專利名稱：一種多天線子小區(qū)中用戶接入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信系統(tǒng)，尤其是移動通信系統(tǒng)中多天線技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代移動通訊系統(tǒng)中通常采用多天線技術(shù)，多天線技術(shù)能夠改善信號接收質(zhì)量，提高基站(小區(qū))的覆蓋半徑。由于多個天線能夠形成不同的波束指向不同的用戶(如圖1)，相當于在空間上將用戶區(qū)分開來，因此多天線技術(shù)也能夠提高基站(小區(qū))的用戶容量。多天線波束形成技術(shù)還能夠有效降低天線的發(fā)射功率，從而降低對天線功率放大器的要求。
多天線在現(xiàn)有通訊系統(tǒng)中的應用存在一些難點，最大的問題是現(xiàn)有的移動通訊系統(tǒng)如WCDMA，cdma2000等系統(tǒng)中通常需要在整個小區(qū)的范圍內(nèi)發(fā)射公共信道，這些公共信道包括公共導頻信道，廣播信道和尋呼信道等等。特別是用于用戶業(yè)務接收信號參考的公共導頻信道，需要被小區(qū)內(nèi)部所有用戶接收到，同時要求該信號和用戶業(yè)務接收信號經(jīng)過同樣的無線信道衰落，能夠作為用戶業(yè)務接收信號的相位參考。
另外在多天線情況下由于從空間上將用戶區(qū)分開來，提高了基站(小區(qū))的總用戶容量，使得系統(tǒng)準入控制門限有所變化，同時準入控制算法是和系統(tǒng)的配置方式，如公共信道的發(fā)射方法相關(guān)的。當然，這些方法還會和用戶在小區(qū)間切換的方法相關(guān)。
現(xiàn)有的方法有兩種一種方法是由于要求某個小區(qū)的每個子小區(qū)內(nèi)的用戶都能夠同時有效接收公共信道，因此往往采用在每個小區(qū)內(nèi)部除了天線板以外另外架設一個專門發(fā)射公共信道的天線的方法如圖2。
但是這種方法存在的問題是由于這個天線發(fā)射的信號要覆蓋整個小區(qū)的范圍，因此此天線的發(fā)射功率往往比天線板上的多天線的發(fā)射功率要大許多，這樣需要另外設計一個比較大的天線功率放大器，這樣的結(jié)構(gòu)是增加了成本。同時由于通訊系統(tǒng)中移動臺在接收信號的時候往往需要利用公共導頻信道作為業(yè)務接收信號的參考信號，而此時公共導頻信道和業(yè)務信道是不同的天線發(fā)射的，這樣會造成參考信號和業(yè)務接收信號之間的不一致，這種不一致一般反映在兩者相位偏轉(zhuǎn)的不一致上，最終會造成用戶業(yè)務接收信號質(zhì)量的下降。需要注意的是，如果適當?shù)呐渲冒l(fā)射導頻的天線，比如配置奇數(shù)的天線單元，利用中間的天線發(fā)射導頻信道和公共信道，是可以達到一致相位的，但是此時仍然會導致中間天線的功率放大器配置高的問題。
一種方法是采用了利用原有的天線板來發(fā)送公共信道的方法，這種方法類似小區(qū)的概念，即將子小區(qū)和小區(qū)等同起來，在不同的子小區(qū)上發(fā)射不同的公共信道(類似小區(qū))，比如在WCDMA系統(tǒng)中在不同的子小區(qū)上發(fā)射第二公共導頻信道作為參考信號，或者甚至在不同的子小區(qū)上發(fā)射完全不同擾碼的公共導頻信道。
這些方式實際上都可以看成是將子小區(qū)處理放大到小區(qū)完全相同的處理，顯然，這樣做雖然避免了增加一個比較大發(fā)射功率的天線的問題，但是，會引起用戶在不同的子小區(qū)間切換的需要，引起的容量下降和加大小區(qū)間干擾。
