專利名稱：在無線網(wǎng)絡中調(diào)整天線輻射的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明通常涉及一種在無線網(wǎng)絡中調(diào)整天線輻射以最小化同信道干擾的系統(tǒng)和方法。
無論何時開始安裝或擴展一個無線網(wǎng)絡，各種無線參數(shù)都必須在完全商業(yè)運行前調(diào)整到合適的值。無線參數(shù)的調(diào)整是指射頻(RF)網(wǎng)絡優(yōu)化。RF優(yōu)化典型包括調(diào)整基站天線的方向和下行鏈路發(fā)射機的發(fā)射功率。
無線業(yè)務提供者經(jīng)常依賴嘗試法策略以優(yōu)化無線網(wǎng)絡中的小區(qū)或其它地理區(qū)域的射頻天線覆蓋。嘗試法策略需要通過反復的測試驅(qū)動(test drive)在相同的位置重復測量直到為每個基站發(fā)現(xiàn)天線方向的可行性星座(constellation)。測試驅(qū)動是指從一種交通工具取得射頻測量樣值，裝備該交通工具以便測量射頻參數(shù)比當行駛經(jīng)過無線網(wǎng)絡的覆蓋區(qū)域時的位置。根據(jù)一個測試驅(qū)動期間在一簇小區(qū)中的記錄的參數(shù)測量值，建立調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)的建議。但是如果把不正確的建議用于運行的系統(tǒng)則嘗試法方案有時會導致質(zhì)量惡化或業(yè)務中斷。在實現(xiàn)對系統(tǒng)參數(shù)建議的改變后，典型地完成另一個測試驅(qū)動以證實系統(tǒng)性能。如果最新的測試驅(qū)動沒有表示足夠的性能，無線網(wǎng)絡或擴展則可能延遲商業(yè)運行，而隨后由相應的測試驅(qū)動進行另一輪的參數(shù)調(diào)整。
即使無線網(wǎng)絡及時進入商業(yè)運行，但不合適的射頻優(yōu)化可能會降低無線網(wǎng)絡的容量。不能正確地優(yōu)化射頻覆蓋將導致資金密集型的蜂窩基礎結(jié)構(gòu)的不必要的花費。例如，可能會增加并不真正需要的附加的信道容量或附加的小區(qū)基站以補償錯誤優(yōu)化的無線系統(tǒng)。
由于經(jīng)常需要反復的或多次場地測量以得到射頻優(yōu)化的可接收方案，用于優(yōu)化的嘗試法方案浪費了寶貴的設計時間和技術(shù)資源。嘗試法的重復特性使得該方案難以或不可能處理大型網(wǎng)絡。因此，存在改進優(yōu)化精確性而不依賴消耗時間和經(jīng)驗數(shù)據(jù)偶然積累的需要。
當無線網(wǎng)絡從第二代無線網(wǎng)絡向第三代無線網(wǎng)絡發(fā)展時，把嘗試法技術(shù)用于射頻覆蓋的優(yōu)化將變得落伍了，因為期望第三代無線網(wǎng)絡需要在與天線輻射圖有關(guān)的變量和排列的數(shù)目上有顯著的復雜性。第二代無線網(wǎng)絡主要涉及在垂直方向上改變天線方向，即通常所說的向下傾斜(down-tilt)。相比之下，期望第三代無線網(wǎng)絡能垂直和水平地改變基站天線輻射圖。
根據(jù)本發(fā)明，一種在無線網(wǎng)絡中調(diào)整射頻覆蓋的方法涉及以受控的方式改變天線的天線輻射方向以允許信號參數(shù)(例如，信號強度)的測量。當天線輻射方向改變時，測試接收機在測量位置測量來自天線的信號參數(shù)。處理系統(tǒng)根據(jù)測量的信號參數(shù)為網(wǎng)絡系統(tǒng)的每個天線或其分段確定合成天線輻射方向。
下行鏈路天線的合成天線輻射方向指導天線輻射方向，結(jié)果對于整個無線網(wǎng)絡中所選擇的測量位置，在測試接收機的載波干擾比是充足的、最大化、或者符合另一個可接收的性能標準。天線輻射方向表示方向性或向下傾斜的輻射圖關(guān)于所接收或發(fā)射的電磁信號具有最大增益的方位角、向下傾斜角、或兩者兼有。通過消除采用依據(jù)傳統(tǒng)的嘗試法方案的場地測量的循環(huán)或反復特性，該方法及其相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)屬性提高了射頻優(yōu)化的效率。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的無線網(wǎng)絡的第一個實施例的方框圖。
圖2是說明在根據(jù)本發(fā)明的無線網(wǎng)絡中調(diào)整天線輻射的方法的流程圖。
圖3A到圖3C是根據(jù)本發(fā)明可能的合成天線輻射方向的圖形描述。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的測量過程的方框圖。
圖5說明根據(jù)本發(fā)明用于測量信號干擾比的位置矩陣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
圖6說明根據(jù)本發(fā)明用于測量干擾和背景噪聲的位置矩陣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
圖7是表示在根據(jù)本發(fā)明的無線網(wǎng)絡中用于確定合成天線輻射方向以最小化平均干擾的密集過程的流程圖。
圖8是表示在根據(jù)本發(fā)明的無線網(wǎng)絡中用于確定合成天線輻射方向以最小化平均干擾的模擬韌化過程(annealing procedure)的流程圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的無線網(wǎng)絡的第二個實施例的方框圖。
根據(jù)本發(fā)明，圖1表示一個無線網(wǎng)絡，該無線網(wǎng)絡包括經(jīng)通信線路與多個基站控制器16耦合的移動交換中心10。一個基站控制器16耦合到一個基站18和一個天線系統(tǒng)20。實際上，基站控制器16、基站18、和天線系統(tǒng)20可以在同一位置以便經(jīng)射頻覆蓋形成服務一地理區(qū)域的小區(qū)基站(cell site)。
移動交換中心10通常包括適于和基站控制器16合作支持交換和控制功能的任何電信交換機。實際上，移動交換中心10與至少另一個電信交換機通信以使移動交換中心10連接到公共交換電話網(wǎng)(PSTN)、無線網(wǎng)絡、或者兩個網(wǎng)絡。
移動交換中心10在兩個方面不同于許多標準的可用于商業(yè)的交換機。第一，移動交換中心10包括用于調(diào)度(schedule)每個天線系統(tǒng)20的天線方向的調(diào)度器12。第二，移動交換中心10包括與調(diào)度器12通信的中心天線控制器14。中心天線控制器14和調(diào)度器12包括用于在移動交換中心10的一個位置控制天線系統(tǒng)20的軟件指令和兼容的處理系統(tǒng)。
中心天線控制器14適于經(jīng)基站控制器16向天線系統(tǒng)20發(fā)送命令信號。命令信號可以從每個基站控制器16經(jīng)過基站18發(fā)送到各自的天線系統(tǒng)20。在任何給定的瞬間，中心天線控制器14利用命令信號控制相應天線系統(tǒng)20中每個天線的輻射方向。中心天線控制器14通常在可用天線輻射方向限定范圍內(nèi)對每個測量位置改變天線輻射方向。對每個測試位置中心天線控制器14通過天線輻射狀態(tài)的已定義范圍旋轉(zhuǎn)到天線輻射方向的峰值增益至少一次。中心天線控制器14按照調(diào)度向每個天線系統(tǒng)20發(fā)送命令信號，這樣用協(xié)調(diào)的方式可以轉(zhuǎn)動每個被控制的天線系統(tǒng)20的天線輻射方向。
調(diào)度器(scheduler)12包括協(xié)調(diào)每個天線的輻射方向變化的第一列表和一個第二列表。第一列表和第二列表一起作為一個調(diào)度。第一列表將無線網(wǎng)絡中的天線按照天線測量順序組織在一起。天線測量順序確定一個序列，在該序列中測量來自不同的天線的電磁傳輸。
