CN101043234B - 智能天线仿真系统中上下行功率控制的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能天线仿真系统中上下行功率控制的实现方法。其中，上行功率控制的过程包括：预先为仿真区域的基站设置天线增益表，a1、为发射端用户设置初始发射功率；b1、在接收端基站的天线增益表中查找所述发射端用户的天线方向图，确定接收端基站的干扰信号，并根据干扰信号的角度位置和所述天线方向图中记录的相应角度的天线增益，计算出上行干扰，再根据计算结果调整所述发射端用户的发射功率。下行功率控制的实现过程与上行类似。本发明的这种方法考虑到智能天线的特点，使得仿真结果更为准确、有效，能够为TD-SCDMA系统的网络规划和优化提供有价值的指导。

Description

智能天线仿真系统中上下行功率控制的实现方法

技术领域

本发明涉及通信系统仿真技术，尤指一种智能天线仿真系统中上下行功率控制的实现方法。

背景技术

码分多址接入系统(CDMA，Code Division Multiple Access)是一个干扰受限系统，由于存在“远近效应”，该类系统的容量主要受限于系统内各个移动台和基站间的干扰。若没有“远近效应”，即每个移动台的信号到达基站时都能达到最小信噪比并保持系统同步，该系统的容量将会达到最大。功率控制就是为了克服“远近效应”，实现系统容量的最大化而采取的一项技术。

功率控制的基本思路为：在接收端，对接收信号的强度或信噪比等指标进行评估，根据评估结果适时改变发射端的发射功率，以补偿无线信道中的路径损耗和衰落。移动台和基站可以互为接收端和发射端，其中基站为接收端的情况称为上行，移动台为接收端的情况称为下行。所述功率控制一般分为三部分，分别是开环功率控制(开环功控)、闭环快速功率控制(闭环功控)和外环功率控制(外环功控)。在实际应用中，功率控制既能维持高质量的通信，又不对其他用户产生额外干扰，能够很好地保证系统容量。

对于TD-SCDMA等下一代移动通信系统而言，在实现大规模组网之前，需要对其进行全面、系统的仿真，以提供合理的网络规划方案。仿真结果越接近实际情况，组网时出现问题的概率越低。在理论上，TD-SCDMA系统是一个资源受限系统，但是如果参数设置不对，基站布局不合理，仍有可能出现干扰受限。为此，如何在TD-SCDMA系统中更好地对功率控制进行仿真，以利用仿真结果指导系统设置就显得尤为重要。

与普通移动通信系统不同的是，TD-SCDMA系统中普遍采用了智能天线，所述智能天线是以多个高增益窄波束动态地跟踪小区内的多个激活用户，即智能天线的方向图随用户位置的不同而发生变化，故功率控制的仿真需要考虑智能天线对整个系统的影响，唯有如此才能保证仿真结果的真实性。在下面的描述中，将通过仿真实现带有智能天线的TD-SCDMA等移动通信系统的平台称为智能天线仿真系统。现有的智能天线仿真系统在仿真实现功率控制时，只是简单地将智能天线处理为普通天线，对其进行上下行链路干扰计算，即在进行功率控制时，设定智能天线的方向图是单一、明确的，依据上述方法获得的仿真结果无法真实体现智能天线的特点和优点，从而降低仿真结果对实际组网的指导价值，使得网络规划的性能差。如何在静态仿真时更好地实现功率控制，提高仿真结果对实际组网的指导价值，成为当前需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种智能天线仿真系统中上下行功率控制的实现方法，在功率控制过程中，针对智能天线的特点计算上下行链路干扰，使得仿真结果更为准确、有效。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种智能天线仿真系统中上行功率控制的实现方法，预先为仿真区域的基站设置天线增益表，所述天线增益表保存有归属于该基站的每个用户使用的天线方向图，所述天线方向图按照角度记录智能天线为该用户提供的天线增益，该方法包括以下步骤：

a1、为发射端用户设置初始发射功率；

b1、在接收端基站的天线增益表中查找所述发射端用户的天线方向图，确定接收端基站的干扰信号，并根据干扰信号的角度位置和所述天线方向图中记录的相应角度的天线增益，计算出上行干扰，再根据计算结果调整所述发射端用户的发射功率。

步骤b1所述计算上行干扰并调整发射功率的方法具体为：

b11、根据发出干扰信号的用户的归属情况，将干扰信号划分为小区内干扰和小区外干扰，并分别确定接收端基站总的小区内上行干扰I_{OWN_UL}和总的小区外上行干扰I_{OTHER_UL}，再根据所述总的小区内上行干扰I_{OWN_UL}和总的小区外上行干扰I_{OTHER_UL}估计当前的上行信干比SIR_UL；

b12、利用当前的上行信干比SIR_UL计算发射端用户在下一步的发射功率P_next，并按照下一步的发射功率P_next设置发射端用户的发射功率。

步骤b11所述确定总的小区内上行干扰I_{OWN_UL}的方法为：利用公式 $I_{\mathrm{OWN}\_\mathrm{UL}}=\underset{m^{\′}\∈n}{\mathrm{\Σ}}\underset{m1\≠m^{\′}}{\underset{m1\∈n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{m1}*L_{n,m1}*G_{n,m^{\′}}\left(k_{n,m1}\right)$ 进行计算；