同時如果僅僅增加公共導頻信道作為用戶的參考信號，則同樣需要用單獨的天線單元發(fā)射公共導頻信道，這樣則不能完全解決大發(fā)射功率天線的問題，相反還會由于增加了公共導頻信道而增加對用戶業(yè)務的干擾，降低系統(tǒng)容量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提出一種多天線子小區(qū)中用戶接入方法，可以降低單個天線的發(fā)射功率，從而降低了單個天線的功率放大器的功率需求，降低了成本；每個子小區(qū)獨立發(fā)射公共導頻信道，可以作為用戶業(yè)務接收信號解調(diào)的參考信號，提高了業(yè)務接收信號解調(diào)的準確性；提高系統(tǒng)容量。
一種多天線子小區(qū)中用戶接入方法，包括以下步驟a、將公共導頻信道功率均攤到各個天線，每個子小區(qū)發(fā)射相同的公共導頻信道；b、當用戶K+1申請接入子小區(qū)i時，根據(jù)用戶業(yè)務T和用戶的路徑損耗PPL_K+1，計算增加所述用戶后子小區(qū)需要增加的發(fā)射功率以及子小區(qū)i總的發(fā)射功率；c、當子小區(qū)i總的發(fā)射功率大于發(fā)射門限PT，i，拒絕所述用戶接入，重新分配子小區(qū)；否則準許所述用戶接入。
所述步驟a中各天線單元m的發(fā)射信號為PCommonChannelwm,i=PCommonChannelejβ(xmcos(φi)sin(θi)+ymsin(φi)sin(θi)+zmcos(θi))]]>其中子小區(qū)i的方向角為(θi，φi)，(xm，ym，zm)為天線單元m的空間坐標，待發(fā)射的小區(qū)的公共信道為PCommonChannel。
如果存在n個子小區(qū)，則每個天線單元m發(fā)射的信號為多個子小區(qū)上的發(fā)射分量之和Σi=1nPCommonChannalwm,i=Σi=1nPCommonChannelejβ(xmcos(φi)).]]>所述步驟b中子小區(qū)需要增加的發(fā)射功率ΔBS_TxPi,K+1=Nrf·W·PPL_K+1·vK+11-ηi·(Eb/N0)K+1W/RK+1]]>其中Nrf為基底噪聲功率譜密度，ηi為當前子小區(qū)的負載因子，(Eb/No)k為用戶k下行業(yè)務的所需信噪比，W為系統(tǒng)的碼片速率，Pk+1為用戶k+1的業(yè)務速率，vk+1為子小區(qū)用戶k+1的業(yè)務激活因子。
所述步驟b中子小區(qū)總的發(fā)射功率為BS_TxPi=ΔBS_TxPi,K+1+Σk=1KPi,k]]>其中Pi，k為子小區(qū)i用戶k的發(fā)射功率。
所述步驟c中所述重新分配子小區(qū)是指利用權(quán)值wm，i將此子小區(qū)進行裂變，變成兩個或者多個子小區(qū)。
所述利用權(quán)值wm，i將此子小區(qū)進行裂變是指根據(jù)子小區(qū)i的發(fā)射信號總功率Pout_i和子小區(qū)i的正交化因子αi來決定當前子小區(qū)的負載因子ηi=Σk=1Kvk·(Eb/N0)kW/Rk·[(1-αj)+Ii]]]>其中(Eb/No)k為用戶k下行業(yè)務的所需信噪比，W為系統(tǒng)的碼片速率，Pk為用戶k的業(yè)務速率，vk為子小區(qū)用戶k的業(yè)務激活因子，Ii為子小區(qū)受到其他子小區(qū)、小區(qū)等的干擾。
所述步驟c中所述重新分配子小區(qū)是指調(diào)整子小區(qū)波束形狀。
所述調(diào)整子小區(qū)波束形狀包括以下步驟c1基站定時測量各個子小區(qū)的發(fā)射功率Pi，c2如果發(fā)射功率Pi大于由RNC預先設定的門限PT，則將原來的一個子小區(qū)分成相角相近的附近的兩個子小區(qū)。