第二列表為每個天線組織輻射方向測量順序。方向測量順序確定一個序列，以該序列測量來自每個天線在不同輻射方向上的的電磁傳輸。按照第一和第二列表，位于移動交換中心10處的中央天線控制器14，發(fā)送命令信號到每個基站18以便控制相應天線方向圖到一個給定方向。因此，在任何時刻，一個天線輻射圖的峰值增益通常指向一個確定的方向。調(diào)度通常需要一個超過基站18數(shù)目和每個天線的可能天線輻射方向數(shù)的組合的存儲容量。
調(diào)度確定一個持續(xù)時間，在此持續(xù)時間內(nèi)每個天線輻射圖將保持導向一個給定的方向。按照此調(diào)度的一個更好的結(jié)構(gòu)，中央天線控制器14分別且連續(xù)地在可能的輻射方向狀態(tài)的范圍中掃描每個天線，以便測試接收機21在任意時刻僅從一個天線接收。當中央天線控制器14中的控制器指針到達調(diào)度中的最后一個天線的最后一個輻射方向之后，控制器指針重置為下一個天線的第一個方向；下一個天線的下一個測量循環(huán)將開始。在整個測試驅(qū)動期間在每個測量位置測量過程從第一個天線的第一個輻射方向執(zhí)行到最后一個天線的最后一個輻射方向，直到覆蓋整組測量位置或是至少覆蓋統(tǒng)計上足夠的部分的測量位置以便達到所選擇的可信度水平。如果射頻最優(yōu)化方法僅應用于部分無線網(wǎng)絡則不需要覆蓋所有的測量位置。
在一個測試驅(qū)動期間采集的測量信號參數(shù)(例如，信號強度)數(shù)據(jù)用于確定每個天線合成天線輻射方向。如果天線輻射方向是以合成天線輻射方向排列的，則在整個無線網(wǎng)絡的地理覆蓋區(qū)上產(chǎn)生的總載波干擾比將是最大的，或者至少是充足的從而足以達到實際射頻設計目的。
天線系統(tǒng)20通常包括相控天線陣天線或動態(tài)可控制輻射圖的天線。天線輻射方向是指包括相控天線陣天線的任何設計的方向性天線的主波瓣峰值增益的方向。相控天線陣天線包括移相器或者另外響應于中央天線控制器14或是別的天線控制器而改變天線系統(tǒng)20的輻射圖的別的信號處理技術(shù)。用相控天線陣天線，不僅能電子改變天線的輻射方向，而且也能電子改變天線的輻射圖的形狀。因此，網(wǎng)絡操作員能優(yōu)化或提高關(guān)于拓撲結(jié)構(gòu)和通信量的網(wǎng)絡性能。根據(jù)本發(fā)明，調(diào)整天線輻射的系統(tǒng)和系統(tǒng)化方法非常適用于開發(fā)在相控天線陣天線的輻射圖方向變化中的適應性。
理論上，每個天線都能采用給定的范圍內(nèi)的任何輻射方向；天線輻射方向域是一個連續(xù)區(qū)間。但實際上，許多適用于商業(yè)的天線系統(tǒng)20僅提供天線輻射方向的離散的輻射狀態(tài)。天線輻射方向和輻射方向變化能相應于來自中央天線控制器14的命令信號而調(diào)整到離散的狀態(tài)?；诿總€天線系統(tǒng)20的通常希望的射頻覆蓋來選擇輻射狀態(tài)范圍以便限制在每個位置需要的測量范圍。例如，如果建立一個天線系統(tǒng)20服務多-扇區(qū)小區(qū)中的某一扇區(qū)，則天線輻射方向范圍可以限制在響應于天線系統(tǒng)20的那個扇區(qū)(或稍微超出它一些)。限制天線輻射圖的范圍可減少確定合成輻射方向的數(shù)據(jù)處理的負擔并減少測量處理的持續(xù)時間。如果多單元天線與每個基站有關(guān)，則每個天線有一個由基站傳輸?shù)南鄳奶炀€識別符以便允許同時或是連續(xù)的識別在一特殊時間發(fā)射電磁信號的現(xiàn)用天線。
測試接收器21包括用來從基站18接收已發(fā)射的下行鏈路電磁信號的接收器。在一個天線場地已發(fā)射的下行鏈路電磁信號來自天線系統(tǒng)20。基站18適合為識別有源輻射天線系統(tǒng)20和與之相關(guān)的輻射方向而發(fā)射一個唯一的基站識別碼。測試接收器21可以簡化相應于作為隨后參考的信號參數(shù)的基站識別碼記錄。天線系統(tǒng)20通過諸如同軸電纜的傳輸媒質(zhì)更好地耦合到基站18的一個相應傳輸射頻端口。測量電磁信號的信號參數(shù)(例如，信號強度)的信號參數(shù)測量器耦合到測量接收器21。信號參數(shù)測量器，例如已接收信號強度指示器(RSSI)，包括在記錄媒質(zhì)上記錄已測量信號強度的記錄設備。記錄設備可包括一個具有與信號強度測量器相連的適合的模擬或是數(shù)字接口的普通用途的計算機?？蓽y量信號強度是指具有超過背景噪聲的信號強度的任何信號。一個可測量信號可以由具有適當噪聲系數(shù)的測試接收器21來檢測和測量。測試接收器21在每個測量位置需要一個逗留時間，這由上述調(diào)度規(guī)定。
記錄設備用由調(diào)度確定的一種方法和格式將從接收器接收的數(shù)據(jù)抽樣記錄到記錄媒質(zhì)上。記錄媒質(zhì)與一個由用來保存所期望的數(shù)據(jù)抽樣所需要的多個寄存器組成的緩沖器相連。數(shù)據(jù)抽樣可以包括相應于不同的測量位置和不同的天線場地的信號參數(shù)值(例如，信號功率或信號強度)。因此，在每個緩沖器中的寄存器的數(shù)目應至少和在不同天線場地的相應天線指定的天線輻射方向數(shù)一樣。
在其它因素中，記錄媒質(zhì)的整個存儲容量與天線的數(shù)目(n)，每個天線的天線輻射方向狀態(tài)數(shù)目(l)，以及位置數(shù)(m)相當。用數(shù)學方式表達，在測試驅(qū)動中，有n×m×l個數(shù)據(jù)抽樣要測量。
圖2表示按照本發(fā)明的一種在無線網(wǎng)絡中調(diào)整天線輻射的方法。從步驟S100開始，整個天線輻射方向的范圍內(nèi)天線組的天線輻射方向改變(例如，周期地)。雖然在另一個實施例中天線輻射方向由在每個地點的一組與公共基準時間同步合作的本地天線控制器控制，但是天線輻射方向最好由位于移動交換中心10的中央天線控制器14控制。
天線輻射周期表示天線在狀態(tài)范圍內(nèi)從第一個狀態(tài)到最后一個狀態(tài)變化輻射方向的持續(xù)時間。天線控制器或中央天線控制器14最好設置天線輻射周期作為相當?shù)脑谂c測量位置一致的測量接收器位置處的測試接收器21的靜止或是移動的持續(xù)時間。例如，如果每個天線系統(tǒng)的掃描速度比移動速度快，則對于在測量位置移動的移動測試接收器可以忽略測量錯誤。因此，中央天線控制器14按照天線輻射周期為每個天線的獨立輻射方向變化的協(xié)作建立了一個通用調(diào)度。
在步驟S102，測試接收器21為多個測量位置的不同天線輻射方向測量信號參數(shù)。例如，測試接收器21為一個輻射周期測試來自在每個被選擇的測量位置的天線的信號參數(shù)。測量的信號參數(shù)可以包括信號強度，雖然在另一個實施例中測量的信號參數(shù)可以包括信-噪(signal-to-noise)，載波-干擾(carrier-to-interference)，幀-差錯率，比特差錯率，或另一個射頻性能測量。N個基站18中的每一個服務于被稱為是小區(qū)的一個地理覆蓋區(qū)域?？傊xm個測量位置這樣它們表示網(wǎng)絡的整個覆蓋區(qū)域。相應地，需要有m個緩沖器來記錄測量數(shù)據(jù)。緩沖器的存儲容量由每個天線可能產(chǎn)生的方向性狀態(tài)的數(shù)目決定。對于步驟S102處的測量，通常測試接收器21在每個測量位置至少保持每個天線的一個掃描周期或是循環(huán)。
調(diào)整方法可以簡化為在后續(xù)計算中僅測量和考慮網(wǎng)絡的信標信道。通常信標信道指示每個小區(qū)的射頻覆蓋。例如，移動通信特別研究組(GSM)的廣播控制信道(BCCH)和在IS-95中描述的CDMA(碼分多址)中的導頻信道都是信標信道。
在步驟S104，處理系統(tǒng)更好地將已測量信號參數(shù)編組為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如相應于每個測量位置的位置測量矩陣。在步驟S106，基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(例如，位置測量矩陣)處理系統(tǒng)確定在無線通信系統(tǒng)(或其分段)中每一個天線的天線輻射狀態(tài)的范圍內(nèi)合成天線輻射方向。
