專利名稱：用于提供高容量無線電通信網的方法和裝置的制作方法
背景本發(fā)明涉及無線電通信網，更具體地說，涉及提供高容量無線電通信網。
隨著無線電通信網的用戶數增加，它們對這些網絡的利用率也隨之提高，從而需要增加這些無線電通信網的容量。無線電通信網的容量受到分配給網絡中稱之為小區(qū)的各覆蓋區(qū)域的無線電資源的數量限制。無線電資源數量由兩個因數確定，即無線電通信網中提供的信道數和其中的干擾量。
當無線電通信網中小區(qū)的容量受到信道數限制時，該小區(qū)就被稱為信道受限的。人們會認識到，任何特定無線電通信網所用的頻率數量局限于政府機構所分配的頻率資源。利用這些有限的頻率數來創(chuàng)建信道是由無線電通信網所用的特定接入技術確定的。按照全球移動通信系統(tǒng)(GSM)來運作的網絡所采用的一種流行的接入技術是組合使用頻分多址(FDMA)和時分多址(TDMA)。FDMA/TDMA接入技術通過將每個頻率劃分成若干時隙來分配信道。在GSM中，語音信道通常定義為每幀的一個時隙，一幀包括8個時隙。使用小區(qū)內的信道的必要條件是，安裝了設備如收發(fā)信機來實現所述信道的發(fā)送和接收。因此，可以看出，在FDMA/TDMA系統(tǒng)中，分配給特定小區(qū)的信道數受分配給該特定小區(qū)的頻率數限制。如果特定小區(qū)內的所有信道已經作了分配，或者如果所有裝備的收發(fā)信機完全被占用，則阻止其他用戶從該小區(qū)接入無線電通信網。
為了避免信道受限的情況，允許所有小區(qū)在所有頻率上工作將是理想的。但是，相鄰小區(qū)的干擾限制將所有頻率分配給每個小區(qū)的能力。例如，取決于所用的功率值，特定小區(qū)中特定頻率上的通信將對相鄰小區(qū)中特定頻率上的通信以及特定小區(qū)和相鄰小區(qū)內的特定頻率的鄰頻上的通信造成干擾。應該認識到，如果一個小區(qū)的通信對另一小區(qū)內的通信造成干擾，則可以將它們視為相鄰小區(qū)。如果特定小區(qū)內的一個頻率上的通信所造成的干擾足夠強，則相鄰小區(qū)內該頻率或鄰頻上的通信可能從網絡中掉線。即便對一個頻率或相鄰小區(qū)內的鄰頻上通信的干擾的強度不足以使這些通信從網絡中掉線，該干擾也可能足夠使鄰近小區(qū)內通信的服務質量(QoS)明顯下降。當小區(qū)有額外的信道要進行分配，但這些信道本身包含來自其他信道的太多干擾時，或者如果這些額外信道的分配將對已分配用于通信的信道造成太多干擾時，不能對這些額外的信道進行分配，這稱為干擾受限情況。
為了限制干擾，同時提供足夠的服務質量，無線電通信網通常會將分配給無線電通信網的頻率的不同部分分配給鄰近小區(qū)。這稱為頻率重用。

圖1說明1/3的頻率重用模式。在圖1中，分配給無線電通信網的所有頻率在小區(qū)110、120和130之間劃分。同樣地，分配給無線電通信網的所有頻率在小區(qū)140、150和160之間劃分。因此，小區(qū)110、120和130統(tǒng)稱為頻率重用組，這里稱為頻率重用組A。同樣地，小區(qū)140、150和160也稱為頻率重用組，這里稱為頻率重用組B。為了限制頻率重用組之間的干擾量，要選擇分配給重用組中的特定小區(qū)的特定頻率組，使得它離另一重用組內的特定頻率組最遠。例如，在圖1中，將為小區(qū)110和140、小區(qū)120和150以及小區(qū)130和160分別分配相同的頻率組。但是，通過在重用組內的小區(qū)之間劃分頻率數，各小區(qū)內的信道數受到限制，比如果各小區(qū)使用所有頻率的情況下可以分配的總信道數少。限制干擾的另一機制是控制用戶和網絡之間的發(fā)射功率。因此，應該認識到，發(fā)射功率可以視為網絡可以分配的無線電資源數量的一部分。
解決信道和干擾受限情況的傳統(tǒng)技術針對的是只提供一種類型業(yè)務，如語音業(yè)務的網絡。但是，正在將其他類型的業(yè)務，如數據業(yè)務引入到無線電通信網中。在GSM網絡中引入數據通信的一種標準稱為GSM演進的增強數據流(EDGE)。將EDGE與GSM相結合的第三代(3G)網絡稱為GSM/EDGE無線電接入網(GERAN)。數據業(yè)務可以由所傳送的數據類型的特定特征來定義，包括流式音頻和視頻業(yè)務、純數據業(yè)務(如文件傳輸)等等。這些業(yè)務都具有不同的傳送要求。語音業(yè)務通常以電路交換方式實現，其中，整個信道預留給語音業(yè)務。這是因為語音業(yè)務的低延遲容限和低差錯容限的要求所致。但是，數據業(yè)務通常更能容忍延遲和差錯，所以以分組交換的方式實現。數據業(yè)務的較高差錯容限是因為這些業(yè)務可以重傳出錯的收到的數據。任何特定業(yè)務的要求在本專業(yè)中稱為QoS要求。
