專利名稱：智能天線仿真系統(tǒng)中上下行功率控制的實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)仿真技術，尤指一種智能天線仿真系統(tǒng)中上下行功率控制的實現(xiàn)方法。
背景技術：
碼分多址接入系統(tǒng)(CDMA，Code Division Multiple Access)是一個干擾受限系統(tǒng)，由于存在“遠近效應”，該類系統(tǒng)的容量主要受限于系統(tǒng)內各個移動臺和基站間的干擾。若沒有“遠近效應”，即每個移動臺的信號到達基站時都能達到最小信噪比并保持系統(tǒng)同步，該系統(tǒng)的容量將會達到最大。功率控制就是為了克服“遠近效應”，實現(xiàn)系統(tǒng)容量的最大化而采取的一項技術。
功率控制的基本思路為在接收端，對接收信號的強度或信噪比等指標進行評估，根據(jù)評估結果適時改變發(fā)射端的發(fā)射功率，以補償無線信道中的路徑損耗和衰落。移動臺和基站可以互為接收端和發(fā)射端，其中基站為接收端的情況稱為上行，移動臺為接收端的情況稱為下行。所述功率控制一般分為三部分，分別是開環(huán)功率控制(開環(huán)功控)、閉環(huán)快速功率控制(閉環(huán)功控)和外環(huán)功率控制(外環(huán)功控)。在實際應用中，功率控制既能維持高質量的通信，又不對其他用戶產生額外干擾，能夠很好地保證系統(tǒng)容量。
對于TD-SCDMA等下一代移動通信系統(tǒng)而言，在實現(xiàn)大規(guī)模組網(wǎng)之前，需要對其進行全面、系統(tǒng)的仿真，以提供合理的網(wǎng)絡規(guī)劃方案。仿真結果越接近實際情況，組網(wǎng)時出現(xiàn)問題的概率越低。在理論上，TD-SCDMA系統(tǒng)是一個資源受限系統(tǒng)，但是如果參數(shù)設置不對，基站布局不合理，仍有可能出現(xiàn)干擾受限。為此，如何在TD-SCDMA系統(tǒng)中更好地對功率控制進行仿真，以利用仿真結果指導系統(tǒng)設置就顯得尤為重要。
與普通移動通信系統(tǒng)不同的是，TD-SCDMA系統(tǒng)中普遍采用了智能天線，所述智能天線是以多個高增益窄波束動態(tài)地跟蹤小區(qū)內的多個激活用戶，即智能天線的方向圖隨用戶位置的不同而發(fā)生變化，故功率控制的仿真需要考慮智能天線對整個系統(tǒng)的影響，唯有如此才能保證仿真結果的真實性。在下面的描述中，將通過仿真實現(xiàn)帶有智能天線的TD-SCDMA等移動通信系統(tǒng)的平臺稱為智能天線仿真系統(tǒng)?，F(xiàn)有的智能天線仿真系統(tǒng)在仿真實現(xiàn)功率控制時，只是簡單地將智能天線處理為普通天線，對其進行上下行鏈路干擾計算，即在進行功率控制時，設定智能天線的方向圖是單一、明確的，依據(jù)上述方法獲得的仿真結果無法真實體現(xiàn)智能天線的特點和優(yōu)點，從而降低仿真結果對實際組網(wǎng)的指導價值，使得網(wǎng)絡規(guī)劃的性能差。如何在靜態(tài)仿真時更好地實現(xiàn)功率控制，提高仿真結果對實際組網(wǎng)的指導價值，成為當前需要解決的問題。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種智能天線仿真系統(tǒng)中上下行功率控制的實現(xiàn)方法，在功率控制過程中，針對智能天線的特點計算上下行鏈路干擾，使得仿真結果更為準確、有效。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的一種智能天線仿真系統(tǒng)中上行功率控制的實現(xiàn)方法，預先為仿真區(qū)域的基站設置天線增益表，所述天線增益表保存有歸屬于該基站的每個用戶使用的天線方向圖，所述天線方向圖按照角度記錄智能天線為該用戶提供的天線增益，該方法包括以下步驟a1、為發(fā)射端用戶設置初始發(fā)射功率；b1、在接收端基站的天線增益表中查找所述發(fā)射端用戶的天線方向圖，確定接收端基站的干擾信號，并根據(jù)干擾信號的角度位置和所述天線方向圖中記錄的相應角度的天線增益，計算出上行干擾，再根據(jù)計算結果調整所述發(fā)射端用戶的發(fā)射功率。
步驟b1所述計算上行干擾并調整發(fā)射功率的方法具體為b11、根據(jù)發(fā)出干擾信號的用戶的歸屬情況，將干擾信號劃分為小區(qū)內干擾和小區(qū)外干擾，并分別確定接收端基站總的小區(qū)內上行干擾和總的小區(qū)外上行干擾，再根據(jù)所述上行干擾估計當前的上行信干比SIRUL；b12、利用當前的上行信干比SIRUL計算發(fā)射端用戶在下一步的發(fā)射功率Pnext，并按照下一步的發(fā)射功率Pnext設置發(fā)射端用戶的發(fā)射功率。