在一個更好的實施例中，天線輻射方向定義為表示觀察峰值增益的方位角或是向下-傾斜角的二維矢量。在另一個更好的實施例中，合成天線輻射方向的候選者定義為包括表示輻射的主波瓣的峰值增益的中央矢量，表示主波瓣第一極限的第一極限矢量和表示主波瓣第二極限的第二極限矢量。第一和第二極限將對應低于主波瓣的峰值增益的某個指定數(shù)量的輻射水平。
在已選擇的測量位置上處理系統(tǒng)最好確定干擾信號強度的系統(tǒng)寬度最小平均值(或近似值)從而獲得在下行鏈路設備地點處各個天線的相應的合成天線輻射方向。另外，處理系統(tǒng)通過包括在所有已選擇的測量位置上的背景噪聲可以計算干擾信號強度的系統(tǒng)寬度最小平均值從而獲得相應的合成天線輻射方向。在另一個實施例中，對無線網(wǎng)絡估計系統(tǒng)寬度最大值載波-干擾比(或它的一個近似值)來代替系統(tǒng)寬度干擾電平以獲得合成天線輻射方向。
本發(fā)明的調(diào)整方法，合并的測量過程和數(shù)學數(shù)據(jù)處理為無線網(wǎng)絡有效地調(diào)整射頻覆蓋提供一個嚴格的框架。中央天線控制器14和調(diào)度器12控制測量操作，這樣雖然在無線網(wǎng)絡中所有可應用的測量位置最好僅被測量一次，但是射頻仍然可能增強。
圖3A到圖3C每一個都表示包括四個天線位置的無線網(wǎng)絡56的合成天線輻射方向54的可能星座的說明性圖形描述。天線位置被標注為S1到S4，每個位置的天線輻射方向54被標注為e1到e4。除了每個圖中的天線輻射方向54是不相同的以外，圖3A到圖3C表示的是有相同測量位置50的相同通信系統(tǒng)。測量位置50被標注為x0到x5。
對于無線系統(tǒng)中的一組測量位置50的每個圖形描述具有一個對應的平均干擾值。平均干擾也能根據(jù)載波-干擾比來表示，在此干擾包括載波帶寬中所有可測量的電磁能量(例如，噪聲)。根據(jù)本發(fā)明，處理系統(tǒng)確定一組測量位置的最低平均干擾并選擇與此最低平均干擾(或它的近似值)相關(guān)的合成下行鏈路天線輻射方向54。最低平均干擾(或它的近似值)可以表示為一個稱為e矢量的矢量，或象在圖3A到圖3C所示的參考數(shù)29一樣用圖形表示。矢量e表示所有天線位置或者只要測量位置組代表射頻無線網(wǎng)絡性能的所選擇位置的系統(tǒng)寬度的解決方法。此外，根據(jù)一個特殊加權(quán)系數(shù)賦給測量位置一個有效值以便彈性地適合系統(tǒng)寬度解決方法從而達到特殊無線網(wǎng)絡的射頻性能指標。
圖4更詳細地表示了圖2的步驟S102。測試接收器21測量來自產(chǎn)生所示的相應的輻射方向排列的天線的信號強度。在第一測量位置58，測試接收器21測量來自第一天線68，第二天線70，和第n天線72的信號強度。按照時分復用方式可以更好地對第一天線68，第二天線70，和第n天線72進行單獨且連續(xù)的測量。然而，在另一個實施例中利用將不是單獨一個接收器而是多個接收器調(diào)整到不同的頻率而得到信號強度的同時測量。
在另一個實施例中，一個單獨的擴頻接收器接收不同的偽隨機噪聲碼或是正交碼以便允許來自可能提供由與之相關(guān)的基站所發(fā)射的唯一識別碼的不同天線的多信道同時測量。不同的天線甚至可能與共同基站或是共同地點相聯(lián)系。在圖4中，從第一測量位置58開始，在天線輻射方向從輻射方向1.1到輻射方向1.L循環(huán)一個第一循環(huán)周期76期間測量第一天線68。測量第一天線68之后，當?shù)诙炀€70從輻射方向(或輻射狀態(tài))2.1到2.L循環(huán)一個第二循環(huán)周期78期間，測試接收器21在第一測量位置58測量從第二天線70輻射的信號強度。當?shù)诙炀€70的測量完成之后，過程繼續(xù)進行直到在第一測量位置58處第n天線72在從輻射圖n.1到n.L的第n循環(huán)周期中被測量為止。在第一測量位置58的所有循環(huán)周期的總和等于一個掃描周期82。
第一測量位置58之后，測量接收器21轉(zhuǎn)移到第二測量位置60，在此期間就象在第一循環(huán)周期76進行的第一天線68，在第二循環(huán)周期進行的第二天線70，在第n循環(huán)周期進行的第n天線72一樣，連續(xù)地測量第一天線68，第二天線70，第n天線72。過程繼續(xù)進行直到所有所選擇測量位置到達第m個測量位置64且每個天線的所有循環(huán)周期都完成了為止。
圖5更詳細地表示了圖2的步驟S104。圖5表示用來組織測量的數(shù)據(jù)和調(diào)整射頻覆蓋的一種結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)格式的數(shù)學表達。為測試接收器21的每個位置，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)格式包括位置測量矩陣100。由包括為無線網(wǎng)絡中的每個天線的多個天線方向的信號參數(shù)(例如，信號功率)測量的數(shù)組組成了每個位置測量矩陣100。但是，任何不能在測量位置提供一個可測量信號的天線將被位置測量矩陣100所忽略。在記錄媒質(zhì)中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被更好地存儲并用來為每個天線尋找最佳天線輻射方向。
隨后的已測量信號參數(shù)的數(shù)學表達包括在圖5的位置測量矩陣100中。Si(x，ei)表示天線i發(fā)射測量位置x接收的信號功率，在此ei指發(fā)射天線i的方向。輻射方向ei可以帶有下標j這樣ei變成eij，在此i表示一個發(fā)射天線識別符, j表示發(fā)射天線i的方向性狀態(tài)。S的下標i表示下行鏈路天線的識別，它是測量位置x處的信號功率測量的來源。如果僅有一個下行鏈路天線i和每個相應的基站18相關(guān)，則天線i可以用作相應的基站18的特性基準。一個或多個天線和基站18可位于一個單獨的地點。如果一個天線從與一個單獨基站相聯(lián)系的其它天線中獨自地操作，則每個獨立的天線(例如，扇形天線)需要一個天線識別符以便由測試接收器容易識別現(xiàn)用天線。立體角是一個由下面的等式所定義的二維矢量ei＝(θi，φi) (1)在此θi角和Φi角分別是指天線輻射方向的垂直角和方位角。假設每個天線有一個清楚定義的參考方向且測量對應于相應的天線i的參考方向的ei。例如，在扇形小區(qū)，或是另一個合適結(jié)構(gòu)中，每個天線i有由隨后的等式定義的輻射方向的給定范圍θi∈[θLi，θUi] (2)φi∈[φLi，φUi] (3)在此；Li和Ui分別是指第一極限(例如，低頻帶)和第二極限(例如，高頻帶)。在位置x移動站將從站i接收如下的信號序列Si(x,e1i),Si(x,e2i),Si(x,e3i),K,Si(x,eqi),----(4)]]>在此I＝1，2，...，并每個天線假設q個方向。對任何給定位置，Si僅取決于e，因此，來自不同天線的信號能順序地被接收。由于天線間的輻射方向掃描同步，按照圖5所示的位置測量矩陣100測量位置x處的測試接收器21將更好地記錄。
為了位置測量矩陣100中的表達式有效，測試接收器21在每個測量位置x停留一等于或是大于一個單獨的掃描周期的持續(xù)時間。對于給定測量位置掃描周期等于輻射方向循環(huán)周期的和。每個天線循環(huán)周期是指對于在測量位置產(chǎn)生一個可測量信號的相應的天線的q個可能輻射方向的完整范圍。I＝1，2，...，n，和j＝1，2，...，q，的立體角eij的所有值從隨后的表達式得到[θLi，θUi]×[φLi，φUi](6)按照圖5的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為每個測量位置更好地記錄位置測量矩陣100。對于m個測量位置，有相同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的m個矩陣。m個矩陣的集合表示一個三維塊(block)，如果提供了查尋規(guī)則的話，它使為所有的天線尋找正確的天線方向成為可能。