滿足不同類型的業(yè)務的不同QoS要求的一種技術是為每種不同類型的業(yè)務指定一定的頻率。但是，這可能使無線電資源的使用效率低下。例如，如果分配給數據業(yè)務的信道未充分加以利用，同時分配給語音業(yè)務的信道滿載，則分配給數據業(yè)務的未用信道導致無線電資源的浪費，這些未用信道本可用于語音業(yè)務。
提高容量同時仍然滿足GERAN中的各種QoS要求的一種嘗試稱為動態(tài)頻率和信道分配(DFCA)。在動態(tài)頻率和信道分配(DFCA)中，執(zhí)行動態(tài)信道分配以努力保持各業(yè)務的各種QoS要求。動態(tài)信道分配基于動態(tài)測量、統(tǒng)計和預測。但是，動態(tài)頻率和信道分配(DFCA)因必須頻繁執(zhí)行信道再分配的要求而導致提高網絡容量的高度復雜性。此外，動態(tài)頻率和信道分配(DFCA)依賴于頻繁地測量可以在無線電通信網內處理的當前的無線電質量。這些頻繁的測量必須與長期統(tǒng)計信息相結合，以預測各請求用戶的最適用信道。為了避免系統(tǒng)過載，利用“軟接納控制”技術，其中，如果不能提供所需無線電信道，則不允許用戶接入系統(tǒng)中。而且，動態(tài)頻率和信道分配(DFCA)預先排除了這種可能性具有不同QoS要求的不同業(yè)務共享相同信道，即針對不同QoS要求的分組交換接入。
因此，所希望的是，提高無線電通信網的容量的同時要將試圖提高容量時遇到的信道和干擾受限情況納入考慮。還希望的是，能夠提高支持各種各樣業(yè)務的無線電通信網絡的容量。此外，還希望在提高網絡容量的同時仍然保持各業(yè)務所需的QoS。還希望，在提高網絡容量的同時，不增加網絡規(guī)劃的復雜性。另外，還希望在提高網絡容量的同時，確保所用技術不會妨礙引入和利用將來的各種改進。
概述本發(fā)明提供了用于提供高容量無線電通信網的方法和裝置。所述網絡在各小區(qū)之間采用低頻率重用技術。選擇重用技術，以便各小區(qū)中的信道分配使網絡干擾受限。所采用的重用技術是可通過信道分配分層(CHAT)而擴展到極限容量的部分負載規(guī)劃(FLP)技術。各小區(qū)內的無線電資源使用基于業(yè)務的功率設置(SBPS)技術來分配，以便使網絡容量最大化而同時允許各業(yè)務組達到其服務質量(QoS)要求。為了限制網絡中的干擾，從而保持/控制已接納用戶的所需QoS水平，采用了基于功率的接納控制(PBAC)技術來控制將新的用戶接納到網絡中。
附圖簡述通過結合附圖閱讀如下詳細說明，將會清楚本發(fā)明的目的和優(yōu)點，附圖中圖1說明常規(guī)的無線電通信網絡；圖2說明采用各種鏈路級改進的GSM網絡的滿意用戶百分率與頻率負載百分率的關系；圖3說明在語音業(yè)務和數據業(yè)務之間資源獨立、無固定功率偏移和各種固定功率偏移情況下語音容量與交互型數據容量的關系；圖4A說明在未采用優(yōu)先級調度的情況下一種類型的業(yè)務組的容量與第二種類型的業(yè)務組的容量的關系；圖4B說明采用優(yōu)先級調度的情況下一種類型的業(yè)務組的容量與第二種類型的業(yè)務組的容量的關系；圖5說明基于功率的接納控制(PBAC)和基于用戶的接納控制下最大負載與語音用戶百分率的關系；圖6A說明在網絡未采用接納控制、采用基于功率的接納控制(PBAC)和采用基于用戶的接納控制的情況下其滿意的已接納用戶的百分數與歸一化總提供負載的關系；圖6B說明在網絡未采用接納控制、采用基于功率的接納控制(PBAC)和采用基于用戶的接納控制的情況下其歸一化總提供負載與阻塞概率的關系；以及圖7說明根據本發(fā)明的示范性實施例提供高容量網絡的方法。
詳細說明本發(fā)明的各種特征將參照附圖進行說明，在附圖中，類似的部分用相同的參考字符來標識。
