CN101335554A - 一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种设置全向发射的信道波束宽度的方法，它主要应用于使用多阵元智能天线的移动通信***，如TD－SCDMA移动通信***中。它无须更换网络天线，通过对***进行相应的测试或根据网络性能指标，利用多阵元的智能天线，连续动态的灵活设置或调整全向发射信道的波束宽度，从而达到与环境相匹配的理想的全向发射信道的波束宽度，完全达到网络对覆盖的要求。本发明可显著提高天线对网络环境的适应性，无须更换天线，也能针对网络环境或通信质量的改变，连续动态调整各全向发射信道的波束宽度，达到网络对小区灵活覆盖的要求；而且能明显降低网络维护的成本，并减小了对产品的特定参数的要求，使得产品的选择更加灵活简便。
Description
技术领域
本发明涉及应用于移动通信***中的设置全向发射信道波束宽度的方法，更确切地说，本发明涉及使用多阵元智能天线的移动通信***的小区全向发射的信道波束宽度的设置方法，特别适用于时分同步码分多址移动通信***(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，以下简称TD-SCDMA)。
背景技术
蜂窝移动通信网络中，通常采用不同波束宽度的天线实现对不同地理环境下的小区覆盖，以实现在对自己小区合理覆盖的前提下，有效降低对相邻小区的干扰，从而达到良好的全网覆盖效果。
由于各小区覆盖地理环境千差万别，有高层建筑密集的城区，有建筑物稀少的乡村，有广阔平坦的海区或平原、有连绵起伏的山区。不同环境中电波传播特性不同，对电波波束覆盖的扩展程度也不相同。因此，天线的波束宽度选择一定要适合当地地形地貌的特点，如分别采用30°、65°、120°、360°等宽度的天线。通常这一参数在天线产品出厂时已经固定，不可更改，这就造成网络建设中必须选择多个系列的不同型号的天线产品，而且在网络环境发生较大变化时，如农村成为城镇，高层建筑改为广场，或高层建筑增多等情况下，需要对原有小区进行覆盖调整，很多时候需要用不同波束宽度的天线产品更换原有设备，这样不但会造成设备成本的大量增加，并且由于更换天线周期较长，一定程度上会影响网络质量。
当移动通信***采用多阵元的智能天线进行信号的接收和发射时，如TD-SCDMA，和常规天线不同的是，智能天线可通过对天线阵列中的每个阵元赋予不同的幅相权值，通过加权信号的空间迭加来获得预定宽度和方向的波束。通常需要形成两种波束，一种是变化波束，主要用于每个独立用户的通信，基站通过跟踪用户的来波方向，不断调整波束的角度，使得主波瓣始终对准移动中的用户。另一种是静止波束，用于发送公共信息给小区内的所有用户，通常采用全向发射的方式覆盖整个小区，一般用公共信道承载，如广播信道、寻呼信道、公共控制和业务信道。这种静止波束的宽度一般固定，不进行动态调整，在天线出厂时通常设置为固定值；或者由基站设置为静态的几档固定角度，通常为3-4种，不能根据环境连续调整。
上述设置为固定值的方式使得天线对网络环境的适应性较差，环境的改变需要更换天线，网络维护的成本高；不能连续调整的方式使得天线波束宽度和环境要求不能完全的匹配，增加了网络完全达到覆盖要求的难度。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足之处，提供一种在移动通信***，如TD-SCDMA中采用多阵元天线灵活设置或调整全向发射信道波束宽度的方法，对小区进行灵活覆盖。本方法无须更换网络天线，通过对***进行相应的测试或根据网络性能指标，连续动态的灵活设置或调整各全向发射信道的波束宽度，使基站可连续动态的确定与环境相匹配的理想的全向发射信道波束宽度，从而完全达到网络对覆盖的要求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：提供一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法，其特征是该方法采用多阵元的智能天线，能连续动态的灵活设置或调整全向发射信道波束宽度，具体包括以下步骤：
步骤1、确定小区全向发射信道波束宽度初始值A0；
步骤2、测试实际环境中的信号覆盖质量；
步骤3、根据对小区信号覆盖质量的预期要求，评估步骤2得到的信号覆盖质量测试结果是否到达预期要求，若达到覆盖要求，就输出结果，进入步骤5；若未达到要求，进入步骤4；