圖5的位置測量矩陣100的每一行表示不同的下行鏈路天線。每一行測量矩陣位置指由S的下標和e的下標所確定的天線。實際上，每一個下行鏈路天線可與相應的基站18的一個下行鏈路發(fā)射相關(guān)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的每一欄可表示欄與欄之間方向變化的相同增量。另外，可排列每一欄以便不同天線的天線方向面向同一個方向。那樣，例如，第一欄，表示方位角的0°天線輻射方向，而第二欄表示方位角的10°天線輻射方向。
通常，天線輻射方向和輻射圖的主波瓣的峰值增益一致。峰值增益唯一地定義為輻射圖的主波瓣中的任何一維或是多維范圍。實質(zhì)上輻射圖的任何形狀都可用來實踐本發(fā)明。例如，如果僅考慮方位面，心形輻射圖的主波瓣可對應于輻射圖增益的半功率點(比峰值增益低3dB)由一對方位角定義。
可以由慣例按照方位角從零到360度的范圍和垂直角從零到90度的范圍指定天線輻射方向。天線輻射方向可包括下行鏈路方位角，下行鏈路向下傾斜角，或是兩者。在一個更好的結(jié)構(gòu)中，每一行有一個等于零到360度之間的間隔數(shù)的項目數(shù)。間隔數(shù)最好與可能的天線方向性狀態(tài)數(shù)相當。
圖5包含足夠的信息以便為一維測量位置x計算載波-干擾(或信-噪比)。相反，圖6包含位置矩陣處的足夠信息以便為通信系統(tǒng)中的所有x的值確定最小干擾(或其近似值)。這里，為了說明的目的，天線地點或是矩陣S1被排除在外，這是由于測量位置x1由地點S1服務,所以沒有將S1定義為一個干擾發(fā)射源。
因為圖6所示的每個二維位置測量矩陣100都有高度和寬度，每個矩陣的深度由測量位置x的最大數(shù)m確定。圖6所示的矩陣較低組表示與圖6所示的矩陣較高組相似的背景噪聲矩陣。Ni(x，eij)表示可測量噪聲功率在此N的下標i表示來自基站i，在測量位置x，在q種可能的天線輻射方向和n種可能的天線方向中的天線輻射方向eij的一個噪聲功率。X的上標僅僅表示m種可能的測量位置中的一個特定的測量位置?？梢詾槊總€測試位置創(chuàng)造一個對測量位置x具有相同值的單獨的背景噪聲矩陣104并將其加到相應的位置測量矩陣100上，以便指示無線網(wǎng)絡中的無線干擾。但是，在某些情況下背景噪聲矩陣可以和方向完全一致，以致信息可以被壓縮為標量格式而不必犧牲計算平均系統(tǒng)寬度干擾水平的精確度。
對于每個天線位置的不同功率的設置要通過附加的測量來將功率控制算法考慮到天線調(diào)整過程中。這樣的過程將增加附加的維數(shù)到位置測量矩陣100。有利的是，在陣列中的高階次允許容易地應用強大的數(shù)學技術(shù)來提高或是優(yōu)化在一個單獨的基底至少位置x的射頻覆蓋。此外，可以以一種模塊方式執(zhí)行測量過程，用這種方式可以容易地重新定義，增加，或是刪除測量位置以便達到實際的射頻覆蓋要求。
在圖5和圖6中描述的上面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括有關(guān)無線網(wǎng)絡信息的有效量，對于諸如用被分別分配給不同測量位置的加權(quán)系數(shù)表示的任何通信量加權(quán)考慮，組織該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以允許來為每個天線的相應于天線方向的最小平均干擾而解答數(shù)學運算。
圖7的流程圖表示對每個天線確定合成天線輻射方向的密集比較方法(intensive comparison approach)。圖7表示為完成圖2的步驟S106的過程?；旧希芗容^方法為一組測量位置成功地確定并比較其系統(tǒng)寬度平均干擾值。系統(tǒng)寬度平均干擾值覆蓋了無線網(wǎng)絡中的整個一組測量位置或是所選擇的測量位置。一個建議的最小平均干擾值表示在所選擇測量位置的最低系統(tǒng)寬度平均干擾值的建議值。按照密集比較方法，同樣在所選擇的測量位置的一個建議的最小平均干擾值可以與另一個系統(tǒng)寬度干擾值比較以便確定最低系統(tǒng)寬度干擾或是一個可以接收的系統(tǒng)寬度干擾水平。在比較所有或是一些系統(tǒng)寬度平均干擾值之后，相應于最低系統(tǒng)寬度干擾或是一個可以接受的系統(tǒng)寬度干擾水平的合成輻射方向表示密集比較方法的結(jié)果。
在一個更好的實施例中，為了確定無線網(wǎng)絡中的天線的合成輻射方向，密集過程包括比較干擾測量的連續(xù)平均值。干擾測量的每個平均值與相應的天線輻射方向范圍的候選星座相關(guān)。處理系統(tǒng)包括干擾測量的一個現(xiàn)平均值和干擾測量的一個在前的最低平均值并為最低系統(tǒng)寬度干擾定義了作為建議的兩個數(shù)中的較低的那個平均值。處理系統(tǒng)相應于最低系統(tǒng)寬度干擾的建議選擇合成天線方向。前面所述的比較過程可以重復比較更進一步的干擾測量的連續(xù)平均值直到獲得一個可以接收的系統(tǒng)寬度干擾水平。一個可以接收的系統(tǒng)寬度干擾水平可以根據(jù)實驗研究或是根據(jù)來自任何類似的無線網(wǎng)絡的實際觀察的期望來優(yōu)化無線網(wǎng)絡。在需要準確的最低干擾測量(或是其近似值)的情況下，過程繼續(xù)進行直到所有的平均系統(tǒng)寬度干擾都被比較。
為了提高無線網(wǎng)絡的射頻性能，要為測量位置x所選擇的值或所有值和相關(guān)的位置矩陣計算或預測平均最小干擾。平均值最好包括一個加權(quán)平均，雖然在別的實施例中平均值是變量x(例如，測量位置)的覆蓋區(qū)域的任何函數(shù)。為了計算加權(quán)平均代替平均值給每個測量位置分配相應的加權(quán)系數(shù)。對應于所有測量位置x的總的加權(quán)系數(shù)有一個總的近似或是精確等于一的加權(quán)系數(shù)。例如，如果給所有位置分配了相等的加權(quán)系數(shù)，則對于由測量位置數(shù)分開的每個測量位置加權(quán)系數(shù)都等于一。如果一個區(qū)域由于較大的通信量負載能力而具有優(yōu)先權(quán)，則分配給在該優(yōu)先權(quán)區(qū)域中的測量位置的加權(quán)系數(shù)高于它們按照上述平等加權(quán)系數(shù)方法分配將得到的加權(quán)系數(shù)。因此，將產(chǎn)生某個低于平均值的加權(quán)系數(shù)作為優(yōu)先權(quán)區(qū)域的副產(chǎn)品，因為所有加權(quán)系數(shù)的和不能超過1。
上面的整個原理現(xiàn)在以一種數(shù)學的上下關(guān)系應用到圖7中。理論上，系統(tǒng)寬度干擾的最小值，Q(e)，如果存在，應該可在連續(xù)的域中得到。但是，數(shù)學原理的實際應用指示的結(jié)果是在離散域中，在該離散域中可能是為了射頻最優(yōu)化的一個真正的結(jié)果。當e的總的可能值的數(shù)目對于處理系統(tǒng)的可利用的處理容量，存儲容量和綜合性能是合理的時，密集比較方法是可行的并可用來獲得精確的結(jié)果。
密集比較過程包括如圖7所示的為尋找使Q(e)(例如，在考慮的測量位置上的系統(tǒng)寬度干擾)最小的e(例如，天線輻射方向星座)值的算法。從步驟S10開始，處理系統(tǒng)設置初始值e(0)∈S，設置參數(shù)k＝0，Qmin＞0和emin＝e(0)。在步驟S12，處理系統(tǒng)計算Q(e(k))，在此k是迭代數(shù)，e∈[θli，θui]x[φli，φui]。K的圓括號表示k僅僅是一個上標并不是升高e到k次冪。在該方法的剩余步驟敘述完之后下面將詳細敘述計算Q(e(k))的過程。