在以下說明中，為說明而非限制，闡明了特定的細節(jié)以便提供對本發(fā)明的透徹理解。但是，本專業(yè)的技術人員顯然明白，本發(fā)明可以用不同于這些特定細節(jié)的其他實施方式來實現。在其他情況下，省略了對熟知方法、裝置和電路的詳細說明，以便使本發(fā)明的說明更加清楚。
為了實現高容量的網絡，本發(fā)明采用了組合技術。具體地說，本發(fā)明將緊頻率重用(tight frequency reuse)與部分負載規(guī)劃/信道分配分層(FLP/CHAT)、基于業(yè)務的功率控制(SBPS)和基于功率的接納控制(PBAC)相結合。盡管存在用于提高網絡容量的許多特殊的技術，但申請人已經認識到，這種緊頻率重用和FLP/CHAT、SBPS和PBAC的組合表現出協(xié)同作用的特征。具體地說，采用FLP(還可以選擇用CHAT加以擴展)，有可能始終保證干擾受限的操作，其中，SBPS和PBAC工作在其最有利的環(huán)境中。
為了在使用分配的頻譜時取得最大的總頻譜效率，希望采用非常緊的頻率重用，即將分配給無線電通信網的許多或所有頻率用于所有小區(qū)。本發(fā)明采用了可以可選地通過信道分配分層(CHAT)擴展到極限容量的部分負載規(guī)劃(FLP)，此組合技術在本說明書中稱為FLP/CHAT。在部分負載規(guī)劃(FLP)中，將緊重用模式(如1-重用率)用于整個無線電通信網內的業(yè)務信道。為了在這些業(yè)務信道上達到可接受的無線電質量，在各小區(qū)中將使用小于100％的已分配頻率，所以這種負載規(guī)劃稱為部分負載規(guī)劃。通過裝設少于各小區(qū)內已分配頻率的收發(fā)信機通?？梢员ＷC少于100％的最大負載。通過增加每個小區(qū)分配的收發(fā)信機和/或頻率數量，有更多的資源可供利用。但是，如果收發(fā)信機與頻率之比提高，則網絡中可能分布更多的干擾。
為了使干擾分集最大化，從而提高性能，最好在很多頻率上采用隨機跳頻技術?？蛇x地，跳頻可通過采用移動配置指數偏移(MAIO)跳頻得以增強，以便在各小區(qū)內和它們之間確保全相鄰信道干擾分集。隨機頻率跳頻以統(tǒng)計的方式將干擾均勻地分配到所有用戶上，所以，可以說所有用戶都經歷相同的干擾電平。如果在網絡中采用1-重用率模式，將會在相鄰小區(qū)內采用不同的跳頻模式。如果通過CHAT在網絡中采用比1-重用率模式低的重用模式，就在各小區(qū)的不同信道層中使用不同的跳頻模式。
應該認識到，鏈路級改進可能使甚至1-重用率網絡，如部分負載規(guī)劃(FLP)網絡在近期成為阻塞受限的。圖2說明這一現象。具體地說，圖2是采用各種鏈路級改進的下行鏈路中滿意用戶的百分數與頻率負載的百分數的關系曲線。帶“+”標記的實線表示使用增強全速率(EFR)語音編解碼器的下行鏈路性能；帶“x”標記的虛線表示使用多速率59(MR59)語音編解碼器的下行鏈路的性能；帶“◇”標記的虛點劃線表示在下行鏈路接收器中采用MR59和單天線干擾抑制(SAIR)時的下行鏈路性能；以及帶“o”標記的虛點劃線表示采用MR59、SAIR和自適應天線(AA)時的下行鏈路性能。圖2中的垂直線表示達到最大可接受阻塞概率(本情況中為2％)時的頻率負載。
如圖2所示，通過僅使用EFR，下行鏈路中滿意用戶的百分數隨頻率負載增加而迅速下降。利用其他各鏈路級改進，滿意用戶的數量隨頻率負載增加保持高水平的時間較長。利用MR59、SAIR和自適應天線(AA)的組合，下行鏈路中滿意用戶的百分數在高頻率負載下保持在相對較高的水平，以致在有大約98％的滿意用戶時達到阻塞極限負載。因為蜂窩網絡中的典型性能要求可能為95％的用戶應該接收到令人滿意的質量，顯然，從干擾的角度來看，如果信道可用，則可以將更多的用戶接納到網絡中。如果信道不可用，則采用這種鏈路級改進組合的網絡將是信道受限的，但不是干擾受限的。為了克服此信道受限的情況，本發(fā)明采用信道分配分層(CHAT)技術。
信道分配分層(CHAT)將部分負載規(guī)劃(FLP)擴展到比1-重用率緊得多的頻率重用率，即小于1的重用率，其中，在一個小區(qū)內重用頻率。為了取得小于1的頻率重用率，信道分配分層(CHAT)將一個小區(qū)內的收發(fā)信機資源劃分成若干稱為信道層的組，它們部分或完全共享相同的無線電資源，即分配給該小區(qū)的頻率。為了使信道層之間的干擾最小，本發(fā)明中采用了跳頻、自適應天線、抑制干擾接收機和/或強制靜音。有關信道分配分層(CHAT)的更多的信息，感興趣的讀者應該參考題為“通過信道分層的部分重用”的、于2001年3月26日提交的、序號為09/818341的美國專利申請，該申請的全部公開內容通過引用結合到本說明中。
