一種3d波束賦形方法及設備的製作方法
2023-07-07 23:19:06
一種3d波束賦形方法及設備的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種3D波束賦形方法及設備，該方法包括：獲取當前時隙需要服務的各個用戶的位置信息，根據獲取到的位置信息確定各個用戶的總吞吐量相對于波束角向量αβ的函數使用迭代算法確定使最大的波束角向量αβM；根據獲取到的波束角向量αβM調整各個接入點發送的波束的波束角。相比於現有技術中，直接將波束指向用戶的方式，本發明能夠較為有效的抑制波束對其他用戶的幹擾，使系統的總吞吐量最大。
【專利說明】一種3D波束賦形方法及設備
【技術領域】
[0001] 本發明涉及通信【技術領域】，尤其涉及到一種3D波束賦形方法及設備。
【背景技術】
[0002] 異構網絡是區別於傳統同構網絡模型的新型網絡結構。異構網絡增加了低功率 發射節點，包括微基站（Microcell)、微微基站（Picocell)、毫微微基站（Femtocell)、中繼 (Relay)和射頻拉遠節點（RRH)等。跟宏蜂窩基站相比，上述幾種基站體積小，發射功率低， 覆蓋範圍小，但是比宏基站更容易部署。異構網絡部署多種類型基站覆蓋重疊，可以解決覆 蓋"盲區"和"忙區"的問題，尤其是適用於解決室內和熱點地區的覆蓋問題，可以顯著提升 系統的容量並提高系統的頻譜效率。
[0003] 波束賦形技術最早應用於智能天線中，基站動態調整下行波束的水平方向，使波 束指向所服務的用戶，從而增大接收功率並且減小對其他用戶的幹擾。水平波束賦形不能 解決處於相同水平方向的用戶之間的幹擾問題，因此，近年來出現了控制波束下傾角的技 術。通過動態調整波束傾角，不僅可以有效抑制相同徑向的用戶之間的幹擾，而且有效解決 了小區邊緣用戶接收功率低，小區中心盲區問題。隨著技術的發展，近年來出現了同時調整 波束水平角和下傾角的技術，即3D波束賦形，3D波束賦形需要基站之間交互更多的信息， 複雜度高，現有技術都是對小區進行水平和垂直分區，每個分區對應固定的角度，靈活性不 商。
[0004] 異構網絡中多種類型基站的覆蓋區域重疊，會產生大量小區邊緣區域，在小區邊 緣區域的用戶容易受到相鄰基站的幹擾。3D波束賦形技術通過將較細的波束指向所服務的 用戶，可以提高用戶接收功率並且降低對其他用戶的幹擾，有效提高信幹比。在異構網絡中 使用3D波束賦形技術對吞吐量提升有很大的潛力。然而，如果在小區邊緣，相鄰小區的用 戶距離很近的場景下，直接將波束指向用戶，勢必會帶來更強的幹擾，不僅對系統吞吐量提 升沒有貢獻，甚至反而會帶來吞吐量下降。
【發明內容】
[0005] 本發明提供了一種3D波束賦形方法及設備，能夠較好的降低異構網絡中相鄰小 區之間的幹擾，提高系統的吞吐量。
[0006] 本發明提供了一種3D波束賦形方法，其特徵在於，應用於異構網絡中，所述異構 網絡中至少一個宏小區包含一個宏基站和至少一個低功率基站，所述一個宏基站和至少一 個低功率基站均作為接入點構成接入點組GN，每一個接入點在一個時隙內使用一個波束為 一個用戶服務，該方法包括：
[0007] 獲取當前時隙需要服務的各個用戶的位置信息；
[0008] 根據獲取到的位置信息確定各個用戶的總吞吐量相對于波束角向量α β的函數
【權利要求】
1. 一種3D波束賦形方法，其特徵在於，應用於異構網絡中，所述異構網絡中至少一個 宏小區包含一個宏基站和至少一個低功率基站，所述一個宏基站和至少一個低功率基站均 作為接入點構成接入點組GN，每一個接入點在一個時隙內使用一個波束為一個用戶服務， 該方法包括： 獲取當前時隙需要服務的各個用戶的位置信息； 根據獲取到的位置信息確定各個用戶的總吞吐量相對于波束角向量a 0的函數
其中所述波束角向量a @為（a ^ a 2...... as，......運上其中^用於 d 表示第s個接入點發送的波束的波峰所在的直線在水平面上的投影與預設的水平軸X之間 的夾角，用於表示第s個接入點發送的波束的波峰所在的直線與水平面的夾角，S為用 戶的個數，Rs ( a 0 )為第s個用戶對應的數據傳輸速率； 使用迭代算法確定使
