[發(fā)明專利]一種蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)公共控制信號(hào)的立體覆蓋控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410570937.2
• 申請(qǐng)日: 2014-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN104320788B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃愛蘋;王成;單杭冠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W16/18
• 分類號(hào): H04W16/18;H04W24/00
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)公共控制信號(hào)的立體覆蓋控制方法。

背景技術(shù)

隨著城市化推進(jìn)和立體交通的發(fā)展，高架橋、立交橋、高層樓宇快速增多。全球建筑調(diào)查機(jī)構(gòu)安波利斯(Emporis)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)高層建筑年增長(zhǎng)率超過20％，大都市的平均建筑高度不斷攀升，城市向復(fù)雜立體空域擴(kuò)張。立體高層建筑的出現(xiàn)，促進(jìn)了無(wú)線通信業(yè)務(wù)的數(shù)量指數(shù)式增長(zhǎng)和在三維空間中立體式分布，也對(duì)蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)公共控制信號(hào)(導(dǎo)頻、同步等)的立體覆蓋提出了需求。只有實(shí)現(xiàn)公共控制信號(hào)的立體無(wú)縫覆蓋，才能保證用戶的隨時(shí)隨地接入。

現(xiàn)有研究和工程中提出了采用分層異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)立體覆蓋的解決方案，通過基站密集化的方式來(lái)彌補(bǔ)覆蓋空洞，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無(wú)縫覆蓋。但也帶來(lái)了副作用，大量微蜂窩小區(qū)的密集部署和空間劃分帶來(lái)小區(qū)間復(fù)雜嚴(yán)重的互相干擾，而用戶在小區(qū)間的頻繁切換增加了切換管理難度，尤其在立交橋等用戶高速移動(dòng)場(chǎng)景中。為了解決這些問題，在未來(lái)的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，宏基站通過公共控制信道實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫覆蓋，小基站通過業(yè)務(wù)信道實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的提供。因此，為了確保網(wǎng)絡(luò)中用戶包括高速移動(dòng)用戶無(wú)縫接入，宏基站發(fā)射的公共控制信號(hào)必須以合適的強(qiáng)度覆蓋到整個(gè)三維的目標(biāo)覆蓋區(qū)域。

覆蓋控制的難點(diǎn)之一是各個(gè)方向上的目標(biāo)覆蓋距離不全相等，各個(gè)方向上的傳播條件也不相同。難點(diǎn)之二是既要減少本小區(qū)的弱覆蓋，又要降低對(duì)正面相鄰小區(qū)的干擾，兩者相互矛盾，難以兼顧。立體覆蓋的控制還因?yàn)榫S數(shù)高而計(jì)算量大。

現(xiàn)有的覆蓋控制技術(shù)包括：

(1)調(diào)節(jié)基站天線或天線陣列的發(fā)射功率和/或俯仰角，使小區(qū)的實(shí)際覆蓋區(qū)域在各方向上同時(shí)擴(kuò)大或縮小(具體可參見公開號(hào)為CN 102202330A的中國(guó)專利)，難以達(dá)到理想的覆蓋效果。

(2)聯(lián)合調(diào)節(jié)多個(gè)相鄰小區(qū)的天線或天線陣列的俯仰角和方位角，或聯(lián)合調(diào)節(jié)多個(gè)相鄰小區(qū)的基站天線發(fā)射功率，盡量使小區(qū)間有合適的重疊覆蓋，但只能將小區(qū)各個(gè)方向的實(shí)際覆蓋距離同時(shí)擴(kuò)大或減小，也無(wú)法針對(duì)實(shí)際地貌做小區(qū)間覆蓋區(qū)域的合理分割。

(3)根據(jù)各個(gè)方向的實(shí)際傳播條件和目標(biāo)覆蓋距離，用具有方位面上波束賦形能力的陣列天線，通過調(diào)整天線方向圖(即方位面上各個(gè)方向的輻射強(qiáng)度)來(lái)控制單個(gè)小區(qū)的實(shí)際覆蓋范圍(具體可參公開號(hào)為CN 101304278A的中國(guó)專利)，但往往在改善本小區(qū)弱覆蓋的同時(shí)給相鄰小區(qū)帶來(lái)過覆蓋。

(4)聯(lián)合設(shè)計(jì)多個(gè)相鄰小區(qū)的天線方向圖，使之相互咬合，從而改善相鄰多個(gè)小區(qū)的覆蓋效果(具體可參見發(fā)表在WOCC的論文“Pilot Coverage Optimization for Cellular Network by Joint Beamforming of Multiple Sectors”、專利號(hào)為201210078206.7的中國(guó)專利以及專利號(hào)為201310389438.9的中國(guó)專利)。

所有上述這些方法都是針對(duì)地面覆蓋的需求提出的，不適用于立體覆蓋目標(biāo)下的弱覆蓋消除和小區(qū)間干擾抑制。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)公共控制信號(hào)的立體覆蓋控制方法，能夠按照三維空間中實(shí)際傳播條件和覆蓋距離需求，對(duì)扇區(qū)基站的面陣天線的發(fā)射功率、三維方向圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得在發(fā)射功率不超過最大值限制、對(duì)鄰扇區(qū)干擾強(qiáng)度不超過允許值的前提下，扇區(qū)內(nèi)的弱覆蓋體積最小。

本發(fā)明采用弱覆蓋比、干擾度和基站發(fā)射功率作為主要性能指標(biāo)。

所述的弱覆蓋比定義為目標(biāo)覆蓋區(qū)域上信號(hào)接收功率小于接收功率門限的測(cè)試點(diǎn)數(shù)與總測(cè)試點(diǎn)數(shù)之比，其表達(dá)式如下：

其中：S為目標(biāo)覆蓋區(qū)域(包括地面覆蓋區(qū)域和地面以上覆蓋區(qū)域)中所有測(cè)試點(diǎn)的集合；S_weak為目標(biāo)覆蓋區(qū)域中信號(hào)接收功率低于接收功率門限P_r,th的測(cè)試點(diǎn)的集合。弱覆蓋比越小，表明目標(biāo)覆蓋區(qū)域中覆蓋空洞體積越少。

所述的干擾度定義為虛擬界墻上信號(hào)接收功率高于干擾功率門限I_th的干擾約束點(diǎn)數(shù)與總干擾約束點(diǎn)數(shù)之比，其表達(dá)式如下：

其中：K為虛擬界墻上所有干擾約束點(diǎn)的集合；K_interference為信號(hào)接收功率高于干擾功率門限的干擾約束點(diǎn)的集合。干擾度越小，表明對(duì)鄰扇區(qū)的干擾強(qiáng)度越低。