一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方法

2023-10-09 07:01:44

專利名稱：一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方法
技術領域：
本發明涉及應用於移動通信系統中的設置全向發射信道波束寬度的 方法，更確切地說，本發明涉及使用多陣元智能天線的移動通信系統的小 區全向發射的信道波束寬度的設置方法，特別適用於時分同步碼分多址移動通信系統(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access, 以 下簡稱TD-SCDMA)。
背景技術：
蜂窩移動通信網絡中，通常採用不同波束寬度的天線實現對不同地理 環境下的小區覆蓋，以實現在對自己小區合理覆蓋的前提下，有效降低對 相鄰小區的幹擾，從而達到良好的全網覆蓋效果。由於各小區覆蓋地理環境千差萬別，有高層建築密集的城區，有建築 物稀少的鄉村，有廣闊平坦的海區或平原、有連綿起伏的山區。不同環境 中電波傳播特性不同，對電波波束覆蓋的擴展程度也不相同。因此，天線 的波束寬度選擇一定要適合當地地形地貌的特點，如分別採用30°、 65°、 120°、 360。等寬度的天線。通常這一參數在天線產品出廠時已經固定，不 可更改，這就造成網絡建設中必須選擇多個系列的不同型號的天線產品， 而且在網絡環境發生較大變化時，如農村成為城鎮，高層建築改為廣場， 或高層建築增多等情況下，需要對原有小區進行覆蓋調整，很多時候需要 用不同波束寬度的天線產品更換原有設備，這樣不但會造成設備成本的大 量增加，並且由於更換天線周期較長， 一定程度上會影響網絡質量。當移動通信系統採用多陣元的智能天線進行信號的接收和發射時，如 TD-SCDMA，和常規天線不同的是，智能天線可通過對天線陣列中的每個 陣元賦予不同的幅相權值，通過加權信號的空間迭加來獲得預定寬度和方向的波束。通常需要形成兩種波束， 一種是變化波束，主要用於每個獨立 用戶的通信，基站通過跟蹤用戶的來波方向，不斷調整波束的角度，使得 主波瓣始終對準移動中的用戶。另一種是靜止波束，用於發送公共信息給 小區內的所有用戶，通常採用全向發射的方式覆蓋整個小區， 一般用公共 信道承載，如廣播信道、尋呼信道、公共控制和業務信道。這種靜止波束 的寬度一般固定，不進行動態調整，在天線出廠時通常設置為固定值；或 者由基站設置為靜態的幾檔固定角度，通常為3-4種，不能根據環境連續 調整。上述設置為固定值的方式使得天線對網絡環境的適應性較差，環境的 改變需要更換天線，網絡維護的成本高；不能連續調整的方式使得天線波 束寬度和環境要求不能完全的匹配，增加了網絡完全達到覆蓋要求的難 度。發明內容本發明的目的就是針對上述現有技術的不足之處，提供一種在移動通 信系統，如TD-SCDMA中採用多陣元天線靈活設置或調整全向發射信道 波束寬度的方法，對小區進行靈活覆蓋。本方法無須更換網絡天線，通過 對系統進行相應的測試或根據網絡性能指標，連續動態的靈活設置或調整 各全向發射信道的波束寬度，使基站可連續動態的確定與環境相匹配的理 想的全向發射信道波束寬度，從而完全達到網絡對覆蓋的要求。為實現上述目的，本發明採用以下技術方案提供一種靈活設置全向 發射信道波束寬度的方法，其特徵是該方法採用多陣元的智能天線，能連 續動態的靈活設置或調整全向發射信道波束寬度，具體包括以下步驟步驟l、確定小區全向發射信道波束寬度初始值Ao;步驟2、測試實際環境中的信號覆蓋質量；步驟3、根據對小區信號覆蓋質量的預期要求，評估步驟2得到的信號覆蓋質量測試結果是否到達預期要求，若達到覆蓋要求，就輸出結果，進入步驟5;若未達到要求，進入步驟4;步驟4、對小區全向發射信道的波束寬度進行調整並進行信號覆蓋質 量測試，若達到覆蓋要求，則輸出結果，進入步驟5;若未滿足要求而調 整次數達到最大次數Nt次，則輸出結果，進入步驟5;若未滿足要求且調 整次數未達到最大次數Nt次，則再次調整；步驟5、基站正常運行一定周期Te，網絡管理系統定時統計小區的切換成功率和切換失敗原因，與切換成功率目標值進行比較，若有切換成功率大於或等於切換成功率目標值的情況出現，則調整結束；否則，應分析 切換失敗原因，並根據兩者的差值，確定切換補償因子並調整小區覆蓋範 圍，再對切換成功率進行定時統計並與切換成功率目標值進行比較，若大 於等於切換成功率目標值則輸出結果，調整結束，否則，進入步驟6;步驟6，網絡管理系統給出該小區運行告警信息。