步骤4、对小区全向发射信道的波束宽度进行调整并进行信号覆盖质量测试，若达到覆盖要求，则输出结果，进入步骤5；若未满足要求而调整次数达到最大次数Nt次，则输出结果，进入步骤5；若未满足要求且调整次数未达到最大次数Nt次，则再次调整；
步骤5、基站正常运行一定周期Tc，网络管理***定时统计小区的切换成功率和切换失败原因，与切换成功率目标值进行比较，若有切换成功率大于或等于切换成功率目标值的情况出现，则调整结束；否则，应分析切换失败原因，并根据两者的差值，确定切换补偿因子并调整小区覆盖范围，再对切换成功率进行定时统计并与切换成功率目标值进行比较，若大于等于切换成功率目标值则输出结果，调整结束，否则，进入步骤6；
步骤6，网络管理***给出该小区运行告警信息。
作为上述一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法的优选，其中，所述步骤1包括如下步骤：
步骤101、根据要建设站点周围环境的特征，确定其所属的典型环境类别；
步骤102、网络管理***根据环境类别和覆盖要求，为该站选择全向发射信道波束宽度初始值A0，并告知基站；
步骤103、在基站设备中，根据A0，计算用于天线每个阵元的权值Wi，i＝1....n，，n为天线阵元数量；基站按照A0，用多阵元天线发送需要在小区内全向发射的信道。
作为上述一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法的优选，其中，上述步骤4具体包括以下步骤：
步骤401、计算小区覆盖边缘实际信号未达到预期要求的比例LL、LH，根据LL、LH确定覆盖补偿因子C1；
步骤402、基站计算全向发射信道波束宽度的调整步长R0＝A0×C1，调整后全向发射信道波束宽度A＝A0+R0；
步骤403、测试实际环境中信号覆盖质量；
步骤404，判断是否达到覆盖要求，若达到覆盖要求，则输出结果，进入步骤5；若未满足要求而调整次数达到最大次数Nt次，则进入步骤5；若未满足要求且调整次数未达到最大次数Nt次，则再次调整。
作为上述一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法的优选，其中，上述步骤5包括以下步骤：
步骤501、网络管理***连续统计N段时间内的该小区切换成功率PH，每段时间长度设为T，比较N次PH和切换成功率目标值PHT
步骤502、若N段时间内至少一次PH＞＝PHT，切换补偿因子CH＝0，调整结束，否则进入步骤503；
步骤503、分析切换失败原因，若大部分切换失败是由于源小区和目标小区间的乒乓切换造成，根据PH和PHT的差值，确定切换补偿因子CH＜0，否则CH＞0；
步骤504、基站调整全向发射信道波束宽度，调整步长RH＝A×CH，调整后波束宽度A＝A+RH，
步骤505、网络管理***统计T时间内的该小区切换成功率PH，若满足要求，输出结果；若未满足要求，进入步骤6。
作为上述一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法的优选，其中波束宽度初始值A0，是根据经验值或参考类似环境类别的小区的设置值取得。
作为上述一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法的优选，其中，上述步骤3之前，还包括步骤300：划定小区覆盖范围和小区边缘部分，确定在小区边缘部分内的信号强度范围[S1，S2]。
作为上述一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法的优选，其中，上述覆盖补偿因子C1和切换补偿因子CH的范围均为-50％～50％。
作为上述一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法的优选，其中，上述调整步长R0、RH为取整后的角度。
作为上述一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法的优选，其中，上述迭代次数Nt和连续测量次数N可相同也可不同，次数可为3～5次，所述间隔时间Tc的范围为1～4周或1～6个月，所述每段测试时长T的范围为8～24小时。
作为上述一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法的优选，其中，上述类似环境类别的小区为与其环境相似的邻区。