步驟b11所述確定總的小區(qū)內上行干擾IOWN_UL的方法為利用公式IOWN_UL=Σm′∈nΣm1∈nm1≠m′Pm1*Ln,m1*Gn,m′(kn,m1)]]>進行計算；其中，Gn，m’(kn，m1)為接收端基站n為歸屬于自身的用戶m’使用的天線方向圖在小區(qū)內干擾用戶m1所在角度的天線增益，Ln，m1為小區(qū)內干擾用戶m1到接收端基站n的路徑損耗，Pm1為小區(qū)內干擾用戶m1的發(fā)射功率；所述確定總的小區(qū)外上行干擾IOTHER_UL的方法為利用公式IOTHER_UL=Σm′∈nΣm2∉nPm2*Ln,m2*Gn,m′(kn,m2)]]>進行計算；其中，Gn，m’(kn，m2)為接收端基站n為歸屬于自身的用戶m’使用的天線方向圖在小區(qū)外干擾用戶m2所在角度的天線增益，Ln，m2為小區(qū)外干擾用戶m2到接收端基站n的路徑損耗，Pm2為小區(qū)外干擾用戶m2的發(fā)射功率。
步驟b11所述確定總的小區(qū)內上行干擾IOWN_UL的方法為根據(jù)小區(qū)內干擾用戶m1到接收端基站n的路徑損耗Ln，m1，以及小區(qū)內干擾用戶m1的發(fā)射功率Pm1，確定小區(qū)內等效干擾功率POWN(kn，m1)，具體為POWN(kn,m1)=Σm1∈nm1≠m′Pm1*Ln,m1;]]>將每個角度上的小區(qū)內等效干擾功率POWN(kn，m1)與對應角度上的天線增益相乘，獲得總的小區(qū)內上行干擾IOWN_UL，具體為IOWN_UL=Σm′∈n[Σk=k0k1POWN(k)*Gn,m′(k)];]]>所述確定總的小區(qū)外上行干擾IOTHER_UL的方法為
根據(jù)小區(qū)外干擾用戶m2到接收端基站n的路徑損耗Ln，m2，以及小區(qū)外干擾用戶m2的發(fā)射功率Pm2，確定小區(qū)外等效干擾功率POTHER(kn，m2)，具體為POTHER(kn,m2)=Σm2∉nPm2*Ln,m2;]]>將每個角度上的小區(qū)外等效干擾功率POTHER(kn，m2)與對應角度上的天線增益相乘，獲得總的小區(qū)外上行干擾IOTHER_UL，具體為IOTHER_UL=Σm′∈n[Σk=k0k1POTHER(k)*Gn,m′(k)].]]>步驟b11所述估計當前的上行信干比SIRUL的方法為利用公式SIRUL=GP*SN0+(1-β)*IOWN_UL+IOTHER_UL]]>進行計算；其中，S為接收端基站接收到的信號功率，GP為處理增益，N0為熱噪聲，β為干擾降低因子，IOWN_UL為總的小區(qū)內上行干擾，IOTHER_UL為總的小區(qū)外上行干擾。
步驟b12所述計算下一步的發(fā)射功率Pnext的方法為利用公式Pnext=SIRtargetSIRULPlast,Pnext=Pmin,ifPnext<PminPnext=Pmax,ifPnext>Pmax]]>進行計算；其中，SIRtarget為目標信干比，Pmin為發(fā)射端用戶的最小發(fā)射功率，Pmax為發(fā)射端用戶的最大發(fā)射功率，Plast為發(fā)射端用戶當前的發(fā)射功率，SIRUL為當前的上行信干比。
步驟b1所述確定接收端基站的干擾信號的方法為預先設置路徑損耗門限，將仿真區(qū)域中除發(fā)射端用戶之外的其它用戶到接收端基站的路徑損耗小于上述路徑損耗門限的用戶發(fā)出的信號確定為干擾信號。
步驟b1之后，該方法進一步包括判斷功率控制是否結束，如果是則輸出功控性能參數(shù)，否則返回執(zhí)行步驟b1。
一種智能天線仿真系統(tǒng)中下行功率控制的實現(xiàn)方法，預先為仿真區(qū)域的基站設置天線增益表，所述天線增益表保存有歸屬于該基站的每個用戶使用的天線方向圖，所述天線方向圖按照角度記錄智能天線為該用戶提供的天線增益，該方法包括以下步驟a2、為發(fā)射端基站設置初始發(fā)射功率；b2、查找仿真區(qū)域中所有基站的天線增益表中歸屬于對應基站的所有用戶的天線方向圖，確定接收端用戶的干擾信號，并根據(jù)接收端用戶的角度位置和上述天線方向圖中記錄的相應角度的天線增益，計算出下行干擾，再根據(jù)計算結果調整所述發(fā)射端基站的發(fā)射功率。
步驟b2所述計算下行干擾并調整發(fā)射功率的方法具體為b21、根據(jù)歸屬情況將干擾信號劃分為小區(qū)內干擾和小區(qū)外干擾，并分別確定接收端用戶m總的小區(qū)內下行干擾和總的小區(qū)外下行干擾，再根據(jù)所述下行干擾估計當前的下行信干比SIRDL；b22、利用當前的下行信干比SIRDL計算發(fā)射端基站在下一步對接收端用戶m的發(fā)射功率Pnext_m，并按照下一步的發(fā)射功率Pnext_m設置發(fā)射端基站的發(fā)射功率。
步驟b21所述確定總的小區(qū)內下行干擾IOWN_DL的方法為利用公式IOWN_DL=Σm1′∈n′m1′≠mPn′*Ln′,m*Gn′,m1′(kn′,m)]]>進行計算；其中，Gn’，m1’(kn’，m)為發(fā)射端基站n’為歸屬于自身的干擾用戶m1’使用的天線方向圖在接收端用戶m所在角度的天線增益，Ln’，m為接收端用戶m到發(fā)射端基站n’的路徑損耗，Pn’為發(fā)射端基站n’的發(fā)射功率；所述確定總的小區(qū)外下行干擾IOTHER_DL的方法為利用公式IOTHER_DL=Σn=1n≠n′NΣm2′∈nPn*Ln,m*Gn,m2′(kn,m)]]>進行計算；其中，Gn，m2’(kn，m)為仿真區(qū)域中的其它基站n為歸屬于自身的用戶m2’使用的天線方向圖在接收端用戶m所在角度的天線增益，Ln，m為接收端用戶m到其它基站n的路徑損耗，Pn為其它基站n的發(fā)射功率。