采用了本發(fā)明，可以有以下效果公共信道的發(fā)射功率被分配到各個天線單元上，同時由于多個天線發(fā)射單元能夠合成所需的子小區(qū)方向圖，降低了單個天線的發(fā)射功率，從而降低了單個天線的功率放大器的功率需求，降低了成本；此時用戶在不同的子小區(qū)間移動時，用戶本身并不知道所在子小區(qū)的發(fā)生變化，此時用戶不會發(fā)生切換，因此降低了切換帶來的干擾和復雜的切換控制；對按照子小區(qū)的發(fā)射功率進行用戶接入控制，提高系統(tǒng)容量；每個子小區(qū)獨立發(fā)射公共導頻信道，可以作為用戶業(yè)務接收信號解調(diào)的參考信號，提高了業(yè)務接收信號解調(diào)的準確性；對子小區(qū)的形狀進行動態(tài)控制，保證子小區(qū)的負載均衡，提高系統(tǒng)容量；具備多天線提高覆蓋范圍的能力、具備多天線提高網(wǎng)絡容量的能力。


圖1是多小區(qū)基站及其子小區(qū)示意圖；
圖2是不同小區(qū)和多天線單元的天線板結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是平行等間距線形多天線單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明用戶接入的流程圖；圖5是本發(fā)明子小區(qū)波束形狀調(diào)整流程圖；圖6是在WCDMA系統(tǒng)中用戶接入結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的具體實施方式
。
本發(fā)明采用的是在每個子小區(qū)發(fā)射相同的公共信道的方法。如圖3所示，假設子小區(qū)i的方向角為(θi，φi)，待發(fā)射的小區(qū)的公共信道為PCommonChannel，則線形多天線單元m發(fā)射的信號為PCommonChannelwm,i=PCommonChannelejβ(xmcos(φi)sin(θi)+ymsin(φi)sin(θi)+zmcos(θi))]]>(xm，ym，zm)為天線單元m的空間坐標，不失一般性，當線形多天線單元位于x坐標軸，θ≈π/2時，線形多天線單元m發(fā)射的信號為PCommonChannelwm=PCommonChannelejβ(xmcos(φi))]]>其中xm＝mΔx，如果存在個子小區(qū)，則每個天線單元m發(fā)射的信號為多個子小區(qū)上的發(fā)射分量之和Σi=1nPCommonChannelwm,i=Σi=1nPCommonChannelejβ(xmcos(φi))]]>這里的權(quán)值wm，i是根據(jù)所需的子小區(qū)形狀變化的。這里需要指出的是，如果公共導頻信道功率完全均攤在各個天線上，則其作為相位參考的性能會很低，反之，如果采用一個居中的天線發(fā)射所有的各個導頻，其作為相位參考的性能應該是最好的，但是其結(jié)果是該天線及其功率放大器的成本比較高。因此在我們給出的方法是既將公共發(fā)射信道(導頻)功率的均攤到各個天線上，同時又考慮了導頻作為相位參考性能，這里可以采用均勻權(quán)值的方法，也可以采用其他權(quán)值，其關(guān)鍵是要保證公共發(fā)射信道的功率能夠均攤到公共天線上，同時導頻作為相位參考的性能足夠好。
