本申请涉及无线通信技术领域，具体涉及一种控制与数据分离的多波束天线系统的控制信令传输方法。
背景技术：
为了满足未来1000倍容量的提升，在空口传输技术上，大规模天线是用来达到容量提升的需求的潜在技术之一。而这种大规模天线也对组网提出了配套需求，即如何采用新型的组网技术来挖掘大规模天线应用下的潜力，从而最终达到频谱效率提升的目标，实现灵活的柔性大规模天线网络。
为了应对快速增长的数据流量，大规模基站部署了更加密集的天线，针对小区内的数据热点区域使用定向波束(扇区分裂)来提升系统的吞吐量已经宏蜂窝基站继续提升容量的业界共识和趋势。
由于容量和覆盖要求的特性和需求不同，架构存在优化的可能性。数据和信令解耦架构的提出，使得覆盖扇区负责较大范围的信令接入，避免过多信令切换开销；容量扇区负责高速数据接入，可大大减少信令开销，并可根据业务的需求变化进行动态的激活和休眠。这种架构突破了传统蜂窝小区构架的束缚，为网络动态匹配未来业务的空域、时域变化特性提供支持，能够显著降低能耗，同时提高系统性能。
另外，数据与信令解耦在网络领域已经得到广泛的重视和应用，比如3GPP定义的EPC已经实现了数据与信令的分离；在交换和路由领域，SDN(Software Defined Network)的提出，也使得IP交换逐步向数据与信令解耦的方向迈进。
综上，基于集中式大规模天线研究的容量与覆盖小(扇)区分离的组网技术将会是未来网络架构演进的重要方向。
然而，目前该组网技术仍然存在一个关键问题尚未得到解决：即怎么实现容量与覆盖小区分离。现有技术通常采用所有的物理层控制信道都在覆盖小区发送，其他的数据业务信道在容量小区中传输的方法来实现小区分离。然而，因为在控制信令上将存在基站级别(信令小区)、波束级别(容量小区)和用户级别的控制信令，并非所有的控制信令都需要在整个基站范围内发送，只有基站级别的用于时频同步的公共导频信号和广播信道需要在整个基站级别发送，而用于指示下行物理控制信道到底占几个OFDM符号的PCFICH(物理层控制格式信道)、下行物理控制信道等非基站级信号，完全可以根据容量小区的实际情况针对不同的波束设置不同的内容。同样，用户级别的控制信道也只需要在对应的容量小区(波束)上发送，而无须在整个基站覆盖范围内像广播信道一样在整个覆盖小区内发送。综上，在整个覆盖小区发送这些波束级别和用户级别的控制信令将带来：
1)波束级别的控制信令在覆盖小区传输将带来不必要的干扰和发送功率的损失
2)一个波束级别和用户级别的控制信道在整个覆盖小区传输，使得这些资源无法在多个波束小区中进行重复使用，只能竞争式使用，无法给足够多的用户发送控制信息，出现控制信令信道资源受限导致系统的整体传输容量和效率的降低。
本发明将提供一种控制与数据分离时物理控制信道高效发送的方法。
技术实现要素：
本发明将解决控制与数据分离大框架下的控制信令传输方法，以避免简单地控制信令在整个覆盖小区发送带来的如下问题：
1.波束级别的控制信令在覆盖小区传输将带来不必要的干扰和发送功率的损失。
2.控制信令在容量小区(波束)下发送时带来的容量小区之间的干扰问题，从而造成容量小区之间的控制信令干扰每个波束里面的用户的良好接收。
3.一个波束级别和用户级别的控制信道在整个覆盖小区传输，使得这些资源无法在多个波束小区中进行重复使用，只能竞争式使用，无法给足够多的用户发送控制信息，出现控制信令信道资源受限导致系统的整体传输容量和效率的降低。
这个方法也需要能尽量不更改终端用户设备，保证现有的移动终端无须在标准协议和硬件上进行修改即可使用。即：所有的处理过程对于终端用户设备是透明的。
为了实现上述目的，本发明所述一种控制与数据分离的多波束天线系统的控制信令传输方法包括以下步骤：S1，对控制信令分类；基站级别控制信令即信令小区控制信令,波束级别的控制信令即容量小区控制信令和用户级别的控制信令；S2，判断用户设备所处的容量小区，同时判别是否与其他容量小区重叠；S3，用户相关的控制信令在容量小区上的资源分配和发送。
进一步地，所述信令小区控制信令包括物理广播信道、物理多播信道、物理寻呼信道和公共导频信号；所述容量小区控制信令和用户级别的控制信令包括所述信令小区控制信令之外的所有控制信道。
进一步地，所述容量小区控制信令和用户级别的控制信令包括物理层控制格式信道PCFICH、下行物理控制信道PDCCH、专用解调参考信号DMRS。
进一步地，所述容量小区的波束是大规模天线系统对于不同的天线阵元进行加权产生，所述信令小区的方向图也是大规模天线系统对于不同的天线阵元加权获得，只是所述容量小区和所述信令小区的加权系数不同，天线方向图也不同；所述容量小区是小波束天线自己的固定方向图构成，这种情况下所述信令小区则是这几个小波束方向图加权获得。
