CN100372422C

CN100372422C - 基于智能天线实现交叉时隙的动态信道分配方法

Info

Publication number: CN100372422C
Application number: CNB2004100805308A
Authority: CN
Inventors: 赵瑾波; 周德锁
Original assignee: Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Current assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2024-09-28
Also published as: CN1756409A

Abstract

本发明涉及一种基于智能天线实现交叉时隙的动态信道分配方法，可有效解决交叉时隙所带来的小区间干扰问题，满足非对称业务中非对称地分配上下行时隙的要求。包括：根据用户请求为其选择一个信道；判断该信道是否位于交叉时隙上；利用智能天线测量获得的该用户的方向性信息，判断在该用户方向上的来自邻小区的干扰信号是否会造成该信道不能正常工作。判断方法有两种：一种是判断在用户终端的信号到达方向上是否有传输方向相反的相邻小区，另一种是判断在用户终端的信号到达方向上定向测量的相邻小区干扰是否超过预设的门限值。不位于交叉时隙或虽然位于交叉时隙但邻小区信号强度不足以造成该信道无法正常工作时，则分配该信道。

Description

基于智能天线实现交叉时隙的动态信道分配方法

技术领域

本发明涉及码分多址蜂窝移动通信技术领域，具体地说是涉及时分双工码分多址移动通信系统中的一种动态信道分配方法，是交叉时隙的动态信道分配方法。

背景技术

动态信道分配(DCA)是无线资源管理(RRM)中的一个重要组成部分。如何通过信道资源的合理分配和动态调整，保证多种业务的服务质量(QoS)，并最大可能地提高系统资源利用率，是DCA要解决的主要问题。

动态信道分配(DCA)过程就是无线资源分配过程，对于时分双工(TDD)系统来说，无线资源分配包括频率资源的分配、时隙资源的分配、扩频码资源的分配等等。动态信道分配算法可以根据业务量特点确定各个小区上下行时隙的比例关系，并根据业务、负荷、干扰电平和无线环境的变化来动态调整上下行时隙的比例。

由于3G系统支持多种业务，包括上下行不对称的业务，因此对于不同小区，在不同的时间，对上下行容量的需求也是不断变化的。TDD系统特有的帧结构可以通过动态分配上下行时隙来满足不对称业务的传输需求。

TDD系统上行和下行采用同一载频，通过调整上下行时隙的比例可以满足不对称业务的要求。然而各个小区的业务量分布有可能不一致，因而各个小区的上下行时隙的比例也就不一致，从而导致了交叉时隙的产生。交叉时隙是指在一个小区处于上行(或下行)的时隙，而在其相邻小区则处于下行(或上行)的时隙。

在时分双工码分多址移动通信系统中，普遍采用各基站同步收发的技术以降低干扰，不同系统的定时不同，同步精度也不相同，概括地说，小区间的干扰存在四种类型：

(1)非交叉时隙内基站对移动台的干扰；

(2)非交叉时隙内移动台对基站的干扰；

(3)交叉时隙内移动台对移动台的干扰；

(4)交叉时隙内基站对基站的干扰。

由于基站的发射功率和接收增益都比较高，因此在上述四种类型的干扰中，交叉时隙的干扰问题尤为严重。相邻小区间由于上下行时隙划分不一致所带来的交叉时隙干扰问题将影响到系统的容量和性能，而且会给系统组网带来困难。因此，如何使用交叉时隙的信道资源是在工程上必须解决的一个问题。

根据目前的研究结果，关于时隙不对称分配、又要降低交叉时隙干扰的方案主要有三类：

(1)在小区边缘禁止交叉时隙的资源分配，从而降低交叉时隙的干扰。比如由专利申请号为CN01102259.0、发明名称为《动态信道分配方法》的文件所公开的技术方案，就是根据移动台到本小区基站的距离来确定是否可以分配交叉时隙内的信道。

在小区边缘禁用交叉时隙的方法从原理上说很简单，就是采用禁用的做法来减轻交叉时隙的干扰。但是由于无线环境的复杂性，如何定义小区边缘，如何将这种定义转化成工程上可操作的参数是非常复杂的问题。同时，这种禁用方法必将牺牲交叉时隙的容量，也很难保证用户通信的连续性。比如说，当进行高速数据业务通信的用户漫游到小区边缘时，由于时隙禁用不能得到足够的信道资源，必然引起信号质量恶化，甚至通信中断。