在步驟S14，處理系統(tǒng)確定Q(e(k)))是否小于表示建議的最小系統(tǒng)寬度平均干擾Qmin。如果表示平均系統(tǒng)寬度干擾的Q(e(k))小于Qmin，則方法繼續(xù)步驟S16。如果不是，則方法繼續(xù)步驟S18。在步驟S16，處理系統(tǒng)設置Qmin＝Q(e(k))且emin＝e(k)。在一整組測量位置或是所選擇的測量位置處所有天線的合成輻射方向最好與載波-干擾比(或至少最高的合理的期望)相關(guān)。例如，如果無線網(wǎng)絡包括十個天線每個天線有五個可能的天線輻射方向，則對該無線網(wǎng)絡合成輻射方向有100,000個可能結(jié)果。
雖然在表示在此的說明的例子中，我們假設emin和e(k)是指每個具有固定形狀的天線圖，但是具有可變形狀的輻射圖將給本發(fā)明的最優(yōu)化過程增加一個參數(shù)。在此披露的同樣的數(shù)據(jù)過程通?？蓱脕頌榫哂锌勺冃螤詈涂勺兎较虻妮椛鋱D同時提高射頻覆蓋，雖然這樣具有較高的復雜度。
在步驟S18，處理系統(tǒng)確定是否k等于N，K表示一個計算可能的天線輻射方向中的不同天線輻射方向的迭代。如果k等于N，則處理系統(tǒng)已經(jīng)為所有測量位置x處理了測量抽樣或位置測量矩陣。如果k小于N，方法繼續(xù)到步驟S20。在步驟S20，處理系統(tǒng)設置k＝k+1以增加用變量k表示的迭代數(shù)。從步驟S20，方法返回到步驟S12。當完成由N值指示的所有必要的迭狀后，密集過程結(jié)束。因此，在密集過程完成基礎上，emin被存儲在處理系統(tǒng)的存儲器或是寄存器中并表示合成天線輻射方向星座的結(jié)果。該結(jié)果為無線網(wǎng)絡中的每個天線提供了天線方向選擇設置或方向參數(shù)。
現(xiàn)在圖7的密集比較過程已經(jīng)敘述完畢，為步驟S12和步驟S16計算Q(e)和e的數(shù)學過程分別將在隨后的段落中敘述。
在網(wǎng)絡中的任意位置接收到的信號功率是由來自在相同頻率或是公用頻率范圍中發(fā)射信號的所有基站的各自的信號功率之和。為了簡單起見，假設所有n個基站在同一頻帶中發(fā)射，雖然本發(fā)明的方法可應用在更復雜的情況。此外，假設所有的n個基站操作在同一頻率范圍內(nèi)，典型的例如在CDMA網(wǎng)絡中。上述假設不限定所建議的方法在具有不同頻率結(jié)構(gòu)的別的無線網(wǎng)絡中的應用。按照上述假設，在關(guān)于基站i的測量位置x處測量的載波-干擾比用如下的等式來模擬Si(x,ei)Σj=1nSj(x,ej)+N(x,e1,e2,K,en)----(7)]]>在此N(x，e1，e2，...，en)是指x處的背景噪聲。在方向e1，e2，...，en處的背景噪聲的依賴性是由使用相同頻帶的其它信道干擾，或是在頻帶中的相同載波的干擾引起的。對于未加載系統(tǒng)，背景噪聲根本不取決于所有基站天線的輻射方向，在忽略與基站天線相關(guān)的任何方向性分量后，對于未加載系統(tǒng)背景噪聲可以取樣為N(x)。
令Ci表示基站i的覆蓋區(qū)域，然后，上面給出的載波-干擾比僅定義在x∈Ci。因為上述等式支持i＝1，2，...，n，則有必要假設如下的關(guān)系式CiI Ci＝θ，對于i≠j (8)上述關(guān)系式確保定義的載波-干擾比是唯一的。上述關(guān)系式不適用于與最優(yōu)化活動相聯(lián)系的越區(qū)切換。假設每個基站一個固定發(fā)射功率，為了得到合適的合成天線方向則載波-干擾比的值是首先的考慮因素?？紤]到以相應的輻射方向?qū)蛎總€天線以及測試驅(qū)動可包括不同測量位置，則按照上述等式的載波-干擾比的計算的計算量非常強大。因此，代替在測量位置的最大解答上述等式，在測量位置的最小干擾則解答下列等式
該等式僅包括加法，同樣的，可以加速最優(yōu)化過程的函數(shù)賦值，這里e＝(e1，e2，...，en)是2n維的矢量且表示如下e∈×i=1n[θLi,θUi]×[φLi,φUi]---(10)]]>既然每個測量位置x唯一地屬于集合CI，則網(wǎng)絡的質(zhì)量可以通過所有測量位置的Q(x，e)測量。在為每一個測量位置x最小化載波-干擾比的嘗試中，測量位置之間的明顯的沖突升高。因此，在小區(qū)中的一個測量位置的最大載波-干擾比可以在別的小區(qū)中的另一個測量位置的載波-干擾比損耗得到。
因為確定e是本調(diào)整方法的目的，所以不同x(例如，測量位置)的平均值允許從不同的測量位置和其相應小區(qū)處得到的覆蓋范圍之間不相同。為了這個目的，我們按照如下的等式介紹一種測度μ∈
在
并定義了一個標量Q(e)＝∫CQ(x，e)μ{dx}，(11)
這里μ不必是連續(xù)的。在離散的情況和按照基于上述等式的一個實際例子，上面的總和可以表達為加權(quán)和，該加權(quán)和中每個位置測量有相應的加權(quán)系數(shù)。加權(quán)和等式表示如下Q(e)=Σj=1mQ((xj,e)wj----(12)]]>這里xj是指離散位置且Σj=1mwj=1---(13)]]>測度μ的應用能夠避免犧牲別的小區(qū)對一些小區(qū)過高估計。例如，如果在小區(qū)中的測試驅(qū)動路線很短，則和其它的小區(qū)，或者甚至和平均載波-干擾比相比，不利地的是在這個小區(qū)中的載波-干擾比將被抑制。因此，為了避免由于不同的大小的C產(chǎn)生i的這種偏見情況，這樣選擇μ是合理的
這里的Ci絕對值是指小區(qū)i的測試驅(qū)動路徑且i＝1，2，3，...，n。相應地，離散情況的加權(quán)如下wi＝μ{d(xi，xi-1) (15)這里d(xi，xi-1)是指從位置xi-1到xi一個移動端傳播的實際距離且x0是開始點。
例如，用n個可能的基站識別符，如果每個天線有q個可能的方向且如果為了一個精確結(jié)果考慮所有的干擾值，按照圖7的密集比較方法的計算對每個測量位置將需要N＝qn個函數(shù)賦值，這樣在最小干擾值到達及相應的emin確定之前每個位置達到了m×qn的總數(shù)。因此，如果對于處理系統(tǒng)的處理性能來說N太大，則在相關(guān)的圖8中敘述的的交互模擬韌化(annealing)方法用來代替圖7的密集比較方法。不論N是否太大都按照與用于實現(xiàn)該方法的一個或多個處理器計算機的處理容量和必要處理時間相涉及的標準商業(yè)慣例和技術(shù)慣例的客觀一致性來確定。
圖8表示實現(xiàn)圖2的步驟S106的模擬韌化過程。圖8是圖7的可選擇過程。模擬韌化過程表示在圖8的流程圖中，對照圖7的密集比較方法，模擬韌化過程統(tǒng)計地抽樣位置測量矩陣以降低處理容量，處理時間，或是二者。
按照模擬韌化過程，最低平均系統(tǒng)寬度干擾和每個天線位置的相應的天線輻射方向可以預測來降低處理容量，處理時間，或是二者。模擬韌化過程包括產(chǎn)生一個隨機數(shù)以便為所有測量位置或是所選擇測量位置上的平均最低系統(tǒng)寬度干擾(或其近似值)選擇一個建議值。估計概率以確定所選擇的候選者是否被接受作為平均最低系統(tǒng)寬度干擾的下一個估計。
隨后的數(shù)學表達和進一步理解模擬韌化過程有關(guān)。模擬韌化過程定義結(jié)構(gòu)屬性，重新配置屬性，目標函數(shù)，和有關(guān)韌化調(diào)度。結(jié)構(gòu)屬性包括編號為i＝1，2，...，n的基站。重新配置屬性相應地包括兩個隨機數(shù)用來產(chǎn)生一對表示為(θ，φ)的新的隨機數(shù)。目標函數(shù)定義為E＝Q(e)并指定在一個極小化問題中。韌化調(diào)度器定義了表示不同偽-能量級的狀態(tài)。對應的一個新的偽-能量級的狀態(tài)用來代替具有由如下的等式表達的概率的舊狀態(tài)
這里Ck是一個確定的迭代或是控制參數(shù)，En是當前的偽-能量狀態(tài)而E0是初始或是先前的偽-能量狀態(tài)。根據(jù)屬于本發(fā)明調(diào)整方法的無線系統(tǒng)的特殊結(jié)構(gòu)，最初不同的Ck可以有一個值。當En＜E0時，賦值給概率p＝1。韌化調(diào)度通常按能量級狀態(tài)進行向下步驟，有時進行可以抵銷能量級狀態(tài)中的先前向下步驟的一個向上步驟。
在