其中，G_n，m’(k_n，m1)为接收端基站n为归属于自身的用户m’使用的天线方向图在小区内干扰用户m1所在角度的天线增益，L_n，m1为小区内干扰用户m1到接收端基站n的路径损耗，P_m1为小区内干扰用户m1的发射功率，k_n，m1＝[θ_n，m1/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n，m1为基站n到干扰用户m1的角度；

所述确定总的小区外上行干扰I_{OTHER_UL}的方法为：

利用公式 $I_{\mathrm{OTHER}\_\mathrm{UL}}=\underset{m^{\′}\∈n}{\mathrm{\Σ}}\underset{m2\∉n}{\mathrm{\Σ}}{P}_{m2}*L_{n,m2}*G_{n,m^{\′}}\left(k_{n,m2}\right)$ 进行计算；其中，G_n，m’(k_n，m2)为接收端基站n为归属于自身的用户m’使用的天线方向图在小区外干扰用户m2所在角度的天线增益，L_n，m2为小区外干扰用户m2到接收端基站n的路径损耗，P_m2为小区外干扰用户m2的发射功率，k_n，m2＝[θ_n，m2/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n，m2为基站n到干扰用户m2的角度。

步骤b11所述确定总的小区内上行干扰I_{OWN_UL}的方法为：

根据小区内干扰用户m1到接收端基站n的路径损耗L_n，m1，以及小区内干扰用户m1的发射功率P_m1，确定小区内等效干扰功率P_OWN(k_n，m1)，具体为： $P_{\mathrm{OWN}}\left(k_{n,m1}\right)=\underset{m1\≠m^{\′}}{\underset{m1\∈n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{m1}*L_{n,m1};$ 其中，k_n，m1＝[θ_n，m1/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n，m1为基站n到干扰用户m1的角度；

将每个角度上的小区内等效干扰功率P_OWN(k_n，m1)与对应角度上的天线增益G_n，m’(k)相乘，获得总的小区内上行干扰I_{OWN_UL}，具体为： $I_{\mathrm{OWN}\_\mathrm{UL}}=\underset{m^{\′}\∈n}{\mathrm{\Σ}}[\underset{k=k_0}{\overset{k_1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{OWN}}\left(k\right)*G_{n,m^{\′}}\left(k\right)];$ 其中，k为具有天线增益的角度，k₀～k₁为具有天线增益的角度范围；

所述确定总的小区外上行干扰I_{OTHER_UL}的方法为：

根据小区外干扰用户m2到接收端基站n的路径损耗L_n，m2，以及小区外干扰用户m2的发射功率P_m2，确定小区外等效干扰功率P_OTHER(k_n，m2)，具体为： $P_{\mathrm{OTHER}}\left(k_{n,m2}\right)=\underset{m2\∉n}{\mathrm{\Σ}}{P}_{m2}*L_{n,m2};$ 其中，k_n，m2＝[θ_n，m2/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n，m2为基站n到干扰用户m1的角度；

将每个角度上的小区外等效干扰功率P_OTHER(k_n，m2)与对应角度上的天线增益G_n，m’(k)相乘，获得总的小区外上行干扰I_{OTHER_UL}，具体为： $I_{\mathrm{OTHER}\_\mathrm{UL}}=\underset{m^{\′}\∈n}{\mathrm{\Σ}}[\underset{k=k_0}{\overset{k_1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{OTHER}}\left(k\right)*G_{n,m^{\′}}\left(k\right)];$ 其中，k为具有天线增益的角度，k₀～k₁为具有天线增益的角度范围。

步骤b11所述估计当前的上行信干比SIR_UL的方法为：利用公式 ${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{UL}}=\frac{\mathrm{GP}*S}{N_0+(1-\mathrm{\β})*I_{\mathrm{OWN}\_\mathrm{UL}}+I_{\mathrm{OTHER}\_\mathrm{UL}}}$ 进行计算；

其中，S为接收端基站接收到的信号功率，GP为处理增益，N₀为热噪声，β为干扰降低因子，I_{OWN_UL}为总的小区内上行干扰，I_{OTHER_UL}为总的小区外上行干扰。

步骤b12所述计算下一步的发射功率P_next的方法为：

利用公式 $P_{\mathrm{next}}=\frac{{\mathrm{SIR}}_{t\arg \mathrm{er}}}{{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{UL}}}{P}_{\mathrm{last}},$ $\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{next}}=P_{\min },\mathrm{if}& P_{\mathrm{next}}<P_{\min }\\ P_{\mathrm{next}}=P_{\max },\mathrm{if}& P_{\mathrm{next}}>P_{\max }\end{array}\right.$ 进行计算；