作为上述一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法的优选，其中，上述步骤401中，计算小区覆盖边缘实际信号弱于最小值S1的比例为LL，强于最大值S2的比例LH，若LL＞＝LH，C1＞0，否则C1＜0。
本发明采用上述技术方案的有益效果在于：由于本发明在TD-SCDMA***中采用多阵元的智能天线，无须更换网络天线，通过对***进行相应的测试或根据网络性能指标，可连续动态的灵活设置或调整各全向发射信道的波束宽度，使基站可连续动态的确定与环境相匹配的理想的全向发射信道的波束宽度，从而完全达到网络对小区灵活覆盖的要求。与现有技术相比，本发明的有效果具体表现为：
1.现有技术中，天线在出厂时其波束宽度设置为固定值，这就使得天线对网络环境的适应性较差，环境的改变需要更换天线，网络维护的成本很高。而本发明则有效克服这一缺点，它可实现连续动态的灵活设置或调整各全向发射信道的波束宽度，从而显著提高了天线对网络环境的适应性，无须更换天线，也能针对网络环境的改变，连续动态调整各全向发射信道的波束宽度，达到网络对小区灵活覆盖的要求，明显降低了网络维护的成本；
2.现有技术由于不能连续调整全向发射信道的波束宽度，使得天线波束宽度和环境要求不能完全的匹配，网络完全满足覆盖要求的难度较大。本发明可连续动态的灵活设置或调整各全向发射信道的波束宽度，使基站可连续动态的确定与环境相匹配的理想的全向发射信道的波束宽度，从而完全达到网络对小区灵活覆盖的要求。
3.本发明也能使多阵元天线更加适应不同网络环境的特点，从而减小了对产品的特定参数的要求，使得产品的选择更加灵活。
4.同时采用本发明的设置方法，还可以避免由于现有技术中更换天线周期较长，影响网络服务质量的缺点，从而更好的提高网络服务质量。
附图说明
图1是智能天线波束成型原理示意图；
图2是常规的智能天线的全向发射信道的波束宽度示意图；
图3是采用本发明的可调全向发射信道的波束宽度为30度的示意图；
图4是采用本发明的可调全向发射信道波束宽度为65度的示意图；
图5是本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的详细介绍，但不作为对本发明的限定。
如图1所示的多阵元天线波束成型原理示意图，包括天线阵列，波束成型网络和算法控制单元。算法控制单元根据用户的位置，下行波束的水平波束宽度的要求，生成天线各阵元上的信号加权矢量{W0，W1，W2，......Wn}，这些加权矢量通过波束成型网络和发射信号相乘，形成幅度相位不同的信号后，再通过A/D变换和发送接收单元送至天线振列发送。不同幅度相位的信号在空中迭加，在期望方向上信号强度可得到加强，在其他方向上信号强度可以减弱甚至抵消，从而形成期望宽度的信号波束。对于全向发射的公共信道，常规的做法是按照天线产品的水平波束宽度指标，固定的进行发射。
如图5所示的本发明方法的流程图，网络建设者可根据实际环境的地形、地貌、建筑等特征，将不同环境归纳为几种典型环境，如密集城区、普通城区、郊县、公路、农村、山区、湖面和海洋等。每种环境要求选用合适的天线全向发射信道波束主波瓣宽度。在网络管理***中，应形成针对不同典型环境的天线全向发射信道波束主波瓣宽度数据库，以普通城区为例，通常采用波瓣宽度为65°的天线覆盖(如图4所示)。在站址基本确定后，根据周围建筑物的密度、高度，街道宽度等因素，考察当地网络信号反射、折射和损耗的特性，确定其所属的典型环境，同时根据网络规划的要求，确定小区覆盖范围内的信号质量要求。再将相应的数据输入到网管***，由网管***根据典型环境的类别，在数据库中选择对应的全向发射信道波束主波瓣宽度。如以密集城区为例，可能的波瓣宽度为30°～45°(如图3所示)。网管***再将该信息作为基站的基本配置信息之一，通过RNC以NBAP协议或采用FTP协议、SNMP等其他通信协议，通过Iub接口或者是内部的操作维护接口通知基站。在采用NBAP协议时，可在cell setup消息流程中携带主波瓣信息。基站接收到配置角度后，计算出用于天线各阵元的形成相应角度的权值向量，并存在存储器中，并直接控制移相器，按照上述设定的波瓣宽度对全向发射信道波束进行固定的波束赋形。
