专利名称：一种高有效性的cdma系统的导频相位自动分配方法
技术领域：
本发明涉及一种对CDMA系统的导频相位进行自动分配的技术。特别是对基于类似于IS-95标准的CDMA系统。
在CDMA系统中，移动台是根据接收到的基站导频信号的不同偏置来区分各基站的，所以规划好各基站导频偏置是CDMA系统正常工作的必要条件。它的地位相当于GSM系统中的频率规划，不容忽视。如果相位分配不合理，会严重影响通信系统的性能，甚至使系统瘫痪，无法工作。
在CDMA中，不同基站使用不同时间偏置的PN短码进行调制，长度是215-1，其相位差至少为64个比特；这样，最多可有512个不同的相位可用。在CDMA系统中，不同的基站可以使用相同的时间偏置，相当于GSM系统中的频率复用。导频信道用偏置指数(0～511)来区别。
因为不同的导频信号以相位不同来区分，所以它对传播时延特别敏感。如果由于传播延迟或者导频PN序列的复用导致到达移动台的导频相位一致或者相近，移动台不能区分来自两个或者多个基站的导频信号，就会造成干扰。
1.如果一个远端的相位偏置不同的导频信号落在当前移动台的有效导频搜索窗口中，移动台就会把它当作一个多径信号来解扩并合前向业务信道信号。产生有效导频集的PN-Offset干扰。
2.如果两个邻基站的导频信号落入移动台的同一个邻集搜索窗口中，并且合成的Ec/Io＞T_ADD，移动台就会切换到错误的导频上。产生相邻导频集的PN-Offset干扰。
它们的共同结果是强干扰和掉话。为了避免这些情况的发生，必须进行合理的导频相位分配。
到目前为止，大家都是采用手工分配的方法对导频相位进行配置，精确度很差，这样做不仅效率极低，而且很容易出错，异常的烦琐。这主要是因为在实际网络中小区的形状是不规则的，而且各个小区的形状大小都不同；这些都给手工分配带来了非常大的麻烦。
为了克服以上的这些缺点，本发明提出了一种实用的导频相位自动分配方法。该方法不受实际网络特点的限制，从导频相位和导频强度这两个方面来考虑导频相位的分配策略，从而尽最大的可能来避免产生相位污染。
本发明的具体流程是1.统计规划区内的扇区的个数及规划区内小区的平均半径，从而得出PILOT_INC的取值范围。
2.根据上面得出的取值范围选择适当的PILOT_INC值；3.如果在该选择下去除用户要求预留的导频相位数n之后得到的可用导频数大于总扇区数，则需要将规划区分簇。可用的导频数为N=512PILOT_INC-n;]]>
4.将规划区分分成N个导频相位复用的小区簇。
5.搜索算法采用启发式搜索(informed search)或其它智能搜索算法。
6.在使用启发式搜索时，为了提高算法的效率，代价函数取f＝|L-L|，以此作为在不同簇中的两个基站分配相同相位的代价，L是这两个基站之间的路径损耗。
7.其中L是两个簇之间的平均路径损耗计算两个簇之间任意两个基站之间的路径损耗；然后求出均值作为两个簇之间的平均路径损耗。路径损耗的计算要考虑两个天线之间的距离，天线的高度，天线的下倾角和天线的朝向；在天线的特性差别不大的情况下可以考虑将路径损耗简化为两个基站之间的距离。
下面结合附图对本发明作详细说明附
图1描述的是分配不同导频相位的基站可能发生污染的情况。
附图2描述的是附图1的时域分析。
附图3描述的是附图1的时域分析。
附图4描述的是发生相同导频污染的情况，即当移动台位于分配相同导频相位的两个小区的连线的中央区域的地方的时候，这两个导频将落入移动台的同一个导频搜索窗口内。
附图5描述的是在全向小区中发生相同导频相位污染的情况。
附图6描述的是在三扇区小区中发生相同导频相位污染的情况。
很显然不同导频相位间最容易产生相位污染的是相邻导频相位。下面的分析即以k1-k2＝64·PILOT_INC (式1)为例来说明。如果从直射路径考虑的角度来考虑，那么当|k1+d1-k2-d2|≤s02]]>(式2)时基站2的导频信号就会落入基站1的激活集搜索窗口内。但是由于在无线信道中尤其是在复杂的环境中多径信号多以反射和散射的信号为主，直射信号并不占主导地位，所以当|k1+d1-k2-d2|≥s02]]>时基站2的多径信号也可能会落入基站1的激活集搜索窗口内。因此只能从导频强度角度来考虑。
在本实施例所采用的阴影衰落模型是基于Viterbi A.J.《CDMA扩频通信原理》中的理论依据，我们将分贝损耗的随机分量表示为两个量之和一个在用户的近场，它对所有的基站都一样；一个仅与所接收的基站有关而对其它的基站无关。这样，可将对第i个基站(i＝0，1，2，3…)的分贝损耗的随机分量表示为ζi＝aξ+bξia2+b2＝1 a≤1其中
