一種3d波束賦形方法及設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種3D波束賦形方法及設(shè)備，該方法包括：獲取當(dāng)前時(shí)隙需要服務(wù)的各個(gè)用戶的位置信息，根據(jù)獲取到的位置信息確定各個(gè)用戶的總吞吐量相對(duì)于波束角向量αβ的函數(shù)使用迭代算法確定使最大的波束角向量αβM；根據(jù)獲取到的波束角向量αβM調(diào)整各個(gè)接入點(diǎn)發(fā)送的波束的波束角。相比于現(xiàn)有技術(shù)中，直接將波束指向用戶的方式，本發(fā)明能夠較為有效的抑制波束對(duì)其他用戶的干擾，使系統(tǒng)的總吞吐量最大。
【專利說明】一種3D波束賦形方法及設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及到一種3D波束賦形方法及設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是區(qū)別于傳統(tǒng)同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)增加了低功率 發(fā)射節(jié)點(diǎn)，包括微基站（Microcell)、微微基站（Picocell)、毫微微基站（Femtocell)、中繼 (Relay)和射頻拉遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)（RRH)等。跟宏蜂窩基站相比，上述幾種基站體積小，發(fā)射功率低， 覆蓋范圍小，但是比宏基站更容易部署。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署多種類型基站覆蓋重疊，可以解決覆 蓋"盲區(qū)"和"忙區(qū)"的問題，尤其是適用于解決室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)的覆蓋問題，可以顯著提升 系統(tǒng)的容量并提高系統(tǒng)的頻譜效率。
[0003] 波束賦形技術(shù)最早應(yīng)用于智能天線中，基站動(dòng)態(tài)調(diào)整下行波束的水平方向，使波 束指向所服務(wù)的用戶，從而增大接收功率并且減小對(duì)其他用戶的干擾。水平波束賦形不能 解決處于相同水平方向的用戶之間的干擾問題，因此，近年來出現(xiàn)了控制波束下傾角的技 術(shù)。通過動(dòng)態(tài)調(diào)整波束傾角，不僅可以有效抑制相同徑向的用戶之間的干擾，而且有效解決 了小區(qū)邊緣用戶接收功率低，小區(qū)中心盲區(qū)問題。隨著技術(shù)的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了同時(shí)調(diào)整 波束水平角和下傾角的技術(shù)，即3D波束賦形，3D波束賦形需要基站之間交互更多的信息， 復(fù)雜度高，現(xiàn)有技術(shù)都是對(duì)小區(qū)進(jìn)行水平和垂直分區(qū)，每個(gè)分區(qū)對(duì)應(yīng)固定的角度，靈活性不 商。
[0004] 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中多種類型基站的覆蓋區(qū)域重疊，會(huì)產(chǎn)生大量小區(qū)邊緣區(qū)域，在小區(qū)邊 緣區(qū)域的用戶容易受到相鄰基站的干擾。3D波束賦形技術(shù)通過將較細(xì)的波束指向所服務(wù)的 用戶，可以提高用戶接收功率并且降低對(duì)其他用戶的干擾，有效提高信干比。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中 使用3D波束賦形技術(shù)對(duì)吞吐量提升有很大的潛力。然而，如果在小區(qū)邊緣，相鄰小區(qū)的用 戶距離很近的場(chǎng)景下，直接將波束指向用戶，勢(shì)必會(huì)帶來更強(qiáng)的干擾，不僅對(duì)系統(tǒng)吞吐量提 升沒有貢獻(xiàn)，甚至反而會(huì)帶來吞吐量下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種3D波束賦形方法及設(shè)備，能夠較好的降低異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中相鄰小 區(qū)之間的干擾，提高系統(tǒng)的吞吐量。