其中，SIR_target为目标信干比，P_min为发射端用户的最小发射功率，P_max为发射端用户的最大发射功率，P_last为发射端用户当前的发射功率，SIR_UL为当前的上行信干比。

步骤b1所述确定接收端基站的干扰信号的方法为：预先设置路径损耗门限，将仿真区域中除发射端用户之外的其它用户到接收端基站的路径损耗小于上述路径损耗门限的用户发出的信号确定为干扰信号。

步骤b1之后，该方法进一步包括：判断功率控制是否结束，如果是则输出功控性能参数，否则返回执行步骤b1。

一种智能天线仿真系统中下行功率控制的实现方法，预先为仿真区域的基站设置天线增益表，所述天线增益表保存有归属于该基站的每个用户使用的天线方向图，所述天线方向图按照角度记录智能天线为该用户提供的天线增益，该方法包括以下步骤：

a2、为发射端基站设置初始发射功率；

b2、查找仿真区域中所有基站的天线增益表中归属于对应基站的所有用户的天线方向图，确定接收端用户的干扰信号，并根据接收端用户的角度位置和上述天线方向图中记录的相应角度的天线增益，计算出下行干扰，再根据计算结果调整所述发射端基站的发射功率。

步骤b2所述计算下行干扰并调整发射功率的方法具体为：

b21、根据归属情况将干扰信号划分为小区内干扰和小区外干扰，并分别确定接收端用户m总的小区内下行干扰I_{OWN_DL}和总的小区外下行干扰I_{OTHER_DL}，再根据所述总的小区内下行干扰I_{OWN_DL}和总的小区外下行干扰I_{OTHER_DL}估计当前的下行信干比SIR_DL；

b22、利用当前的下行信干比SIR_DL计算发射端基站在下一步对接收端用户m的发射功率P_{next_m}，并按照下一步的发射功率P_{next_m}设置发射端基站的发射功率。

步骤b21所述确定总的小区内下行干扰I_{OWN_DL}的方法为：利用公式 $I_{\mathrm{OWN}\_\mathrm{DL}}=\underset{{m1}^{\&prime;}\&NotEqual;m}{\underset{{m1}^{\&prime;}\&Element;n^{\&prime;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{n^{\&prime;}}*L_{n^{\&prime;},m}*G_{n^{\&prime;},{m1}^{\&prime;}}\left(k_{n^{\&prime;},m}\right)$ 进行计算；

其中，G_n’，m1’(k_n’，m)为发射端基站n’为归属于自身的干扰用户m1’使用的天线方向图在接收端用户m所在角度的天线增益，L_n’，m为接收端用户m到发射端基站n’的路径损耗，P_n’为发射端基站n’的发射功率，k_n’，m＝[θ_n’，m/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n’，m为基站n’到接收端用户m的角度；

所述确定总的小区外下行干扰I_{OTHER_DL}的方法为：

利用公式 $I_{\mathrm{OTHER}\_\mathrm{DL}}=\underset{n\&NotEqual;n^{\&prime;}}{\overset{N}{\underset{n=1}{\mathrm{\&Sigma;}}}}\underset{m{2}^{\&prime;}\&Element;n}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_n*L_{n,m}*G_{n,{m2}^{\&prime;}}\left(k_{n,m}\right)$ 进行计算；其中，G_n，m2’(k_n，m)为仿真区域中的其它基站n为归属于自身的用户m2’使用的天线方向图在接收端用户m所在角度的天线增益，L_n，m为接收端用户m到其它基站n的路径损耗，P_n为其它基站n的发射功率，k_n，m＝[θ_n，m/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n，m为基站n到接收端用户m的角度，N为仿真区域内的全部基站数目。

步骤b21所述确定总的小区内下行干扰I_{OWN_DL}的方法为：

根据发射端基站n’的发射功率P_n’，以及发射端基站n’为归属于自身的干扰用户m1’使用的天线方向图在接收端用户m所在角度的天线增益G_n’，m1’(k_n’，m)，确定小区内等效辐射功率P_n’(k_n’，m)，具体为： $P_{n^{\&prime;}}\left(k_{n^{\&prime;},m}\right)=\underset{{m1}^{\&prime;}\&NotEqual;m}{\underset{{m1}^{\&prime;}\&Element;n^{\&prime;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{n^{\&prime;}}*G_{n^{\&prime;},{m1}^{\&prime;}}\left(k_{n^{\&prime;},m}\right);$ 其中，k_n’，m＝[θ_n’，m/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n’，m为基站n’到接收端用户m的角度；

将小区内等效辐射功率P_n’(k_n’，m)，与接收端用户m到发射端基站n’的路径损耗L_n’，m相乘，获得总的小区内下行干扰I_{OWN_DL}，具体为：I_{OWN_DL}＝P_n’(k_n’，m)*L_n’，m；其中，k_n’，m＝[θ_n’，m/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n’，m为基站n’到接收端用户m的角度；