E(ζi)＝E(ξ)＝E(ξi)＝0D(ζi)＝D(ξ)＝D(ξi)＝σ2对所有iE(ξξi)＝0对所有i以及E(ξjξi)＝0 对所有i≠j这样对两个基站i和j的损耗的归一化协方差为E(ζjζi)/σ2＝a2＝1-b2(i≠j)这里取a2=b2=12.]]>Li=diγ10ζi/10=diγeβζi]]>γ是无线电波在空间传播的衰耗斜率。用户可以根据自己地区的实际情况选取适当的值。在城市密集区，可以取γ＝4.30；郊区可以取γ＝3.84。
覆盖效率根据设计的要求选择。一般来说选取90％；阴影衰落的标准差郊区可以取6dB，城区可以取8dB。
不产生相邻相位污染的强度条件是p1-p2≥β(式3)。β是一个门限。在下面的推导中d1和d2不再代表移动台与基站1和基站2的实际距离，而是代表占主导地位的多径信号的传播距离；并且取d1为小区的半径r。这样(式2)仍然表述的是产生相位污染的相位条件。根据电磁波传播原理，(式3)可以变形为10log[(d2γ)γeβb(ζ2-ζ1)]≥β]]>(式4)由式2可以得到d2的最小值d2=r+64·PILOT_INC-s02]]>(式5)将其代入(式4)，得到64·PILOT_INC≥s02+r(10[b(ζ1-ζ2)+β]/10γ-1)]]>(式6)r小区半径，单位为chip。s0SRCH_WIN_A对应的搜索窗的PN比特片数。β典型值一般取27dB。将上面的典型值代入(5)得到不可能产生干扰的最小的PILOT_INC城区64PILOT_INC≥s02+6.345r]]>郊区64PILOT_INC≥s02+7.998r]]>由此可知当选择的PILOT_INC符合上面的条件时导频相位可以任意分配(不包括相同导频相位的分配)，而不必担心会产生相邻导频相位的污染。
PILOT_INC极小值设置的另外一个限制条件是要求当分配相邻相位的导频在同一个小区的邻集列表中时邻集搜索窗口不重叠，即64PILOT_INC′＞sN。其中sN是邻集搜索窗口。
所以PILOT_INC的最小值限制是PILOT_INC＝max{PILOT_INC，PILOT_INC′}。
相同导频相位如果分配的距离太近会导致它们落入同一个小区的邻集列表中从而有产生污染的可能。如附图4所示。PILOT_INC的大小决定了相位复用小区簇的大小。同时簇的形状与复用距离D有一定的关系当簇的形状为正六边形时， 当簇的形状为正方形时， 其中N为每个簇中小区的个数。
a)全向小区根据附图5且(Ec1I0)A-(Ec2I0)A≤Td]]>(Ec3I0)B-(Ec2I0)B≤Td]]>在这种情况的讨论中取极限情况基站2位于基站1和基站3的连线的中央，基站1和基站3必须与基站2之间有一定的距离，二者都不能进入基站2的邻集列表。从而处于别的地点的基站最多只可能把二者之一列入邻集列表中。
由图可知基站1与基站3的间隔距离即相位复用距离要符合下面的不等式D≥2d+2R(P1L1)(P2L2)<Td]]>(P1L1)(P2L2)=P1L2P2L1=P1P2(Rd)γeβb(ζ2-ζ1)<Td]]>假设所有基站发射功率相同，即P1＝P2。d>R·(1Tdeβb(ζ1-ζ2))1γ]]>复用距离为D>2R(1+(1Tdeβb(ζ1-ζ2))1γ)]]>x=eβb(ζ1-ζ2)]]>x为对数正态分布的随机变量。
根据当地的具体情况选取适当的值，然后计算出PILOT_INC在该限制下的取值范围。
例如当Td取101.9(即19dB)，阴影衰落的标准差、覆盖效率及衰落斜率的取值与上面相同时，得到城区D＞11.6R，则PILOT_INC＜12(当簇的形状是正六边形)；PILOT_INC＜8(当簇的形状是正方形)；郊区D＞11.9R，则PILOT_INC＜10(当簇的形状是正六边形)；PILOT_INC＜8(当簇的形状是正方形)；b)三扇区小区根据附图6(Ec1I0)A-(Ec2I0)A≤Td]]>且(Ec3I0)B-(Ec2I0)B≤Td]]>注在相位分配中要尽量把相同相位的导频分配给朝向相同的扇区，这样可以减小复用距离的最小值限制。
极限情况基站2处于基站1和基站3的连线上；最可能发生污染的地方是小区2的扇区1。