基站按照正常功率发射广播信号，在基站信号覆盖区域内，通过单站覆盖测试，测量该区域内各地点的信号强度、路径损耗、信号载干比等无线参数，绘制该区域的信号质量的数据地图。同时划定小区覆盖范围内的小区边缘部分，确定在小区边缘部分内的信号应达到的强度范围[S1，S2]。再将此数据地图输入基站，对测量数据和该区域信号的预期质量进行比较，得到小区边缘部分的样点中信号强度弱于最小值S1的比例为LL，强于最大值S2的比例LH，若LL＞＝LH，根据一定比例设定C1＞0，否则C1＜0。基站计算全向波束宽度需要调整的步长R0＝A0×C1，在原有波束宽度的基础上拓宽角度R0进行全向发射。然后采用路测的方法，测试实际环境中信号覆盖的改变情况，检查LL、LH是否达到预订要求。若满足要求，基站则输出结果，并通知网络管理***；若未满足要求，则继续进行调整，达到最大次数后，停止调整，输出调整的报告。
在基站设备正常运行过程中，每隔固定时间Tc，如1至4周或1至6个月甚至一年的时间间隔，网络管理***连续统计N段时间内的该小区切换成功率PH和切换失败原因，连续测量的次数N和调整的次数Nt可以相同，也可以不同，一般以3～5次为宜。每段时间长度设为T，T的长短以8～24小时为宜。比较每段时间T内的PH和切换成功率目标值PHT，若N段时间内至少一次PH＞＝PHT，则切换补偿因子CH＝0，调整结束；否则分析切换失败原因，若大部分切换失败是由于源小区和目标小区间的乒乓切换造成，则可根据PH和PHT的差值与覆盖范围的关系，确定切换补偿因子CH＜0，否则CH＞0。
基站计算全向波束宽度需要调整的步长RH＝A×CH(RH经过取整)，在原有波束宽度的基础上拓宽角度RH进行全向发射。网络管理***统计T时间内的该小区切换成功率PH，若满足要求，输出结果；若未满足要求，网络管理***给出该小区运行告警信息。基站将调整后的波束宽度传递给网络管理***存储，调整结束。
若由于环境变化，如一般城区发展成密集城区，这在现有条件下是经常遇到的。这就需要适当减小全向发射的波束宽度以适应密集环境中电波反射和折射造成的角度扩展，对天线方向、波瓣宽度重新调整。参照上述的实施流程，重新对各天线阵元的权值进行调整，以实现适当的全向发射的全向发射信道波束波瓣宽度和波瓣方向，以达到满足匹配环境的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用以说明本发明的技术方案，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换的，均应涵盖在本发明的权利要求的保护范围之中。
Claims (13)
1.一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法，其特征是该方法采用多阵元的智能天线，连续动态地设置或调整全向发射信道波束宽度，具体包括以下步骤：
步骤1、确定小区全向发射信道波束宽度初始值A0；
步骤2、测试实际环境中的信号覆盖质量；
步骤3、根据对小区信号覆盖质量的预期要求，评估步骤2得到的信号覆盖质量测试结果是否到达预期要求，若达到覆盖要求，就输出结果，进入步骤5；若未达到要求，进入步骤4；
步骤4、对小区全向发射信道的波束宽度进行调整并进行信号覆盖质量测试，若达到覆盖要求，则输出结果，进入步骤5；若未满足要求而调整次数达到最大次数Nt次，则输出结果，进入步骤5；若未满足要求且调整次数未达到最大次数Nt次，则再次调整；
步骤5、基站正常运行一定周期Tc，网络管理***定时统计小区的切换成功率和切换失败原因，与切换成功率目标值进行比较，若有切换成功率大于或等于切换成功率目标值的情况出现，则调整结束；否则，应分析切换失败原因，并根据两者的差值，确定切换补偿因子并调整小区覆盖范围，再对切换成功率进行定时统计并与切换成功率目标值进行比较，若大于等于切换成功率目标值则输出结果，调整结束，否则，进入步骤6；
步骤6，网络管理***给出该小区运行告警信息。
2.根据权利要求1所述的一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法，其特征是所述步骤1包括以下步骤：
步骤101、根据要建设站点周围环境的特征，确定其所属的典型环境类别；
步骤102、网络管理***根据环境类别和覆盖要求，为该站选择全向发射信道波束宽度初始值A0，并告知基站；
步骤103、在基站设备中，根据A0，计算用于天线每个阵元的权值Wi，i＝1....n，，其中n为天线阵元数量；基站按照A0，用多阵元天线发送需要在小区内全向发射的信道。
3.根据权利要求1所述的一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法，其特征是所述步骤4具体包括以下步骤：
步骤401、计算小区覆盖边缘实际信号未达到预期要求的比例LL、LH，根据LL、LH确定覆盖补偿因子C1；