所述确定总的小区外下行干扰I_{OTHER_DL}的方法为：

根据仿真区域中的其它基站n的发射功率P_n，以及其它基站n为归属于自身的用户m2’使用的天线方向图在接收端用户m所在角度的天线增益G_n，m2’(k_n，m)，确定小区外等效辐射功率P_n(k_n，m)，具体为： $P_n\left(k_{n,m}\right)=\underset{{m2}^{\&prime;}\&Element;n}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_n*G_{n,{m2}^{\&prime;}}\left(k_{n,m}\right);$ 其中，k_n，m＝[θ_n，m/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n，m为基站n到接收端用户m的角度；

将小区外等效辐射功率P_n(k_n，m)，与接收端用户m到其它基站n的路径损耗L_n，m相乘，获得总的小区外下行干扰I_{OTHER_DL}，具体为： $I_{\mathrm{OTHER}\_\mathrm{DL}}=\underset{n=1(n\&NotEqual;n^{\&prime;})}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_n\left(k_{n,m}\right)*L_{n,m};$ 其中，k_n，m＝[θ_n，m/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n，m为基站n到接收端用户m的角度，N为仿真区域内的全部基站数目。

步骤b21所述估计当前的下行信干比SIR_DL的方法为：利用公式 ${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{DL}}=\frac{\mathrm{GP}*S}{N_0+\mathrm{\&alpha;}*I_{\mathrm{OWN}\_\mathrm{DL}}+I_{\mathrm{OTHER}\_\mathrm{DL}}}$ 进行计算；

其中，S为接收端用户接收到的信号功率，GP为处理增益，N₀为热噪声，α为非正交因子，I_{OWN_DL}为总的小区内下行干扰，I_{OTHER_DL}为总的小区外下行干扰。

步骤b22所述计算发射端基站n’在下一步对接收端用户m的发射功率P_{next_m}的方法为：

利用公式 $P_{\mathrm{next}\_m}=\frac{{\mathrm{SIR}}_{t\arg \mathrm{er}}}{{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{DL}}}{P}_{\mathrm{last}},$ $\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{next}\_m}=P_{\min },\mathrm{if}& P_{\mathrm{next}\_m}<P_{\min }\\ P_{\mathrm{next}\_m}=P_{\max },\mathrm{if}& P_{\mathrm{next}\_m}>P_{\max }\end{array}\right.$ 进行计算；

其中，SIR_target为目标信干比，P_min为单用户时发射端基站n’的最小发射

功率，P_max为单用户时发射端基站n’的最大发射功率，P_last为发射端基站n’对接收端用户m的当前发射功率，SIR_DL为当前的下行信干比。

步骤b2所述确定接收端用户的干扰信号的方法为：预先设置路径损耗门限，将仿真区域中到达接收端用户的路径损耗小于上述路径损耗门限的基站发出的信号确定为干扰信号。

步骤b2之后，该方法进一步包括：判断功率控制是否结束，如果是则输出功控性能参数，否则返回执行步骤b2。

由上述技术方案可见，本发明的这种智能天线仿真系统中上下行功率控制的实现方法，在功率控制过程中针对智能天线的特点计算上下行链路干扰，使得仿真结果更为准确、有效，能够为TD-SCDMA系统的网络规划和优化提供有价值的指导。

进一步地，本发明在实现功率控制时，还能对智能天线的上下行链路干扰进行快速计算，在很大程度上降低了仿真过程的耗时，提高仿真效率。

附图说明

图1为本发明的智能天线仿真系统实现功率控制的流程；

图2为本发明智能天线仿真系统中上行链路干扰的示意图；

图3为本发明智能天线仿真系统中下行链路干扰的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

在智能天线仿真系统中，执行功率控制之前，通过预配置或由系统自动生成业务分布，即在仿真区域内均匀地分布上指定数目的移动台，并设置每个移动台的坐标、业务类型等属性。

假设N为仿真区域内的全部基站数目，n为某个基站的编号，n＝1，2，...，N。一般情况下，一个小区或一个扇区设置一个基站。M为仿真区域内的全部用户数目，m为某个用户的编号，m＝1，2，...，M，每个用户都有自身的归属基站。

由于智能天线的方向图随用户位置的不同而发生变化，故预先为仿真区域的基站设置天线增益表，所述天线增益表保存有归属于该基站的每个用户使用的天线方向图，所述天线方向图按照角度记录智能天线为该用户提供的天线增益。将基站n与用户m通信时的天线方向图记为G_n，m，该方向图在θ方向上的天线增益为G_n，m(k)。 当用户m归属于基站n时，k＝[θ/Δθ]，符号[]代表取整。所述Δθ为该智能天线的存储精度，即每隔Δθ记录一个天线增益，比如Δθ＝5表明每5度使用一个天线增益，以减少存储量和计算量。当用户m不一定归属于基站n时，k_n，m＝[θ_n，m/Δθ]，其中θ_n，m为基站n到用户m的角度，即基站n与用户m之间的路径矢量在整个系统平面的矢量角。上述天线增益G_n，m(k)可以通过实际测量获得，或通过智能天线建模得到。