(2)根据对接收信号、干扰和业务量的测量，通过复杂的人工神经网络算法求取在系统容量最优化利用时的时隙分配方案。

人工神经网络算法大都比较复杂，对系统的计算能力和计算速度有相当高的要求，因此在工程应用时不能满足通信实时性的要求，而且往往具有较高的设备成本，因而大大降低了这类方法的实用性。

(3)利用智能天线技术解决交叉时隙分配。如专利申请号为CN00136498.7、发明名称为《智能天线的动态信道指配》的文件中所公开的技术方案，是基于固定多波束智能天线设计的一种交叉时隙分配方法，需要基于固定多波束智能天线技术进行长期的多波束测量，在波束赋形时需要用预设的权值扫描全空间(波束扫描过程本身是成熟技术)，该技术方案的关键点在于各波束内的干扰测量和基于该干扰测量分配信道的方法，按照干扰排序，选择干扰最小的信道分给用户。

该方法仅限于时分多址/频分多址(TDMA/FDMA)系统，如果应用到码分多址(CDMA)系统中，不做大量的修改工作是无法实现简单移植的。而且，在实际工程系统中，比如TD-SCDMA系统，则并不局限于应用基于固定多波束智能天线技术，还广泛运用了其他一些智能天线技术。

更重要的是，这三种技术方案基本上还属于理论研究或仿真阶段，还没有达到能在实际系统中应用的程度。

正是由于上述种种限制，目前工程中还没有一种优化的交叉时隙的动态信道分配方法被实现和应用。

综上所述，TDD系统的优点之一就是采用时分双工的特点，通过上下行时隙的不对称分配可以满足不对称业务的需要；但是，同频组网的TDD系统中，交叉时隙所带来的小区间干扰比较大，对系统的容量影响就比较大，并为组网带来困难。从而提出了一个问题：在时分双工移动通信系统中，既要充分利用时分双工的特点，通过非对称地分配上下行时隙来满足非对称业务的需要，同时还要有效解决交叉时隙所带来的小区间干扰问题。

发明内容

本发明的目的是设计一种基于智能天线实现交叉时隙的动态信道分配方法，可有效解决交叉时隙所带来的小区间干扰问题，因而能充分利用时分双工的特点，使非对称地分配上下行时隙来满足非对称业务的需要得以实现。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于智能天线实现交叉时隙的动态信道分配方法，其特征在于包括：

A.无线网络控制器根据终端用户的信道分配请求为终端用户选择一个信道；

B.无线网络控制器判断该信道是否位于交叉时隙上，不是则执行步骤D，是则执行步骤C；

C.无线网络控制器利用智能天线测量获得的该用户终端的方向性信息，获得用户终端所在小区的相邻小区信息，判断在用户终端的信号到达方向上是否有传输方向相反的相邻小区，或者判断在用户终端的信号到达方向上定向测量的相邻小区干扰信号是否超过预设的门限值；如果没有传输方向相反的相邻小区，或者不超过预设的门限值，则判定在该用户终端方向上的干扰信号不会造成该信道不能正常工作，并执行步骤D；否则执行步骤E；

D.将该信道分配给该用户终端；

E.返回步骤A。

本发明方法，针对交叉时隙干扰很强、强到足以影响到所配置的信道是否可用、系统是否能正常组网，而提出一种控制交叉时隙干扰的方法。根据用户终端的方向性信息判断在该用户终端方向上的干扰信号是否会造成所选择的信道无法正常工作，从而决定是否最终分配该信道。

码分多址系统，将不是自身有用信号的信号视作干扰，因此任何邻小区的信号对用户来说都是干扰。判断在该用户终端方向上的干扰信号是否会造成所选择的信道无法正常工作，具体可采用两种实施方法，一种是根据用户方向上是否存在传输方向相反的邻小区进行分配，如果存在则不分配该时隙内的信道资源；另一种是根据用户方向上的定向信号测量结果进行信道分配，如果测量结果高于预设门限则不分配该时隙内的信道资源。而定向信号测量涉及到两种实现方案：一是测量相邻小区干扰，是在基站和所述用户终端的所在位置方向上测量所选信道所在各个时隙相邻小区的干扰信号强度；二是测量包括邻小区和本小区的总干扰，是在基站和所述用户终端的所在位置方向上测量相邻小区的干扰信号强度和用户终端驻留小区的干扰信号强度。