如圖4所示，如果存在多個子小區(qū)，此時的準入控制由小區(qū)級下降到了子小區(qū)級，而我們知道子小區(qū)實際上時由多天線波束形成的，因此子小區(qū)并不是固定的，而是可變的。在某個子小區(qū)用戶數(shù)目比較多的時候，我們可以利用另外的權(quán)值wm，i將此子小區(qū)進行裂變，變成兩個或者多個子小區(qū)，或者周圍子小區(qū)調(diào)整波束的方向，而裂變的根據(jù)是子小區(qū)i的發(fā)射信號總功率Pout_i和子小區(qū)i的正交化因子αi來決定的。
當前子小區(qū)的負載因子ηi可以計算為ηi=Σk=1Kvk·(Eb/N0)kW/Rk·[(1-αj)+Ii]]]>其中(Eb/No)k為用戶k下行業(yè)務的所需信噪比，W為系統(tǒng)的碼片速率，Rk為用戶k的業(yè)務速率，vk為子小區(qū)用戶k的業(yè)務激活因子，Ii為子小區(qū)受到其他子小區(qū)、小區(qū)等的干擾。
在新用戶K+1申請接入子小區(qū)i時，根據(jù)申請接入的用戶業(yè)務T和用戶的路徑損耗PPL_K+1，Nrf為基底噪聲功率譜密度，可以計算增加該用戶后，子小區(qū)所需增加的發(fā)射功率為ΔBS_TxPi,K+1=Nrf·W·PPL_K+1·vK+11-ηi·(Eb/N0)K+1W/RK+1]]>可以計算增加用戶后，基站總的發(fā)射功率將為BS_TxPi=ΔBS_TxPi,K+1+Σk=1KPi,k]]>其中Pi，k為子小區(qū)i用戶k的發(fā)射功率。
這里通過各個子小區(qū)的發(fā)射門限PT，i來控制下行用戶的接入，如果不能滿足門限，則通過變更子小區(qū)形狀的方式來重新分配小區(qū)，如果重新分配小區(qū)仍然不能滿足門限，則拒絕接入。
如圖5所示，基站定時測量各個子小區(qū)的發(fā)射功率Pi，如果發(fā)射功率大于預先設定的門限PT(RNC設定)，則進行子小區(qū)波束的重新成形，可以將原來的一個子小區(qū)分成相角相近的附近的兩個子小區(qū)，例如原來的子小區(qū)方向角φi＝45°，該小區(qū)的發(fā)射功率大于門限PT，用方向為φi＝42.5°和φi＝47.5°的兩個子小區(qū)代替(成為分裂)，同時測量兩個子小區(qū)的發(fā)射功率是否大于門限，如果不大于門限，則完成子小區(qū)重配置，如果有一個子小區(qū)發(fā)射功率大于門限，則保持配置。注意小區(qū)分裂不能重復進行，一般只能分裂一次。
現(xiàn)在以WCDMA系統(tǒng)為例，具體實現(xiàn)包括兩個部分，如圖6所示每個子小區(qū)內(nèi)用戶的業(yè)務功率Pk，i、子小區(qū)的正交化因子αi、用戶發(fā)起接入的子小區(qū)號i由基站(Node B)測量得到，通過Iub接口上報給RNC，RNC根據(jù)圖4的算法進行接入控制，基站根據(jù)子小區(qū)發(fā)射功率的情況動態(tài)調(diào)整子小區(qū)的波束形狀，并將新的子小區(qū)號和相關(guān)的測量結(jié)果上報RNC。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種多天線子小區(qū)中用戶接入方法，其特征在于包括以下步驟a、將公共導頻信道功率均攤到各個天線，每個子小區(qū)發(fā)射相同的公共導頻信道；b、當用戶K+1申請接入子小區(qū)i時，根據(jù)用戶業(yè)務T和用戶的路徑損耗PPL_K+1，計算增加所述用戶后子小區(qū)需要增加的發(fā)射功率以及子小區(qū)i總的發(fā)射功率；c、當子小區(qū)i總的發(fā)射功率大于發(fā)射門限PT，i，拒絕所述用戶接入，重新分配子小區(qū)；否則準許所述用戶接入。
