在具有不平衡的负载能力的资源的通信 系统中选择资源的方法及装置 发明的领域
本发明涉及在多载波通信系统中，特别是在其资源之间具有非平衡的负载能力的码分多址(CDMA)系统中分配负载。
发明的背景
码分多址(CDMA)蜂窝通信系统通常有几个射频(RF)载波。将每个RF载波视为为入站呼叫服务的一个资源。由系统资源服务的入站呼叫或进行中的通话是该资源的负载。每个资源有负载能力。
通信系统具有的总负载能力可能远大于为在所有信道上维持最佳帧错误率(FER)所需要的负载能力。因为可能不会在所有的RF载波中平均地分配总负载能力，或者说可能不平均地加载RF载波，每当在负载水平勉强够维持最佳帧错误率(FER)的载波上建立新呼叫时，FER至少在一段时间降级。但是，此时其他一些在负载水平和负载能力之间有可接受裕量的载波可能可以使用却未用。结果，RF载波之间的负载能力的不平衡引起低效率使用总系统负载能力的情况。
建议根据顺序来加载载波以控制系统地加载。载波的顺序是基于资源的可用性及每个载波的负载水平。例如，根据负载的最小数量及可用于处理入站呼叫的资源的最大数量来选择最好的候选者。但是，在一个载波上建立呼叫的初始控制不只影响该特定的载波本身；它的影响不可控制地扩散到通信系统的邻近小区及扇区的载波上。
例如，由华盛顿地区电信工业协会公布的临时标准(IS)-95CDMA通信标准，与其随后的修订版一起，要求通信系统在某些邻近的小区或扇区建立用于软切换的链路。如果在邻近的小区或扇区的RF载波的负载水平相对于其负载能力是勉强够格的，这些在邻近小区或扇区上的不可控的RF载波分配会引起严重的FER降级。因此，尽管发明了初始呼叫建立控制方法，它在通信系统邻近的小区或扇区的RF载波上的影响可能是不可控的。
因此，当在通信系统的RF载波，扇区或小区中存在不平衡的负载能力时，需要有效地使用系统的总负载能力。
附图简要说明
图1一般描述覆盖区域包括子系统，小区，和扇区的蜂窝通信系统的构造。
图2和3一般描述有特定的负载水平和能力的射频载波。
图4一般描述有各自的负载水平及能力的多个射频载波。
图5一般描述在蜂窝通信系统中呼叫分配的流程图概要。
优选实施方式的详细说明
在包括多个负责服务呼叫的候选资源的通信系统中，选择一个服务呼叫的候选资源的方法包括确定每个候选资源的负载水平和相对负载能力。相对负载能力以每个候选资源的负载能力与所有候选资源的总负载能力的比值为根据。用基于每个资源的负载水平与对应的相对负载能力量测的乘积的相对顺序来选择候选资源。在所述多个候选资源中被选择的资源的乘积值最低。
本发明的另一方面，确定负载水平的方法是根据负载水平的一个瞬时的及平均的量测。另外，确定相对负载能力的方法是根据静态和动态负载能力。动态负载能力以动态负载能力的瞬时及平均量测为根据。
候选资源是通信系统中的多个候选的射频载波，扇区，小区，和子系统。
通信系统是码分多址系统。通信系统包括多个射频站，及一个控制器系统，用于控制所述多个射频站采用在多个射频站中选择一个射频站来服务主叫用户的方法来建立一主叫用户。根据所述多个射频站的顺序选择。通信系统可能有至少两个共存的不同类型的子系统，如码分多址和时分多址系统。通信系统控制器还包括选择共存的通信子系统之一来服务主叫用户的功能。
通信系统的硬件局限性确定每个射频(RF)载波的静态负载能力的最大量级。理论上，在CDMA系统中，可以加载到一个RF载波上的最大用户数由可用于此载波的沃尔什码的最大数目确定。在这种通信系统中，在某一段频谱中的RF载波可能不被那些与支持另一段频谱中的RF载波的硬件有相同限制的硬件支持。因此，通信系统在其RF载波中可能有静态不平衡负载能力，这个不平衡扩展到在整个通信系统中的扇区或小区的负载能力。
参考图1，通信系统100一般包括几个小区101，102，和103，在很大的地理范围内给象无线电话150那样的移动单元提供无线通信覆盖。邻近的系统110有小区111，112，和113，对象150那样的主叫用户提供类似的服务。每个小区用于服务至少一个地理范围。尽管在图1中将小区表示为整齐的编组，实际上，小区边界不是清楚定义的，在小区之间会存在一个或多个覆盖范围的重叠。
将每个小区分为几个扇区。例如，小区101有扇区104，105，106，107，108和109。每个扇区用于服务于小区覆盖范围内的几个呼叫。扇区一般包括用于接收或发送RF载波RF部件。参考图1，画出RF部件130-135，其中每个RF部件服务一个小区。在一给定的时间将几个RF载波用于每个小区。系统100和110有控制器136和137，包括控制通信系统的每个小区的移动性管理器和移动交换中心。画出在每个小区和对应的系统控制器之间有连接。此外，概念性地画出系统100和110的控制器通过连接120链接起来。