本发明技术方案有效地利用了先进的智能天线技术，通过波束赋形对干扰的抑制提出了一种更加实用的交叉时隙动态信道分配技术，从而提高了用户通信质量和移动通信网络的性能，使同频组网更易于实现。

本发明技术方案与CN01102259.0专利申请公开技术相比较，本发明方法不是在小区边缘禁止交叉时隙的资源分配，而是利用了智能天线技术，通过将本小区与邻小区边缘同方向的用户尽量分配到不同的时隙中去，来避免交叉时隙的干扰，因而即使在小区边缘也可以分配交叉时隙，只要该方向上没有较强的邻小区用户的干扰即可。

本发明技术方案与CN 00136498.7专利申请公开技术相比较：

CN00 136498.7专利申请技术方案主要基于固定多波束智能天线技术，应用于TDMA和FDMA系统，移植到CDMA系统中应用还要做很多修改工作，而本发明的技术方案可应用于TDD/CDMA系统中(比如TD-SCDMA系统)，因而并不局限于使用固定多波束智能天线技术，还可广泛地运用其他智能天线技术；

应用的智能天线技术直接影响到测量的实现。CN00136498.7专利申请技术方案正是因为采用了固定多波束智能天线技术，在波束赋形时需要用预设的权值扫描全空间，因此其技术方案才可以采用长期的、对固定波束组的测量，并且在多个不同的天线波束组上进行二维的、长短期相结合的测量处理。而本发明的方法可以完全不用干扰测量(第一种实施方案)，即使用到干扰测量，也只是在一个波束里进行短期的、实时的测量(第二种实施方案)；

在测量结果的评估和使用方式上，CN00136498.7专利申请技术中是按照干扰排序，选择干扰最小的信道分给用户，而本发明方法中，只要测量结果不超过一个预设的门限值，就可以将该信道分给用户(第二种实施方案)。

通过上述分析，本发明方法实施起来较为简单、可行且实用。

附图说明

图1是应用智能天线的移动通信系统中交叉时隙的干扰模型示意图；

图2是利用智能天线技术辅助信道分配的第一实施例流程框图；

图3是利用智能天线技术辅助信道分配的第二实施例流程框图。

具体实施方式

本发明提出了一种基于智能天线的空分原理实现交叉时隙的动态信道分配方法，是一种空分与时分相结合的分配方法，适用于使用智能天线的时分双工码分多址移动通信系统，例如TD-SCDMA系统。

码分多址系统通常是一个干扰受限系统，系统内的干扰水平直接影响系统的容量和性能。在3G和后3G移动通信系统中使用了智能天线技术，大大消除了多径、多址等多种干扰，同时引入了新的可利用资源----用户的空间位置资源，即对终端用户的波束赋形结果。通过智能天线的波束赋形，系统内的干扰模型发生了变化，只有来自于波束主瓣和较大旁瓣方向的干扰才会对用户信号带来影响。

在TDD系统中，如果不采用智能天线，对某一个终端用户来说，同一时隙内除有用信号之外的其它信号功率都是影响其通信质量的干扰和噪声。采用了波束赋形之后，只有来自于主瓣和较大旁瓣方向的干扰才会对用户信号带来影响。智能天线的波束赋形对不同用户的信号在空间上进行分隔，因而有效地降低了用户间干扰。

参见图1，图中示出应用智能天线的系统中交叉时隙干扰模型示例，也是上述智能天线的波束赋形对不同用户信号在空间上进行分隔后能有效降低用户间干扰的具体分析实例。

在应用智能天线的系统中，假设在p时隙，基站N₁通过赋形波束101向用户终端111定向发射信号；同时，基站N₂在与波束101相同方向的波束102上接收用户终端112的信号，同一时隙在相同的波束方向上一个上行、一个下行，因而时隙p就是一个交叉时隙。那么，在N₂的接收机中，N₁的发射信号可能淹没用户终端112的信号，造成有用信号质量下降。由于智能天线的空间滤波作用，即使基站N₃也在时隙p、分别在赋形波束103、104接收来自用户终端113、114的信号，但由于波束103、104与波束101不在相同的波束方向上，因而就不会被N₁的发射信号所干扰。