通過使用FLP/CHAT組合，每個用戶所遭受的干擾在統(tǒng)計上是相同的，所以，載干比(C/I)水平由收到的信號強度C確定。這對如下所述的基于業(yè)務的功率設置(SBPS)和基于功率的接納控制(PBAC)等無線電資源管理算法而言是理想的。此外，因為特定用戶的質量由C/I確定，鏈路級的任何性能改善或增益(例如通過采用自適應多速率語音調制器(AMR)、干擾抑制合并(IRC)或SAIR得到的)可以直接轉換為通信網絡的容量增益。C/I鏈路增益意味著接收機中可以容忍更多的干擾，這反過來又允許將更多的用戶接納到網絡中，同時保持QoS。因為網絡不是信道受限的，所以直接提高了系統(tǒng)容量。
因為每個用戶所遭受的干擾在統(tǒng)計上是相同的，所以每個業(yè)務組所遭受的干擾也將是相等地。因為每個業(yè)務組的C/I分配將由收到的信號強度C確定，而信號強度C又由輸出功率和無線電環(huán)境確定，所以理想的是采用基于業(yè)務的功率設置(SBPS)來使容量最大化(至少如果以類似的方式來分配不同業(yè)務的用戶)。基于業(yè)務的功率設置(SBPS)設計來提供可以支持的最高業(yè)務負載而同時為所有業(yè)務組保持足夠的QoS。這是通過平衡業(yè)務組之間的可用功率資源以同時達到不同業(yè)務組的不同QoS要求而實現的。應注意，基于業(yè)務的功率設置(SBPS)不會將接收到的信號強度調節(jié)到給定的目標值，而是通過對整個業(yè)務組采用功率偏移而為整個業(yè)務組提供某個統(tǒng)計C(或C/I)值。基于業(yè)務的功率設置(SBPS)所用的功率偏移可同時應用于采用固定功率和功率動態(tài)調節(jié)的業(yè)務。在功率動態(tài)調節(jié)的情況下，對最大功率施加偏移。例如，基于業(yè)務的功率設置(SBPS)可以在功率受控語音業(yè)務組和固定功率數據業(yè)務組之間提供4分貝的功率偏移。因此，語音業(yè)務組中各移動臺的最大功率將以此4分貝偏移為基礎。
圖3說明基于業(yè)務的功率設置(SBPS)在支持語音業(yè)務組和數據業(yè)務組的網絡中的應用。具體地說，圖3說明在語音業(yè)務組和數據業(yè)務組之間不同無線電資源分配方式下交互型數據容量與語音容量的關系。在圖3中，帶空心圓的實線表示未在語音業(yè)務組和數據業(yè)務組之間采用功率偏移；帶陰影圓的實線表示語音業(yè)務組和數據業(yè)務組之間采用3分貝的功率偏移；帶空心圓的虛線表示語音業(yè)務組和數據業(yè)務組之間采用6分貝的功率偏移；帶陰影圓的虛線表示語音業(yè)務組和數據業(yè)務組之間采用9分貝的功率偏移；以及帶菱形塊的實線表示語音業(yè)務組和數據業(yè)務組分別采用各自的即獨立的資源。
在支持電路交換語音與分組交換相融和的、要求10千比特每秒/時隙的交互型用戶的網絡中，語音業(yè)務組和數據業(yè)務組之間6分貝的功率偏移就使網絡容量最大化。如表示語音業(yè)務組和數據業(yè)務組之間獨立資源的分配的曲線所示，網絡容量將比通過采用基于業(yè)務的功率設置(SBPS)取得的6分貝功率偏移所提供的容量小。
應該認識到，通過根據基于業(yè)務的功率設置(SBPS)在各業(yè)務組之間采用固定功率偏移，不是所有可能的業(yè)務組合都可實現干擾受限的操作。圖4A是說明具有一個優(yōu)先級即1的業(yè)務組的容量與具有不同優(yōu)先級即2的第二業(yè)務組的容量的關系曲線。具體地說，優(yōu)先級為1的業(yè)務組是要求20千比特每秒/時隙的分組交換業(yè)務組，而優(yōu)先級為2的業(yè)務組是要求10千比特每秒/時隙的分組交換業(yè)務組。在圖4A中，帶圓圈的實線表示優(yōu)先級為1的業(yè)務組和優(yōu)先級為2的業(yè)務組之間0分貝的功率偏移；帶三角形的實線表示優(yōu)先級為1的業(yè)務組和優(yōu)先級為2的業(yè)務組之間2分貝的功率偏移；帶方塊的實線表示優(yōu)先級為1的業(yè)務組和優(yōu)先級為2的業(yè)務組之間4分貝的功率偏移；以及帶斜十字的實線表示優(yōu)先級為1的業(yè)務組和優(yōu)先級為2的業(yè)務組之間6分貝的功率偏移。