步驟b21所述確定總的小區(qū)內下行干擾IOWN_DL的方法為根據(jù)發(fā)射端基站n’的發(fā)射功率Pn’，以及發(fā)射端基站n’為歸屬于自身的干擾用戶m1’使用的天線方向圖在接收端用戶m所在角度的天線增益Gn’，m1’(kn’，m)，確定小區(qū)內等效輻射功率Pn’(kn’，m)，具體為Pn′(kn′,m)=Σm1′∈n′m1′≠mPn′*Gn′,m1′(kn′,m);]]>將小區(qū)內等效輻射功率Pn’(kn’，m)，與接收端用戶m到發(fā)射端基站n’的路徑損耗Ln’，m相乘，獲得總的小區(qū)內下行干擾IOWN_DL，具體為IOWN_DL＝Pn′(kn′，m)*Ln′，m；所述確定總的小區(qū)外下行干擾IOTHER_DL的方法為根據(jù)仿真區(qū)域中的其它基站n的發(fā)射功率Pn，以及其它基站n為歸屬于自身的用戶m2’使用的天線方向圖在接收端用戶m所在角度的天線增益Gn，m2’(kn，m)，確定小區(qū)外等效輻射功率Pn(kn，m)，具體為Pn(kn,m)=Σm2′∈nPn*Gn,m2′(kn,m);]]>將小區(qū)外等效輻射功率Pn(kn，m)，與接收端用戶m到其它基站n的路徑損耗Ln，m相乘，獲得總的小區(qū)外下行干擾IOTHER_DL，具體為IOTHER_DL=Σn=1(n≠n′)NPn(kn,m)*Ln,m.]]>步驟b21所述估計當前的下行信干比SIRDL的方法為利用公式SIRDL=GP*SN0+α*IOWN DL+IOTHER DL]]>進行計算；其中，S為接收端用戶接收到的信號功率，GP為處理增益，N0為熱噪聲，α為非正交因子，IOWN_DL為總的小區(qū)內下行干擾，IOTHER_DL為總的小區(qū)外下行干擾。
步驟b22所述計算發(fā)射端基站n’在下一步對接收端用戶m的發(fā)射功率Pnext_m的方法為利用公式Pnext_m=SIRtargetSIRDLPlast,Pnext_m=Pmin,ifPnext_m<PminPnext_m=Pmax,ifPnext_m>Pmax]]>進行計算；其中，SIRtarget為目標信干比，Pmin為單用戶時發(fā)射端基站n’的最小發(fā)射功率，Pmax為單用戶時發(fā)射端基站n’的最大發(fā)射功率，Plast為發(fā)射端基站n’對接收端用戶m的當前發(fā)射功率，SIRDL為當前的下行信干比。
步驟b2所述確定接收端用戶的干擾信號的方法為預先設置路徑損耗門限，將仿真區(qū)域中到達接收端用戶的路徑損耗小于上述路徑損耗門限的基站發(fā)出的信號確定為干擾信號。
步驟b2之后，該方法進一步包括判斷功率控制是否結束，如果是則輸出功控性能參數(shù)，否則返回執(zhí)行步驟b2。
由上述技術方案可見，本發(fā)明的這種智能天線仿真系統(tǒng)中上下行功率控制的實現(xiàn)方法，在功率控制過程中針對智能天線的特點計算上下行鏈路干擾，使得仿真結果更為準確、有效，能夠為TD-SCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化提供有價值的指導。
進一步地，本發(fā)明在實現(xiàn)功率控制時，還能對智能天線的上下行鏈路干擾進行快速計算，在很大程度上降低了仿真過程的耗時，提高仿真效率。


圖1為本發(fā)明的智能天線仿真系統(tǒng)實現(xiàn)功率控制的流程；圖2為本發(fā)明智能天線仿真系統(tǒng)中上行鏈路干擾的示意圖；圖3為本發(fā)明智能天線仿真系統(tǒng)中下行鏈路干擾的示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。
在智能天線仿真系統(tǒng)中，執(zhí)行功率控制之前，通過預配置或由系統(tǒng)自動生成業(yè)務分布，即在仿真區(qū)域內均勻地分布上指定數(shù)目的移動臺，并設置每個移動臺的坐標、業(yè)務類型等屬性。
假設N為仿真區(qū)域內的全部基站數(shù)目，n為某個基站的編號，n＝1，2，...，N。一般情況下，一個小區(qū)或一個扇區(qū)設置一個基站。M為仿真區(qū)域內的全部用戶數(shù)目，m為某個用戶的編號，m＝1，2，...，M，每個用戶都有自身的歸屬基站。
由于智能天線的方向圖隨用戶位置的不同而發(fā)生變化，故預先為仿真區(qū)域的基站設置天線增益表，所述天線增益表保存有歸屬于該基站的每個用戶使用的天線方向圖，所述天線方向圖按照角度記錄智能天線為該用戶提供的天線增益。將基站n與用戶m通信時的天線方向圖記為Gn，m，該方向圖在θ方向上的天線增益為Gn，m(k)。當用戶m歸屬于基站n時，k＝[θ/Δθ]，符號[]代表取整。所述Δθ為該智能天線的存儲精度，即每隔Δθ記錄一個天線增益，比如Δθ＝5表明每5度使用一個天線增益，以減少存儲量和計算量。當用戶m不一定歸屬于基站n時，kn，m＝[θn，m/Δθ]，其中θn，m為基站n到用戶m的角度，即基站n與用戶m之間的路徑矢量在整個系統(tǒng)平面的矢量角。上述天線增益Gn，m(k)可以通過實際測量獲得，或通過智能天線建模得到。