利用智能天线波束赋形所产生的空分效果，在使用智能天线的TDD系统中，可以采用更加有效和灵活的方法进行交叉时隙的动态信道分配。DCA通过时隙分配尽量地将相同波束方向上的用户终端分散到不同时隙中，即，使得在同一个时隙内的用户终端分布在不同的波束方向上，这样可以充分发挥智能天线的空分功效，使多址干扰降至最小，从而改进信号质量，保证系统性能的鲁棒性和设计容量。

参见图2，是实现本发明技术方案的第一实施例流程。根据用户所在位置，在DCA算法中就可以按照该用户在不同时隙中所受干扰的影响大小来选择时隙。判断以在用户终端方向上的来自邻小区的干扰信号是否会造成(或足以造成)所选信道不能正常工作为标准。

步骤201，在用户终端接入或越区切换时，无线网络控制器(RNC)会接收到用户终端通过Node B(基站)发出的信道分配请求；

步骤202，Node B同时利用智能天线测量获得该用户终端的方向性信息(如信号到达方向角)，并上报给无线网络控制器；

步骤203，无线网络控制器通过查询相关的资源数据库获得小区当前空闲的硬资源，并进一步判断该空闲的“硬资源”是否足够满足该用户终端对信道资源的要求。“硬资源”指的是频率/时隙/码字的组合，例如在TD-SCDMA系统中，一个硬资源单元即为某频率、某时隙中扩频系数为16的一个码道。步骤203是从资源数量上判断现有空闲的硬资源个数N是否能满足用户请求分配的信道要求，能满足则进一步执行步骤204，不能满足要求则执行步骤211，拒绝用户终端的信道分配请求；

步骤204，无线网络控制器在N个空闲硬资源中根据用户所申请的业务的不同，选出能满足用户使用要求的信道，该信道对应某一载频、某一时隙或某几个时隙上的码道组，该码道组可能包括一个或多个扩频码和中间码(Midamble)。即在步骤203考察小区资源数量能满足要求的基础上进一步考察资源能否满足使用要求，如果不满足再通过反复执行步骤205、206、207来逐一考察信道，直至找到能满足使用要求的信道，并进行分配(步骤221)；

步骤205，无线网络控制器选出一个能满足使用要求的信道之后，通过查询实时存储的相关的资源数据库，判断该选出信道所对应的频率/时隙/码道组是否全部或部分位于交叉时隙上，是则执行步骤206，否则执行步骤221；

步骤206，无线网络控制器根据步骤202的操作结果，通过查询实时存储的相关的资源数据库获得请求信道分配的终端用户所在小区的相邻小区信息，并判断请求信道分配的终端用户的“信号到达方向”上是否有“传输方向相反”的“相邻小区”。

上述请求信道分配的终端用户的“信号到达方向”(波束宽度内)，其含义包括该终端用户的视距波来波方向、多径信号的到达方向和波束赋形方向，可以通过查询电子地图、基站向无线网络控制器上报的用户定位信息以及波束到达角度(AOA)的测量报告等信息综合评判给出(获得用户方向信息是成熟的技术，不再赘述)。

上述的“相邻小区”指的是对请求信道分配的终端用户所在小区的用户信号或基站信号影响比较大的邻近小区。相邻小区的确定可以根据距离远近、测量到的导频信号功率大小以及分层小区信息来共同确定(如何根据距离远近、测量到的导频信号功率大小以及分层小区信息确定相邻小区是成熟的技术，不再赘述)。

上述的“传输方向相反”指的是上下行相反，即对于所选出信道所在的一个时隙，在用户驻留小区是上行时隙，在邻小区是下行时隙，或者在用户驻留小区是下行时隙，在邻小区是上行时隙，则请求信道分配的终端用户的用户方向上存在“传输方向相反”的相邻小区，此时步骤205选出的信道则不能分配，继续执行步骤207。如果请求信道分配的终端用户的用户方向上没有“传输方向相反”的相邻小区，则执行步骤221。

步骤207，从步骤203获得的N个空闲硬资源中再次采用与步骤204类似的过程选出其他满足用户使用要求的信道，然后返回步骤205，继续对该信道对应的码道组进行是否位于交叉时隙、是否有传输方向相反的相邻小区的判断。

步骤221，在执行步骤205或206时，只要判断出所选信道对应的码道组都不位于交叉时隙上，或者虽然位于交叉时隙上但在用户信号到达方向上不存在传输方向相反的相邻小区时，则将所选的信道分配给请求信道分配的终端用户。