作為上述一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方法的優選，其中，所述步驟1包括如下步驟步驟IOI、根據要建設站點周圍環境的特徵，確定其所屬的典型環境 類別；步驟102、網絡管理系統根據環境類別和覆蓋要求，為該站選擇全向 發射信道波束寬度初始值A。，並告知基站；步驟103、在基站設備中，根據Ao，計算用於天線每個陣元的權值 Wi， i=l....n，， n為天線陣元數量；基站按照AQ，用多陣元天線發送需要 在小區內全向發射的信道。作為上述一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方法的優選，其中， 上述步驟4具體包括以下步驟步驟401、計算小區覆蓋邊緣實際信號未達到預期要求的比例L。LH， 根據Ll、 LH確定覆蓋補償因子d;步驟402、基站計算全向發射信道波束寬度的調整步長Ro-AXd， 調整後全向發射信道波束寬度A=Ao+Ro;步驟403、測試實際環境中信號覆蓋質量；步驟404，判斷是否達到覆蓋要求，若達到覆蓋要求，則輸出結果，進入步驟5;若未滿足要求而調整次數達到最大次數Nt次，則進入步驟5;若未滿足要求且調整次數未達到最大次數Nt次，則再次調整。作為上述一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方法的優選，其中，上述步驟5包括以下步驟步驟501 、網絡管理系統連續統計N段時間內的該小區切換成功率PH，每段時間長度設為T，比較N次PH和切換成功率目標值PHT步驟502、若1^段時間內至少一次？11>= PHT，切換補償因子CfO， 調整結束，否則進入步驟503;步驟503、分析切換失敗原因，若大部分切換失敗是由於源小區和目標小區間的桌球切換造成，根據PH和PHT的差值，確定切換補償因子CHO，否則CH>0;步驟504、基站調整全向發射信道波束寬度，調整步長RH=AxCH, 調整後波束寬度A=A+RH，步驟505、網絡管理系統統計T時間內的該小區切換成功率PH，若滿 足要求，輸出結果；若未滿足要求，進入步驟6。作為上述一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方法的優選，其中波 束寬度初始值Ao，是根據經驗值或參考類似環境類別的小區的設置值取 得。作為上述一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方法的優選，其中， 上述步驟3之前，還包括步驟300:劃定小區覆蓋範圍和小區邊緣部分，確定在小區邊緣部分內的信號強度範圍[Si,S2]。作為上述一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方法的優選，其中， 上述覆蓋補償因子Q和切換補償因子CH的範圍均為-50%~50%。作為上述一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方法的優選，其中， 上述調整步長Ro、 RH為取整後的角度。作為上述一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方法的優選，其中，上述迭代次數Nt和連續測量次數N可相同也可不同，次數可為3~5次， 所述間隔時間Te的範圍為1~4周或1~6個月，所述每段測試時長T的範 圍為8~24小時。作為上述一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方法的優選，其中， 上述類似環境類別的小區為與其環境相似的鄰區。作為上述一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方法的優選，其中， 上述步驟401中，計算小區覆蓋邊緣實際信號弱於最小值S,的比例為LL， 強於最大值S2的比例LH，若Ll〉^h， C!X)，否則dO。本發明採用上述技術方案的有益效果在於由於本發明在 TD-SCDMA系統中採用多陣元的智能天線，無須更換網絡天線，通過對 系統進行相應的測試或根據網絡性能指標，可連續動態的靈活設置或調整 各全向發射信道的波束寬度，使基站可連續動態的確定與環境相匹配的理 想的全向發射信道的波束寬度，從而完全達到網絡對小區靈活覆蓋的要 求。