基于上述設置，采用本發(fā)明的方法，在智能天線仿真系統(tǒng)中實現(xiàn)功率控制的過程如圖1所示，包括以下步驟步驟101、功率初始化，設置初始發(fā)射功率。
該步驟是對實際應用中的開環(huán)功控過程進行仿真，由于靜態(tài)仿真不必考慮用戶的移動性，故可以按照目標信干比(SIR)和路徑損耗確定上下行鏈路的初始發(fā)射功率。
比如，按照公式(1)設置上行鏈路的初始發(fā)射功率(上行初始發(fā)射功率)。其中，PUE是用戶終端(UE)的初始發(fā)射功率；SIRtarget是上行的目標信干比；N0是基站接收信號時的熱噪聲；L是基站和用戶終端之間的路徑損耗。
PUE=SIRtarget*N0L...(1)]]>下行鏈路的初始發(fā)射功率(下行初始發(fā)射功率)的設置方法與此類似，此處不再贅述。
步驟102、在預先設置的天線增益表中查找智能天線的天線增益Gn，m(k)，計算鏈路干擾，并根據(jù)計算結果執(zhí)行閉環(huán)功控。
該步驟中執(zhí)行的閉環(huán)功控是基于目標SIR的理想功控，所述理想功控指的是發(fā)射端在不超過最大發(fā)射功率的情況下理想地達到目標SIR。此時，功控的錯誤率為0％，延時為0秒。上述閉環(huán)功控的過程分為上行閉環(huán)功控和下行閉環(huán)功控。
A、上行閉環(huán)功控針對圖2所示的智能天線仿真系統(tǒng)中的上行鏈路干擾，本發(fā)明的上行閉環(huán)功控的實現(xiàn)過程如下a1)將基站n受到的干擾劃分為小區(qū)內干擾和小區(qū)外干擾，并確定所述基站n的干擾信號功率。
圖2的仿真系統(tǒng)中，基站A和基站B分別位于小區(qū)1和小區(qū)2，其中用戶1和用戶2屬于基站A，用戶3屬于基站B?；続與用戶1通信時，會將智能天線的主瓣對準用戶1，為用戶1生成一個天線方向圖，由于非主瓣方向上的天線增益不為零，故旁瓣方向仍會收到來自用戶2和用戶3的干擾信號。同樣地，基站A在接收用戶2的信號時，將天線方向圖的主瓣對準用戶2，并受到用戶1和用戶3對用戶2的干擾。由于基站A接收用戶1和用戶2的信號所使用的天線方向圖不同，故用戶3在這兩種情況下對基站A造成的上行鏈路干擾也是不同的。
為了準確獲知基站受到的上行鏈路干擾，將基站n與自身所屬用戶m’通信時接收到的干擾信號功率分為小區(qū)內干擾和小區(qū)外干擾。其中，小區(qū)內干擾IOWNn,m′=Σm∈nm≠m′Pm*Ln,m*Gn,m′(kn,m),]]>小區(qū)外干擾IOTHERn,m′=Σm∉nPm*Ln,m*Gn,m′(kn,m).]]>式中的Ln，m為用戶m到基站n的路徑損耗，Pm為用戶m的發(fā)射功率。
由于每個基站n對歸屬于自身的不同用戶m’使用不同的天線方向圖Gn，m’，故基站n在一個時隙內接收到的全部干擾信號功率如公式(2)和公式(3)所示。
總的小區(qū)內上行干擾IOWN_ULn=Σm′∈nΣm∈nm≠m′Pm*Ln,m*Gn,m′(kn,m)...(2)]]>總的小區(qū)外上行干擾IOTHER_ULn=Σm′∈nΣm∉nPm*Ln,m*Gn,m′(kn,m)...(3)]]>b1)根據(jù)上行的干擾信號功率，估計出基站n的上行信干比(SIRUL)。
該步驟中，可以根據(jù)公式(4)計算出SIRUL，并由SIR進一步獲得信噪比(SNR)和載波干擾比(CIR)等參數(shù)。
SIRUL=GP*SN0+(1-β)*IOWN+IOTHER...(4)]]>公式(4)中，S為接收到的信號功率，GP為處理增益，N0為熱噪聲，β為干擾降低因子，上述參數(shù)在仿真時是預先配置的。此外，IOWN_UL為總的小區(qū)內上行干擾，由公式(2)計算得到；IOTHER_UL為總的小區(qū)外上行干擾，由公式(3)計算得到。
c1)利用SIRUL計算用戶m’使用的移動臺在下一步的發(fā)射功率Pnext，并按照計算出的Pnext設置該移動臺的發(fā)射功率。
該步驟的具體計算見公式(5)。其中，SIRtarget為目標SIR，Pmin為移動臺的最小發(fā)射功率，Pmax為移動臺的最大發(fā)射功率，這三個參數(shù)是預先設置的。Plast為移動臺當前的發(fā)射功率，SIRlast為當前的SIR測量值，即公式(4)中計算出的SIRUL，Pnext為移動臺下一步的發(fā)射功率。此處，下一步是相對當前而言的，指的是下一個功控循環(huán)。
Pnext=SIRtargetSIRlastPlast,Pnext=Pmin,ifPnext<PminPnext=Pmax,ifPnext>Pmax...(5)]]>需要說明的是，在第一次執(zhí)行步驟c1)時，公式(5)中的Plast為步驟101中設置的初始發(fā)射功率。
B、下行閉環(huán)功控具體實現(xiàn)與上行過程類似。此時，信號的接收端為移動臺，故應根據(jù)移動臺的接收情況調整基站的發(fā)射功率。仍以圖2所示的智能天線仿真系統(tǒng)為例，當基站A與用戶2、基站B與用戶3通信時，由于非主瓣方向上的天線增益不為零，故會對基站A與用戶1的通信造成下行鏈路干擾，見圖3。其中，基站A與用戶1和用戶2通信使用的是兩個不同的天線方向圖。
