一種蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)公共控制信號立體覆蓋的多扇區(qū)聯(lián)合控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)公共控 制信號立體覆蓋的多扇區(qū)聯(lián)合控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)公共控制信號的高質(zhì)量覆蓋是用戶隨時隨地接入（無縫接入） 的前提條件。公共控制信號指小區(qū)的下行同步信號、公共導(dǎo)頻信號等。公共控制信號是通 過廣播信道發(fā)送給小區(qū)范圍內(nèi)所有用戶的，是用戶的移動設(shè)備找到小區(qū)、與基站建立同步、 進行信道估計所必不可少的。高質(zhì)量覆蓋指的是在整個目標(biāo)覆蓋區(qū)域的各點處公共控制信 號（以下也簡稱為信號）的接收功率高于預(yù)設(shè)的功率門限，因而沒有弱覆蓋，且各點處信 號-干擾功率比（信干比，SIR)高于預(yù)設(shè)的SIR門限，因而沒有過覆蓋。
[0003] 高層建筑和立體交通的發(fā)展，使高層樓宇、高架橋和立交橋等大型建筑大量出現(xiàn)， 導(dǎo)致原本主要集中在地面附近的無線通信業(yè)務(wù)也在空域中立體式分布。蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò) 需實現(xiàn)公共控制信號的立體、高質(zhì)量覆蓋，才能保證各類用戶無縫地接入。
[0004] 現(xiàn)有研宄和工程中提出的立體覆蓋控制技術(shù)分為兩大類。第一類是采用分層異構(gòu) 無線網(wǎng)絡(luò)的解決方案，通過多種基站在不同高度不同場景的分別部署來實現(xiàn)公共控制信號 的覆蓋。但大量微蜂窩小區(qū)的密集部署和空間劃分導(dǎo)致同構(gòu)或異構(gòu)小區(qū)間復(fù)雜的干擾關(guān) 系，而用戶在小區(qū)間的頻繁切換增加了切換管理難度，尤其在立交橋等用戶高速移動場景 中。第二類是基于現(xiàn)有蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)的基站配備的面陣天線，采用波束賦形技術(shù)來形 成所需天線方向圖（天線在各個方向的輻射強度），從而實現(xiàn)單個小區(qū)/扇區(qū)所需的立體覆 蓋控制，全網(wǎng)所需的立體覆蓋控制則通過遍歷地控制每一個小區(qū)/扇區(qū)來實現(xiàn)（具體可參[0005] 用基站面陣天線和波束賦形技術(shù)實現(xiàn)全網(wǎng)區(qū)域范圍內(nèi)公共控制信號高質(zhì)量的立 體覆蓋，有以下難點：（1) 一個小區(qū)/扇區(qū)各個方向上的目標(biāo)覆蓋距離不全相等，各個方向 上的傳播條件也不相同。這里的方向包括與地面平行的方位面和與地面垂直的俯仰面。（2) 天線方向圖方位面上的波束個數(shù)和形狀取決于面陣天線的一行中陣元的個數(shù)（方位面自 由度），天線方向圖俯仰面上的波束個數(shù)和形狀取決于面陣天線的一列中陣元的個數(shù)（俯 仰面自由度），不一定能符合實際環(huán)境下多種多樣的覆蓋需求。（3)消除一個小區(qū)/扇區(qū)內(nèi) 的弱覆蓋與抑制對鄰小區(qū)/扇區(qū)的干擾往往互相矛盾，因為本小區(qū)/扇區(qū)內(nèi)公共控制信號 接收功率的提高會造成對鄰小區(qū)/扇區(qū)的干擾功率加大。（4)小區(qū)/扇區(qū)的目標(biāo)覆蓋區(qū)域 是在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃或網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化階段人為劃定的，未必合理。例如，某個地點/位置因距離一個基 站較近而被人為劃歸該基站所屬的小區(qū)/扇區(qū)。其與本小區(qū)/扇區(qū)基站之間有高大建筑物 阻擋，因而路徑損耗大，其與另一小區(qū)/扇區(qū)的基站之間為開闊地，因而路徑損耗小。這種 現(xiàn)象在兩個小區(qū)/扇區(qū)的邊界附近，或多個小區(qū)/扇區(qū)的交界點附近尤為明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)公共 控制信號立體覆蓋的多扇區(qū)聯(lián)合控制方法，以緊鄰相對的多個扇區(qū)為一個扇區(qū)簇，聯(lián)合求 取簇內(nèi)扇區(qū)基站面陣天線的激勵權(quán)值，使這些面陣天線的方向圖的波束互相交錯，協(xié)同地 形成對簇內(nèi)區(qū)域高質(zhì)量的立體覆蓋。
