用戶接入廣義分布式小區時服務天線單元集的構建方法
2023-07-08 15:54:16
專利名稱：用戶接入廣義分布式小區時服務天線單元集的構建方法
技術領域：
本發明涉及一種廣義分布式小區架構中新用戶接入時服務天線單元集的構建方法，適用於採用多天線發送技術的蜂窩無線通信系統，其多址接入技術例如可以為正交頻分多址接入(OFDMA)、碼分多址(CDMA)、時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)等。
背景技術：
隨著3G移動通信系統全球範圍的商用，它所能提供的對數據業務以及非對稱業務的支持能力均比2G系統有大幅度的提高，業務的多樣性也大大提高。與此同時，用戶對高速率、高質量的無線通信業務也有了更高的需求。但由於載頻在2GHz左右的移動通信系統的頻率資源已經出現了飽和的趨勢，所以目前的共識是將在3G增強系統(E3G)以及超三代(B3G)或者第四代(4G)系統移動通信系統中提高載頻。然而載頻的提高必然使得小區的覆蓋區域進一步減小，頻繁的切換會降低整個系統的性能。所以為了提高系統覆蓋以及適應先進的物理層技術，如OFDMA、MIMO等，蜂窩組網策略也需要有進一步的改進，廣義分布式小區架構正是針對這一問題而提出的。廣義分布式小區架構是指任意接入點(AP，類似於第二代移動通信系統的基站收發信機(BTS)和第三代移動通信系統的節點B(NodeB))連接有一個或多個分離的天線單元，負責信號的發送與接收。其中接入點可以使用全部或部分的天線單元為某一用戶提供服務，並且針對某一個用戶使用相同資源進行通信。廣義分布式小區架構可以有效的擴大覆蓋範圍，並且容易與多天線技術結合，更好的發揮多天線技術帶來的優勢。
但是在廣義分布式小區架構中當新用戶接入時如何構建為其服務的服務天線單元集的方法仍然需要進一步的改進，以充分發揮廣義分布式小區架構的優勢。因此，本發明提出了一種在廣義分布式小區架構中新用戶接入時服務天線單元集的構建方法，以進一步提高廣義分布式小區架構的性能。
發明內容
本發明的目的在於提供一種廣義分布式小區架構中新用戶接入時服務天線單元集的構建方法。
根據本發明，提供了一種用戶接入廣義分布式小區時服務天線單元集的構建方法，所述廣義分布式小區的接入點連接有一個或多個分離的天線單元，所述方法包括步驟(1)所述接入點獲得請求接入的用戶從各個天線單元接收到的導頻信號強度；(2)所述接入點根據所述獲得的導頻信號強度，按照最大效用原則選擇其中一個天線單元，作為所述用戶的服務天線單元，並且所述服務天線單元利用按照所述最大效用原則分配的空閒資源與所述用戶通信；(3)所述接入點獲得所述服務天線單元利用所述分配的資源與所述用戶通信時用戶接收信號的總信幹比，與所述用戶業務要求的信幹比相比較，在所述服務天線單元能夠滿足所述用戶的業務要求時，所述用戶接入所述廣義分布式小區；(4)在所述服務天線單元不能滿足所述用戶的業務要求，並且當前服務天線單元的數量小於系統允許的服務天線單元的數量時，所述接入點獲得所述用戶接收到的除所述服務天線單元之外的各個天線單元的導頻信號強度，按照所述最大效用原則為所述用戶選擇另一個天線單元，並且使所述選擇的另一個天線單元與所述服務天線單元採用相同的資源為所述用戶服務，從而這些天線單元構成一個服務天線單元集。
優選地，在步驟(2)中，如果所述選擇的天線單元不存在空閒資源時，所述用戶轉入等待隊列，以便重新接入所述分布式小區。
優選地，在步驟(4)中，如果當前服務天線單元的數量已達到系統允許的服務天線單元的數量時仍然不能滿足所述用戶的業務要求，所述用戶轉入等待隊列，以便重新接入所述分布式小區。
優選地，在步驟(4)中，如果使所述選擇的另一個天線單元與所述服務天線單元之間不存在共同的空閒資源時，所述用戶轉入等待隊列，以便重新接入所述分布式小區。
優選地，步驟(1)中，所述接入點獲得請求接入的用戶從各個天線單元接收到的導頻信號強度的步驟包括用戶測量接收到的各個天線單元的導頻信號強度，並且報告給所述接入點。
優選地，步驟(1)中，所述接入點獲得請求接入的用戶從各個天線單元接收到的導頻信號強度的步驟包括所述接入點測量其所連接的各個天線單元或者所述服務天線單元接收到的用戶發送信號的強度，利用上下行關係估算出所述用戶接收到的各個天線單元的導頻信號強度。