a2)將用戶m受到的干擾信號劃分為小區(qū)內干擾和小區(qū)外干擾，并確定所述用戶m的干擾信號功率。
根據(jù)圖3所示，歸屬于基站n’的某個用戶m在與該基站n’通信時，接收到的干擾信號功率按照公式(6)和公式(7)分別進行計算，其中Pn為仿真區(qū)域內的某個基站n的發(fā)射功率。
總的小區(qū)內下行干擾IOWN_DLm=Σm′∈n′m′≠mPn′*Ln′,m*Gn′,m′(kn′,m)...(6)]]>總的小區(qū)外下行干擾IOTHER_DLm=Σn=1n≠n′NΣm′∈nPn*Ln,m*Gn,m′(kn,m)...(7)]]>b2)根據(jù)下行的干擾信號功率，估計出用戶m的下行信干比(SIRDL)。
該步驟中，可以根據(jù)公式(8)計算出SIRDL，其中的參數(shù)α為非正交因子。
SIRDL=GP*SN0+α*IOWN+IOTHER...(8)]]>c2)利用用戶m的SIRDL計算基站n’下一步對用戶m的發(fā)射功率Pnext_m，并逐一確定該基站n’對同一時隙內所有歸屬于自身的用戶的發(fā)射功率。
該步驟的具體計算見公式(9)和(10)。其中，SIRtarget是目標SIR，Pmin是單個用戶的最小發(fā)射功率，Pmax是單個用戶的最大發(fā)射功率，M是與用戶m處于同一時隙內的用戶數(shù)目，PALL是基站總的發(fā)射功率，PAllMAX是基站的最大發(fā)射功率。SIRlast是當前的SIR測量值，即公式(8)中計算出的SIRDL，Plast是基站當前的發(fā)射功率，Pnext_m是基站下一步對用戶m的發(fā)射功率。
Pnext_m=SIRtargetSIRlastPlast,Pnext_m=Pmin,ifPnext_m<PminPnext_m=Pmax,ifPnext_m>Pmax...(9)]]>PALL=Σm=1MPnext_mPnext_m=Pnext_m*PAllMAXPALL,ifPALL>PAllMAX...(10)]]>
從公式(9)和(10)看出，基站對同一時隙內所有用戶的發(fā)射功率之和構成基站總的發(fā)射功率，該總的發(fā)射功率必須小于基站的最大發(fā)射功率。如果總的發(fā)射功率超出了基站的最大發(fā)射功率，則要按比例減小每個用戶的發(fā)射功率。
上述過程中，步驟a1)和步驟a2)計算上下行鏈路干擾的方法僅為一個具體的實施例，在下面的說明中，將該方法稱為方法一。
步驟103、判斷功率控制是否結束，如果是則執(zhí)行步驟104，否則返回執(zhí)行步驟102。
一般情況下，功率控制是一個循環(huán)控制的過程。該步驟中，判斷功控循環(huán)結束的方法為預先設定功控次數(shù)，并在到達功控次數(shù)時結束該功控循環(huán)過程；或者，通過現(xiàn)有的功控收斂準則判斷功控循環(huán)是否結束，比如將每個小區(qū)的上下行干擾變化量和/或每條上下行鏈路的SIR變化量作為收斂條件等。
步驟104、輸出功控性能參數(shù)，用于指導網(wǎng)絡規(guī)劃。
功率控制執(zhí)行完畢輸出的性能參數(shù)包括兩類，分別是系統(tǒng)指標和鏈路指標。其中，系統(tǒng)指標包括基站的接入用戶數(shù)、阻塞率、滿意率等，鏈路指標包括每個用戶的上下行接收功率、上下行干擾強度、上下行SIR和上下行狀態(tài)等。
在功率控制的仿真過程中，對智能天線的鏈路干擾計算是非常耗時的，尤其是在網(wǎng)絡優(yōu)化階段，由于基站數(shù)目較多，還要考慮到其它系統(tǒng)的干擾，整個系統(tǒng)的仿真時間會非常長，可能是幾天或數(shù)周，故針對步驟102所述的鏈路干擾計算，本發(fā)明提出了第二種實現(xiàn)方法(稱為方法二)，用于實現(xiàn)快速計算，從而節(jié)約時間成本，避免人力物力的浪費。
(一)上行鏈路干擾首先，基站n按kn，m計算出除用戶m’之外的所有其它用戶m發(fā)來的等效干擾功率，并根據(jù)kn，m加以保存。所述等效干擾功率包括小區(qū)內等效干擾和小區(qū)外等效干擾，分別按照公式(11)和公式(12)進行計算。
小區(qū)內等效干擾功率POWNn(kn,m)=Σm∈nm≠m′Pm*Ln,m...(11)]]>小區(qū)外等效干擾功率POTHERn(kn,m)=Σm≠nPm*Ln,m...(12)]]>然后，將所保存的等效干擾功率與方向圖Gn，m’對應角度kn，m上的天線增益相乘，并累加獲得基站n的總干擾功率。
該步驟中，基站n可以根據(jù)公式(13)和公式(14)計算出自身的總干擾功率。
總的小區(qū)內上行干擾IOWN_ULn=Σm′∈n[Σk=k0k1POWNn(k)*Gn,m′(k)]...(13)]]>總的小區(qū)外上行干擾IOTHER_ULn=Σm′∈n[Σk=k0k1POTHERn(k)*Gn,m′(k)]...(14)]]>其中，k0～k1指的是基站考慮的干擾范圍，即具有天線增益的角度范圍?；究梢栽?60°范圍內考慮自身受到的上行干擾，此時k0設為0°，k1設為360°。或者，如果加入理想反射板，扇區(qū)天線只在120°或者180°范圍內存在天線增益，那么干擾也只存在于該角度范圍內。