进一步地，所述步骤S2中判断用户设备所处的容量小区，同时判别是否与其他容量小区重叠，包括各个容量小区接收用户设备的上行随机接入信号，分析接收信号的随机接入码和用户码；多于一个波束接收到的随机接入码和用户码相同的信号，且它们与其中最强的信号差值的绝对值与预订阈值比较时，功率差的绝对值小于该阈值，则该用户设备处于该随机接入码和用户码相同的信号对应波束及该波束的重叠区域，否则该用户设备仅属于该随机接入码和用户码相同的信号对应波束范围内；而上述过程中该用户设备使用的用户码和随机接入码的信号最强的小区为该用户设备的容量小区。
进一步地，所述步骤S3用户相关的控制信令在容量小区上的资源分配和发送，包括每个容量小区根据小区业务情况和资源情况，明确需要为用户分配的时频资源和需采取的编码调制方式，上述信息通过所述下行公共控制信道PDCCH发送给用户终端；分配给非重叠区用户的信息，由对应波束小区的下行公共控制信道PDCCH单独分配时频资源进行传输；分配给重叠区用户的下行公共控制信道PDCCH资源，则能够分配给不在该重叠区域的其他用户同时使用。
本发明的有益效果：本发明通过区分覆盖级控制信令、波束级控制信令和用户级控制信令的方法，区别地在不同覆盖范围上进行发送，而并非简单地控制信令在整个覆盖小区发送。解决了这一简单全部在基站范围内发送带来的：不必要的干扰；不必要的功率消耗；控制信令容量的降低等问题。并对波束级和用户级的控制信令提出了区分重叠区用户和非重叠区用户的方法，和各自的控制信令发送策略与方法。能够将控制信令的传输效率得到极大的提升。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
一种控制与数据分离的多波束天线系统的控制信令传输方法:
步骤1：对控制信令进行分类：
(a)基站级别(信令小区)控制信令：物理广播信道、物理多播信道、物理寻呼信道、公共导频信号；
(b)波束级别(容量小区)和用户级别的控制信令:a)之外的所有控制信道，如物理层控制格式信道(PCFICH)、下行物理控制信道(PDCCH)、专用解调参考信号(DMRS)等。
每个容量小区根据各自对于控制信令的要求，在协议规定的空间时间和频率资源上发送各自相关的容量小区级的控制信令，物理层控制格式信道(PCFICH)、下行物理控制信道(PDCCH)、专用解调参考信号(DMRS)，这些容量小区级别的控制信令可以各自不同。这些容量小区的波束可以是大规模天线系统对于不同的天线阵元进行加权产生，而覆盖小区的方向图也为这些阵元加权获得，只是容量小区和覆盖小区的加权系数不一样，天线方向图也不一样；容量小区也可以是小波束天线自己的固定方向图构成，这种情况下覆盖小区则是这几个小波束方向图加权获得。
步骤2：判断用户设备所处的容量小区，同时判别是否与其他容量小区重叠；各个容量小区(波束)接收用户设备的上行随机接入信号，分析接收信号的随机接入码和用户码。如果多于一个波束接收到的随机接入码和用户码相同的信号，而且它们与其中最强的信号差值的绝对值与预订阈值比较时，功率差的绝对值小于该阈值，则该用户设备处于该随机接入码和用户码相同的信号对应波束及该波束的重叠区域，否则该用户设备仅属于该随机接入码和用户码相同的信号对应波束范围内。而上述过程中该用户设备使用的用户码和随机接入码的信号最强的小区为该用户设备的容量小区。
用户设备所处的容量小区可以通过分析上行随机接入信号中的随机接入码和用户码进行判断。设总波束数为M，用户设备接收到的用户码和随机接入码的信号功率分别为{P1，P2，...，PM}，则用户所处小区k满足：
当用户设备接收到来自不同波束的用户码和随机接入码的信号功率相近，如：
Pm≈Pn
则用户处于波束小区m和n的重叠区域。
步骤3：：所述步骤S3用户相关的控制信令在容量小区上的资源分配和发送，包括每个容量小区根据小区业务情况和资源情况，明确需要为用户分配的时频资源和需采取的编码调制方式，上述信息通过所述下行公共控制信道PDCCH发送给用户终端；分配给非重叠区用户的信息，由对应波束小区的下行公共控制信道PDCCH单独分配时频资源进行传输；分配给重叠区用户的下行公共控制信道PDCCH资源，则可以分配给不在该重叠区域的其他用户同时使用。
选择非重叠区的用户的基本原则是计算非重叠区需要分配PDCCH调度资源用户集合中与该重叠区用户产生干扰最小的原则，或者其他合理的配对原则，如正交性原则、接收干扰最小原则、接收信号最大原则等均可。包括但不限于上述干扰最小配对原则。
本发明通过区分覆盖级控制信令、波束级控制信令和用户级控制信令的方法，区别地在不同覆盖范围上进行发送，而并非简单地控制信令在整个覆盖小区发送。解决了这一简单全部在基站范围内发送带来的：不必要的干扰；不必要的功率消耗；控制信令容量的降低等问题。并对波束级和用户级的控制信令提出了区分重叠区用户和非重叠区用户的方法，和各自的控制信令发送策略与方法。能够将控制信令的传输效率得到极大的提升。