CN103763014A - 基于智能天线***的新型波束赋形实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的基于智能天线***的新型波束赋形方法，包括步骤：步骤一，对应不同的天线下倾角，将每个扇区划分为距离基站不同的服务区域；步骤二，各个小区通过轮换的方式确定自己的激活服务区域；步骤三，各个小区从其激活服务区域中选取服务用户；步骤四，针对步骤三中被选取的用户，进行数据传输。本发明能够实现下倾角选择和用户选择的解耦，而且无需后台开销即可实现多小区协作，实现竖直维空间资源的合理利用，改善***覆盖，提升***容量。

Description

基于智能天线***的新型波束赋形实现方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体是一种基于智能天线***（AAS，Active AntennaSystem）的新型波束赋形的实现方法。

背景技术

AAS是指配备有特殊天线阵列***的基站，该天线阵列能够实现动态调整辐射模式。AAS与传统天线最大的区别在于天线阵列与收发模块的交互方式，图1给出了AAS基站的抽象逻辑表示。

如图1所示，AAS主要包括三个功能模块，分别是收发单元阵列（TRXUA，TransceiverUnit Array）、射频分配网络（RDN，Radio Distribution Network）以及无源天线阵列（Antenna Array）。以BS发射信号为例，TRXUA接收BS的基带信号，输出射频信号到RDN，RDN将各路射频信号按照特定的规则映射到无源天线阵列，该映射规则可以是一对一的，也可以是一对多的。TRXUA输出的每一路射频信号对应一个天线端口（AntennaPort），而每一个天线端口可以包含一到多个无源天线元（Passive Antenna Element），这些天线元可以是同向天线、极化天线，也可以是空间分布天线（DAS，DistributedAntenna System），它们既可以排布成一列，也可以排布成一个面阵列。

随着AAS技术的成熟，部署有AAS的基站可以实现对天线波束的水平、竖直维度的控制；对波束竖直维度的控制为小区覆盖优化提供了一个额外的自由度，利用该自由度，通过动态调整波束下倾角，可以实现竖直维小区波束赋形、用户波束赋形等新型应用部署；从而有效地降低小区间干扰（ICI，Inter-Cell Interference），改善用户侧的信干噪比（SINR，Signal to Interference and Noise Ratio）性能，最终实现提升***容量、改善***覆盖率的目的。

然而，在执行上述波束赋形的时候，天线下倾角的选择和用户的选择相互耦合，具体地，在确定下倾角时，需要依据被选择用户的位置信息；而在选择用户时，每个用户的度量表达式（如SINR）会含有下倾角。这种交叉耦合为***决策带来极大的困难，本发明旨在解决这一问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于解决上述下倾角和用户选择的耦合问题，提供一种基于智能天线***的新型波束赋形实现方法。本发明将确定波束下倾角的过程分为切换波束赋形和用户波束赋形两步：首先，根据下倾角的不同，每个扇区事先被划分为距离基站不同的服务区域，网络中的多个扇区按照相同的规则进行服务区域划分；在基站侧执行切换波束赋形时，多个扇区之间协作，以降低小区间干扰为导向，决定各自的服务区域及对应的下倾角，在该过程中不考虑用户选择的问题。然后，针对每个扇区，在确定其服务区域后，基站从其服务区域中选择用户进行服务，执行用户波束赋形操作，实现下倾角的进一步调整。通过上述两步，即可实现下倾角选择和用户选择的解耦，无需后台开销，以极低的复杂度实现多小区协作降低干扰的目的。

具体地，本发明是通过以下技术方案实现的，如图2所示，本发明包括以下步骤：

步骤一，对应不同的天线下倾角，将每个扇区划分为距离基站不同的服务区域。

步骤二，各个小区通过轮换的方式确定自己的激活服务区域。

步骤三，各个小区通过特定的调度方法，从其激活服务区域中选取服务用户。

步骤四，针对步骤三中被选取的用户，按照特定传输模式进行数据传输。

优选地，在步骤一中，考虑到用户一般满足均匀分布，而步骤二的对称轮换方式导致每个区域的激活概率相等，因而，建议按照等面积准则进行服务区域划分，且网络中的多个扇区按照相同的规则进行服务区域划分。

在步骤二中，对某一个扇区来说，它的各个服务区域是轮询式被服务的，轮换的周期为T_long；对同一基站选址的三个扇区来说，它们的初始服务区域应该是两两正交的；对不同的基站选址，其扇区的轮询规则及初始服务区域应当与其他基站选址彼此一致。

在步骤三中，对场景下的每一个扇区，在确定其激活服务区域后，根据用户的位置，对处于其激活服务区域中的用户进行调度。根据传输模式的不同，在某一特定的时频资源块（RB，Resource Block）上，基站可以只调度一个用户，也可以调度多个用户。

在步骤三中，所述的特定调度规则可以是最大化容量（MC，Maximum Capacity）、随机调度（RR，Round Robin）、比例公平（PF，Proportional Fair）等各种调度策略中的任意一个。

在步骤四中，所述特定的传输模式包括空间分集、空分复用、用户波束赋形、MU-MIMO（Multiple User Multiple Input Multiple Output）等。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

