个用户分配的最大发射功率，此处取系统全负荷且均为基本速率业务时，所以P_{f_max}可大致取为1瓦；P_{r_max}为反向最大发射功率，一般取为20毫瓦。α是一个正的权值，反映前向发射功率对系统性能的影响，β也是一个正的权值，反映反向发射功率对系统性能的影响。此处取α＝0.6，β＝0.4，这两个权值可以根据系统实际业务对前反向容量的不同要求进行调整。

下面的表3是综合考虑前向 和反向RSSI的影响下对小区的选择

表3

区		发射功率(瓦)	度(RSSI)(毫瓦)	功率(毫瓦)	优先值	结果
							A	-16	1.66	5×10-9	15	0.89	不选
B	-14	1.05	1.59×10-6	18	1.02	选择

根据反向链路信号总强度RSSI计算反向初始发射功率，比较简单的估计了反向发射功率的稳定值，由于反向衰减量无法得到，是采用前向衰减量估计的，故估计值与实际值有一定偏差。

本发明的软切换方法采用现有的CDMA2000空中接口协议及相应结构，该方法便于实现且计算所用时间没有明显增加，所需要的参数和硬件现有CDMA2000系统都可以提供。经过数值计算得出的对应关系表1-表3证明所基于的思想是合理的，较之传统的切换方法而言，它可以有效地提高系统性能。通过上面的描述，本领域的技术人员不难在CDMA2000系统中实现这种结合反向负荷的软切换小区选择。

Claims (7)

1、一种码分多址通信系统中移动台软切换小区方法，该方法基于码分多址系统，在该系统中，包括一个基站控制器，由该基站控制器控制的数个基站收发器，由移动台到激活的基站收发器的反向链路和由激活的基站收发器到移动台的前向链路，移动台以及各基站收发器均包括一个发射接收机，其特征在于该方法包括以下步骤：

a，使移动台与该系统中的至少一个基站收发器建立业务信道，移动台周期性搜索使用频点上各基站收发器的导频；

b，基站控制器根据移动台导频激活集中的导频数，确定激活集加入门限或激活集动态加入门限，并将激活集加入门限或激活集动态加入门限下发给移动台；

c，移动台连续检测各基站收发器的导频强度并上报给基站控制器；

d，基站控制器对移动台当前激活集里的导频数进行判断并将判断结果通过前向链路下发给移动台和相关的基站收发器；

e，基站控制器选择系统性能优先值Es低的小区从激活集里剔除或不予进入，再通过导频指配消息将选中的小区通知移动台，移动台根据基站控制器的指令建立与新小区的连接，执行完毕后再返回步骤a，其中，所述系统性能优先值Es与前向链路干扰、反向链路干扰和距离衰减负相关；

f，以上步骤循环进行，直到移动台结束业务状态为止。

2、如权利要求1所述的码分多址通信系统中移动台软切换小区方法，其特征在于：所述的步骤b中，若移动台导频激活集中只有一个导频时，则基站控制器下发激活集加入门限T_ADD给移动台；若移动台导频激活集中有一个以上导频时，则基站控制器下发激活集动态门限T_ADD_DYC给移动台。

3、如权利要求2所述的码分多址通信系统中移动台软切换小区方法，其特征在于：所述的激活集加入门限T_ADD值由系统设定，一般取-13db；所述的激活集动态加入门限T_ADD_DYC值根据公式

求出，

其中T_ADD_DYC为激活集动态加入门限，SOFT_SLOPEs为激活集加入门限的动态斜率，Psi为第I个基站的前向导频强度，ADD_INTERCEPTs为激活集加入门限的动态截距，T_ADD为激活集加入门限。

4、如权利要求1所述的码分多址通信系统中移动台软切换小区方法，其特征在于：所述的步骤c中，移动台连续检测各基站收发器的导频强度并上报给基站控制器是指当发现有导频强度大于激活集加入门限T_ADD或激活集动态加入门限T_ADD_DYC的导频时，通过导频强度测量报告消息将此导频上报给基站控制器。

5、如权利要求1所述的码分多址通信系统中移动台软切换小区方法，其特征在于：所述的步骤d中，基站控制器对移动台当前激活集里的导频数进行判断时，若导频数小于3时，则直接将新导频加入激活集中；若导频数大于等于3时，则根据公式

$\mathrm{Es}=\frac{\mathrm{\α}}{P_f/P_{f\_\max }}+\frac{\mathrm{\β}}{P_r/P_r\_\max }$

计算当前激活集中的导频和新导频的系统性能优先值Es，其中，P_f是前向初始发射功率，P_r是反向初始发射功率，P_{f_max}是前向给单个用户分配的最大发射功率，P_{r_max}是反向给单个用户分配的最大发射功率，α是一个正的权值，反映前向发射功率对系统性能的影响，β也是一个正的权值，反映反向发射功率对系统性能的影响，选出优先值最低的导频，若该导频是当前激活集中的，则从激活集中删除，若该导频是新导频，则拒绝加入激活集。

6、如权利要求5所述的码分多址通信系统中移动台软切换小区方法，其特征在于：所述的公式 $\mathrm{Es}=\frac{\mathrm{\α}}{P_f/P_{f\_\max }}+\frac{\mathrm{\β}}{P_r/P_r\_\max }$ 中，移动台指定的前向初始发射功率Pf根据公式

$P_f=\min [P_{\mathrm{pilot}\_\mathrm{send}}\·10\frac{D+0.5M}{10}\·\frac{R}{W,}{P}_{\max }]$ 进行计算，其中，P_{pilot_send}为基站发射的前向导频强度，D为上述移动台侧解调所要求的基站必须满足的信息位比特能量与干扰谱密度的比值，M为上述得到的前向导频强度项的内容，R是业务的信息速率，P_max为移动台可以使用的最大功率，W＝1.23Mbit/s。

7、如权利要求5所述的码分多址通信系统中移动台软切换小区方法，其特征在于：所述的公式 $\mathrm{Es}=\frac{\mathrm{\α}}{P_f/P_{f\_\max }}+\frac{\mathrm{\β}}{P_r/P_r\_\max }$ 中，反向初始发射功率Pr根据公式 $P_r=\frac{{\left(\frac{E_b}{I_0}\right)}_{\mathrm{BS}}\·R\·\mathrm{RSSI}}{P_{r\_\mathrm{loss}}\·W}$ 进行计算，其中，

是基站侧解调所要求的上述移动台为了满足服务质量要求而必须满足的信息位比特能量与干扰谱密度的比值，R是业务的信息速率，RSSI为反向链路信号总强度，P_{r_loss}是反向路径衰落。

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