與現有技術相比，本發明的有效果具體表現為1. 現有技術中，天線在出廠時其波束寬度設置為固定值，這就使得天 線對網絡環境的適應性較差，環境的改變需要更換天線，網絡維護的成本 很高。而本發明則有效克服這一缺點，它可實現連續動態的靈活設置或調 整各全向發射信道的波束寬度，從而顯著提高了天線對網絡環境的適應 性，無須更換天線，也能針對網絡環境的改變，連續動態調整各全向發射 信道的波束寬度，達到網絡對小區靈活覆蓋的要求，明顯降低了網絡維護 的成本；2. 現有技術由於不能連續調整全向發射信道的波束寬度，使得天線波 束寬度和環境要求不能完全的匹配，網絡完全滿足覆蓋要求的難度較大。 本發明可連續動態的靈活設置或調整各全向發射信道的波束寬度，使基站 可連續動態的確定與環境相匹配的理想的全向發射信道的波束寬度，從而 完全達到網絡對小區靈活覆蓋的要求。3. 本發明也能使多陣元天線更加適應不同網絡環境的特點，從而減小 了對產品的特定參數的要求，使得產品的選擇更加靈活。4.同時採用本發明的設置方法，還可以避免由於現有技術中更換天線 周期較長，影響網絡服務質量的缺點，從而更好的提高網絡服務質量。


圖1是智能天線波束成型原理示意圖；圖2是常規的智能天線的全向發射信道的波束寬度示意圖；圖3是採用本發明的可調全向發射信道的波束寬度為30度的示意圖;圖4是採用本發明的可調全向發射信道波束寬度為65度的示意圖；圖5是本發明方法的流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案作進一步的詳細介 紹，但不作為對本發明的限定。如圖l所示的多陣元天線波束成型原理示意圖，包括天線陣列，波束 成型網絡和算法控制單元。算法控制單元根據用戶的位置，下行波束的水 平波束寬度的要求，生成天線各陣元上的信號加權矢量OVo, wl5 W2,......Wn}，這些加權矢量通過波束成型網絡和發射信號相乘，形成幅度相位不同的信號後，再通過A/D變換和發送接收單元送至天線振列發送。 不同幅度相位的信號在空中迭加，在期望方向上信號強度可得到加強，在 其他方向上信號強度可以減弱甚至抵消，從而形成期望寬度的信號波束。 對於全向發射的公共信道，常規的做法是按照天線產品的水平波束寬度指 標，固定的進行發射。如圖5所示的本發明方法的流程圖，網絡建設者可根據實際環境的地 形、地貌、建築等特徵，將不同環境歸納為幾種典型環境，如密集城區、 普通城區、郊縣、公路、農村、山區、湖面和海洋等。每種環境要求選用 合適的天線全向發射信道波束主波瓣寬度。在網絡管理系統中，應形成針 對不同典型環境的天線全向發射信道波束主波瓣寬度資料庫，以普通城區 為例，通常採用波瓣寬度為65°的天線覆蓋(如圖4所示)。在站址基本確定後，根據周圍建築物的密度、高度，街道寬度等因素，考察當地網絡信 號反射、折射和損耗的特性，確定其所屬的典型環境，同時根據網絡規劃 的要求，確定小區覆蓋範圍內的信號質量要求。再將相應的數據輸入到網 管系統，由網管系統根據典型環境的類別，在資料庫中選擇對應的全向發射信道波束主波瓣寬度。如以密集城區為例，可能的波瓣寬度為30°~45° (如圖3所示)。網管系統再將該信息作為基站的基本配置信息之一，通 過RNC以NBAP協議或採用FTP協議、SNMP等其他通信協議，通過Iub 接口或者是內部的操作維護接口通知基站。在採用NBAP協議時，可在 cell setup消息流程中攜帶主波瓣信息。基站接收到配置角度後，計算出用 於天線各陣元的形成相應角度的權值向量，並存在存儲器中，並直接控制 移相器，按照上述設定的波瓣寬度對全向發射信道波束進行固定的波束賦 形。基站按照正常功率發射廣播信號，在基站信號覆蓋區域內，通過單站 覆蓋測試，測量該區域內各地點的信號強度、路徑損耗、信號載幹比等無 線參數，繪製該區域的信號質量的數據地圖。同時劃定小區覆蓋範圍內的小區邊緣部分，確定在小區邊緣部分內的信號應達到的強度範圍[S,，S2]。再將此數據地圖輸入基站，對測量數據和該區域信號的預期質量進行比 較，得到小區邊緣部分的樣點中信號強度弱於最小值Si的比例為LL，強 於最大但S2的比例Lh，若Ll^Lh，根據一定比例設定dX)，否則dO。 基站計算全向波束寬度需要調整的步長Ro-AoXd ，在原有波束寬度的基 礎上拓寬角度Ro進行全向發射。然後採用路測的方法，測試實際環境中 信號覆蓋的改變情況，檢查LL、 LH是否達到預訂要求。