基于上述设置，采用本发明的方法，在智能天线仿真系统中实现功率控制的过程如图1所示，包括以下步骤：

步骤101、功率初始化，设置初始发射功率。

该步骤是对实际应用中的开环功控过程进行仿真，由于静态仿真不必考虑用户的移动性，故可以按照目标信干比(SIR)和路径损耗确定上下行链路的初始发射功率。

比如，按照公式(1)设置上行链路的初始发射功率(上行初始发射功率)。其中，P_UE是用户终端(UE)的初始发射功率；SIR_target是上行的目标信干比；N₀是基站接收信号时的热噪声；L是基站和用户终端之间的路径损耗。

$P_{\mathrm{UE}}=\frac{{\mathrm{SIR}}_{t\arg \mathrm{er}}*N_0}{L}---\left(1\right)$

下行链路的初始发射功率(下行初始发射功率)的设置方法与此类似，此处不再赘述。

步骤102、在预先设置的天线增益表中查找智能天线的天线增益G_n，m(k)，计算链路干扰，并根据计算结果执行闭环功控。

该步骤中执行的闭环功控是基于目标SIR的理想功控，所述理想功控指的是：发射端在不超过最大发射功率的情况下理想地达到目标SIR。此时，功控的错误率为0％，延时为0秒。上述闭环功控的过程分为：上行闭环功控和下行闭环功控。

A、上行闭环功控

针对图2所示的智能天线仿真系统中的上行链路干扰，本发明的上行闭环功控的实现过程如下：

a1)将基站n受到的干扰划分为小区内干扰和小区外干扰，并确定所述基站n的干扰信号功率。

图2的仿真系统中，基站A和基站B分别位于小区1和小区2，其中用户1和用户2属于基站A，用户3属于基站B。基站A与用户1通信时，会将智能天线的主瓣对准用户1，为用户1生成一个天线方向图，由于非主瓣方向上的天线增益不为零，故旁瓣方向仍会收到来自用户2和用户3的干扰信号。同样地，基站A在接收用户2的信号时，将天线方向图的主瓣对准用户2，并受到用户1和用户3对用户2的干扰。由于基站A接收用户1和用户2的信号所使用的天线方向图不同，故用户3在这两种情况下对基站A造成的上行链路干扰也是不同的。

为了准确获知基站受到的上行链路干扰，将基站n与自身所属用户m’通信时接收到的干扰信号功率分为：小区内干扰和小区外干扰。其中，小区内干扰 $I_{{\mathrm{OWN}}_{n,m^{\&prime;}}}=\underset{m\&NotEqual;m^{\&prime;}}{\underset{m\&Element;n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_m*L_{n,m}*G_{n,m^{\&prime;}}\left(k_{n,m}\right),$ 小区外干扰 $I_{{\mathrm{OTHER}}_{n,m^{\&prime;}}}=\underset{m\&NotElement;n}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_m*L_{n,m}*G_{n,m^{\&prime;}}\left(k_{n,m}\right).$ 式中的L_n，m为用户m到基站n的路径损耗，P_m为用户m的发射功率。

由于每个基站n对归属于自身的不同用户m’使用不同的天线方向图G_n，m’，故基站n在一个时隙内接收到的全部干扰信号功率如公式(2)和公式(3)所示。

总的小区内上行干扰 $I_{{\mathrm{OWN}\_\mathrm{UL}}_n}=\underset{m^{\&prime;}\&Element;n}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{m\&NotEqual;m^{\&prime;}}{\underset{m\&Element;n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_m*L_{n,m}*G_{n,m^{\&prime;}}\left(k_{n,m}\right)---\left(2\right)$

总的小区外上行干扰 $I_{{\mathrm{OTHER}\_\mathrm{UL}}_n}=\underset{m^{\&prime;}\&Element;n}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{m\&NotElement;n}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_m*L_{n,m}*G_{n,m^{\&prime;}}\left(k_{n,m}\right)---\left(3\right)$

b1)根据上行的干扰信号功率，估计出基站n的上行信干比(SIR_UL)。

该步骤中，可以根据公式(4)计算出SIR_UL，并由SIR进一步获得信噪比(SNR)和载波干扰比(CIR)等参数。

${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{UL}}=\frac{\mathrm{GP}*S}{N_0+(1-\mathrm{\&beta;})*I_{\mathrm{OWN}}+I_{\mathrm{OTHER}}}---\left(4\right)$

