专利名称：用户接入广义分布式小区时服务天线单元集的构建方法
技术领域：
本发明涉及一种广义分布式小区架构中新用户接入时服务天线单元集的构建方法，适用于采用多天线发送技术的蜂窝无线通信系统，其多址接入技术例如可以为正交频分多址接入(OFDMA)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)等。
背景技术：
随着3G移动通信系统全球范围的商用，它所能提供的对数据业务以及非对称业务的支持能力均比2G系统有大幅度的提高，业务的多样性也大大提高。与此同时，用户对高速率、高质量的无线通信业务也有了更高的需求。但由于载频在2GHz左右的移动通信系统的频率资源已经出现了饱和的趋势，所以目前的共识是将在3G增强系统(E3G)以及超三代(B3G)或者第四代(4G)系统移动通信系统中提高载频。然而载频的提高必然使得小区的覆盖区域进一步减小，频繁的切换会降低整个系统的性能。所以为了提高系统覆盖以及适应先进的物理层技术，如OFDMA、MIMO等，蜂窝组网策略也需要有进一步的改进，广义分布式小区架构正是针对这一问题而提出的。广义分布式小区架构是指任意接入点(AP，类似于第二代移动通信系统的基站收发信机(BTS)和第三代移动通信系统的节点B(NodeB))连接有一个或多个分离的天线单元，负责信号的发送与接收。其中接入点可以使用全部或部分的天线单元为某一用户提供服务，并且针对某一个用户使用相同资源进行通信。广义分布式小区架构可以有效的扩大覆盖范围，并且容易与多天线技术结合，更好的发挥多天线技术带来的优势。
但是在广义分布式小区架构中当新用户接入时如何构建为其服务的服务天线单元集的方法仍然需要进一步的改进，以充分发挥广义分布式小区架构的优势。因此，本发明提出了一种在广义分布式小区架构中新用户接入时服务天线单元集的构建方法，以进一步提高广义分布式小区架构的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种广义分布式小区架构中新用户接入时服务天线单元集的构建方法。
根据本发明，提供了一种用户接入广义分布式小区时服务天线单元集的构建方法，所述广义分布式小区的接入点连接有一个或多个分离的天线单元，所述方法包括步骤(1)所述接入点获得请求接入的用户从各个天线单元接收到的导频信号强度；(2)所述接入点根据所述获得的导频信号强度，按照最大效用原则选择其中一个天线单元，作为所述用户的服务天线单元，并且所述服务天线单元利用按照所述最大效用原则分配的空闲资源与所述用户通信；(3)所述接入点获得所述服务天线单元利用所述分配的资源与所述用户通信时用户接收信号的总信干比，与所述用户业务要求的信干比相比较，在所述服务天线单元能够满足所述用户的业务要求时，所述用户接入所述广义分布式小区；(4)在所述服务天线单元不能满足所述用户的业务要求，并且当前服务天线单元的数量小于系统允许的服务天线单元的数量时，所述接入点获得所述用户接收到的除所述服务天线单元之外的各个天线单元的导频信号强度，按照所述最大效用原则为所述用户选择另一个天线单元，并且使所述选择的另一个天线单元与所述服务天线单元采用相同的资源为所述用户服务，从而这些天线单元构成一个服务天线单元集。
优选地，在步骤(2)中，如果所述选择的天线单元不存在空闲资源时，所述用户转入等待队列，以便重新接入所述分布式小区。
优选地，在步骤(4)中，如果当前服务天线单元的数量已达到系统允许的服务天线单元的数量时仍然不能满足所述用户的业务要求，所述用户转入等待队列，以便重新接入所述分布式小区。
优选地，在步骤(4)中，如果使所述选择的另一个天线单元与所述服务天线单元之间不存在共同的空闲资源时，所述用户转入等待队列，以便重新接入所述分布式小区。
优选地，步骤(1)中，所述接入点获得请求接入的用户从各个天线单元接收到的导频信号强度的步骤包括用户测量接收到的各个天线单元的导频信号强度，并且报告给所述接入点。
优选地，步骤(1)中，所述接入点获得请求接入的用户从各个天线单元接收到的导频信号强度的步骤包括所述接入点测量其所连接的各个天线单元或者所述服务天线单元接收到的用户发送信号的强度，利用上下行关系估算出所述用户接收到的各个天线单元的导频信号强度。