大的波束角向量a運M ; 根據獲取到的波束角向量a 調整各個接入點發送的波束的波束角。
2. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述根據獲取到的位置信息確定各個用戶 的總吞吐量相對于波束角向量a 0的函數
1具體包括：
根據獲取到的位置信息確定各個接入點到每一個用戶的大尺度衰落相對于波束角向 量 a g . 取. 乍為各個用戶的總吞吐量相對于波束角向量a運 的函數；其中，
集合 為大於〇 的整數； 其中，Ps(a，3) = [PyUn ^)，…，Ps，s(as, 3S)]，Ps，b(ab, 3b)為第 b個接入 點到第s個用戶的大尺度衰落相對於第b個接入點的波束角（ab，Pb)的函數，rs= (rs;1， rs，2, rs，3......rs，s),其中，當s=b時，r s，b=N ;當s關b時，rs，b=l, N為各個接入點的天線的個 婁
P s(a , 0 )去掉第s個元素後得到的向量，r廠為rs去掉第s個元素後得到 的向量。
3. 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述根據獲取到的位置信息確定各個 接入點到每一個用戶的大尺度衰落相對于波束角向量a 0的函數，具體包括：分別 計算每一個接入點到每一個用戶的大尺度衰落相對于波束角向量a 0的函數，其中
是接入點b到用戶S的路損，ws，b是接入點b到用戶 S的陰影衰落，
是天線方向圖；#是連接用戶S和接入點b的直線與X軸的夾角，#是連接用戶s和接 入點b的直線與水平面的夾角；分別是水平和垂直方向圖的旁瓣電平，SLLtot 是總的旁瓣電平；E [A]表示取A的期望值，A_為預設值。
4. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述使用迭代算法確定彳」
最大的 波束角向量a ，具體包括： S1，選取k個波束角向量，其中k為預設值，且所述k個波束角向量a 0中包含各個接 入點的天線直接指向其所需要服務的用戶時對應的波束角向量； 52, 判斷所述k個波束角向量a 0對應的k個總吞吐量是否收斂在預設範圍內，若否， 轉向步驟S3,若是，轉向步驟S4 ; 53, 選取所述k個波束角向量a 0以外的其他波束角向量a 0代替所述k個波束角 向量a 0中使總吞吐量最小的波束角向量a 0，並返回步驟S2 ; 54, 選取k個波束角向量a P中使總吞吐量最大的波束角向量a P作為使 最大的波束角向量a旦M。
5. 如權利要求1-4任一項所述的方法，其特徵在於，所述使用迭代算法獲取使總吞吐 量1
I大的波束角向量a 之後，根據所述獲取到的波束角向量a 調整各個 仁1 接入點發送的波束的波束角之前，所述方法還包括： 按照預設的步長在正負T°範圍內改變波束角向量a 0m中對應於宏基站的任意一個 角度值，並在每一次改變所述任意一個角度值時，相應的改變波束角向量a 0m中其他角度 的取值，使宏基站和低功率基站的總吞吐量取最大值，所述T為預設值； 判斷在每一次改變所述任意一個角度值後總吞吐量的最大值與波束角向量a 對應 的總吞吐量的比值是否大於預設值，並在判斷為是時，將該次改變所述任意一個角度值後 使總吞吐量取最大值的波束角向量加入待選集合； 從待選集合中選擇使宏基站間信號洩露噪聲比SLNR最大的波束角向量a 3 m; 所述根據所述波束角向量a 調整各個接入點發送的波束的波束角，具體包括： 根據所述波束角向量a 調整各個接入點發送的波束的波束角。
6. -種3D波束賦形設備，其特徵在於，作為宏基站應用於異構網絡中，該設備包括： 位置信息獲取模塊，獲取當前時隙需要服務的各個用戶的位置信息； 調用模塊，根據獲取到的位置信息確定各個用戶的總吞吐量相對于波束角向量a 3 的函數.
