专利名称:一种灵活设置全向发射信道波束宽度的方法
技术领域:
本发明涉及应用于移动通信系统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系统的小 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系统(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。当移动通信系统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 信系统,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 对系统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l、确定小区全向发射信道波束宽度初始值Ao;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Te,网络管理系统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,网络管理系统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IOI、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、网络管理系统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A。,并告知基站;步骤103、在基站设备中,根据Ao,计算用于天线每个阵元的权值 Wi, i=l....n,, n为天线阵元数量;基站按照AQ,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L。LH, 根据Ll、 LH确定覆盖补偿因子d;步骤402、基站计算全向发射信道波束宽度的调整步长Ro-A()Xd, 调整后全向发射信道波束宽度A=Ao+Ro;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 、网络管理系统连续统计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1^段时间内至少一次?11>= PHT,切换补偿因子CfO, 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CHO,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=AxCH, 调整后波束宽度A=A+RH,步骤505、网络管理系统统计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Ao,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[Si,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Q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Ro、 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Te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S,的比例为LL, 强于最大值S2的比例LH,若Ll〉^h, C!X),否则dO。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系统中采用多阵元的智能天线,无须更换网络天线,通过对 系统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。
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l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OVo, wl5 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。在网络管理系统中,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 管系统,由网管系统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)。网管系统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[S,,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Si的比例为LL,强 于最大但S2的比例Lh,若Ll^Lh,根据一定比例设定dX),否则dO。 基站计算全向波束宽度需要调整的步长Ro-AoXd ,在原有波束宽度的基 础上拓宽角度Ro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,并通知网络管理系统;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Te,如1至4周或1至6 个月甚至一年的时间间隔,网络管理系统连续统计N段时间内的该小区切 换成功率Ph和切換失敗原因,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?!1>= PHT,则切换补偿因子CfO,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,否則Ch〉0。基站计算全向波束宽度需要调整的步长RH=AxCH (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。网络管理系统统计 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, 网络管理系统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 网络管理系统存储,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。
权利要求
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,网络管理系统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,网络管理系统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IOI、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、网络管理系统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A。,并告知基站;步骤103、在基站设备中,根据AQ,计算用于天线每个阵元的权值Wi, i=l....n,,其中n为天线阵元数量;基站按照Ao,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d;步骤402、基站计算全向发射信道波束宽度的调整步长Ro-A。xd, 调整后全向发射信道波束宽度A=Ao+Ro;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 、网络管理系统连续统计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Q^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cho,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=AxCH, 调整后波束宽度A=A+RH,步骤505、网络管理系统统计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l包括以下步骤步骤IOI、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、网络管理系统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Ao,并告知基站;步骤103、在基站设备中,根据Ao,计算用于天线每个阵元的权值 Wi, i=l....n,,其中n为天线阵元数量;基站按照Ao,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Ao,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[Si,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Q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Ro、 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Te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 81的比例为1^,強于最大惶S2的比例Lh,若LlXh, d>0,否则dO。
全文摘要
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系统,如TD-SCDMA移动通信系统中。它无须更换网络天线,通过对系统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。
文档编号H04B7/26GK101335554SQ20071011814
公开日2008年12月31日 申请日期2007年6月29日 优先权日2007年6月29日
发明者屹 万, 徐霞艳, 李文宇, 王志勤, 魏贵明 申请人:信息产业部电信传输研究所