优选地，在步骤(3)中，所述接入点获得所述服务天线单元利用所述分配的资源与所述用户通信时用户接收信号的总信干比的步骤包括所述用户基于接收到的各个天线单元的导频信号强度，测量所述服务天线单元使用所述分配资源与所述用户通信时所述用户接收信号总信干比，并将结果反馈给所述接入点。
优选地，在步骤(3)中，所述接入点获得所述服务天线单元利用所述分配的资源与所述用户通信时用户接收信号的总信干比的步骤包括所述接入点基于所述获得的用户发送信号的强度，利用上下行关系估算出所述服务天线单元使用所述分配资源与所述用户通信时所述用户接收信号的总信干比。
优选地，所述用户接收信号的总信干比为所述用户接收到的所述服务天线单元集中各个天线单元有用信号之和与其它天线单元使用同一资源时产生的干扰信号之比。
优选地，在步骤(4)中还包括步骤如果所述选择的另一个天线单元中的、与所述服务天线单元当前使用的资源相同的资源被占用，但是二者都包含着按照所述最大效用原则所确定的其他共同的空闲资源时，这些天线单元利用所述其他共同的空闲资源为所述用户服务。
优选地，按照以下公式来确定所述最大效用原则U(i,...,j,k)=ζCk[GC(i,...,j,k)-IC(i,...,j,k)]]]>+β(1-ζCk)maxM≠C{ζMi·...ζMj·ζMk[GM(i,...j,k)-IM(i,...,j,k)]}]]>其中U(i，...，j，k)为当前服务天线单元为天线单元i，...，j时，将k天线单元加入当前服务天线单元的效用；C为当前服务天线单元所使用的资源；ξCk为指示函数，表示资源C在k天线单元的占用情况， GC(i，...，j，k)表示当前服务天线单元为天线单元i，...，j时，将k天线单元加入到当前服务天线单元并使用资源C为用户提供服务时的用户性能增益；IC(i，...，j，k)表示当前服务天线单元为天线单元i，...，j时，将k天线单元加入到当前服务天线单元并使用资源C为用户提供服务时，对系统中其他使用同样资源的用户所造成的影响；β表示要求更换当前资源的代价权值，可以根据系统当前负载情况设置为小于1的正常数；M表示除当前使用的资源C以外的其它资源。
根据本发明，在新用户接入时根据最大效用准则选择对当前用户性能增益最大且对其他用户产生的影响最小的天线单元构建服务天线单元集，可以最大限度的利用系统资源。
图1示意了根据本发明新用户请求接入时选择第一个天线单元构建该用户服务天线单元集。
图2示意了根据本发明新用户请求接入时选择第二个天线单元加入该用户当前服务天线单元集。
图3示意了根据本发明新用户请求接入时选择第三个天线单元加入该用户当前服务天线单元集。
具体实施例方式
根据本发明，提供了一种广义分布式小区架构中新用户接入时服务天线单元集的构建方法，当新用户请求接入时，按最大效用准则逐一选择天线单元加入服务天线单元集。
在本发明中，所述天线单元是指接入点连接的负责信号发送与接收的装置，服务天线单元集内所有的天线单元连接到同一接入点上，由此接入点统一进行信号处理和资源调度与分配。
具体地说，当新用户请求接入时，接入点获得当前服务天线单元集使用所分配资源与用户通信时该用户接收信号的总信干比，按最大效用准则选择其中一个天线单元，将此天线单元作为此新用户第一个服务天线单元构建服务天线单元集，并为用户分配按最大效用准则所选出的空闲资源接入；若新用户此时能检测到的所有天线单元均不存在空闲资源，则将该用户转入接入等待队列，以便重新接入所述分布式小区；接入点为用户选择第一个天线单元构建服务天线单元集后，接入点获得当前服务天线单元集使用所分配资源与用户通信时该用户接收信号的总信干比，与用户业务要求的信干比相比较，若当前服务天线单元集可以满足其业务要求，接入过程结束。若不能满足其业务要求，且当前服务天线单元集中天线单元数小于系统允许的服务天线单元集最大天线单元数，则接入点按最大效用准则为该用户选择下一个天线单元，并保证当前服务天线单元集中的所有天线单元与所选中的天线单元使用相同的资源为用户提供服务，将其加入服务天线单元集。若当前服务天线单元集中的所有天线单元与所选中的天线单元不存在共同的空闲资源，则将该用户转入接入等待队列。重复此过程，直到可以满足用户业务需求，接入过程结束。若在以上步骤中服务天线单元集中的天线单元数达到最大天线单元数时仍不能满足用户业务需求，则将该用户转入接入等待队列，以便重新接入所述分布式小区。