與方法一相比，方法二預先按照kn，m計算出等效干擾后，再將其與對應角度的天線增益相乘，從而避免在天線增益表中頻繁查找Gn，m’(kn，m)，提高計算效率。
(二)下行鏈路干擾首先，當每個基站與歸屬于自身的用戶通信時，根據(jù)公式(15)和公式(16)計算出基站在其它方向上生成的等效輻射功率。
小區(qū)內等效輻射功率Pn′(kn′,m)=Σm′∈n′m′≠mPn′*Gn′,m′(kn′,m)...(15)]]>小區(qū)外等效輻射功率Pn(kn,m)=Σm′∈nPn*Gn,m′(kn,m)...(16)]]>然后，將各個基站在用戶m方向上的等效輻射功率與對應的路徑損耗相乘，并將上述乘積累加，獲得用戶m的總下行干擾。
總的小區(qū)內下行干擾IOWN_DLm=Pn′(kn′,m)*Ln′,m...(17)]]>
總的小區(qū)外下行干擾IOTHER_DLm=Σn=1(n≠n′)NPn(kn,m)*Ln,m...(18)]]>為了比較方法一和方法二的計算量，做如下假設系統(tǒng)中共有N個基站(N1)，M個用戶，每個基站平均有M/N個用戶。由于計算量主要體現(xiàn)在小區(qū)外干擾上，故忽略小區(qū)內干擾的計算。
在方法一中，上行干擾的乘法計算量＝N*M/N*(N-1)*M/N*2≈2M2，下行干擾的乘法計算量＝M*(N-1)*M/N*2≈2M2。
設K’＝k1-k0，方法二的上行計算量＝N*[(M-M/N)+M/N*K’]≈(N+K’)M，下行計算量＝N*M/N*K’+M*(N-1)≈(N+K’)M。
通過上述比較看出，方法二的乘法計算量由M的平方項降為M的一次項，所以在M取值較大時，方法二能夠實現(xiàn)鏈路干擾的快速計算。
經過方法二的算法改進，上下行鏈路干擾的計算速度在很大程度上得到提高。但是，如果實際應用中涉及的基站或移動臺數(shù)目較多，整個計算量仍然是相當龐大的。
為此，本發(fā)明針對站點較多的情況，進一步提供了一種上下行鏈路干擾的處理方法(稱為方法三)，具體為首先，在計算上行鏈路干擾時，先根據(jù)精度需求確定最大允許的路徑損耗門限，并在進行功率控制前，確定該基站的干擾用戶。所述干擾用戶指的是到達基站的路徑損耗小于最大允許路徑損耗門限的用戶。
然后，按照方法一中的公式(2)和(3)，或者方法二中的公式(13)和(14)計算出仿真區(qū)域內該基站的上行干擾。
該方法中，基站在干擾計算時僅考慮干擾用戶對自身的影響，即對于路徑損耗較大的干擾源，基站在滿足精度要求的前提下將其忽略不計。
計算下行鏈路干擾的方法與上行類似，即為特定用戶找出路徑損耗小于門限的基站，并按照方法一中的公式(6)和(7)，或者方法二中的公式(17)和(18)計算出仿真區(qū)域內的基站對該特定用戶造成的下行干擾。
由上述的實施例可見，本發(fā)明的這種智能天線仿真系統(tǒng)中上下行功率控制的實現(xiàn)方法，在功率控制過程中針對智能天線的特點計算上下行鏈路干擾，使得仿真結果更為準確、有效，能夠為TD-SCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化提供有價值的指導。
權利要求
1.一種智能天線仿真系統(tǒng)中上行功率控制的實現(xiàn)方法，其特征在于，預先為仿真區(qū)域的基站設置天線增益表，所述天線增益表保存有歸屬于該基站的每個用戶使用的天線方向圖，所述天線方向圖按照角度記錄智能天線為該用戶提供的天線增益，該方法包括以下步驟a1、為發(fā)射端用戶設置初始發(fā)射功率；b1、在接收端基站的天線增益表中查找所述發(fā)射端用戶的天線方向圖，確定接收端基站的干擾信號，并根據(jù)干擾信號的角度位置和所述天線方向圖中記錄的相應角度的天線增益，計算出上行干擾，再根據(jù)計算結果調整所述發(fā)射端用戶的發(fā)射功率。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b1所述計算上行干擾并調整發(fā)射功率的方法具體為b11、根據(jù)發(fā)出干擾信號的用戶的歸屬情況，將干擾信號劃分為小區(qū)內干擾和小區(qū)外干擾，并分別確定接收端基站總的小區(qū)內上行干擾和總的小區(qū)外上行干擾，再根據(jù)所述上行干擾估計當前的上行信干比SIRUL；b12、利用當前的上行信干比SIRUL計算發(fā)射端用戶在下一步的發(fā)射功率Pnext，并按照下一步的發(fā)射功率Pnext設置發(fā)射端用戶的發(fā)射功率。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟b11所述確定總的小區(qū)內上行干擾IOWN_UL的方法為利用公式IOWN_UL=Σm′∈nΣm1∈nm1≠m′Pm1*Ln,m1*Gn,m′(kn,m1)]]>進行計算；其中，Gn，m’(kn，m1)為接收端基站n為歸屬于自身的用戶m’使用的天線方向圖在小區(qū)內干擾用戶m1所在角度的天線增益，Ln，m1為小區(qū)內干擾用戶m1到接收端基站n的路徑損耗，Pm1為小區(qū)內干擾用戶m1的發(fā)射功率；所述確定總的小區(qū)外上行干擾IOTHER_UL的方法為利用公式IOTHER_UL=Σm′∈nΣm2∉nPm2*Ln,m2*Gn,m′(kn,m2)]]>進行計算；其中，Gn，m’(kn，m2)為接收端基站n為歸屬于自身的用戶m’使用的天線方向圖在小區(qū)外干擾用戶m2所在角度的天線增益，Ln，m2為小區(qū)外干擾用戶m2到接收端基站n的路徑損耗，Pm2為小區(qū)外干擾用戶m2的發(fā)射功率。