2.如權(quán)利要求1所述多天線子小區(qū)中用戶接入方法，其特征在于所述步驟a中各天線單元m的發(fā)射信號為PCommonChannelwm,i=PCommonChannelejβ(xmcos(φi)sin(θi)+ymsin(φi)sin(θi)+zmcos(θi))]]>其中子小區(qū)i的方向角為(θi，φi)，(xm，ym，zm)為天線單元m的空間坐標，待發(fā)射的小區(qū)的公共信道為PCommonChannel。
3.如權(quán)利要求2所述多天線子小區(qū)中用戶接入方法，其特征在于如果存在n個子小區(qū)，則每個天線單元m發(fā)射的信號為多個子小區(qū)上的發(fā)射分量之和Σi=1nPCommonChanelwm,i=Σi=1nPCommonChanelejβ(xmcos(φi)).]]>
4.如權(quán)利要求1所述多天線子小區(qū)中用戶接入方法，其特征在于所述步驟b中子小區(qū)需要增加的發(fā)射功率為ΔBS_TxPi,K+1=Nrf·W·PPL_K+1·vK+11-ηi·(Eb/No)K+1W/RK+1]]>其中Nrf為基底噪聲功率譜密度，ηi為當前子小區(qū)的負載因子，(Eb/N0)k為用戶k下行業(yè)務的所需信噪比，W為系統(tǒng)的碼片速率，Rk+1為用戶k+1的業(yè)務速率，vk+1為子小區(qū)用戶k+1的業(yè)務激活因子。
5.如權(quán)利要求1所述多天線子小區(qū)中用戶接入方法，其特征在于所述步驟b中子小區(qū)總的發(fā)射功率為BS_TxPi=ΔBS_TxPi,K+1+Σk=1KPi,k]]>其中Pi，k為子小區(qū)i用戶k的發(fā)射功率。
6.如權(quán)利要求1所述多天線子小區(qū)中用戶接入方法，其特征在于所述步驟c中所述重新分配子小區(qū)是指利用權(quán)值wm，i將此子小區(qū)進行裂變，變成兩個或者多個子小區(qū)。
7.如權(quán)利要求6所述多天線子小區(qū)中用戶接入方法，其特征在于所述利用權(quán)值wm，i將此子小區(qū)進行裂變是指根據(jù)子小區(qū)i的發(fā)射信號總功率Pout_i和子小區(qū)i的正交化因子αi來決定當前子小區(qū)的負載因子ηi=Σk=1Kvk·(Eb/No)kW/Rk·[(1-αj)+Ii]]]>其中(Eb/M0)k為用戶k下行業(yè)務的所需信噪比，W為系統(tǒng)的碼片速率，Rk為用戶k的業(yè)務速率，vk為子小區(qū)用戶k的業(yè)務激活因子，Ii為子小區(qū)受到其他子小區(qū)、小區(qū)等的干擾。
8.如權(quán)利要求1所述多天線子小區(qū)中用戶接入方法，其特征在于所述步驟c中所述重新分配子小區(qū)是指調(diào)整子小區(qū)波束形狀。
9.如權(quán)利要求8所述多天線子小區(qū)中用戶接入方法，其特征在于所述調(diào)整子小區(qū)波束形狀包括以下步驟c1、基站定時測量各個子小區(qū)的發(fā)射功率Pi，c2、如果發(fā)射功率Pi大于由RNC預先設定的門限PT，則將原來的一個子小區(qū)分成相角相近的附近的兩個子小區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種多天線子小區(qū)中用戶接入方法，包括以下步驟將公共導頻信道功率均攤到各個天線，每個子小區(qū)發(fā)射相同的公共導頻信道；當用戶K+1申請接入子小區(qū)i時，根據(jù)用戶業(yè)務T和用戶的路徑損耗P
文檔編號H04B7/06GK1531354SQ0312076
公開日2004年9月22日 申請日期2003年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月17日
發(fā)明者吳更石 申請人:華為技術(shù)有限公司