在本发明中，服务天线单元集可以由一个或多个天线单元组成，服务天线单元集中的所有天线单元使用相同的资源为该用户提供服务。如果接入点按最大效用准则选定的新加入天线单元中当前服务天线单元集使用的资源空闲时，服务天线单元集继续使用当前资源为用户提供服务；如果接入点按最大效用准则选定的新加入天线单元中当前服务天线单元集使用的资源已占用时，服务天线单元集按最大效用准则中确定的其它资源为用户提供服务。
在本发明中，选择新的天线单元加入到服务天线单元集时的效用包含加入新的天线单元后用户获得的性能增益与加入新的天线单元后对其它用户造成的影响，并且包含选择资源带来的影响(包括新用户请求接入时选择第一个天线单元构建服务天线单元集时接入点分配不同资源的影响和新的天线单元加入服务天线单元集时是否需要更换资源的影响两种情况)，可表示为U(i,...,j,k)=ζCk[GC(i,...,j,k)-IC(i,...,j,k)]]]>+β(1-ζCk)maxM≠C{ζMi·...ζMj·ζMk[GM(i,...j,k)-IM(i,...,j,k)]}]]>其中U(i，...，j，k)为当前服务天线单元集为天线单元i，...，j时，将k天线单元加入服务天线单元集的效用。C为当前服务天线单元集所使用的资源。ξCk为指示函数，表示资源C在k天线单元的占用情况， GC(i，...，j，k)表示当前服务天线单元集为天线单元i，...，j时，将k天线单元加入服务天线单元集并使用资源C为用户提供服务时的用户性能增益。IC(i，...，j，k)表示当前服务天线单元集为天线单元i，...，j时，将k天线单元加入服务天线单元集并使用资源C为用户提供服务时，对系统中其他使用同样资源的用户所造成的影响。β表示要求更换当前资源的代价权值，可以根据系统当前负载情况设置为小于1的正常数。M表示除当前使用的资源C以外的其它某资源。当服务天线单元集需要更换当前所使用资源时，接入点按最大效用准则选出加入新天线单元后的服务天线单元集所对应的效用最大的资源，为argmaxM≠C{ζMi·...ζMj·ζMk[GM(i,...j,k)-IM(i,...,j,k)]}.]]>特别的，当新用户请求接入时，当前服务天线单元集为空集，且未分配资源，此时ξCk、GC(i，...，j，k)、IC(i，...，j，k)无效。所以，新用户请求接入时选择第一个天线单元构建服务天线单元集的效用可表示为U(k)=maxN{ζNk[GN(k)-IN(k)]}.]]>接入点为服务天线单元集分配的资源为按最大效用准则选出的第一个天线单元所对应的效用最大的资源C=argmaxN{ζNk[GN(k)-IN(k)]}.]]>进一步，将新用户请求接入时构建服务天线单元集的效用具体表示为对用户接收到的信干比的影响。
当选择第一个天线单元构建服务天线单元集时，在不考虑不同用户采用不同发送功率的情况下，其效用可表示为U(k)=maxM{ζMk[lgk,kΣn≠k(1-ζMn)lgn,k-Σn≠k(1-ζMn)lgn,nlgk,n]}]]>其中lgn，k为天线单元n到天线单元k所服务的用户的路径增益。当选择新的天线单元加入服务天线单元集时，其效用可表示为U(i,...,j,k)=ζCk[lgk,iΣn≠i,j...,k(1-ζCn)lgn,i-Σn≠i,...,j,k(1-ζCn)lgn,nlgk,n]]]>+β(1-ζCk)maxM≠C{ζMiζMj...ζMk[lgk,iΣn≠i,...,j,k(1-ζMn)lgn,i-Σn≠i,...,j,k(1-ζMn)lgn,nlgk,n]}]]>需要说明的是，本发明的广义分布式小区架构中新用户接入时服务天线单元集的构建方法中，服务天线单元集中的所有天线单元连接到同一接入点上，由此接入点进行统一的信号处理和资源调度与分配。本发明所述方法与系统具体采用何种接入技术无关，可以应用于频分多址、时分多址、码分多址以及正交频分多址接入的系统等。
下面参照附图并结合本发明的优选实施例来描述本发明的广义分布式小区架构中新用户接入时服务天线单元集的构建方法。
本实施例中系统允许的服务天线单元集最大天线单元数设置为4。
参见图1，图1中描述了新用户请求接入时系统选择第一个天线单元构建服务天线单元集的情况。图中各天线单元分别由1～7标识，各天线单元均连接到同一接入点上。图中U(i)，i＝1，2，...，7表示将天线单元i作为第一个天线单元构建服务天线单元集时的效用。