当开始建立呼叫时，通信系统100或110通过其控制器136或137，在把一个给定的扇区和给定的小区中一个RF载波用于服务于此呼叫之前估价所有可用的小区，扇区，和RF载波。在几个共存的通信系统通过象120那样的连接连接起来的情况下，控制器136和137的功能还包括决定哪个系统可以服务此呼叫的功能。
负载能力的不平衡也可能是由于通信系统运行的动态性。例如，CDMA系统由于系统动态的许多细节给一个扇区或小区或一组RF载波加载得比另一个多。可能影响负载能力的系统动态性的例子包括用户离一个特定的小区或扇区的远近，在系统的用户中的发送功率电平，用户相互之间及相对于系统位置的移动性，RF载波的多径效应，以及RF环境。
一般，在静态和动态负载能力之间有相互关系。动态负载能力比静态负载能力小一个裕量(margin)。维持裕量是为了保证例如在移动站和基站之间通信的FER。如果负载水平增加到超过动态负载能力，则相对于静态负载能力，最佳裕量小，并引起系统FER的严重降级。因此，由于系统帧错误率(FER)降级有害地影响了通信链路的语音质量。
图2表示本发明的一个方面，其中画出具有两个载波A 205和B206的通信系统。载波的静态负载能力相等，并且对于载波A 205示为NAs 202水平，而对于载波B 206示为NBs 201水平。由于如上所述的系统动态性，载波205的实际或平均动态负载能力为Nad204水平，小于载波206的实际或平均动态负载能力水平NBd 203。载波206和205的实际或平均负载水平分别为LB 207和LA 208水平。
当开始建立一呼叫时，系统可选择分配该呼叫的服务给载波A205或载波B 206。如果将该呼叫分配给载波205，负载水平LA 208增加一个呼叫。如果负载水平LA 208接近动态负载能力NAd 204，由于给载波A 205分配新的呼叫使FER经受严重的降级，另一方面如果将呼叫分配给载波B206，负载水平LA 207增加一个呼叫；如果负载水平LA 207没有接近动态负载能力NBd 203，FER就不会严重的降级。
根据本发明的一个方面，根据可用载波的负载能力或负载水平的比例选择用于处理一个呼叫的载波
例如，当下面的比例保持相等时将一新呼叫分配给一个载波。
NAd/NBd＝LA/LB (1)
即，如果要服务一个新呼叫，系统在分配一个载波给该呼叫之前，估计每个载波205和206的动态负载能力Nad和NBd。首先估计等式(1)右面的值，然后将此呼叫分配给载波A205或载波B206使得等式(1)中比例保持相等。结果，比较有效地使用总的系统能力并从而避免了系统中FER降级。
参考图3，载波205和206分别具有不同的静态负载能力电平，NAs 202和NBs 201，以及动态负载能力NAd 204和NBd 203。一般，动态负载能力的比例与相应的静态负载能力的比例有关。作为这种相关的结果，并且根据本发明的一个方面，在维持下面比例时可分配一载波服务于一个新的呼叫：
NAs/NBs＝LA/LB (2)
大多数通信系统有多于两个RF载波。因此本发明的又一个方面，可以根据图3中数学地及图形地所示的关系来选择一个载波服务于一个新呼叫。这里用等式(3)表示数学关系。S＝arg min{αiLi}；i＝1，k (3)
参考图4，除了前面图2和3中的载波205和206以外还画出载波420和421。每个载波420，421，205和206有静态和动态负载能力。静态负载能力的水平示于404，403，202和201。动态负载能力的水平示于408，407，204和203。等式(3)中，指定静态和动态负载能力分别为“Nis”和“Nid”。标示“i”表示指定一个载波的号。通过获知可用于一个载波的硬件资源的局限性可以容易地测量该载波的静态负载能力“Nis”。用在给定的FER级别上进行通话的总数来量测一个载波的动态负载能力“Nid”。例如，系统设计者会要求帧错误率水平以维持语音质量在一个可接受的水平。因此，进行中的通话数的值是动态负载能力“Nid”，将它设置在允许系统运行于可接受的FER的一个点上。另一种量测“Nid”的方法是量测在一给定的丢失呼叫的百分数下的进行通话的数。在要求的丢失呼叫的百分数下量测的进行通话的数是动态负载能力“Nid”。本发明中“Nid”的量测不限于这里给出的例子。可以用与通信系统相联系的其他类似的方法定义和量测动态负载能力。