本实施例根据用户信号到达方向上(波束宽度内)是否存在传输方向相反的邻小区进行信道分配，如果存在，则不分配相应时隙内的信道资源，即通过时隙分配将与邻小区用户赋形方向相同或相近的用户分配到不同的时隙中去，从而减少交叉时隙的出现。

参见图3，本发明方法还可以更进一步地根据用户所在位置进行定向波束的信号测量，这样在DCA算法中依然可以按照用户在不同时隙中所受干扰的影响大小来选择时隙，判断仍以在用户终端方向上的来自邻小区的干扰信号是否会造成(或足以造成)所选信道不能正常工作为标准。也就是说即使分配了交叉时隙上的信道资源，只要定向波束信号测量的结果不超过一个预设的门限值，依然可以将该信道分给用户。

图3流程与图2流程的区别在于框206与框306的操作内容区别。框306中，判断在请求信道分配的用户终端的信号到达方向上，进行定向信号测量的干扰是否超过预设门限，没有超过预设门限则执行步骤321，将某载频、某时隙上的所选码道组分配给请求信道的用户终端，超过预设门限则执行步骤307，从步骤303中获得的N个空闲硬资源中再次采用与步骤304中类似的过程选出其他能满足用户使用要求的信道，返回步骤305再进行是否位于交叉时隙、定向测量的邻小区干扰是否超过预设门限的判断。

需要强调的是，这里的定向信号测量是指在请求信道分配的用户所在方向上测量干扰信号强度，该测量在基站和用户终端都要做，且都要满足要求。测量包括两种方案：一种是仅测量邻小区干扰，即测量所选信道所在各个时隙邻小区干扰；另一种是测量包括邻小区和本小区的总干扰，即测量所选信道所在各个时隙邻小区和终端所在(驻留)小区干扰。工程上可以采用移动用户和基站进行定向测量所得到的干扰信号码功率(Timeslot ISCP)。干扰信号码功率是3GPP协议中明确规定的一个测量量，对于TD-SCDMA系统来说，该测量量主要包括邻小区干扰和一部分没有被智能天线技术和联合检测技术(JD/SA)消除的本小区干扰。

本实施例方案，即使小区待分配资源的用户与邻小区用户上下行传输方向相反，只要邻小区干扰不超过给定门限，就可以将位于交叉时隙上的含有所选码道组的信道资源分配给请求信道的用户。即根据用户方向上(波束宽度内)的定向信号测量结果进行信道分配，如果测量结果高于预设门限值，则不分配该时隙内的信道资源。

本发明方法，能减少干扰严重的交叉时隙的出现，使系统资源尽可能得到充分利用。

Claims

1.一种基于智能天线实现交叉时隙的动态信道分配方法，其特征在于包括：

D.将该信道分配给该用户终端；

E.返回步骤A。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤C中，所述的判断在用户终端的信号到达方向上是否有传输方向相反的相邻小区，是判断所选信道所在的时隙，当在用户终端的驻留小区与所述的相邻小区互为上、下行时隙时为传输方向相反。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤C中，所述的用户终端的信号到达方向，是对电子地图信息、基站向无线网络控制器上报的用户终端的定位信息以及对用户终端的波束到达角度的测量报告信息的综合评判结果，该结果包括用户终端视距来波方向、多径信号到达方向和波束赋形方向信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤C中，所述的定向测量，是在基站和所述用户终端的所在位置方向上测量所选信道所在各个时隙包括相邻小区的干扰信号强度和用户终端驻留小区的干扰信号强度的总干扰；或者是在基站和所述用户终端的所在位置方向上测量所选信道所在各个时隙相邻小区的干扰信号强度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述的干扰信号强度是由用户终端和基站进行定向测量所得到的干扰信号码功率TimeSlot ISCP。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤A，所述的为终端用户选择一个信道，包括：

A1.无线网络控制器获得小区当前空闲的硬资源，且该硬资源能满足该用户终端对信道资源数量的要求；

A2.无线网络控制器从该硬资源中选出能满足该用户终端业务使用要求的信道。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于所述的为终端用户选择的信道，是对应某一载频、某一时隙或某几个时隙上的码道组，该码道组包括扩频码和中间码，所述的扩频码或中间码有一个或多个。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤B中，判断信道是否位于交叉时隙上，是判断该信道所对应的某一载频、某一时隙或某几个时隙上的码道组是否全部或部分位于交叉时隙上，是部分或全部位于交叉时隙上则判断为该信道位于交叉时隙上。