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟b11所述確定總的小區(qū)內上行干擾IOWN_UL的方法為根據(jù)小區(qū)內干擾用戶m1到接收端基站n的路徑損耗Ln，m1，以及小區(qū)內干擾用戶m1的發(fā)射功率Pm1，確定小區(qū)內等效干擾功率POWN(kn，m1)，具體為POWN(kn,m1)=Σm1∈nm1≠m′Pm1*Ln,m1;]]>將每個角度上的小區(qū)內等效干擾功率POWN(kn，m1)與對應角度上的天線增益相乘，獲得總的小區(qū)內上行干擾IOWN_UL，具體為IOWN_UL=Σm′∈n[Σk=k0k1POWN(k)*Gn,m′(k)];]]>所述確定總的小區(qū)外上行干擾IOTHER_UL的方法為根據(jù)小區(qū)外干擾用戶m2到接收端基站n的路徑損耗Ln，m2，以及小區(qū)外干擾用戶m2的發(fā)射功率Pm2，確定小區(qū)外等效干擾功率POTHER(kn，m2)，具體為POTHER(kn,m2)=Σm2∉nPm2*Ln,m2;]]>將每個角度上的小區(qū)外等效干擾功率POTHER(kn，m2)與對應角度上的天線增益相乘，獲得總的小區(qū)外上行干擾IOTHER_UL，具體為IOTHER_UL=Σm′∈n[Σk=k0k1POTHER(k)*Gn,m′(k)].]]>
5.根據(jù)權利要求2至4任一項所述的方法，其特征在于，步驟b11所述估計當前的上行信干比SIRUL的方法為利用公式SIRUL=GP*SN0+(1+β)*IOWN_UL+IOTHER_UL]]>進行計算；其中，S為接收端基站接收到的信號功率，GP為處理增益，N0為熱噪聲，β為干擾降低因子，IOWN_UL為總的小區(qū)內上行干擾，IOTHER_UL為總的小區(qū)外上行干擾。
6.根據(jù)權利要求2至4任一項所述的方法，其特征在于，步驟b12所述計算下一步的發(fā)射功率Pnext的方法為利用公式Pnext=SIRtargetSIRULPlast,Pnext=Pmin,ifPnext<PminPnext=Pmax,ifPnext>Pmax]]>進行計算；其中，SIRtarget為目標信干比，Pmin為發(fā)射端用戶的最小發(fā)射功率，Pmax為發(fā)射端用戶的最大發(fā)射功率，Plast為發(fā)射端用戶當前的發(fā)射功率，SIRUL為當前的上行信干比。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b1所述確定接收端基站的干擾信號的方法為預先設置路徑損耗門限，將仿真區(qū)域中除發(fā)射端用戶之外的其它用戶到接收端基站的路徑損耗小于上述路徑損耗門限的用戶發(fā)出的信號確定為干擾信號。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b1之后，該方法進一步包括判斷功率控制是否結束，如果是則輸出功控性能參數(shù)，否則返回執(zhí)行步驟b1。
9.一種智能天線仿真系統(tǒng)中下行功率控制的實現(xiàn)方法，其特征在于，預先為仿真區(qū)域的基站設置天線增益表，所述天線增益表保存有歸屬于該基站的每個用戶使用的天線方向圖，所述天線方向圖按照角度記錄智能天線為該用戶提供的天線增益，該方法包括以下步驟a2、為發(fā)射端基站設置初始發(fā)射功率；b2、查找仿真區(qū)域中所有基站的天線增益表中歸屬于對應基站的所有用戶的天線方向圖，確定接收端用戶的干擾信號，并根據(jù)接收端用戶的角度位置和上述天線方向圖中記錄的相應角度的天線增益，計算出下行干擾，再根據(jù)計算結果調整所述發(fā)射端基站的發(fā)射功率。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，步驟b2所述計算下行干擾并調整發(fā)射功率的方法具體為b21、根據(jù)歸屬情況將干擾信號劃分為小區(qū)內干擾和小區(qū)外干擾，并分別確定接收端用戶m總的小區(qū)內下行干擾和總的小區(qū)外下行干擾，再根據(jù)所述下行干擾估計當前的下行信干比SIRDL；b22、利用當前的下行信干比SIRDL計算發(fā)射端基站在下一步對接收端用戶m的發(fā)射功率Pnext_m，并按照下一步的發(fā)射功率Pnext_m設置發(fā)射端基站的發(fā)射功率。