公式(4)中，S为接收到的信号功率，GP为处理增益，N₀为热噪声，β为干扰降低因子，上述参数在仿真时是预先配置的。此外，I_{OWN_UL}为总的小区内上行干扰，由公式(2)计算得到；I_{OTHER_UL}为总的小区外上行干扰，由公式(3)计算得到。

c1)利用SIR_UL计算用户m’使用的移动台在下一步的发射功率P_next，并按照计算出的P_mext设置该移动台的发射功率。

该步骤的具体计算见公式(5)。其中，SIR_target为目标SIR，P_min为移动台的最小发射功率，P_max为移动台的最大发射功率，这三个参数是预先设置的。P_last为移动台当前的发射功率，SIR_last为当前的SIR测量值，即公式(4)中计算出的SIR_UL，P_next为移动台下一步的发射功率。此处，下一步是相对当前而言的，指的是下一个功控循环。

$P_{\mathrm{next}}=\frac{{\mathrm{SIR}}_{t\arg \mathrm{er}}}{{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{last}}}{P}_{\mathrm{last}},$ $\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{next}}=P_{\min },\mathrm{if}& P_{\mathrm{next}}<P_{\min }\\ P_{\mathrm{next}}=P_{\max },\mathrm{if}& P_{\mathrm{next}}>P_{\max }\end{array}\right.---\left(5\right)$

需要说明的是，在第一次执行步骤c1)时，公式(5)中的P_last为步骤101中设置的初始发射功率。

B、下行闭环功控

具体实现与上行过程类似。此时，信号的接收端为移动台，故应根据移动台的接收情况调整基站的发射功率。仍以图2所示的智能天线仿真系统为例，当基站A与用户2、基站B与用户3通信时，由于非主瓣方向上的天线增益不为零，故会对基站A与用户1的通信造成下行链路干扰，见图3。其中，基站A与用户1和用户2通信使用的是两个不同的天线方向图。

a2)将用户m受到的干扰信号划分为小区内干扰和小区外干扰，并确定所述用户m的干扰信号功率。

根据图3所示，归属于基站n’的某个用户m在与该基站n’通信时，接收到的干扰信号功率按照公式(6)和公式(7)分别进行计算，其中P_n为仿真区域内的某个基站n的发射功率。

总的小区内下行干扰 $I_{{\mathrm{OWN}\_\mathrm{DL}}_m}=\underset{m^{\&prime;}\&NotEqual;m}{\underset{m^{\&prime;}\&Element;n^{\&prime;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{n^{\&prime;}}*L_{n^{\&prime;},m}*G_{n^{\&prime;},m^{\&prime;}}\left(k_{n^{\&prime;},m}\right)---\left(6\right)$

总的小区外下行干扰 $I_{{\mathrm{OTHER}\_\mathrm{DL}}_m}=\underset{n\&NotEqual;n^{\&prime;}}{\overset{N}{\underset{n=1}{\mathrm{\&Sigma;}}}}\underset{m^{\&prime;}\&Element;n}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_n*L_{n,m}*G_{n,m^{\&prime;}}\left(k_{n,m}\right)---\left(7\right)$

b2)根据下行的干扰信号功率，估计出用户m的下行信干比(SIR_DL)。

该步骤中，可以根据公式(8)计算出SIR_DL，其中的参数α为非正交因子。

${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{DL}}=\frac{\mathrm{GP}*S}{N_0+\mathrm{\&alpha;}*I_{\mathrm{OWN}}+I_{\mathrm{OTHER}}}---\left(8\right)$

c2)利用用户m的SIR_DL计算基站n’下一步对用户m的发射功率P_{next_m}，并逐一确定该基站n’对同一时隙内所有归属于自身的用户的发射功率。

该步骤的具体计算见公式(9)和(10)。其中，SIR_target是目标SIR，P_min是单个用户的最小发射功率，P_max是单个用户的最大发射功率，M是与用户m处于同一时隙内的用户数目，P_ALL是基站总的发射功率，P_AllMAX是基站的最大发射功率。SIR_last是当前的SIR测量值，即公式(8)中计算出的SIR_DL，P_lsat是基站当前的发射功率，P_{next_m}是基站下一步对用户m的发射功率。

$P_{\mathrm{next}\_m}=\frac{{\mathrm{SIR}}_{t\arg \mathrm{er}}}{{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{last}}}{P}_{\mathrm{last}},$ $\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{next}\_m}=P_{\min },\mathrm{if}& P_{\mathrm{next}\_m}<P_{\min }\\ P_{\mathrm{next}\_m}=P_{\max },\mathrm{if}& P_{\mathrm{next}\_m}>P_{\max }\end{array}\right.---\left(9\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{ALL}}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{next}\_m}\\ P_{\mathrm{next}\_m}=P_{\mathrm{next}\_m}*\frac{P_{\mathrm{AllMAX}}}{P_{\mathrm{ALL}}},\mathrm{if}{P}_{\mathrm{ALL}}>P_{\mathrm{AllMAX}}\end{array}\right.---\left(10\right)$

从公式(9)和(10)看出，基站对同一时隙内所有用户的发射功率之和构成基站总的发射功率，该总的发射功率必须小于基站的最大发射功率。如果总的发射功率超出了基站的最大发射功率，则要按比例减小每个用户的发射功率。