如圖4A所示，當優(yōu)先級為1的業(yè)務組和優(yōu)先級為2的業(yè)務組之間采用4分貝或6分貝的功率偏移時，就取得最大的網絡容量。但是，如圖4A中所示，當在業(yè)務組之間采用4分貝的功率偏移時，將會出現優(yōu)先級為1的業(yè)務組信道受限的情況。此外，當在業(yè)務組之間采用6分貝的功率偏移時，將會出現優(yōu)先級為2的業(yè)務組頻率受限的情況。因此，為了對這兩個業(yè)務組取得最高的網絡容量，將有必要根據這兩個業(yè)務組的容量在業(yè)務組之間采用不同的功率偏移。然而，根據業(yè)務組容量來在業(yè)務組之間提供不同的偏移不一定會使網絡復雜化。
為了不依賴于各業(yè)務組的容量在兩個業(yè)務組之間取得固定的偏移，本發(fā)明可以采用調度和/或信道預留方案為特定用戶組提供優(yōu)先級。圖4B是說明采用優(yōu)先級調度的網絡中優(yōu)先級為1的業(yè)務組的容量與優(yōu)先級為2的業(yè)務組的容量的關系曲線。應該認識到，優(yōu)先級調度指多個用戶共享相同信道，例如時隙，其中，一個或多個用戶具有高于其他用戶的優(yōu)先級，可以更多地使用信道。還應該認識到，可采用信道預留來將不同用戶分配到信道上，即決定哪一個信道可以利用或可能共享。功率偏移用與參照圖4A所述的相同標記來表示。如圖4B所示，不管優(yōu)先級為1的業(yè)務組和優(yōu)先級為2的業(yè)務組之間的業(yè)務組合如何，利用優(yōu)先級調度，優(yōu)先級為1的業(yè)務組和優(yōu)先級為2的業(yè)務組之間的4分貝功率偏移導致了對網絡容量的最有效的利用。有關基于業(yè)務的功率設置(SBPS)的更多信息，感興趣的讀者應該參考Furuskr等人的題為“通過功率設置控制多種業(yè)務的服務質量的方法和裝置”的、于2001年7月6日提交的、序號為09/899242的美國專利申請，該申請的全部公開內容特意通過引用結合到本說明中。
應該認識到，在干擾受限的網絡中，當業(yè)務負載超過網絡容量時，用戶質量將下降到不可接受的水平。應該認識到，因為本發(fā)明針對干擾受限的情況而非信道受限的情況，所以在網絡容量因干擾而被超過時通常有額外的信道可用。為了避免這些過載情況，本發(fā)明采用一種接納控制方案，這種接納控制方案將接納的業(yè)務負載限制到可達到已接納用戶可接收的質量的水平。傳統(tǒng)的接納控制方案通?；谧畲蠼蛹{用戶數。盡管這些接納控制方案只可為僅支持一種類型的業(yè)務(例如電路交換語音業(yè)務)的網絡所接受，這些接納控制方案并沒有使支持多種業(yè)務的網絡的網絡容量最大化。具體地說，在支持多種業(yè)務的網絡中，不同業(yè)務的用戶產生不同數量的干擾，且可以支持的用戶數還隨業(yè)務組合而變化。因此，由于不同業(yè)務組引起的干擾量不定，從而導致基于接納用戶數的接納控制方案可能接納太多或太少的用戶。
為了克服基于接納用戶數的接納控制方案的不足，本發(fā)明采用基于功率的接納控制(PBAC)方案。僅當小區(qū)或信道層當前使用的總功率的函數值加上新用戶將要使用的功率的函數值不超過預定門限時，本發(fā)明的基于功率的接納控制(PBAC)方案才允許將新用戶接納到小區(qū)或小區(qū)的信道層中。預定的門限表示小區(qū)或信道層使用的功率總量的函數值，高于它將會有太多的干擾來自小區(qū)或信道層，以致所述小區(qū)或信道層或者其他小區(qū)或信道層內的通信QoS將下降到可接受的水平以下。
圖5是說明采用基于接納用戶數的接納控制的網絡(其中對語音業(yè)務用戶與數據業(yè)務用戶同等對待)的語音用戶百分率與最大負載的關系以及采用基于業(yè)務組所用功率的接納控制的網絡(其中根據分配給業(yè)務組的實際功率量對業(yè)務組所用的功率加權)的語音用戶百分率與最大負載的關系的曲線圖。如圖5中所示，在同等的用戶加權下，網絡的最大負載將隨業(yè)務組合變化。在此情況下，此變化是因為網絡具有維持高于純語音負載的純數據負載的能力。但是，當在確定網絡負載時根據用戶的輸出功率對用戶加權時，所得的負載測量值基本上與業(yè)務組合無關。