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，步驟b21所述確定總的小區(qū)內下行干擾IOWN_DL的方法為利用公式IOWN_DL=Σm1′∈n′m1′≠mPn′*Ln′,m*Gn′,m1′(kn′,m)]]>進行計算；其中，Gn’，m1’(kn’，m)為發(fā)射端基站n’為歸屬于自身的干擾用戶m1’使用的天線方向圖在接收端用戶m所在角度的天線增益，Ln’，m為接收端用戶m到發(fā)射端基站n’的路徑損耗，Pn’為發(fā)射端基站n’的發(fā)射功率；所述確定總的小區(qū)外下行干擾IOTHER_DL的方法為利用公式IOTHER_DL=Σn=1n≠n′NΣm2′∈nPn*Ln,m*Gn,m2′(kn,m)]]>進行計算；其中，Gn，m2’(kn，m)為仿真區(qū)域中的其它基站n為歸屬于自身的用戶m2’使用的天線方向圖在接收端用戶m所在角度的天線增益，Ln，m為接收端用戶m到其它基站n的路徑損耗，Pn為其它基站n的發(fā)射功率。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，步驟b21所述確定總的小區(qū)內下行干擾IOWN_DL的方法為根據(jù)發(fā)射端基站n’的發(fā)射功率Pn’，以及發(fā)射端基站n’為歸屬于自身的干擾用戶m1’使用的天線方向圖在接收端用戶m所在角度的天線增益Gn’，m1’(kn’，m)，確定小區(qū)內等效輻射功率Pn’(kn’，m)，具體為Pn′(kn′,m)=Σm1′∈n′m1′≠mPn′*Ln′,m1′(kn′,m);]]>將小區(qū)內等效輻射功率Pn’(kn’，m)，與接收端用戶m到發(fā)射端基站n’的路徑損耗Ln’，m相乘，獲得總的小區(qū)內下行干擾IOWN_DL，具體為IOWN_DL＝Pn′(kn′，m)*Ln′，m；所述確定總的小區(qū)外下行干擾IOTHER_DL的方法為根據(jù)仿真區(qū)域中的其它基站n的發(fā)射功率Pn’以及其它基站n為歸屬于自身的用戶m2’使用的天線方向圖在接收端用戶m所在角度的天線增益Gn，m2’(kn，m)，確定小區(qū)外等效輻射功率Px(kn，m)，具體為Pn(kn,m)=Σm2′∈nPn*Gn,m2′(kn,m);]]>將小區(qū)外等效輻射功率Pn(kn，m)，與接收端用戶m到其它基站n的路徑損耗Ln，m相乘，獲得總的小區(qū)外下行干擾IOTHER_DL，具體為IOTHER_DL=Σn=1(n≠n′)NPn(kn,m)*Ln,m.]]>
13.根據(jù)權利要求10至12任一項所述的方法，其特征在于，步驟b21所述估計當前的下行信干比SIRDL的方法為利用公式SIRDL=GP*SN0+α*IOWN_DL+IOTHER_DL]]>進行計算；其中，S為接收端用戶接收到的信號功率，GP為處理增益，N0為熱噪聲，α為非正交因子，IOWN_DL為總的小區(qū)內下行干擾，IOTHER_DL為總的小區(qū)外下行干擾。
14.根據(jù)權利要求10至12任一項所述的方法，其特征在于，步驟b22所述計算發(fā)射端基站n’在下一步對接收端用戶m的發(fā)射功率Pnext_m的方法為利用公式Pnext_m=SIRtargetSIRDLPlast,Pnext_m=Pmin,ifPnext_m<PminPnext_m=Pmax,ifPnext_m>Pmax]]>進行計算；其中，SIRtarget為目標信干比，Pmin為單用戶時發(fā)射端基站n’的最小發(fā)射功率，Pmax為單用戶時發(fā)射端基站n’的最大發(fā)射功率，Plast為發(fā)射端基站n’對接收端用戶m的當前發(fā)射功率，SIRDL為當前的下行信干比。
15.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，步驟b2所述確定接收端用戶的干擾信號的方法為預先設置路徑損耗門限，將仿真區(qū)域中到達接收端用戶的路徑損耗小于上述路徑損耗門限的基站發(fā)出的信號確定為干擾信號。
16.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，步驟b2之后，該方法進一步包括判斷功率控制是否結束，如果是則輸出功控性能參數(shù)，否則返回執(zhí)行步驟b2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能天線仿真系統(tǒng)中上下行功率控制的實現(xiàn)方法。其中，上行功率控制的過程包括預先為仿真區(qū)域的基站設置天線增益表，a1、為發(fā)射端用戶設置初始發(fā)射功率；b1、在接收端基站的天線增益表中查找所述發(fā)射端用戶的天線方向圖，確定接收端基站的干擾信號，并根據(jù)干擾信號的角度位置和所述天線方向圖中記錄的相應角度的天線增益，計算出上行干擾，再根據(jù)計算結果調整所述發(fā)射端用戶的發(fā)射功率。下行功率控制的實現(xiàn)過程與上行類似。本發(fā)明的這種方法考慮到智能天線的特點，使得仿真結果更為準確、有效，能夠為TD－SCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化提供有價值的指導。
文檔編號H04B17/00GK101043234SQ20061006603
公開日2007年9月26日 申請日期2006年3月21日 優(yōu)先權日2006年3月21日
發(fā)明者陳慶濤, 胡煒 申請人:普天信息技術研究院