[0006] 本發(fā)明提供了一種3D波束賦形方法，其特征在于，應(yīng)用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，所述異構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)中至少一個(gè)宏小區(qū)包含一個(gè)宏基站和至少一個(gè)低功率基站，所述一個(gè)宏基站和至少一 個(gè)低功率基站均作為接入點(diǎn)構(gòu)成接入點(diǎn)組GN，每一個(gè)接入點(diǎn)在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)使用一個(gè)波束為 一個(gè)用戶服務(wù)，該方法包括：
[0007] 獲取當(dāng)前時(shí)隙需要服務(wù)的各個(gè)用戶的位置信息；
[0008] 根據(jù)獲取到的位置信息確定各個(gè)用戶的總吞吐量相對(duì)于波束角向量α β的函數(shù)

【權(quán)利要求】
1. 一種3D波束賦形方法，其特征在于，應(yīng)用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，所述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中至少一個(gè) 宏小區(qū)包含一個(gè)宏基站和至少一個(gè)低功率基站，所述一個(gè)宏基站和至少一個(gè)低功率基站均 作為接入點(diǎn)構(gòu)成接入點(diǎn)組GN，每一個(gè)接入點(diǎn)在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)使用一個(gè)波束為一個(gè)用戶服務(wù)， 該方法包括： 獲取當(dāng)前時(shí)隙需要服務(wù)的各個(gè)用戶的位置信息； 根據(jù)獲取到的位置信息確定各個(gè)用戶的總吞吐量相對(duì)于波束角向量a 0的函數(shù)
其中所述波束角向量a @為（a ^ a 2...... as，......運(yùn)上其中^用于 d 表示第s個(gè)接入點(diǎn)發(fā)送的波束的波峰所在的直線在水平面上的投影與預(yù)設(shè)的水平軸X之間 的夾角，用于表示第s個(gè)接入點(diǎn)發(fā)送的波束的波峰所在的直線與水平面的夾角，S為用 戶的個(gè)數(shù)，Rs ( a 0 )為第s個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸速率； 使用迭代算法確定使
大的波束角向量a運(yùn)M ; 根據(jù)獲取到的波束角向量a 調(diào)整各個(gè)接入點(diǎn)發(fā)送的波束的波束角。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)獲取到的位置信息確定各個(gè)用戶 的總吞吐量相對(duì)于波束角向量a 0的函數(shù)
1具體包括：
根據(jù)獲取到的位置信息確定各個(gè)接入點(diǎn)到每一個(gè)用戶的大尺度衰落相對(duì)于波束角向 量 a g . 取. 乍為各個(gè)用戶的總吞吐量相對(duì)于波束角向量a運(yùn) 的函數(shù)；其中，
集合 為大于〇 的整數(shù)； 其中，Ps(a，3) = [PyUn ^)，…，Ps，s(as, 3S)]，Ps，b(ab, 3b)為第 b個(gè)接入 點(diǎn)到第s個(gè)用戶的大尺度衰落相對(duì)于第b個(gè)接入點(diǎn)的波束角（ab，Pb)的函數(shù)，rs= (rs;1， rs，2, rs，3......rs，s),其中，當(dāng)s=b時(shí)，r s，b=N ;當(dāng)s關(guān)b時(shí)，rs，b=l, N為各個(gè)接入點(diǎn)的天線的個(gè) 婁