現將參照圖6A和6B進一步說明基于功率的接納控制(PBAC)的優(yōu)點。圖6A和6B分別說明滿意接納用戶的百分數和阻塞概率與歸一化總提供負載的關系。歸一化總提供負載(NOL)定義為NOL＝v/V+d/D，其中，v和d分別是提供的語音業(yè)務負載和數據業(yè)務負載，而V和D分別是單一業(yè)務網絡中可接受質量下的最大可持續(xù)語音和數據業(yè)務負載。在混合業(yè)務網絡中保持相對容量的網絡具有NOL＝1的容量限制，所以，應該認識到，當NOL＝2時，需要至少50％的阻塞概率以便為接納用戶保持可接受的質量。
在圖6A和6B中，帶加號的細線表示語音業(yè)務，而帶圓圈的粗線表示數據業(yè)務。具體地說，帶加號的細實線和帶空心圓的粗實線分別表示未采用接納控制(無AC)的網絡中的語音業(yè)務和數據業(yè)務；帶兩個加號的細實線和帶陰影圓圈的粗實線分別表示采用基于功率的接納控制(基于功率的AC)的網絡中的語音業(yè)務和數據業(yè)務；以及帶加號的細虛線和帶空心圓的粗虛線分別表示采用基于用戶(即用戶數)的接納控制(基于用戶的AC)的網絡中的語音業(yè)務和數據業(yè)務。如圖6A所示，基于功率的接納控制(基于功率的AC)在歸一化總提供負載增加時提供比未采用接納控制(無AC)的網絡高的滿意用戶百分數。但是，基于用戶的接納控制網絡將提供比基于功率的接納控制(基于功率的AC)網絡更高的滿意接納用戶百分數。
現參照圖6B，隨著歸一化總提供負載增加，基于用戶的接納控制將具有比基于功率的接納控制(PBAC)網絡高的阻塞概率。比較圖6A和6B，可以看出，基于用戶的接納控制(基于用戶的AC)網絡所取得的較高的滿意用戶百分數是以高于基于功率的接納控制(基于功率的AC)網絡的阻塞概率為代價而取得的?；谟脩舻慕蛹{控制(基于用戶的AC)的此較高的阻塞概率是因為對網絡進行度量以說明任何業(yè)務組最壞情況下的功率輸出，從而過高估計特定用戶引起的實際干擾。此外，基于功率的接納控制(PBAC)網絡的較低的阻塞概率可以在歸一化總提供負載高出1幾倍的情況下仍然獲得所需的95％的滿意語音用戶和90％的滿意數據用戶。注意，通過使用不同的功率門限，PBAC可以針對任何滿意用戶百分數目標而予以參數化。有關基于業(yè)務的功率設置(SBPS)和基于功率的接納控制(PBAC)的更多的信息，感興趣的讀者應該參考題為“通過功率設置控制多種業(yè)務的服務質量的方法和裝置”的、于2001年2月1日提交的、序號為09/899242的美國專利申請，該申請的全部公開內容通過引用結合到本說明中。
既然已對本發(fā)明的典型組成部分進行了概述，現在將參照圖7描述無線電通信網絡中這些組成部分的實現。最初，網絡將信道分配給網絡的所有小區(qū)(步驟710)。此分配將會包括低頻率重用率的FLP/CHAT技術，根據本發(fā)明的一個實施例，在分配廣播控制信道(BCCH)頻率之后，此分配將導致所有頻率可供網絡進行分配，作為將在各小區(qū)或信道層中進行分配的業(yè)務信道。因為本發(fā)明是為了提供干擾受限的網絡而非信道受限的網絡而設計的，所以執(zhí)行信道分配，以便將多于因網絡干擾而可以使用的信道數的信道分配給各基站。本專業(yè)的技術人員應該知道如何分配信道以使系統(tǒng)干擾受限，例如可采用計算機建模程序。在已經分配信道之后，在各小區(qū)中選擇各業(yè)務組的QoS(步驟720)。然后確定各小區(qū)中各業(yè)務組達到選定的QoS所需的無線電資源數量，以便所有業(yè)務組達到各自的QoS(步驟730)。隨后根據確定的無線電資源數量之差對該無線電資源進行分配(步驟740)。無線電資源的分配是通過在各業(yè)務組之間設置固定功率偏移(如上所述)而得以完成的。步驟720-740表示上述基于業(yè)務的功率設置(SBPS)技術。接著確定作為總功率函數的門限水平(步驟750)。這樣設置門限水平，使得如果超過該門限，則接納用戶的QoS將下降到不可接受的水平。接著確定小區(qū)中接納用戶當前所用的功率的函數值(步驟760)。然后根據所確定的接納用戶所用功率的函數值和確定的功率門限接納新用戶(步驟770)。步驟750-770表示上述的基于功率的接納控制(PBAC)技術。