步骤402、基站计算全向发射信道波束宽度的调整步长R0＝A0×C1，调整后全向发射信道波束宽度A＝A0+R0；
步骤403、测试实际环境中信号覆盖质量；
步骤404，判断是否达到覆盖要求，若达到覆盖要求，则输出结果，进入步骤5；若未满足要求而调整次数达到最大次数Nt次，则输出结果，进入步骤5；若未满足要求且调整次数未达到最大次数Nt次，则再次调整。
4.根据权利要求3所述的一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法，其特征是所述步骤5包括以下步骤：
步骤501、网络管理***连续统计N段时间内的该小区切换成功率PH，每段时间长度设为T，比较N次PH和切换成功率目标值PHT；
步骤502、若N段时间内至少一次PH＞＝PHT，切换补偿因子CH＝0，调整结束，否则进入步骤503；
步骤503、分析切换失败原因，若大部分切换失败是由于源小区和目标小区间的乒乓切换造成，根据PH和PHT的差值，确定切换补偿因子CH＜0，否则CH＞0；
步骤504、基站调整全向发射信道波束宽度，调整步长RH＝A×CH，调整后波束宽度A＝A+RH，
步骤505、网络管理***统计T时间内的该小区切换成功率PH，若满足要求，输出结果；若未满足要求，进入步骤6。
5.根据权利要求4所述的一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法，其特征是在网络的最初建设时，其特征是所述步骤1包括以下步骤：
步骤101、根据要建设站点周围环境的特征，确定其所属的典型环境类别；
步骤102、网络管理***根据环境类别和覆盖要求，为该站选择全向发射信道波束宽度初始值A0，并告知基站；
步骤103、在基站设备中，根据A0，计算用于天线每个阵元的权值Wi，i＝1....n，，其中n为天线阵元数量；基站按照A0，用多阵元天线发送需要在小区内全向发射的信道。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法，其特征是所述波束宽度初始值A0，是根据经验值或参考类似环境类别的小区的设置值取得。
7.根据权利要求1至5任一项所述的一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法，其特征是所述步骤3之前，还包括步骤300：划定小区覆盖范围和小区边缘部分，确定在小区边缘部分内的信号强度范围[S1，S2]。
8.根据权利要求4所述的一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法，其特征是所述覆盖补偿因子C1和切换补偿因子CH的范围均为-50％～50％。
9.根据权利要求4所述的一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法，其特征是所述调整步长R0、RH为取整后的角度。
10.根据权利要求4所述的一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法，其特征是所述迭代次数Nt和连续测量次数N相同或不同，次数为3～5次，所述每段测试时长T的范围为8～24小时。
11.根据权利要求1所述的一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法，其特征是所述间隔时间Tc的范围为1～4周或1～6个月。
12.根据权利要求2或5所述的一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法，其特征是所述类似环境类别的小区为与其环境相似的邻区。
13.根据权利要求7所述的一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法，其特征是所述步骤401中，计算小区覆盖边缘实际信号弱于最小值S1的比例为LL，强于最大值S2的比例LH，若LL＞＝LH，C1＞0，否则C1＜0。
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2007
- 2007-06-29 CN CN2007101181432A patent/CN101335554B/zh active Active
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