；其中所述波束角向量a旦為（a p a 2......a s，旦^旦2......旦s)，其中a s 用於表示第S個接入點發送的波束的波峰所在的直線在水平面上的投影與預設的水平軸X 之間的夾角，用於表示第S個接入點發送的波束的波峰所在的直線與水平面的夾角，S 為用戶的個數，Rs ( a 3 )為第s個用戶對應的數據傳輸速率； 計算模塊，使用迭代算法確定彳
義大的波束角向量a運M ; 調整模塊，用於根據獲取到的波束角向量a 調整各個接入點發送的波束的波束角。
7. 如權利要求6所述的設備，其特徵在於， 所述調用模塊，具體用於根據獲取到的位置信息確定各個接入點到每一個用戶的大尺 度衰落相對于波束角向量a 0的函數，取
作為各個用戶 的總吞吐量相對于波束角向量a 0的函數，其中，
H 於集合 n n為大於0 的整數； 其中，ps(a，3) = [PyUn ^)，…，Ps，s(as, 3S)]，ps，b(ab, 3b)為第 b個接入 點到第s個用戶的大尺度衰落相對於第b個接入點的波束角（ab，Pb)的函數，rs= (rs;1， rs；2, rs；3......rs，s),其中，當s=b時，rs， b=N ;當s關b時，rs，b=l, N為各個接入點的天線的個 數；P^(<*，P)S P s(a , 0 )去掉第s個元素後得到的向量，（'為rs去掉第s個元素後得到 的向量。
8. 如權利要求7所述的設備，其特徵在於，所述調用模塊，分別計算每一 個接入點到每一個用戶的大尺度衰落相對于波束角向量a 0的函數，其中 A,,K,/；U = pl、A屮、a/Ck,/；u，pLs b是接入點b到用戶s的路損^ s的陰影衰落，
是天線方向圖；#是連接用戶s和接入點b的直線與X軸的夾角，#是連接用戶s和接 入點b的直線與水平面的夾角；50^和SLLel分別是水平和垂直方向圖的旁瓣電平，SLLtot是總的旁瓣電平；E [A]表示取A的期望值，A_為預設值。
9. 如權利要求6所述的設備，其特徵在於，所述計算模塊，具體用於執行如下步驟： S1，選取k個波束角向量，其中k為預設值，且所述k個波束角向量a 0中包含各個接 入點的天線直接指向其所需要服務的用戶時對應的波束角向量； 52, 判斷所述k個波束角向量a 0對應的k個總吞吐量是否收斂在預設範圍內，若否， 轉向步驟S3,若是，轉向步驟S4 ; 53, 選取所述k個波束角向量a 0以外的其他波束角向量a 0代替所述k個波束角 向量a 0中使總吞吐量最小的波束角向量a 0，並返回步驟S2 ; 54, 選取k個波束角向量a 0中使總吞吐量最大的波束角向量a 0作為使
最大的波束角向量a旦M。
10.如權利要求6-9任一項所述的設備，其特徵在於，還包括： 微調模塊，用於執行下列步驟： 按照預設的步長在正負T°範圍內改變波束角向量a 0m中對應於宏基站的任意一個 角度值，並在每一次改變所述意一個角度值時，相應的改變波束角向量a 0m中其他角度的 取值，使宏基站和低功率基站的總吞吐量取最大值，所述T為預設值； 判斷在每一次改變所述任意一個角度值後總吞吐量的最大值與波束角向量a 對應 的總吞吐量的比值是否大於預設值，並在判斷為是時，將該次改變所述任意一個角度值後 使總吞吐量取最大值的波束角向量加入待選集合； 從待選集合中選擇使宏基站間幹擾抑制SLNR最大的波束角向量a m; 所述調整模塊，具體用於根據所述波束角向量a卩m調整各個接入點發送的波束的波 束角。
【文檔編號】H04B7/06GK104283596SQ201310603604
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年11月25日 優先權日:2013年11月25日
【發明者】崔高峰, 王衛東, 唐明環, 鄒珣, 張英海 申請人:北京郵電大學