應該認識到，選擇緊頻率重用、SBPS和PBAC組合是因為申請人認識到這些技術顯示出協(xié)同作用的特性。具體地說，利用FLP(可選用CHAT來擴展)，有可能總是保證干擾受限的操作，其中，SBPS和PBAC在其最有利的環(huán)境中工作。但是，許多用于提高網絡容量的技術通常不是加性的。例如，FLP/CHAT、SBPS和基于用戶的接納控制的組合就沒有取得達到本發(fā)明的高網絡容量所需的頻譜效率，因為基于用戶的接納控制依賴于業(yè)務組合，并且必須保守地對網絡進行度量，以便說明最壞的業(yè)務組合。
盡管已結合使用FDMA/TDMA接入技術進行通信的GSM/EDGE網絡對本發(fā)明作了說明，但本發(fā)明可應用于其他類型的無線電通信網和其他類型的接入技術。
本發(fā)明是參照特定實施例來加以說明的。但是，本專業(yè)的技術人員容易理解，有可能以不同于上述實施例的特定形式來實施本發(fā)明。這可以在不背離本發(fā)明的精神的前提下完成。上述實施例只是說明性的，不應視為任何形式的限制。本發(fā)明的范圍由所附權利要求書給出，而非前述說明，并且旨在將屬于權利要求書范圍的所有變化和等效物包含于其中。
權利要求
1.一種用于使無線電通信網絡的容量最大化的方法，所述方法包括如下步驟為所述無線電通信網絡中的各基站分配一組信道，其中，所述各組信道包括的信道多于因網絡干擾而可用于通信的信道，以及所述各基站具有相關的覆蓋區(qū)域；為所述無線電通信網絡中的各基站的第一業(yè)務組和第二業(yè)務組選擇服務質量要求；為所述第一和第二業(yè)務組確定一定數量的無線電資源，以達到所述的各自的服務質量要求；基于所述確定的無線電資源數量之差在所述第一和第二業(yè)務組之間分配所述無線電資源，其中，所述無線電資源在所述第一和第二業(yè)務組內是按每個承載體來進行分配的，以及所述無線電資源至少是從所述信道組分配的；計算與各基站相關的各覆蓋區(qū)域內所有用戶的功率的函數值；以及如果所述計算得到的函數值小于預定門限則將新用戶接納到與所述基站之一相關的所述覆蓋區(qū)域內。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述信道包括至少一個頻率和至少一個時隙的組合。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如下步驟利用同一頻率組上的跳頻序列在各組內的基站和其中的用戶之間進行通信。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，各組內相鄰基站的跳頻序列不同。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，如果各組內各基站的通信導致彼此之間的干擾高于預定干擾量，則它們是相鄰。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，各基站包括與第一信道層相關的第一收發(fā)信機和第一天線，以及與第二信道層相關的第二收發(fā)信機和第二天線，其中，所述第一和第二收發(fā)信機部分地或完全地共享所述同一組信道。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，各信道包括至少一個頻率和至少一個時隙，其中，所述第一和第二收發(fā)信機利用不同的跳頻序列進行通信。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于還包括如下步驟將各基站的收發(fā)信機資源劃分成信道層，其中，各信道層部分地或完全地共享所述相同的無線電資源，從而通過劃分收發(fā)信機資源而增加了所述第一和第二業(yè)務組之間分配的無線電資源數量。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述網絡利用優(yōu)先級調度來使已經接納到所述覆蓋區(qū)域內的各業(yè)務組的用戶接入所述信道。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述分配的無線電資源還包括發(fā)射功率。