上述过程中，步骤a1)和步骤a2)计算上下行链路干扰的方法仅为一个具体的实施例，在下面的说明中，将该方法称为方法一。

步骤103、判断功率控制是否结束，如果是则执行步骤104，否则返回执行步骤102。

一般情况下，功率控制是一个循环控制的过程。该步骤中，判断功控循环结束的方法为：预先设定功控次数，并在到达功控次数时结束该功控循环过程；或者，通过现有的功控收敛准则判断功控循环是否结束，比如将每个小区的上下行干扰变化量和/或每条上下行链路的SIR变化量作为收敛条件等。

步骤104、输出功控性能参数，用于指导网络规划。

功率控制执行完毕输出的性能参数包括两类，分别是：系统指标和链路指标。其中，系统指标包括：基站的接入用户数、阻塞率、满意率等，链路指标包括：每个用户的上下行接收功率、上下行干扰强度、上下行SIR和上下行状态等。

在功率控制的仿真过程中，对智能天线的链路干扰计算是非常耗时的，尤其是在网络优化阶段，由于基站数目较多，还要考虑到其它系统的干扰，整个系统的仿真时间会非常长，可能是几天或数周，故针对步骤102所述的链路干扰计算，本发明提出了第二种实现方法(称为方法二)，用于实现快速计算，从而节约时间成本，避免人力物力的浪费。

(一)上行链路干扰

首先，基站n按k_n，m计算出除用户m’之外的所有其它用户m发来的等效干扰功率，并根据k_n，m加以保存。所述等效干扰功率包括小区内等效干扰和小区外等效干扰，分别按照公式(11)和公式(12)进行计算。

小区内等效干扰功率： $P_{{\mathrm{OWN}}_n}\left(k_{n,m}\right)=\underset{m\&NotEqual;m^{\&prime;}}{\underset{m\&Element;n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_m*L_{n,m}---\left(11\right)$

小区外等效干扰功率： $P_{{\mathrm{OTHER}}_n}\left(k_{n,m}\right)=\underset{m\&Element;n}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_m*L_{n,m}---\left(12\right)$

然后，将所保存的等效干扰功率与方向图G_n，m’对应角度k_n，m上的天线增益相乘，并累加获得基站n的总干扰功率。

该步骤中，基站n可以根据公式(13)和公式(14)计算出自身的总干扰功率。

总的小区内上行干扰： $I_{{\mathrm{OWN}\_\mathrm{UL}}_n}=\underset{m^{\&prime;}\&Element;n}{\mathrm{\&Sigma;}}[\underset{k=k_0}{\overset{k_1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{{\mathrm{OWN}}_n}\left(k\right)*G_{n,m^{\&prime;}}\left(k\right)]---\left(13\right)$

总的小区外上行干扰： $I_{{\mathrm{OTHER}\_\mathrm{UL}}_n}=\underset{m^{\&prime;}\&Element;n}{\mathrm{\&Sigma;}}[\underset{k=k_0}{\overset{k_1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{{\mathrm{OTHER}}_n}\left(k\right)*G_{n,m^{\&prime;}}\left(k\right)]---\left(14\right)$

其中，k₀～k₁指的是基站考虑的干扰范围，即具有天线增益的角度范围。基站可以在360°范围内考虑自身受到的上行干扰，此时k₀设为0°，k₁设为360°。或者，如果加入理想反射板，扇区天线只在120°或者180°范围内存在天线增益，那么干扰也只存在于该角度范围内。

与方法一相比，方法二预先按照k_n，m计算出等效干扰后，再将其与对应角度的天线增益相乘，从而避免在天线增益表中频繁查找G_n，m’(k_n，m)，提高计算效率。

(二)下行链路干扰

首先，当每个基站与归属于自身的用户通信时，根据公式(15)和公式(16)计算出基站在其它方向上生成的等效辐射功率。

小区内等效辐射功率： $P_{n^{\&prime;}}\left(k_{n^{\&prime;},m}\right)=\underset{m^{\&prime;}\&NotEqual;m}{\underset{m^{\&prime;}\&Element;n^{\&prime;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{n^{\&prime;}}*G_{n^{\&prime;},m^{\&prime;}}\left(k_{n^{\&prime;},m}\right)---\left(15\right)$

小区外等效辐射功率： $P_n\left(k_{n,m}\right)=\underset{m^{\&prime;}\&Element;n}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_n*G_{n,m^{\&prime;}}\left(k_{n,m}\right)---\left(16\right)$

然后，将各个基站在用户m方向上的等效辐射功率与对应的路径损耗相乘，并将上述乘积累加，获得用户m的总下行干扰。

总的小区内下行干扰： $I_{{\mathrm{OWN}\_\mathrm{DL}}_m}=P_{n^{\&prime;}}\left(k_{n^{\&prime;},m}\right)*L_{n^{\&prime;},m}---\left(17\right)$