P s(a , 0 )去掉第s個(gè)元素后得到的向量，r廠為rs去掉第s個(gè)元素后得到 的向量。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)獲取到的位置信息確定各個(gè) 接入點(diǎn)到每一個(gè)用戶的大尺度衰落相對(duì)于波束角向量a 0的函數(shù)，具體包括：分別 計(jì)算每一個(gè)接入點(diǎn)到每一個(gè)用戶的大尺度衰落相對(duì)于波束角向量a 0的函數(shù)，其中
是接入點(diǎn)b到用戶S的路損，ws，b是接入點(diǎn)b到用戶 S的陰影衰落，
是天線方向圖；#是連接用戶S和接入點(diǎn)b的直線與X軸的夾角，#是連接用戶s和接 入點(diǎn)b的直線與水平面的夾角；分別是水平和垂直方向圖的旁瓣電平，SLLtot 是總的旁瓣電平；E [A]表示取A的期望值，A_為預(yù)設(shè)值。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用迭代算法確定彳」
最大的 波束角向量a ，具體包括： S1，選取k個(gè)波束角向量，其中k為預(yù)設(shè)值，且所述k個(gè)波束角向量a 0中包含各個(gè)接 入點(diǎn)的天線直接指向其所需要服務(wù)的用戶時(shí)對(duì)應(yīng)的波束角向量； 52, 判斷所述k個(gè)波束角向量a 0對(duì)應(yīng)的k個(gè)總吞吐量是否收斂在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，若否， 轉(zhuǎn)向步驟S3,若是，轉(zhuǎn)向步驟S4 ; 53, 選取所述k個(gè)波束角向量a 0以外的其他波束角向量a 0代替所述k個(gè)波束角 向量a 0中使總吞吐量最小的波束角向量a 0，并返回步驟S2 ; 54, 選取k個(gè)波束角向量a P中使總吞吐量最大的波束角向量a P作為使 最大的波束角向量a旦M。
5. 如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述使用迭代算法獲取使總吞吐 量1
I大的波束角向量a 之后，根據(jù)所述獲取到的波束角向量a 調(diào)整各個(gè) 仁1 接入點(diǎn)發(fā)送的波束的波束角之前，所述方法還包括： 按照預(yù)設(shè)的步長(zhǎng)在正負(fù)T°范圍內(nèi)改變波束角向量a 0m中對(duì)應(yīng)于宏基站的任意一個(gè) 角度值，并在每一次改變所述任意一個(gè)角度值時(shí)，相應(yīng)的改變波束角向量a 0m中其他角度 的取值，使宏基站和低功率基站的總吞吐量取最大值，所述T為預(yù)設(shè)值； 判斷在每一次改變所述任意一個(gè)角度值后總吞吐量的最大值與波束角向量a 對(duì)應(yīng) 的總吞吐量的比值是否大于預(yù)設(shè)值，并在判斷為是時(shí)，將該次改變所述任意一個(gè)角度值后 使總吞吐量取最大值的波束角向量加入待選集合； 從待選集合中選擇使宏基站間信號(hào)泄露噪聲比SLNR最大的波束角向量a 3 m; 所述根據(jù)所述波束角向量a 調(diào)整各個(gè)接入點(diǎn)發(fā)送的波束的波束角，具體包括： 根據(jù)所述波束角向量a 調(diào)整各個(gè)接入點(diǎn)發(fā)送的波束的波束角。
6. -種3D波束賦形設(shè)備，其特征在于，作為宏基站應(yīng)用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，該設(shè)備包括： 位置信息獲取模塊，獲取當(dāng)前時(shí)隙需要服務(wù)的各個(gè)用戶的位置信息； 調(diào)用模塊，根據(jù)獲取到的位置信息確定各個(gè)用戶的總吞吐量相對(duì)于波束角向量a 3 的函數(shù).