由图可知基站1与基站3的间隔距离即相位复用距离要符合下面的不等式D≥d1+d2由全向小区的推导可得d1>R(1Tdeβb(ζ3-ζ2))1γ]]>d2>R·[(GbGf1Tdeβb(ζ3-ζ2))1γ+1]]]>D≥R[1+(GbGf)1γ](1Tdx)1γ]]>扇区化条件下的最小复用距离比全向小区情况下的导频复用距离要小。
根据当地的具体情况选取适当的值，然后计算出PILOT_INC在该限制下的取值范围。
例如取(Gf/Gb)＝10dB；代入所要求的覆盖效率和Td之后，就可以求出最小复用距离，从而得出PILOT_INC的上限值。
城区D＞7.44R，则PILOT_INC＜10；(例如当簇的形状为正六边形时)PILOT_INC＜7；(例如当簇的形状为正方形时)郊区D＞7.67R，则PILOT_INC＜9；(例如当簇的形状为正六边形时)PILOT_INC＜6；(例如当簇的形状为正方形时)本发明的算法的一些原则1.由PILOT_INC的下限值的推导原则得出PILOT_INC的最小可用值，只要PILOT_INC的值大于该值在相位分配中就不再考虑相邻导频相位的分配。
2.由于PILOT_INC的上限值的推导是按照理想的正六边形簇进行的，而与实际情况有一定的差距，所以PILOT_INC的取值要尽量靠近最低限度，例如在满足要求(不可能产生相邻导频相位污染)的情况下PILOT_INC选择2或者3。
3.统计规划区中的三扇区小区的比例，如果比例很高(例如超过90％)可以考虑三扇区的小区分配相邻的导频相位，将其它特殊的小区进行单独的处理；这样可以大大提高算法的效率。
综上可以看出，本发明有以下优点1.能有效地避免手工分配所带来的烦琐和不可避免的失误。
2.该算法适合任何形式的实际网络，不受实际网络形式特点的限制。
3.本发明在代价函数的选取上充分考虑到算法可能带来的复杂度，在不影响分配效果的前提下尽量提高算法的效率。
总之，本发明大大地减小了手动分配导频相位的复杂度和所需时间，它是一种实用的、高效的导频相位自动分配算法。
权利要求
1.一种用于CDMA系统的导频相位自动分配方法，其特征在于，在CDMA系统的导频相位分配分配中确定不可能产生相邻导频相位污染的PILOT INC，在导频相位自动分配中不考虑相邻导频相位分配的限制。
2.如权利要求1中所述的确定不可能产生相邻导频相位污染的PILOT INC，其特征在于，在本发明中充分考虑了实际移动通信中存在的阴影衰落。
3.如权利要求1中所述的用于导频相位自动分配的方法，其特征在于，可以采用启发式搜索算法。
4.如权利要求3中所述的启发式搜索算法，其特征在于，分配相同导频相位的代价函数的定义如下f＝|L-L|，其中L是分配相同相位的两个基站之间的路径损耗；L是两个簇之间的平均路径损耗计算两个簇之间任意两个基站之间的路径损耗；然后求出均值作为两个簇之间的平均路径损耗L；该路径损耗的计算要考虑两个天线之间的距离，天线的高度、天线的下倾角、天线的朝向；在天线的特性差别不大的情况下可以考虑将路径损耗简化为两个基站之间的距离。
5.如权利要求1中所述的用于导频相位自动分配的方法，其特征在于其实现步骤为1)统计规划区内的扇区的个数及规划区内小区的平均半径，从而得出PILOT_INC的取值范围。2)根据上面得出的取值范围选择适当的PILOT_INC值；3)如果在该选择下去除用户要求预留的导频相位数n之后得到的可用导频数大于总扇区数，则需要将规划区分簇。可用的导频数为N=512PILOT_INC-n;]]>4)将规划区分分成N个导频相位复用的小区簇。5)搜索算法采用启发式搜索(informed search)或其它智能搜索算法。
全文摘要
本发明提供的技术用于基于IS－95的CDMA系统的导频相位自动分配。本发明从导频相位和导频强度两个方面来考虑避免发生导频相位污染，利用一种智能的搜索算法将可以使用的导频相位快速、高效地分配给各个基站，该搜索算法所采用的代价函数充分考虑了扇区化小区天线的方向性、天线的高度、天线的下倾角、小区的导频发射功率、邻集列表等因素，从而最大限度地降低产生导频相位干扰的可能性。本发明中的技术实用、高效，完全避免了手工分配导频相位的盲目性及复杂性。
文档编号H04J13/02GK1428956SQ0113697
公开日2003年7月9日 申请日期2001年12月27日 优先权日2001年12月27日
发明者毛聪杰, 杨大成, 啜钢 申请人:杨大成, 毛聪杰, 啜钢