仍旧参照等式(3)，每个载波具有负载水平“Li”。负载水平“Li”是以在载波“i”上的呼叫数表示的负载水平的实际的瞬时或平均量测。另一种量测负载水平的方法是该载波的发送功率电平。将线性功率放大器的峰值功率电平设置在代表该载波的动态或静态能力的电平上。这样，如果线性功率放大器运行于低于一个载波的峰值功率的65％时，该载波的负载水平为35％。或者，可以测量一个载波上所有的前向链路数用来指示负载水平“Li”。此外，还有其他直接或间接的量测一个载波的负载水平的方法。
根据等式(3)对于每个载波“i”，计算相对负载能力参数“αi”。有k个载波。因此，对于i＝1至k的每个载波有相对负载能力参数“αi”。等式(3)中，参数“Ni”可能以静态或动态负载能力为根据；当选择了一个基准时，就统一使用该基准来量测用于等式(3)的每个载波的“Ni”。如等式(3)所示，相对负载能力参数是表示一个载波相对于所有其他载波的相对负载能力。因此，需要知道一个载波的实际负载能力或此载波相对于其他载波的负载能力。
对每个载波从i＝1至k，负载水平“Li”被相应的相对负载能力参数“αi”相乘。对每个载波i＝1至k，将“Li”和“αi”相乘。根据本发明，在所有的其他载波当中，具有最小相乘结果的载波“i”是分配新呼叫服务的最好的载波。用下面的例子说明等式(3)的运算。载波i＝1，2，和3的Ni分别等于10，7，和4。因此对于i＝1，2，和3的αi别为2.1，3，和5.25。如果对于i＝1，2，和3的Li分别等于6，2，和3。对于i＝1，2，和3的Liαi为12.6，6，和15.75。根据本发明，因为载波i＝2有最小的Liαi值，选择它作为服务呼叫的载波。
可以使用本发明的不同的方面来选择一个小区的特定的扇区，以用在该所选择的扇区中可用的一个RF载波来服务一个呼叫。类似地，可以使用本发明来选择通信系统中的一个小区(通信系统有几个可用的小区)，用于用在所选择的小区的一个扇区中的一个RF载波来服务一个新的呼叫。
另外，通信系统技术允许在一个地区同时运行两个或多个通信系统。因此，当服务新呼叫时，可以使用本发明来选择一个可用的系统来服务新呼叫。
选择通信系统，小区，扇区，和RF载波来服务一个新呼叫的方法很相似。参考图5，用流程图表示选择一个RF载波以服务一个入站呼叫的程序。如果多于一个通信系统可用，程序可从501开始。如果只有一个系统可用，或者已知哪个系统服务于入站呼叫，选择程序可从504开始。如果已知一个特定的小区服务于入站呼叫，选择程序可从507开始。最后，如果将呼叫路由到特定的扇区，选择程序可从509开始。
例如，在有多个可用的通信系统的情况，等式(3)中的“Ni”是每个系统的总静态或动态负载能力，i＝1至k。“Li”是每个通信系统的总负载水平，i＝1至k。对每个通信系统计算相对负载能力参数“αi”，i＝1至k。则对于i＝1至k对应的“αi”和“Li”乘积最小值的通信系统就被选择为服务新呼叫的系统。
在小区级，等式(3)中的“Ni”是每个小区的总静态或动态系统能力，i＝1至k。“Li”是每个小区的负载水平，i＝1至k。对每个小区计算“αi”，i＝1至k。则对于i＝1至k对应的“αi”和“Li”乘积最小值的小区就被选择为服务新呼叫的小区。
在扇区级，等式(3)中的“Ni”是每个扇区的总静态或动态系统能力，i＝1至k。“Li”是每个扇区的总负载水平，i＝1至k。对每个扇区计算“αi”，i＝1至k。则对于i＝1至k对应的“αi”和“Li”乘积最小值的扇区就被选择为服务新呼叫的扇区。
通过累加通信系统中可量测并可分割的负载水平或负载能力，可计算一个通信系统，一个小区，或一个扇区的总负载水平“Li”，或总负载能力“Ni”。例如，最小的可分割的负载水平或负载能力是对一个RF载波测量的。把一个扇区，一个小区，或一个通信系统中所有RF载波的“Li”和“Ni”相加起来，以分别表示一个扇区，一个小区，或一个通信系统中的总“Li”和“Ni”。
虽然参考特定的实施方式具体地表示和说明了本发明，本领域的普通技术人员可以理解，可以在形式和细节上作不同的变化而不背离本发明的精神和范围。下面权利要求书中的所有装置或步骤加上功能部件中的相应的结构，材料，动作和等效的东西，都是想要包括任何其它与具体要求的其他部件相结合用来完成这些功能的结构，材料，或动作。