若滿足要求，基 站則輸出結果，並通知網絡管理系統；若未滿足要求，則繼續進行調整， 達到最大次數後，停止調整，輸出調整的報告。在基站設備正常運行過程中，每隔固定時間Te，如1至4周或1至6 個月甚至一年的時間間隔，網絡管理系統連續統計N段時間內的該小區切 換成功率Ph和切換失敗原因，連續測量的次數N和調整的次數Nt可以相 同，也可以不同， 一般以3 5次為宜。每段時間長度設為T， T的長短以 8 24小時為宜。比較每段時間T內的PH和切換成功率目標值PHT，若N段時間內至少一次？!1>= PHT，則切換補償因子CfO，調整結束；否則分 析切換失敗原因，若大部分切換失敗是由於源小區和目標小區間的桌球切換造成，則可根據ph和pht的差值與覆蓋範圍的關係，確定切換補償因子CH<0，否則Ch〉0。基站計算全向波束寬度需要調整的步長RH=AxCH (RH經過取整)， 在原有波束寬度的基礎上拓寬角度RH進行全向發射。網絡管理系統統計 T時間內的該小區切換成功率PH,若滿足要求，輸出結果；若未滿足要求， 網絡管理系統給出該小區運行告警信息。基站將調整後的波束寬度傳遞給 網絡管理系統存儲，調整結束。若由於環境變化，如一般城區發展成密集城區，這在現有條件下是經 常遇到的。這就需要適當減小全向發射的波束寬度以適應密集環境中電波 反射和折射造成的角度擴展，對天線方向、波瓣寬度重新調整。參照上述 的實施流程，重新對各天線陣元的權值進行調整，以實現適當的全向發射 的全向發射信道波束波瓣寬度和波瓣方向，以達到滿足匹配環境的目的。以上所述僅為本發明的較佳實施例，僅用以說明本發明的技術方案， 並非用來限定本發明的實施範圍；如果不脫離本發明的精神和範圍，對本 發明進行修改或者等同替換的，均應涵蓋在本發明的權利要求的保護範圍 之中。
權利要求
1.一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方法，其特徵是該方法採用多陣元的智能天線，連續動態地設置或調整全向發射信道波束寬度，具體包括以下步驟步驟1、確定小區全向發射信道波束寬度初始值A0；步驟2、測試實際環境中的信號覆蓋質量；步驟3、根據對小區信號覆蓋質量的預期要求，評估步驟2得到的信號覆蓋質量測試結果是否到達預期要求，若達到覆蓋要求，就輸出結果，進入步驟5；若未達到要求，進入步驟4；步驟4、對小區全向發射信道的波束寬度進行調整並進行信號覆蓋質量測試，若達到覆蓋要求，則輸出結果，進入步驟5；若未滿足要求而調整次數達到最大次數Nt次，則輸出結果，進入步驟5；若未滿足要求且調整次數未達到最大次數Nt次，則再次調整；步驟5、基站正常運行一定周期Tc，網絡管理系統定時統計小區的切換成功率和切換失敗原因，與切換成功率目標值進行比較，若有切換成功率大於或等於切換成功率目標值的情況出現，則調整結束；否則，應分析切換失敗原因，並根據兩者的差值，確定切換補償因子並調整小區覆蓋範圍，再對切換成功率進行定時統計並與切換成功率目標值進行比較，若大於等於切換成功率目標值則輸出結果，調整結束，否則，進入步驟6；步驟6，網絡管理系統給出該小區運行告警信息。
2. 根據權利要求1所述的一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方 法，其特徵是所述步驟1包括以下步驟步驟IOI、根據要建設站點周圍環境的特徵，確定其所屬的典型環境 類別；步驟102、網絡管理系統根據環境類別和覆蓋要求，為該站選擇全向 發射信道波束寬度初始值A。，並告知基站；步驟103、在基站設備中，根據AQ，計算用於天線每個陣元的權值Wi， i=l....n,，其中n為天線陣元數量；基站按照Ao,用多陣元天線發送 需要在小區內全向發射的信道。
3. 根據權利要求1所述的一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方 法，其特徵是所述步驟4具體包括以下步驟步驟401、計算小區覆蓋邊緣實際信號未達到預期要求的比例Ll、Lh， 根據Ll、 LH確定覆蓋補償因子d;步驟402、基站計算全向發射信道波束寬度的調整步長Ro-A。xd， 調整後全向發射信道波束寬度A=Ao+Ro;步驟403、測試實際環境中信號覆蓋質量；步驟404，判斷是否達到覆蓋要求，若達到覆蓋要求，則輸出結果， 進入步驟5;若未滿足要求而調整次數達到最大次數Nt次，則輸出結果， 進入步驟5;若未滿足要求且調整次數未達到最大次數Nt次，則再次調整。