優選地，在步驟(3)中，所述接入點獲得所述服務天線單元利用所述分配的資源與所述用戶通信時用戶接收信號的總信幹比的步驟包括所述用戶基於接收到的各個天線單元的導頻信號強度，測量所述服務天線單元使用所述分配資源與所述用戶通信時所述用戶接收信號總信幹比，並將結果反饋給所述接入點。
優選地，在步驟(3)中，所述接入點獲得所述服務天線單元利用所述分配的資源與所述用戶通信時用戶接收信號的總信幹比的步驟包括所述接入點基於所述獲得的用戶發送信號的強度，利用上下行關係估算出所述服務天線單元使用所述分配資源與所述用戶通信時所述用戶接收信號的總信幹比。
優選地，所述用戶接收信號的總信幹比為所述用戶接收到的所述服務天線單元集中各個天線單元有用信號之和與其它天線單元使用同一資源時產生的幹擾信號之比。
優選地，在步驟(4)中還包括步驟如果所述選擇的另一個天線單元中的、與所述服務天線單元當前使用的資源相同的資源被佔用，但是二者都包含著按照所述最大效用原則所確定的其他共同的空閒資源時，這些天線單元利用所述其他共同的空閒資源為所述用戶服務。
優選地，按照以下公式來確定所述最大效用原則U(i,...,j,k)=Ck[GC(i,...,j,k)-IC(i,...,j,k)]]]>+(1-Ck)maxMC{Mi...MjMk[GM(i,...j,k)-IM(i,...,j,k)]}]]>其中U(i，...，j，k)為當前服務天線單元為天線單元i，...，j時，將k天線單元加入當前服務天線單元的效用；C為當前服務天線單元所使用的資源；ξCk為指示函數，表示資源C在k天線單元的佔用情況， GC(i，...，j，k)表示當前服務天線單元為天線單元i，...，j時，將k天線單元加入到當前服務天線單元並使用資源C為用戶提供服務時的用戶性能增益；IC(i，...，j，k)表示當前服務天線單元為天線單元i，...，j時，將k天線單元加入到當前服務天線單元並使用資源C為用戶提供服務時，對系統中其他使用同樣資源的用戶所造成的影響；β表示要求更換當前資源的代價權值，可以根據系統當前負載情況設置為小於1的正常數；M表示除當前使用的資源C以外的其它資源。
根據本發明，在新用戶接入時根據最大效用準則選擇對當前用戶性能增益最大且對其他用戶產生的影響最小的天線單元構建服務天線單元集，可以最大限度的利用系統資源。
圖1示意了根據本發明新用戶請求接入時選擇第一個天線單元構建該用戶服務天線單元集。
圖2示意了根據本發明新用戶請求接入時選擇第二個天線單元加入該用戶當前服務天線單元集。
圖3示意了根據本發明新用戶請求接入時選擇第三個天線單元加入該用戶當前服務天線單元集。
具體實施例方式
根據本發明，提供了一種廣義分布式小區架構中新用戶接入時服務天線單元集的構建方法，當新用戶請求接入時，按最大效用準則逐一選擇天線單元加入服務天線單元集。
在本發明中，所述天線單元是指接入點連接的負責信號發送與接收的裝置，服務天線單元集內所有的天線單元連接到同一接入點上，由此接入點統一進行信號處理和資源調度與分配。
具體地說，當新用戶請求接入時，接入點獲得當前服務天線單元集使用所分配資源與用戶通信時該用戶接收信號的總信幹比，按最大效用準則選擇其中一個天線單元，將此天線單元作為此新用戶第一個服務天線單元構建服務天線單元集，並為用戶分配按最大效用準則所選出的空閒資源接入；若新用戶此時能檢測到的所有天線單元均不存在空閒資源，則將該用戶轉入接入等待隊列，以便重新接入所述分布式小區；接入點為用戶選擇第一個天線單元構建服務天線單元集後，接入點獲得當前服務天線單元集使用所分配資源與用戶通信時該用戶接收信號的總信幹比，與用戶業務要求的信幹比相比較，若當前服務天線單元集可以滿足其業務要求，接入過程結束。若不能滿足其業務要求，且當前服務天線單元集中天線單元數小於系統允許的服務天線單元集最大天線單元數，則接入點按最大效用準則為該用戶選擇下一個天線單元，並保證當前服務天線單元集中的所有天線單元與所選中的天線單元使用相同的資源為用戶提供服務，將其加入服務天線單元集。若當前服務天線單元集中的所有天線單元與所選中的天線單元不存在共同的空閒資源，則將該用戶轉入接入等待隊列。重複此過程，直到可以滿足用戶業務需求，接入過程結束。若在以上步驟中服務天線單元集中的天線單元數達到最大天線單元數時仍不能滿足用戶業務需求，則將該用戶轉入接入等待隊列，以便重新接入所述分布式小區。