；其中所述波束角向量a旦為（a p a 2......a s，旦^旦2......旦s)，其中a s 用于表示第S個(gè)接入點(diǎn)發(fā)送的波束的波峰所在的直線在水平面上的投影與預(yù)設(shè)的水平軸X 之間的夾角，用于表示第S個(gè)接入點(diǎn)發(fā)送的波束的波峰所在的直線與水平面的夾角，S 為用戶的個(gè)數(shù)，Rs ( a 3 )為第s個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸速率； 計(jì)算模塊，使用迭代算法確定彳
義大的波束角向量a運(yùn)M ; 調(diào)整模塊，用于根據(jù)獲取到的波束角向量a 調(diào)整各個(gè)接入點(diǎn)發(fā)送的波束的波束角。
7. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于， 所述調(diào)用模塊，具體用于根據(jù)獲取到的位置信息確定各個(gè)接入點(diǎn)到每一個(gè)用戶的大尺 度衰落相對(duì)于波束角向量a 0的函數(shù)，取
作為各個(gè)用戶 的總吞吐量相對(duì)于波束角向量a 0的函數(shù)，其中，
H 于集合 n n為大于0 的整數(shù)； 其中，ps(a，3) = [PyUn ^)，…，Ps，s(as, 3S)]，ps，b(ab, 3b)為第 b個(gè)接入 點(diǎn)到第s個(gè)用戶的大尺度衰落相對(duì)于第b個(gè)接入點(diǎn)的波束角（ab，Pb)的函數(shù)，rs= (rs;1， rs；2, rs；3......rs，s),其中，當(dāng)s=b時(shí)，rs， b=N ;當(dāng)s關(guān)b時(shí)，rs，b=l, N為各個(gè)接入點(diǎn)的天線的個(gè) 數(shù)；P^(<*，P)S P s(a , 0 )去掉第s個(gè)元素后得到的向量，（'為rs去掉第s個(gè)元素后得到 的向量。
8. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)用模塊，分別計(jì)算每一 個(gè)接入點(diǎn)到每一個(gè)用戶的大尺度衰落相對(duì)于波束角向量a 0的函數(shù)，其中 A,,K,/；U = pl、A屮、a/Ck,/；u，pLs b是接入點(diǎn)b到用戶s的路損^ s的陰影衰落，
是天線方向圖；#是連接用戶s和接入點(diǎn)b的直線與X軸的夾角，#是連接用戶s和接 入點(diǎn)b的直線與水平面的夾角；50^和SLLel分別是水平和垂直方向圖的旁瓣電平，SLLtot是總的旁瓣電平；E [A]表示取A的期望值，A_為預(yù)設(shè)值。
9. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述計(jì)算模塊，具體用于執(zhí)行如下步驟： S1，選取k個(gè)波束角向量，其中k為預(yù)設(shè)值，且所述k個(gè)波束角向量a 0中包含各個(gè)接 入點(diǎn)的天線直接指向其所需要服務(wù)的用戶時(shí)對(duì)應(yīng)的波束角向量； 52, 判斷所述k個(gè)波束角向量a 0對(duì)應(yīng)的k個(gè)總吞吐量是否收斂在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，若否， 轉(zhuǎn)向步驟S3,若是，轉(zhuǎn)向步驟S4 ; 53, 選取所述k個(gè)波束角向量a 0以外的其他波束角向量a 0代替所述k個(gè)波束角 向量a 0中使總吞吐量最小的波束角向量a 0，并返回步驟S2 ; 54, 選取k個(gè)波束角向量a 0中使總吞吐量最大的波束角向量a 0作為使
最大的波束角向量a旦M。
10.如權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，還包括： 微調(diào)模塊，用于執(zhí)行下列步驟： 按照預(yù)設(shè)的步長(zhǎng)在正負(fù)T°范圍內(nèi)改變波束角向量a 0m中對(duì)應(yīng)于宏基站的任意一個(gè) 角度值，并在每一次改變所述意一個(gè)角度值時(shí)，相應(yīng)的改變波束角向量a 0m中其他角度的 取值，使宏基站和低功率基站的總吞吐量取最大值，所述T為預(yù)設(shè)值； 判斷在每一次改變所述任意一個(gè)角度值后總吞吐量的最大值與波束角向量a 對(duì)應(yīng) 的總吞吐量的比值是否大于預(yù)設(shè)值，并在判斷為是時(shí)，將該次改變所述任意一個(gè)角度值后 使總吞吐量取最大值的波束角向量加入待選集合； 從待選集合中選擇使宏基站間干擾抑制SLNR最大的波束角向量a m; 所述調(diào)整模塊，具體用于根據(jù)所述波束角向量a卩m調(diào)整各個(gè)接入點(diǎn)發(fā)送的波束的波 束角。
【文檔編號(hào)】H04B7/06GK104283596SQ201310603604
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】崔高峰, 王衛(wèi)東, 唐明環(huán), 鄒珣, 張英海 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)