11.一種使無線電通信網的容量最大化的方法，所述方法包括如下步驟為所述無線電通信網絡中的各基站分配一組用作業(yè)務信道的信道，其中，對所述信道進行分配，以使所述網絡是干擾受限的；為第一業(yè)務組和第二業(yè)務組選擇服務質量要求；為所述第一和第二業(yè)務組確定一定數量的無線電資源，以達到所述的各自的服務質量要求；基于所述確定的無線電資源數量之差在所述第一和第二業(yè)務組之間分配所述無線電資源，其中，所述無線電資源是功率值，以及所述無線電資源至少是從所述信道組分配的；計算所述第一和第二業(yè)務組所用無線電資源的總量；以及如果所述無線電資源總量小于預定門限，則為所述無線電通信網的新用戶分配無線電資源。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，各信道包括至少一個頻率和至少一個時隙。
13.如權利要求11所述的方法，其特征在于還包括如下步驟利用所述同一頻率組上的跳頻序列在所述無線電通信網內的基站和用戶之間進行通信。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，相鄰基站的所述跳頻序列不同。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，如果各基站的通信導致彼此之間的干擾高于預定干擾量，則它們是相鄰。
16.如權利要求11所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟將各基站的收發(fā)信機資源劃分成信道層，其中，各信道層部分地或完全地共享所述相同的無線電資源，從而通過劃分收發(fā)信機資源而增加了所述第一和第二業(yè)務組之間分配的無線電資源數量。
17.一種用于使無線電通信網絡的容量最大化的方法，所述方法包括如下步驟為所述無線電通信網中的各基站的各信道層的第一業(yè)務組和第二業(yè)務組選擇服務質量要求；為所述第一和第二業(yè)務組確定一定數量的無線電資源，以達到所述的各自的服務質量要求；基于所述確定的無線電資源數量之差在所述第一和第二業(yè)務組之間分配所述無線電資源，其中，所述無線電資源在所述第一和第二業(yè)務組內是按每個承載體來進行分配的；計算各信道層中所有用戶的功率的函數值；以及如果所述計算得到的函數值小于預定門限，則接納新用戶到各扇區(qū)。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于還包括如下步驟利用所述同一頻率組上的跳頻序列在所述無線電通信網內的基站和用戶之間進行通信。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述基站的各信道層的跳頻序列不同。
20.一種用于使無線電通信網絡的容量最大化的方法，所述方法包括如下步驟為所述無線電通信網絡中的第一和第二基站分配一組信道，其中，所述第一和第二基站分配得到的信道多于因網絡干擾而可用于通信的信道；將所述信道組劃分成用于所述第一和第二基站的至少兩個信道層，其中，所述第一基站的所述至少兩個信道層中的每個信道層部分地與所述第一基站的所述至少兩個信道層中的另一信道層共享信道；為第一和第二業(yè)務組確定一定數量的無線電資源，以達到所述第一和第二業(yè)務組中每個業(yè)務組的預定的服務質量要求；以及基于所述確定的無線電資源數量之差在所述第一和第二業(yè)務組之間分配所述無線電資源，其中，所述無線電資源在所述第一和第二業(yè)務組內是按每個承載體來進行分配的，以及所述無線電資源至少是從所述信道組分配的。
全文摘要
一種用于提供高容量無線電通信網絡的方法和裝置。網絡在小區(qū)之間采用低頻率重用技術。重用技術通過例如使網絡中的所有小區(qū)具有將業(yè)務信道分配到已指配給網絡用于業(yè)務信道的所有頻率上的能力而使網絡干擾受限。所采用的重用技術是部分負載規(guī)劃，此技術可以通過信道分配分層(CHAT)擴展到極限容量。各小區(qū)中的無線電資源是用基于業(yè)務的功率設置(SBPS)技術來進行分配的，以便使網絡容量最大化而同時允許各業(yè)務組達到其服務質量(QoS)要求。為了限制干擾以保持/控制已接納用戶的所需QoS水平，在網絡中采用基于功率的接納控制(PBAC)技術來控制接納新用戶進入網絡中。
文檔編號H04B7/005GK1636416SQ02818672
公開日2005年7月6日 申請日期2002年9月27日 優(yōu)先權日2001年9月27日
發(fā)明者A·福魯斯凱, S·G·克雷格, P·德布魯因 申請人:艾利森電話股份有限公司