在本發明中，服務天線單元集可以由一個或多個天線單元組成，服務天線單元集中的所有天線單元使用相同的資源為該用戶提供服務。如果接入點按最大效用準則選定的新加入天線單元中當前服務天線單元集使用的資源空閒時，服務天線單元集繼續使用當前資源為用戶提供服務；如果接入點按最大效用準則選定的新加入天線單元中當前服務天線單元集使用的資源已佔用時，服務天線單元集按最大效用準則中確定的其它資源為用戶提供服務。
在本發明中，選擇新的天線單元加入到服務天線單元集時的效用包含加入新的天線單元後用戶獲得的性能增益與加入新的天線單元後對其它用戶造成的影響，並且包含選擇資源帶來的影響(包括新用戶請求接入時選擇第一個天線單元構建服務天線單元集時接入點分配不同資源的影響和新的天線單元加入服務天線單元集時是否需要更換資源的影響兩種情況)，可表示為U(i,...,j,k)=Ck[GC(i,...,j,k)-IC(i,...,j,k)]]]>+(1-Ck)maxMC{Mi...MjMk[GM(i,...j,k)-IM(i,...,j,k)]}]]>其中U(i，...，j，k)為當前服務天線單元集為天線單元i，...，j時，將k天線單元加入服務天線單元集的效用。C為當前服務天線單元集所使用的資源。ξCk為指示函數，表示資源C在k天線單元的佔用情況， GC(i，...，j，k)表示當前服務天線單元集為天線單元i，...，j時，將k天線單元加入服務天線單元集並使用資源C為用戶提供服務時的用戶性能增益。IC(i，...，j，k)表示當前服務天線單元集為天線單元i，...，j時，將k天線單元加入服務天線單元集並使用資源C為用戶提供服務時，對系統中其他使用同樣資源的用戶所造成的影響。β表示要求更換當前資源的代價權值，可以根據系統當前負載情況設置為小於1的正常數。M表示除當前使用的資源C以外的其它某資源。當服務天線單元集需要更換當前所使用資源時，接入點按最大效用準則選出加入新天線單元後的服務天線單元集所對應的效用最大的資源，為argmaxMC{Mi...MjMk[GM(i,...j,k)-IM(i,...,j,k)]}.]]>特別的，當新用戶請求接入時，當前服務天線單元集為空集，且未分配資源，此時ξCk、GC(i，...，j，k)、IC(i，...，j，k)無效。所以，新用戶請求接入時選擇第一個天線單元構建服務天線單元集的效用可表示為U(k)=maxN{Nk[GN(k)-IN(k)]}.]]>接入點為服務天線單元集分配的資源為按最大效用準則選出的第一個天線單元所對應的效用最大的資源C=argmaxN{Nk[GN(k)-IN(k)]}.]]>進一步，將新用戶請求接入時構建服務天線單元集的效用具體表示為對用戶接收到的信幹比的影響。
當選擇第一個天線單元構建服務天線單元集時，在不考慮不同用戶採用不同發送功率的情況下，其效用可表示為U(k)=maxM{Mk[lgk,knk(1-Mn)lgn,k-nk(1-Mn)lgn,nlgk,n]}]]>其中lgn，k為天線單元n到天線單元k所服務的用戶的路徑增益。當選擇新的天線單元加入服務天線單元集時，其效用可表示為U(i,...,j,k)=Ck[lgk,ini,j...,k(1-Cn)lgn,i-ni,...,j,k(1-Cn)lgn,nlgk,n]]]>+(1-Ck)maxMC{MiMj...Mk[lgk,ini,...,j,k(1-Mn)lgn,i-ni,...,j,k(1-Mn)lgn,nlgk,n]}]]>需要說明的是，本發明的廣義分布式小區架構中新用戶接入時服務天線單元集的構建方法中，服務天線單元集中的所有天線單元連接到同一接入點上，由此接入點進行統一的信號處理和資源調度與分配。本發明所述方法與系統具體採用何種接入技術無關，可以應用於頻分多址、時分多址、碼分多址以及正交頻分多址接入的系統等。
下面參照附圖並結合本發明的優選實施例來描述本發明的廣義分布式小區架構中新用戶接入時服務天線單元集的構建方法。
本實施例中系統允許的服務天線單元集最大天線單元數設置為4。