新用户请求接入时，接入点获得请求接入的新用户接收到的各天线单元导频信号的强度，按最大效用准则选择其中一个天线单元(本实施例中设为天线单元1)，将此天线单元作为此新用户第一个服务天线单元构建服务天线单元集，并为其分配按最大效用准则所选出的空闲资源(本实施例中设为资源C)接入。
接入点获得当前服务天线单元集(此时为天线单元1)使用所分配资源(此时为资源C)与用户通信时该用户接收信号的总信干比，与用户业务要求的信干比相比较。本实施例中假设当前服务天线单元集不能满足其业务需求，需要新的天线单元加入服务天线单元集。图2中描述了新用户请求接入时系统选择第二个天线单元加入当前服务天线单元集的情况。图2中U(1，j)，j＝2，3，...，7表示当前服务天线单元集为天线单元1时，将第j天线单元加入到服务天线单元集的效用。接入点获得服务天线单元集之处的各天线单元加入服务天线单元集的效用，并根据最大效用准则选出另一天线单元(本实施例中设为天线单元2)加入到服务天线单元集中。本实施例中设天线单元2中的资源C空闲，服务天线单元集仍使用资源C为用户服务。
接入点获得当前服务天线单元集(此时为天线单元1和天线单元2)使用所分配资源(此时为资源C)与用户通信时该用户接收信号的总信干比，与用户业务要求的信干比相比较。本实施例中假设当前服务天线单元集仍不能满足其业务需求，需要新的天线单元加入服务天线单元集。参见图3。图3中U(1，2，k)，k＝3，4，...，10表示当前服务天线单元集为天线单元1和天线单元2时，将第k天线单元加入到服务天线单元集的效用。接入点获得每个天线单元加入服务天线单元集的效用，并根据最大效用准则选出另一天线单元(本实施例中设为天线单元3)加入到服务天线单元集中。本实施例中假设天线单元3中的资源C已被占用，服务天线单元集需要更换至其它空闲资源为该用户服务，接入点根据最大效用准则从当前服务天线单元集共有的空闲资源中选择效用最大的资源(本实施例中设为资源M)为服务天线单元集所使用的资源。
接入点获得当前服务天线单元集(此时为天线单元1、天线单元2、天线单元3)使用所分配资源(此时为资源M)与用户通信时该用户接收信号的总信干比，与用户业务要求的信干比相比较，本实施例中假设天线单元1、2、3构成的服务天线单元集可以满足用户的业务需求，接入过程结束。
权利要求
1.一种用户接入广义分布式小区时服务天线单元集的构建方法，所述广义分布式小区的接入点连接有一个或多个分离的天线单元，所述方法包括步骤(1)所述接入点获得请求接入的用户从各个天线单元接收到的导频信号强度；(2)所述接入点根据所述获得的导频信号强度，按照最大效用原则选择其中一个天线单元，作为所述用户的服务天线单元，所述服务天线单元利用按照所述最大效用原则分配的空闲资源与所述用户通信；(3)所述接入点获得所述服务天线单元利用所述分配的资源与所述用户通信时用户接收信号的总信干比，与所述用户业务要求的信干比相比较，在所述服务天线单元能够满足所述用户的业务要求时，所述用户接入所述广义分布式小区；(4)在所述服务天线单元不能满足所述用户的业务要求，并且当前服务天线单元的数量小于系统允许的服务天线单元的数量时，所述接入点获得所述用户接收到的除所述服务天线单元之外的各个天线单元的导频信号强度，按照所述最大效用原则为所述用户选择另一个天线单元，并且使所述选择的另一个天线单元与所述服务天线单元采用相同的资源为所述用户服务，从而这些天线单元构成一个服务天线单元集。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(2)中，如果所述选择的天线单元不存在空闲资源时，所述用户转入等待队列，以便重新接入所述分布式小区。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(4)中，如果当前服务天线单元的数量已达到系统允许的服务天线单元的数量时仍然不能满足所述用户的业务要求，所述用户转入等待队列，以便重新接入所述分布式小区。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(4)中，如果使所述选择的另一个天线单元与所述服务天线单元之间不存在共同的空闲资源时，所述用户转入等待队列，以便重新接入所述分布式小区。