第一，本发明中下倾角选择和用户选择是解耦进行的，复杂度较低；

第二，本发明结合切换波束赋形和用户波束赋形，充分利用了AAS能够提供的竖直维波束调整自由度；

第三，本发明的执行是分布式的，无需任何后台信息交互；

第四，本发明的各个步骤都可以在现有标准的范畴下进行，无需额外的标准化工作。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是AAS基站的抽象逻辑表示；

图2是本发明的整体流程图；

图3是将扇区划分为内外服务区域的示意图；

图4是单小区情形下，不同扇区选择不同激活服务区域的着色示意图；

图5是多小区情形下，不同扇区选择不同激活服务区域的着色示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供一种基于智能天线***的新型波束赋形实现方法。本发明通过结合切换波束赋形和用户波束赋形，能够实现降低小区间干扰，提升网络容量及覆盖性的目的。本发明首先根据下倾角的不同，将每个扇区划分为距离基站不同的服务区域；然后，基站执行切换波束赋形，多个扇区通过协作决定各自的激活服务区域及对应的下倾角；最后，每个扇区的基站从其激活服务区域中调度用户，执行用户波束赋形操作，实现下倾角的进一步调整。本发明能够实现下倾角选择和用户选择的解耦，而且无需后台开销即可实现多小区协作，实现竖直维空间资源的合理利用，改善***覆盖，提升***容量。

第一步，在本实施例中，每个基站选址对应三个扇区，每个扇区按照下倾角的不同被划分为三个服务区域，分别标注为服务区域①②③，如图3所示。按照等面积划分原则，服务区域①②③为相似多边形，则其边长满足公式(1)。

$\mathrm{OA}:\mathrm{PB}:\mathrm{OC}=1\sqrt{2}:\sqrt{3}---\left(1\right)$

划分好服务区域后，确定对应的天线下倾角时，应使其满足主波束指向服务区域中心。

第二步，在划分好服务区域后，接下来按照轮询的规则确定每个扇区的激活服务区域，在本实施例中，各扇区按照①②③①②…的规则进行轮换，轮换的周期为T_long。同时，同一小区的三个扇区，其初始轮换服务区域要保持正交，如图4所示，此处，我们使用不同的填充图案表示不同的下倾角，对应不同的激活服务区域。

本实施例考虑19个正六边形小区的场景，对应57个扇区。其中在中心小区按照上述规则确定其激活服务区域后，其它小区完全按照相同的规则确定其对应扇区的激活服务区域，形成如图5所示的着色图。至此，我们在不考虑用户的前提下，完成了每个扇区的激活服务区域（对应某一粗调下倾角）选择。容易发现，在该过程中，按照正交的规则选定激活服务区域，能够完全避免相邻扇区同时激活服务区域③，有效地降低了小区间干扰。而且，上述确定激活服务区域的方案是分布式的，一旦给定扇区的初始激活服务区域，基站间无需进行进一步的后台数据交换，降低了实现复杂度。

第三步，对场景下的每一个扇区，在确定其激活服务区域后，根据用户的位置，对处于其激活服务区域中的用户进行调度。本实施例中，我们按照比例公平原则，在某一资源块上仅调度一个用户。在调度过程中，各个小区是独立进行的，无需任何数据交换，进一步体现了分布式算法的低复杂度优势。

第四步，基站根据被调度用户所反馈的用户侧到达角，计算天线阵列的权重因子，执行用户波束赋形，进行数据传输。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种基于智能天线***的新型波束赋形方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，对应不同的天线下倾角，将每个扇区划分为距离基站不同的服务区域；

步骤二，各个小区通过轮换的方式确定自己的激活服务区域；

步骤三，各个小区从其激活服务区域中选取服务用户；

步骤四，针对步骤三中被选取的用户，进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的基于智能天线***的新型波束赋形方法，其特征在于，在步骤一中，对扇区划分服务区域时需遵循等面积准则。

3.根据权利要求1所述的基于智能天线***的新型波束赋形方法，其特征在于，在步骤二中，对所述扇区来说，其各个服务区域是轮询式被激活的，轮换的周期为Tlong。

4.根据权利要求1所述的基于智能天线***的新型波束赋形方法，其特征在于，在步骤二中，对同一基站选址的三个扇区来说，这三个扇区的初始激活服务区域满足两两正交。

5.根据权利要求1所述的基于智能天线***的新型波束赋形方法，其特征在于，在步骤一中，不同基站选址对应多个扇区划分服务区域的规则是相同的。

6.根据权利要求1所述的基于智能天线***的新型波束赋形方法，其特征在于，在步骤二中，不同的基站选址对应扇区的轮询规则及初始服务区域与其他基站选址彼此一致。

7.根据权利要求1所述的基于智能天线***的新型波束赋形方法，其特征在于，在步骤三中，基站仅对处于激活服务区域中的用户子集进行调度。

8.根据权利要求1所述的基于智能天线***的新型波束赋形方法，其特征在于，在步骤三中，在某一特定的时频资源块上，基站调度一个或者多个用户。

9.根据权利要求1所述的基于智能天线***的新型波束赋形方法，其特征在于，在步骤三中，各个小区通过如下任一个调度方法，从其激活服务区域中选取服务用户：

-最大化容量准则；

-随机调度准则；

-比例公平准则。

10.根据权利要求1所述的基于智能天线***的新型波束赋形方法，其特征在于，在步骤四中，针对步骤三中被选取的用户，按照如下任一种传输模式进行数据传输：

-空间分集；

-空分复用；

-用户波束赋形；

-MU-MIMO。

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