參見圖1，圖1中描述了新用戶請求接入時系統選擇第一個天線單元構建服務天線單元集的情況。圖中各天線單元分別由1～7標識，各天線單元均連接到同一接入點上。圖中U(i)，i＝1，2，...，7表示將天線單元i作為第一個天線單元構建服務天線單元集時的效用。
新用戶請求接入時，接入點獲得請求接入的新用戶接收到的各天線單元導頻信號的強度，按最大效用準則選擇其中一個天線單元(本實施例中設為天線單元1)，將此天線單元作為此新用戶第一個服務天線單元構建服務天線單元集，並為其分配按最大效用準則所選出的空閒資源(本實施例中設為資源C)接入。
接入點獲得當前服務天線單元集(此時為天線單元1)使用所分配資源(此時為資源C)與用戶通信時該用戶接收信號的總信幹比，與用戶業務要求的信幹比相比較。本實施例中假設當前服務天線單元集不能滿足其業務需求，需要新的天線單元加入服務天線單元集。圖2中描述了新用戶請求接入時系統選擇第二個天線單元加入當前服務天線單元集的情況。圖2中U(1，j)，j＝2，3，...，7表示當前服務天線單元集為天線單元1時，將第j天線單元加入到服務天線單元集的效用。接入點獲得服務天線單元集之處的各天線單元加入服務天線單元集的效用，並根據最大效用準則選出另一天線單元(本實施例中設為天線單元2)加入到服務天線單元集中。本實施例中設天線單元2中的資源C空閒，服務天線單元集仍使用資源C為用戶服務。
接入點獲得當前服務天線單元集(此時為天線單元1和天線單元2)使用所分配資源(此時為資源C)與用戶通信時該用戶接收信號的總信幹比，與用戶業務要求的信幹比相比較。本實施例中假設當前服務天線單元集仍不能滿足其業務需求，需要新的天線單元加入服務天線單元集。參見圖3。圖3中U(1，2，k)，k＝3，4，...，10表示當前服務天線單元集為天線單元1和天線單元2時，將第k天線單元加入到服務天線單元集的效用。接入點獲得每個天線單元加入服務天線單元集的效用，並根據最大效用準則選出另一天線單元(本實施例中設為天線單元3)加入到服務天線單元集中。本實施例中假設天線單元3中的資源C已被佔用，服務天線單元集需要更換至其它空閒資源為該用戶服務，接入點根據最大效用準則從當前服務天線單元集共有的空閒資源中選擇效用最大的資源(本實施例中設為資源M)為服務天線單元集所使用的資源。
接入點獲得當前服務天線單元集(此時為天線單元1、天線單元2、天線單元3)使用所分配資源(此時為資源M)與用戶通信時該用戶接收信號的總信幹比，與用戶業務要求的信幹比相比較，本實施例中假設天線單元1、2、3構成的服務天線單元集可以滿足用戶的業務需求，接入過程結束。
權利要求
1.一種用戶接入廣義分布式小區時服務天線單元集的構建方法，所述廣義分布式小區的接入點連接有一個或多個分離的天線單元，所述方法包括步驟(1)所述接入點獲得請求接入的用戶從各個天線單元接收到的導頻信號強度；(2)所述接入點根據所述獲得的導頻信號強度，按照最大效用原則選擇其中一個天線單元，作為所述用戶的服務天線單元，所述服務天線單元利用按照所述最大效用原則分配的空閒資源與所述用戶通信；(3)所述接入點獲得所述服務天線單元利用所述分配的資源與所述用戶通信時用戶接收信號的總信幹比，與所述用戶業務要求的信幹比相比較，在所述服務天線單元能夠滿足所述用戶的業務要求時，所述用戶接入所述廣義分布式小區；(4)在所述服務天線單元不能滿足所述用戶的業務要求，並且當前服務天線單元的數量小於系統允許的服務天線單元的數量時，所述接入點獲得所述用戶接收到的除所述服務天線單元之外的各個天線單元的導頻信號強度，按照所述最大效用原則為所述用戶選擇另一個天線單元，並且使所述選擇的另一個天線單元與所述服務天線單元採用相同的資源為所述用戶服務，從而這些天線單元構成一個服務天線單元集。
2.根據權利要求1所述的方法，其中在步驟(2)中，如果所述選擇的天線單元不存在空閒資源時，所述用戶轉入等待隊列，以便重新接入所述分布式小區。
3.根據權利要求1所述的方法，其中在步驟(4)中，如果當前服務天線單元的數量已達到系統允許的服務天線單元的數量時仍然不能滿足所述用戶的業務要求，所述用戶轉入等待隊列，以便重新接入所述分布式小區。
4.根據權利要求1所述的方法，其中在步驟(4)中，如果使所述選擇的另一個天線單元與所述服務天線單元之間不存在共同的空閒資源時，所述用戶轉入等待隊列，以便重新接入所述分布式小區。