5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)中，所述接入点获得请求接入的用户从各个天线单元接收到的导频信号强度的步骤包括用户测量接收到的各个天线单元的导频信号强度，并且报告给所述接入点。
6.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)中，所述接入点获得请求接入的用户从各个天线单元接收到的导频信号强度的步骤包括所述接入点测量其所连接的各个天线单元或者所述服务天线单元接收到的用户发送信号的强度，利用上下行关系估算出所述用户接收到的各个天线单元的导频信号强度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(3)中，所述接入点获得所述服务天线单元利用所述分配的资源与所述用户通信时用户接收信号的总信干比的步骤包括所述用户基于接收到的各个天线单元的导频信号强度，测量所述服务天线单元使用所述分配资源与所述用户通信时所述用户接收信号总信干比，并将结果反馈给所述接入点。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(3)中，所述接入点获得所述服务天线单元利用所述分配的资源与所述用户通信时用户接收信号的总信干比的步骤包括所述接入点基于所述获得的用户发送信号的强度，利用上下行关系估算出所述服务天线单元使用所述分配资源与所述用户通信时所述用户接收信号的总信干比。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述用户接收信号的总信干比为所述用户接收到的所述服务天线单元集中各个天线单元有用信号之和与其它天线单元使用同一资源时产生的干扰信号之比。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(4)中还包括步骤如果所述选择的另一个天线单元中的、与所述服务天线单元当前使用的资源相同的资源被占用，但是二者都包含着按照所述最大效用原则所确定的其他共同的空闲资源时，所述选择的另一个天线单元中与所述服务天线单元利用所述其他共同的空闲资源为所述用户服务。
11.根据权利要求1所述的方法，其中按照以下公式来确定所述最大效用原则U(i,...,j,k)=ζCk[GC(i,...,j,k)-IC(i,...,j,k)]]]>+β(1-ζCk)maxM≠C{ζMi·...ζMj·ζMk[GM(i,...,j,k)-IM(i,...,j,k)]}]]>其中U(i，...，j，k)为当前服务天线单元为天线单元i，...，j时，将k天线单元加入到当前服务天线单元的效用；C为当前服务天线单元所使用的资源；ζCk为指示函数，表示资源C在k天线单元的占用情况， GC(i，...，j，k)表示当前服务天线单元为天线单元i，...，j时，将k天线单元加入到当前服务天线单元并使用资源C为用户提供服务时的用户性能增益；IC(i，...，j，k)表示当前服务天线单元为天线单元i，...，j时，将k天线单元加入到当前服务天线单元集并使用资源C为用户提供服务时，对系统中其他使用同样资源的用户所造成的影响；β表示要求更换当前资源的代价权值，可以根据系统当前负载情况设置为小于1的正常数；M表示除当前使用的资源C以外的其它资源。
全文摘要
本发明公开了用户接入广义分布式小区时服务天线单元集的构建方法，包括接入点获得用户从天线单元接收到的导频信号强度；接入点根据导频信号强度选择其中一个天线单元作为用户的服务天线单元，服务天线单元利用空闲资源与用户通信；接入点获得服务天线单元利用分配的资源与用户通信时用户接收信号的总信干比，与用户业务要求的信干比相比较；在服务天线单元不能满足用户的业务要求，当前服务天线单元的数量小于系统允许的服务天线单元的数量时，接入点获得用户接收到的除服务天线单元之外的各个天线单元的导频信号强度，按照最大效用原则为用户选择另一个天线单元，使选择的另一个天线单元与服务天线单元采用相同的资源为用户服务。
文档编号H04B7/04GK1812287SQ200610055000
公开日2006年8月2日 申请日期2006年2月27日 优先权日2006年2月27日
发明者陶小峰, 张平, 许晓东, 吴春丽, 刘莉莉, 王莹, 许方敏 申请人:北京邮电大学