[0007] 本發(fā)明中扇區(qū)簇的覆蓋性能由簇內(nèi)目標(biāo)覆蓋區(qū)域中所有測試點處的覆蓋性能來 統(tǒng)計和評價。設(shè)置的測試點遍及地面以及地面以上覆蓋區(qū)域（如立交橋面），用集合C表 示。涉及到的與覆蓋質(zhì)量相關(guān)的具體指標(biāo)為各測試點處（來自服務(wù)扇區(qū)的）期望信號的接 收功率和信干比。其中，信干比定義為接收到的期望信號功率和（來自其它扇區(qū)的）干擾 信號功率和之比。具體表達如下：
[0008] 本發(fā)明中一個扇區(qū)簇內(nèi)的所有扇區(qū)基站均配置包含M列、N行陣元的面陣天線。扇 區(qū)的公共控制信號（以下簡稱信號）通過基站面陣天線發(fā)射。簇內(nèi)目標(biāo)覆蓋區(qū)域上任一測 試點c處接收來自簇內(nèi)任一扇區(qū)1基站的信號功率為：
[0009]
【主權(quán)項】
1. 一種蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)公共控制信號立體覆蓋的多扇區(qū)聯(lián)合控制方法，包括如下步 驟： (1) 對于蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任一扇區(qū)簇，對扇區(qū)簇內(nèi)的目標(biāo)覆蓋區(qū)域進行立體網(wǎng)格 劃分，記錄每個立體網(wǎng)格中心點坐標(biāo)，并使所有立體網(wǎng)格中心點作為測試點組成測試點集 合 所述的扇區(qū)簇由多個緊鄰且相向的扇區(qū)組成，每個扇區(qū)由各自的基站提供公共控制信 號的立體覆蓋，扇區(qū)簇內(nèi)所有扇區(qū)組成扇區(qū)集合Z; (2) 獲取扇區(qū)簇內(nèi)各扇區(qū)基站面陣天線中心到各測試點的無線信號傳播路徑損耗；并 根據(jù)各測試點與各扇區(qū)基站面陣天線中心的相對位置，計算出各測試點相對于各扇區(qū)基站 面陣天線中心的天線流形矢量； (3) 根據(jù)所述的無線信號傳播路徑損耗和天線流形矢量，建立扇區(qū)簇立體覆蓋的聯(lián)合 控制模型如下：
其中：A為目標(biāo)覆蓋區(qū)域中所有測試點處的期望信號功率之和，B為目標(biāo)覆蓋區(qū)域中所 有測試點處的干擾信號功率之和，α為預(yù)設(shè)的目標(biāo)權(quán)重系數(shù)；Wl，m為扇區(qū)1基站面陣天線上 第m列陣元的激勵權(quán)值向量，其為N維列向量，N為基站面陣天線的陣元行數(shù);M為基站面 陣天線的陣元列數(shù)；為測試點c處的期望信號功率，P Mh為接收信號的功率門限值，P u 為扇區(qū)1基站面陣天線的發(fā)射信號功率，Ptith為發(fā)射信號的功率門限值；L為扇區(qū)簇內(nèi)所有 扇區(qū)的總個數(shù)； (4) 求解所述的聯(lián)合控制模型，得到扇區(qū)簇內(nèi)基站面陣天線的陣元激勵權(quán)值并對其進 行修正，進而根據(jù)修正后的陣元激勵權(quán)值為扇區(qū)簇內(nèi)各基站面陣天線各陣元饋入相應(yīng)的激 勵電流，以實現(xiàn)對扇區(qū)簇內(nèi)公共控制信號的立體覆蓋控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多扇區(qū)聯(lián)合控制方法，其特征在于：所述的期望信號功率之 和A的表達式如下：