5.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(1)中，所述接入點獲得請求接入的用戶從各個天線單元接收到的導頻信號強度的步驟包括用戶測量接收到的各個天線單元的導頻信號強度，並且報告給所述接入點。
6.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(1)中，所述接入點獲得請求接入的用戶從各個天線單元接收到的導頻信號強度的步驟包括所述接入點測量其所連接的各個天線單元或者所述服務天線單元接收到的用戶發送信號的強度，利用上下行關係估算出所述用戶接收到的各個天線單元的導頻信號強度。
7.根據權利要求1所述的方法，其中在步驟(3)中，所述接入點獲得所述服務天線單元利用所述分配的資源與所述用戶通信時用戶接收信號的總信幹比的步驟包括所述用戶基於接收到的各個天線單元的導頻信號強度，測量所述服務天線單元使用所述分配資源與所述用戶通信時所述用戶接收信號總信幹比，並將結果反饋給所述接入點。
8.根據權利要求1所述的方法，其中在步驟(3)中，所述接入點獲得所述服務天線單元利用所述分配的資源與所述用戶通信時用戶接收信號的總信幹比的步驟包括所述接入點基於所述獲得的用戶發送信號的強度，利用上下行關係估算出所述服務天線單元使用所述分配資源與所述用戶通信時所述用戶接收信號的總信幹比。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述用戶接收信號的總信幹比為所述用戶接收到的所述服務天線單元集中各個天線單元有用信號之和與其它天線單元使用同一資源時產生的幹擾信號之比。
10.根據權利要求1所述的方法，其中在步驟(4)中還包括步驟如果所述選擇的另一個天線單元中的、與所述服務天線單元當前使用的資源相同的資源被佔用，但是二者都包含著按照所述最大效用原則所確定的其他共同的空閒資源時，所述選擇的另一個天線單元中與所述服務天線單元利用所述其他共同的空閒資源為所述用戶服務。
11.根據權利要求1所述的方法，其中按照以下公式來確定所述最大效用原則U(i,...,j,k)=Ck[GC(i,...,j,k)-IC(i,...,j,k)]]]>+(1-Ck)maxMC{Mi...MjMk[GM(i,...,j,k)-IM(i,...,j,k)]}]]>其中U(i，...，j，k)為當前服務天線單元為天線單元i，...，j時，將k天線單元加入到當前服務天線單元的效用；C為當前服務天線單元所使用的資源；ζCk為指示函數，表示資源C在k天線單元的佔用情況， GC(i，...，j，k)表示當前服務天線單元為天線單元i，...，j時，將k天線單元加入到當前服務天線單元並使用資源C為用戶提供服務時的用戶性能增益；IC(i，...，j，k)表示當前服務天線單元為天線單元i，...，j時，將k天線單元加入到當前服務天線單元集並使用資源C為用戶提供服務時，對系統中其他使用同樣資源的用戶所造成的影響；β表示要求更換當前資源的代價權值，可以根據系統當前負載情況設置為小於1的正常數；M表示除當前使用的資源C以外的其它資源。
全文摘要
本發明公開了用戶接入廣義分布式小區時服務天線單元集的構建方法，包括接入點獲得用戶從天線單元接收到的導頻信號強度；接入點根據導頻信號強度選擇其中一個天線單元作為用戶的服務天線單元，服務天線單元利用空閒資源與用戶通信；接入點獲得服務天線單元利用分配的資源與用戶通信時用戶接收信號的總信幹比，與用戶業務要求的信幹比相比較；在服務天線單元不能滿足用戶的業務要求，當前服務天線單元的數量小於系統允許的服務天線單元的數量時，接入點獲得用戶接收到的除服務天線單元之外的各個天線單元的導頻信號強度，按照最大效用原則為用戶選擇另一個天線單元，使選擇的另一個天線單元與服務天線單元採用相同的資源為用戶服務。
文檔編號H04B7/04GK1812287SQ200610055000
公開日2006年8月2日 申請日期2006年2月27日 優先權日2006年2月27日
發明者陶小峰, 張平, 許曉東, 吳春麗, 劉莉莉, 王瑩, 許方敏 申請人:北京郵電大學