的韌化調(diào)度之后，函數(shù)a(Xk，yk+1，Ck)被建模。前面的向上(uphill)步驟被執(zhí)行以避免錯誤選擇本地最小值為對于函數(shù)a(Xk，yk+1，Ck)的絕對估計最小值。函數(shù)a(Xk，yk+1，Ck)致力于加快與天線輻射方向的不同候選星座相關(guān)的系統(tǒng)寬度干擾的比較，找到天線輻射方向的一個星座。
在迭代完成之后為了用天線系統(tǒng)20的當前的輻射方向狀態(tài)星座來代替先前的輻射方向狀態(tài)星座以便最終得到最優(yōu)的輻射方向狀態(tài)星座，函數(shù)a(xk，yk+1，ck)提供一個在0和1之間(包括0和1)的概率值。對于客觀無線服務提供者所選擇的輻射方向星座對應最小系統(tǒng)寬度載波-干擾或是最低合理的可接受的系統(tǒng)寬度載波-干擾。
計算估計的最小系統(tǒng)寬度干擾水平的實際過程是以概率收斂的迭代。它重要的部分是為Ck定義一個確定或是自適應調(diào)度器，這里k是指迭代步驟且可以表示為一個迭代。相應于能量En＝E(xk)讓xk表示迭代k處的當前點，在此xk＝e(k)這樣相應于表示為e(k)的天線方向狀態(tài)候選星座xk表示一個隨機選擇的輻射方向狀態(tài)星座。
參照圖8，從步驟S24開始，對應于一個最好是均勻分布的概率分布D(xk)產(chǎn)生一個新的點yk+1。接著，在步驟S26產(chǎn)生一個在
之間的均勻隨機數(shù)p。從步驟S26開始利用隨機數(shù)p，在步驟S28，處理器執(zhí)行以下的表達式以確定xk+1是否被修正是否p≤a(xk，yk+1，ck)，這里a(xk，yk+1，ck)＝min{(1，exp[-(E(yk+1)-E(xk))]}？在上述等式中，yk+1表示天線輻射方向星座的新的建議值，而xk表示天線輻射方向星座的先前值。如果步驟S28的結(jié)果為真，在步驟S30設置xk+1等于yk+1。上述等式和如果對一組測量位置x，新的系統(tǒng)寬度干擾(Q)低于先前的系統(tǒng)寬度干擾(Q)，則新的系統(tǒng)寬度干擾是可以接受的這一原理是一致的。因此，系統(tǒng)寬度干擾(Q)通常，但不總是，由yk+1值的可接受性減少為一個新的值。
如果步驟S28完成的結(jié)果為假，則步驟S32設置xk+1＝xk。從而，上述等式和如果由yk+1值的可接受性增加Q的值和如果概率不指示yk+1值的可接受性，則保持xk的先前的值的這一原理是一致的。當步驟S28的完成結(jié)果是假從而防止Q被鎖定到系統(tǒng)寬度干擾的本地最小值，而不是獲得系統(tǒng)寬度干擾的全網(wǎng)最小值時，概率可以指示yk+1值的可接受性。在步驟S30或是步驟S32的之后的步驟S34，設置Ck+1等于u(x0，x1，...，xk，yk+1)，這里為了說明的目的可以用如下等式表示u(x0，x1，...，xk，yk+1)u(x0,x1,K,xk,yk+1)=maxi=0k{|E(xi+1)-E(xi)|}/ln(k+1)---(20)]]>在上面等式中等式右邊的xk+1理解為yk+1。在步驟S36，處理器決定是否執(zhí)行停止標準。例如，在別的無線網(wǎng)絡根據(jù)本發(fā)明的天線調(diào)整過程的至少一個先前的操作的實驗證據(jù)則停止標準能確定系統(tǒng)寬度干擾(Q)是否在一個可接受的水平。一旦系統(tǒng)寬度干擾到達一個可接受的水平，即使系統(tǒng)寬度干擾的絕對估計最小值可能再也不能得到，天線調(diào)整過程也將停止。因此，相應于模擬韌化方法則處理系統(tǒng)的負荷將減少且通過在達到工程目的的實際結(jié)果上停止來加速天線調(diào)整過程。上面的概念可以象應用在系統(tǒng)寬度干擾最小值一樣等同地應用于系統(tǒng)寬度干擾最大值。如果執(zhí)行停止標準，過程在步驟S38結(jié)束。如果不執(zhí)行停止標準，過程繼續(xù)從再次步驟S24開始。
總之，模擬韌化方法表示獲得絕對系統(tǒng)寬度干擾，或絕對最大系統(tǒng)寬度干擾之間的折衷，和數(shù)據(jù)處理效率。相應于系統(tǒng)寬度干擾的實際結(jié)果被分配一個概率這樣實際結(jié)果產(chǎn)生最低系統(tǒng)寬度干擾。例如，模擬韌化方法的實際結(jié)果可由一個位于70％到90％置信度范圍內(nèi)的估計置信度概率來補充，那樣實際結(jié)果反映了絕對最小系統(tǒng)寬度干擾。模擬韌化方法極其適用于CK和k+1的自然對數(shù)成比例的情況以便獲得覆蓋范圍的結(jié)果。
按照本發(fā)明，該方法通過將合理的原理基礎組合到科學的方法并組織多維矩陣的巨大數(shù)目的數(shù)據(jù)來容易地產(chǎn)生可重復的測量結(jié)果。有利的是，多維矩陣應用于實現(xiàn)圖7的密集方法，圖8的模擬韌化方法，或是二者的修正的軟件說明的模塊特性，以便解決最小平均干擾和相應的天線位置。此外，順序組織的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常適合用除了密集方法或是模擬韌化方法的其它數(shù)學方法來處理。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如位置測量矩陣，是很容易應用到落入本發(fā)明范圍的巨大的分類的不同的數(shù)學算法中。
圖9表示關(guān)于圖1的一個備用無線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。就象圖1中是參考數(shù)字一樣圖9用元件表示。圖9的無線網(wǎng)絡除了移動交換中心11和基站控制器22以外和圖1的無線網(wǎng)絡一樣。特別是圖9的移動交換中心11可以包括沒有調(diào)度器12和中央天線控制器14的任意的適當?shù)囊苿咏粨Q中心。取而代之，每個基站控制器22包括本地調(diào)度器24和本地天線控制器26。因此，圖9有利地允許在基站18或基站控制器22處執(zhí)行多個過程變化，而這在移動交換中心11處是被反對的。本領域普通技術(shù)人員將理解與基站18和基站控制器22聯(lián)系的軟件常常比移動交換中心11的軟件更容易修改且具有制作精細程度更低。
本地天線控制器26和本地調(diào)度器24分別地控制每個相應的天線系統(tǒng)20，但卻通過移動交換中心11進行通信而相互調(diào)整。然而，本地調(diào)度器24和移動交換中心11之間的通信將限制在用來激活本地調(diào)度器24和關(guān)閉本地調(diào)度器24從而降低移動交換中心11和基站控制器22之間的信號通信量。
只要對于在定義的相互間的時間偏移處產(chǎn)生輻射圖方向變化每個本地天線控制器26和其它本地天線控制器26同步則本地調(diào)度器24和移動交換中心11之間的通信不需要被實時完成。在一個更好的實施例中，在每個基站每個本地天線控制器26由一個本地全球定位系統(tǒng)(GPS)時鐘提供同步。在另一個實施例中，位于基站控制器16或移動交換中心10的網(wǎng)絡時鐘(例如，銣-基，高-穩(wěn)定性振蕩器)為本地天線控制器26的同步提供一個網(wǎng)絡時鐘。
基于為了調(diào)整每個天線的輻射方向變化的調(diào)度則每個本地天線控制器26與其它本地天線控制器26相關(guān)以便適當?shù)嘏袛嗾麄€無線系統(tǒng)的性能。本地天線控制器26合作執(zhí)行相同的功能且結(jié)果作為中央天線控制器14。類似地，圖9的本地調(diào)度器24合作執(zhí)行相同的功能且結(jié)果作為圖1的中央調(diào)度器12。
每個天線系統(tǒng)11的監(jiān)視面(watch face)符號表示在測量過程中的從相應的天線系統(tǒng)20和基站18電磁發(fā)射的不同的唯一時隙。在測量位置每個基站18和相應的天線系統(tǒng)20更適宜于在每一個掃描周期82分配一個時隙。正如用監(jiān)視面符號符號性表示的那樣時隙相互漂移并同步。因此，每個時隙更足以允許在如前面所定義的第一極限和第二極限內(nèi)改變每個相應的天線系統(tǒng)20的每個輻射方向狀態(tài)。在無線系統(tǒng)時分復用模式下每個指定的基站18和天線系統(tǒng)20為它的時隙發(fā)射,而所有其它基站18和相應的天線系統(tǒng)20保持空閑等待由唯一的時隙表現(xiàn)的它們的次序(turn)。