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多扇區(qū)聯(lián)合控制方法，其特征在于：所述的干擾信號功率之 和B的表達式如下：
其中：為測試點C處接收來自扇區(qū)1基站的信號功率，1。為測試點C所歸屬的扇區(qū) 的序號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多扇區(qū)聯(lián)合控制方法，其特征在于：所述的期望信號功率1\。 的表達式如下： p =Pil^ r,c r,c 其中：為測試點C處接收來自扇區(qū)1。基站的信號功率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的多扇區(qū)聯(lián)合控制方法，其特征在于：所述的扇區(qū)1。的定 義如下：
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多扇區(qū)聯(lián)合控制方法，其特征在于：所述的信號功率.的 表達式如下：
其中：et，#P 。分別為扇區(qū)1基站面陣天線的總效率和測試點c處移動終端接收天線 的總效率；，灼」為扇區(qū)1基站面陣天線中心到測試點c的信號離開角，其包括俯仰角 S1,。和方位角^ ; /@f,灼J為扇區(qū)1基站面陣天線的陣元方向圖在角度，灼^上 的數(shù)值^表示共軛轉(zhuǎn)置，)為扇區(qū)1基站面陣天線上第m列陣元在測試點c所 對應(yīng)信號離開角，灼上的流形矢量，η為傳播介質(zhì)特征阻抗，D1^為扇區(qū)1基站面陣 天線中心到測試點c的無線信號傳播路徑損耗。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多扇區(qū)聯(lián)合控制方法，其特征在于：所述的發(fā)射信號功率P u 表達式如下：
其中：?為基站面陣天線的陣元輸入電阻，11表示共軛轉(zhuǎn)置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多扇區(qū)聯(lián)合控制方法，其特征在于：所述的步驟（4)中根據(jù) 以下公式對陣元激勵權(quán)值進行修正：
m = 0, 1，…，M_1 I = 1，2，…，L 其中為求解得到的扇區(qū)1基站面陣天線上第m列陣元的激勵權(quán)值向量，W= 為修正后的扇區(qū)1基站面陣天線上第m列陣元的激勵權(quán)值向量，P^in為扇區(qū)簇目標(biāo)覆蓋區(qū) 域內(nèi)任一測試點處接收信號功率的最小值，X 修正系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多扇區(qū)聯(lián)合控制方法，其特征在于：所述的修正系數(shù)X 5。_的 表達式如下：
其中：為基站發(fā)射公共控制信號功率的最大允許值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)公共控制信號立體覆蓋的多扇區(qū)聯(lián)合控制方法，包括：扇區(qū)簇目標(biāo)覆蓋區(qū)域中測試點集合獲??；無線信號傳播路徑損耗集合獲取和天線流形矢量集合構(gòu)建；扇區(qū)簇立體覆蓋聯(lián)合控制建模；激勵權(quán)值求解；激勵電流饋入和覆蓋控制實施。本發(fā)明基于扇區(qū)簇的干擾獨立性，充分挖掘簇內(nèi)各扇區(qū)基站面陣天線的波束賦形自由度，實施簇內(nèi)目標(biāo)覆蓋區(qū)域的聯(lián)合覆蓋控制。通過多個扇區(qū)的波束的咬合和扇區(qū)邊界自適應(yīng)劃分，提升目標(biāo)覆蓋區(qū)域上的覆蓋質(zhì)量。本發(fā)明方法既可用于扇區(qū)簇的立體覆蓋控制，也可以用于對整個網(wǎng)絡(luò)的立體覆蓋控制。
【IPC分類】H04W24-00, H04W16-18, H04W16-28
【公開號】CN104735684
【申請?zhí)枴緾N201510130992
【發(fā)明人】黃愛蘋, 王成, 張公正, 單杭冠
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月24日