4. 根據權利要求3所述的一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方 法，其特徵是所述步驟5包括以下步驟步驟501 、網絡管理系統連續統計N段時間內的該小區切換成功率PH， 每段時間長度設為T，比較N次PH和切換成功率目標值PHT;步驟502、若N段時間內至少一次PH>= PHT，切換補償因子Q^0， 調整結束，否則進入步驟503;步驟503、分析切換失敗原因，若大部分切換失敗是由於源小區和目標小區間的桌球切換造成，根據ph和pht的差值，確定切換補償因子cho，否則CH〉0;步驟504、基站調整全向發射信道波束寬度，調整步長RH=AxCH， 調整後波束寬度A=A+RH，步驟505、網絡管理系統統計T時間內的該小區切換成功率PH，若滿 足要求，輸出結果；若未滿足要求，進入步驟6。
5. 根據權利要求4所述的一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方 法，其特徵是在網絡的最初建設時，其特徵是所述步驟l包括以下步驟步驟IOI、根據要建設站點周圍環境的特徵，確定其所屬的典型環境類別；步驟102、網絡管理系統根據環境類別和覆蓋要求，為該站選擇全向 發射信道波束寬度初始值Ao，並告知基站；步驟103、在基站設備中，根據Ao，計算用於天線每個陣元的權值 Wi, i=l....n，，其中n為天線陣元數量；基站按照Ao，用多陣元天線發送 需要在小區內全向發射的信道。
6. 根據權利要求1至5任一項所述的一種靈活設置全向發射信道波束 寬度的方法，其特徵是所述波束寬度初始值Ao,是根據經驗值或參考類 似環境類別的小區的設置值取得。
7. 根據權利要求1至5任一項所述的一種靈活設置全向發射信道波束 寬度的方法，其特徵是所述步驟3之前，還包括步驟300:劃定小區覆蓋範圍和小區邊緣部分，確定在小區邊緣部分內的信號強度範圍[Si,S2]。
8. 根據權利要求4所述的一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方 法，其特徵是所述覆蓋補償因子Q和切換補償因子CH的範圍均為 -50%~50%。
9. 根據權利要求4所述的一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方 法，其特徵是所述調整步長Ro、 RH為取整後的角度。
10. 根據權利要求4所述的一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方 法，其特徵是所述迭代次數Nt和連續測量次數N相同或不同，次數為3 5 次，所述每段測試時長T的範圍為8 24小時。
11. 根據權利要求1所述的一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方 法，其特徵是所述間隔時間Te的範圍為1~4周或1~6個月。
12. 根據權利要求2或5所述的一種靈活設置全向發射信道波束寬度 的方法，其特徵是所述類似環境類別的小區為與其環境相似的鄰區。
13. 根據權利要求7所述的一種靈活設置全向發射信道波束寬度的方 法，其特徵是所述步驟401中，計算小區覆蓋邊緣實際信號弱於最小值 81的比例為1^，強於最大惶S2的比例Lh，若LlXh， d>0，否則dO。
全文摘要
本發明涉及一種設置全向發射的信道波束寬度的方法，它主要應用於使用多陣元智能天線的移動通信系統，如TD-SCDMA移動通信系統中。它無須更換網絡天線，通過對系統進行相應的測試或根據網絡性能指標，利用多陣元的智能天線，連續動態的靈活設置或調整全向發射信道的波束寬度，從而達到與環境相匹配的理想的全向發射信道的波束寬度，完全達到網絡對覆蓋的要求。本發明可顯著提高天線對網絡環境的適應性，無須更換天線，也能針對網絡環境或通信質量的改變，連續動態調整各全向發射信道的波束寬度，達到網絡對小區靈活覆蓋的要求；而且能明顯降低網絡維護的成本，並減小了對產品的特定參數的要求，使得產品的選擇更加靈活簡便。
文檔編號H04B7/26GK101335554SQ20071011814
公開日2008年12月31日 申請日期2007年6月29日 優先權日2007年6月29日
發明者屹 萬, 徐霞豔, 李文宇, 王志勤, 魏貴明 申請人:信息產業部電信傳輸研究所