圖9的結(jié)構(gòu)非常適于測試與潛在合成天線輻射方向相關(guān)的載波-干擾比。基站18為經(jīng)天線系統(tǒng)20的發(fā)射產(chǎn)生識別符這樣在每個測量位置的測量期間每個基站18和與它相關(guān)的天線系統(tǒng)20將由測試接收器21識別。一旦所有的測量完成測試接收器21經(jīng)基站18通知移動交換中心11中止測量過程并重新開始正常操作，或是另一個操作模式。
這樣的詳述敘述了本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的不同實施例。權(quán)利要求書的范圍是指包括本說明書中披露的說明實施例的各種不同修改和等同物。因此，下面的權(quán)利要求根據(jù)的是包括與本發(fā)明在此披露的實質(zhì)和形式一致的修改，等同結(jié)構(gòu)，和特征的合理的廣泛的解釋。
權(quán)利要求
1.一種用于為無線網(wǎng)絡或其分段調(diào)整天線輻射的方法，該方法包括步驟改變在整個天線輻射方向范圍中多個天線的天線輻射方向；對多個測量位置的改變的天線輻射方向測量信號參數(shù)；根據(jù)所測量的信號參數(shù)在無線網(wǎng)絡或其分段中每個天線范圍內(nèi)確定合成天線輻射方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于合成天線輻射方向被定義為一個二維矢量表示來自相應的天線的方位角和來自該相應天線的向下傾斜角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，對于合成天線輻射方向，候選天線輻射方向，被定義為包括表示輻射主波瓣的峰值增益的中央矢量，表示輻射方向狀態(tài)的第一極限的第一極限矢量，和表示輻射方向狀態(tài)的第二極限的第二極限矢量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于測量步驟包括在測量位置測量信號強度作為信號參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于確定步驟包括確定在一組測量位置上的干擾信號強度的系統(tǒng)寬度最小平均值和識別與該組的系統(tǒng)寬度最小平均值相關(guān)的合成天線輻射方向星座。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于確定步驟包括確定在一組測量位置上的加上背景噪聲的干擾信號強度的系統(tǒng)寬度最小平均值和識別與該組的系統(tǒng)寬度最小平均值相關(guān)的合成天線輻射方向星座。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于確定步驟包括確定在一組測量位置上的干擾信號強度的系統(tǒng)寬度最大信噪比平均值和識別與該組的系統(tǒng)寬度最大值相關(guān)的合成天線輻射方向星座。
8.一種用于為無線網(wǎng)絡或其分段調(diào)整天線輻射的方法，該方法包括步驟根據(jù)調(diào)度改變在整個天線輻射方向范圍中的多個天線的天線輻射方向；對多個測量位置的改變的天線輻射方向測量信號強度；將所測量的信號強度組織到對應每個測量位置的位置測量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中；根據(jù)位置測量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)確定在無線網(wǎng)絡或其分段中的天線范圍內(nèi)的合成天線輻射方向以便降低或最小化無線網(wǎng)絡中的射頻干擾。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，進一步包括步驟從所測量的信號強度導出干擾平均值和將每個干擾平均值與合成天線輻射方向的候選者相關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于確定步驟進一步包括比較與合成天線輻射方向的相應候選者相關(guān)的連續(xù)干擾平均測量值以便識別與當前確定的干擾平均值和先前確定的最低干擾平均測量值二者中較低者相關(guān)的候選者。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，進一步包括步驟選擇合成天線方向作為相應于當前確定的干擾平均值和干擾測量的一個先前確定的最低平均值二者中較低者的候選者。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于導出步驟進一步包括分配給每個測量位置一個相應的加權(quán)系數(shù)以便計算一個加權(quán)平均從而代替并取代干擾平均值，整個測量位置有一個近似或精確等于一的總的加權(quán)系數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于確定步驟進一步包括步驟產(chǎn)生一個隨機數(shù)來為與測量位置上的一個平均最低系統(tǒng)寬度干擾相關(guān)的合成輻射圖方向選擇候選者。估計所選擇的候選者實際提供平均最低系統(tǒng)寬度干擾的概率；如果所估計的可能性達到一個必要的置信度標準估測所選擇的候選者作為提供平均最低系統(tǒng)寬度干擾的合成輻射方向。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于確定步驟為確定與測量位置上的一個最低平均系統(tǒng)寬度干擾相關(guān)的一個合成天線輻射方向星座按照一個密集過程應用下面的等式Q(e(k))＜Qmin，式中k是一個迭代數(shù)，e∈[θLi，θUi]×[φLi，φUi]，Qmin表示最低平均系統(tǒng)寬度干擾，Q(e(k))表示相應于表示為e(k)的一個候選的天線輻射方向星座的一個建議的最小平均系統(tǒng)寬度干擾。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于確定步驟為確定與測量位置上的一個最低平均系統(tǒng)寬度干擾相關(guān)的一個合成天線輻射方向星座按照一個模擬-韌化過程應用下面的等式
a(xk,yk+1,ck)=min{1,exp(-E(yk+1)-E(xk)ck)}]]>其中a(xk，yk+1，ck)是一個為了決定是否設置xk+1＝y(tǒng)k+1或xk+1＝xk而提供一個0和1之間的概率值的函數(shù)，在此E(yk+1)表示一個當前的偽能量狀態(tài)，xk表示天線方向的一個候選星座的一個先前值，yk+1表示天線方向的一個候選星座的一個新的建議值，ck是一個迭代控制參數(shù)，k表示一個迭代級，且xk＝e(k)，這里e(k)表示相當于一個迭代級k的一個天線輻射狀態(tài)的候選星座
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，進一步包括按下面的等式為下一個迭代用ck+1更新ck的步驟u(x0,x1,K,xk,yk+1)=maxi=0k{|E(xi+1)-E(xi)|}/ln(k+1)]]>在此等式右邊的xk+1被理解為yk+1。
17.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于組織步驟包括由符合如下數(shù)學表達式的一個矩陣組成的位置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)S1(x,e11)S1(x,e21)......S1(x,eq1)S2(x,e12)S2(x,e22)......S2(x,eq2)............MSn(x,e1n)Sn(x,e2n)......Sn(x,eqn)]]>在此S表示用功率表示的已測量信號強度，S的下標表示第一基站識別符直到第n基站識別符，x表示一個測量位置，e表示在如e的下標所表示的q種可能天線輻射方向，和如e的上標所表示的n種可能的天線識別符中的一個天線輻射方向。
18.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于確定步驟包括符合如下數(shù)學表達式的背景噪聲N1(x,e11)N1(x,e21)......N1(x,eq1)N2(x,e12)N2(x,e22)......N2(x,eq2)...............Nn(x,e1n)Nn(x,e2n)......Nn(x,eqn)]]>在此N表示所測量的噪聲功率，N的下標表示第一基站識別符直到第n基站識別符，x表示測量位置，e表示在如e的下標所表示的q種可能天線輻射方向，和如e的上標所表示的n種可能的天線識別符中的一個天線輻射方向。
19.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，改變步驟以一種與相符于每個測量位置的測量接收機的固定或是移動持續(xù)時間一致的方式來改變整個輻射狀態(tài)范圍的天線輻射方向。
20.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于改變步驟建立作為組織無線網(wǎng)絡內(nèi)的天線為天線測量順序的第一列表和為每個天線組織輻射方向測量順序的第二列表的調(diào)度。
21.一種在無線網(wǎng)絡中用于調(diào)整天線輻射的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與相應的天線系統(tǒng)相關(guān)的多個基站；多個本地天線控制器，用于控制天線系統(tǒng)的天線輻射方向，與每個天線系統(tǒng)相關(guān)的天線輻射方向在整個天線輻射方向范圍內(nèi)被循環(huán)；用于和相應的本地天線控制器中的一些通信的多個本地調(diào)度器，該本地調(diào)度器用時分復用方式調(diào)整天線系統(tǒng)中不同的一些的天線輻射圖這樣在測量程過程的任何時間僅有來自一個天線系統(tǒng)和與之相關(guān)的基站的一個天線輻射圖被產(chǎn)生。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的系統(tǒng)，進一步包括用于在所選擇的測量位置測量來自相應的天線系統(tǒng)的信號強度的一個測試接收器。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的系統(tǒng)，進一步包括用于組織所測量信號強度到對應于每個所選擇的測量位置的位置測量矩陣的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，根據(jù)位置測量矩陣，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)確定在無線系統(tǒng)或其分段中的每個天線的范圍內(nèi)的合成天線輻射方向。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其特征在于合成天線輻射方向被定義為二維矢量表示來自相應的天線系統(tǒng)的方位角和來自相應天線系統(tǒng)的向下傾斜角。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其特征在于對于合成天線輻射方向的候選者被定義為包括表示輻射主波瓣的峰值增益的中央矢量，表示輻射方向狀態(tài)的第一極限的第一極限矢量，和表示輻射方向狀態(tài)的第二極限的第二極限矢量。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其特征在于本地調(diào)度器調(diào)整天線系統(tǒng)不同的一些的天線輻射圖這樣每個天線系統(tǒng)和與它相關(guān)的基站有一個分配的時隙，來在與每個測量位置相關(guān)的每個掃描周期發(fā)射至少一輻射圖方向狀態(tài)。
27.根據(jù)權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其特征在于每個基站適于發(fā)射一個唯一的基站識別碼來識別天線系統(tǒng)中的一些活躍地輻射的天線及與之相關(guān)的輻射方向。
28.一種用于在無線網(wǎng)絡中調(diào)整天線輻射的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與相應的天線系統(tǒng)相關(guān)的多個基站；中央天線控制器，用于控制天線系統(tǒng)的天線輻射方向，使與每個天線系統(tǒng)相關(guān)的天線輻射方向在整個天線輻射范圍內(nèi)被循環(huán)；用于和中央天線控制器通信的中央調(diào)度器，該中央調(diào)度器用時分復用方式調(diào)整天線系統(tǒng)中不同的一些的天線輻射圖這樣在測量過程中的任何時間僅有來自一個天線系統(tǒng)和與之相關(guān)的基站的一個天線輻射圖被產(chǎn)生。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的系統(tǒng)，進一步包括用于在整個范圍內(nèi)所選擇的測量位置上測量來自相應的天線系統(tǒng)的信號強度的測試接收器。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的系統(tǒng)，進一步包括用于組織所測量信號強度到對應于每個所選擇的測量位置的位置測量矩陣的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，根據(jù)位置測量矩陣，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)確定在無線系統(tǒng)或其分段中的每個天線的范圍內(nèi)的合成天線輻射方向。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其特征在于合成天線輻射方向被定義為二維矢量表示來自相應的天線系統(tǒng)的方位角和來自一個相應天線系統(tǒng)的向下傾斜角。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其特征在于對于合成天線輻射方向的一個候選者被定義包括表示輻射主波瓣的峰值增益的中央矢量，表示輻射方向狀態(tài)的第一極限的第一極限矢量，和表示輻射方向狀態(tài)的第二極限的第二極限矢量。
33.根據(jù)權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其特征在于中央調(diào)度器調(diào)整天線系統(tǒng)不同的一些的天線輻射圖這樣每個天線系統(tǒng)和與它相關(guān)的基站有一個分配的時隙，來在與測試接收器的每個測量位置相關(guān)的每個掃描周期發(fā)射至少一輻射圖方向狀態(tài)。
34.根據(jù)權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其特征在于每個基站適合于發(fā)射唯一基站識別碼用于天線系統(tǒng)中的一些活躍輻射天線及與它們有關(guān)的輻射方向的識別。
全文摘要
在無線網(wǎng)絡中用于調(diào)整天線輻射的一種方法包括在整個已定義的范圍內(nèi)改變天線的天線輻射方向。當天線輻射方向被改變后測試接收器在測量位置處測量來自天線的信號參數(shù)。在無線網(wǎng)絡或其分段中根據(jù)所測量的信號參數(shù),處理系統(tǒng)為每個天線確定合成天線輻射方向。
文檔編號H01Q1/24GK1269676SQ00104678
公開日2000年10月11日 申請日期2000年2月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月12日
發(fā)明者戴維·迪·霍, 艾施瓦·皮特安姆派利 申請人:朗迅科技公司