总的小区外下行干扰： $I_{{\mathrm{OTHER}\_\mathrm{DL}}_m}=\underset{n=1(n\&NotEqual;n^{\&prime;})}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_n\left(k_{n,m}\right)*L_{n,m}---\left(18\right)$

为了比较方法一和方法二的计算量，做如下假设：系统中共有N个基站(N□1)，M个用户，每个基站平均有M/N个用户。由于计算量主要体现在小区外干扰上，故忽略小区内干扰的计算。

在方法一中，上行干扰的乘法计算量＝N*M/N*(N-1)*M/N*2≈2M²，下行干扰的乘法计算量＝M*(N-1)*M/N*2≈2M²。

设K’＝k₁-k₀，方法二的上行计算量＝N*[(M-M/N)+M/N*K’]≈(N+K’)M，下行计算量＝N*M/N*K’+M*(N-1)≈(N+K’)M。

通过上述比较看出，方法二的乘法计算量由M的平方项降为M的一次项，所以在M取值较大时，方法二能够实现链路干扰的快速计算。

经过方法二的算法改进，上下行链路干扰的计算速度在很大程度上得到提高。但是，如果实际应用中涉及的基站或移动台数目较多，整个计算量仍然是相当庞大的。

为此，本发明针对站点较多的情况，进一步提供了一种上下行链路干扰的处理方法(称为方法三)，具体为：

首先，在计算上行链路干扰时，先根据精度需求确定最大允许的路径损耗门限，并在进行功率控制前，确定该基站的干扰用户。所述干扰用户指的是到达基站的路径损耗小于最大允许路径损耗门限的用户。

然后，按照方法一中的公式(2)和(3)，或者方法二中的公式(13)和(14)计算出仿真区域内该基站的上行干扰。

该方法中，基站在干扰计算时仅考虑干扰用户对自身的影响，即对于路径损耗较大的干扰源，基站在满足精度要求的前提下将其忽略不计。

计算下行链路干扰的方法与上行类似，即为特定用户找出路径损耗小于门限的基站，并按照方法一中的公式(6)和(7)，或者方法二中的公式(17)和(18)计算出仿真区域内的基站对该特定用户造成的下行干扰。

由上述的实施例可见，本发明的这种智能天线仿真系统中上下行功率控制的实现方法，在功率控制过程中针对智能天线的特点计算上下行链路干扰，使得仿真结果更为准确、有效，能够为TD-SCDMA系统的网络规划和优化提供有价值的指导。

Claims (16)

1.一种智能天线仿真系统中上行功率控制的实现方法，其特征在于，预先为仿真区域的基站设置天线增益表，所述天线增益表保存有归属于该基站的每个用户使用的天线方向图，所述天线方向图按照角度记录智能天线为该用户提供的天线增益，该方法包括以下步骤：

a1、为发射端用户设置初始发射功率；

b1、在接收端基站的天线增益表中查找所述发射端用户的天线方向图，确定接收端基站的干扰信号，并根据干扰信号的角度位置和所述天线方向图中记录的相应角度的天线增益，计算出上行干扰，再根据计算结果调整所述发射端用户的发射功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b1所述计算上行干扰并调整发射功率的方法具体为：

b11、根据发出干扰信号的用户的归属情况，将干扰信号划分为小区内干扰和小区外干扰，并分别确定接收端基站总的小区内上行干扰I_{OWN_UL}和总的小区外上行干扰I_{OTHER_UL}，再根据所述总的小区内上行干扰I_{OWN_UL}和总的小区外上行干扰I_{OTHER_UL}估计当前的上行信干比SIR_UL；

b12、利用当前的上行信干比SIR_UL计算发射端用户在下一步的发射功率P_next，并按照下一步的发射功率P_next设置发射端用户的发射功率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤b11所述确定总的小区内上行干扰I_{OWN_UL}的方法为：利用公式进行计算；

其中，G_n，m’(k_n，m1)为接收端基站n为归属于自身的用户m’使用的天线方向图在小区内干扰用户m1所在角度的天线增益，L_n，m1为小区内干扰用户m1到接收端基站n的路径损耗，P_m1为小区内干扰用户m1的发射功率，k_n，m1＝[θ_n，m1/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n，m1为基站n到干扰用户m1的角度；

所述确定总的小区外上行干扰I_{OTHER_UL}的方法为：

利用公式

进行计算；其中，G_n，m’(k_n，m2)为接收端基站n为归属于自身的用户m’使用的天线方向图在小区外干扰用户m2所在角度的天线增益，L_n，m2为小区外干扰用户m2到接收端基站n的路径损耗，P_m2为小区外干扰用户m2的发射功率，k_n，m2＝[θ_n，m2/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n，m2为基站n到干扰用户m2的角度。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤b11所述确定总的小区内上行干扰I_{OWN_UL}的方法为：

根据小区内干扰用户m1到接收端基站n的路径损耗L_n，m1，以及小区内干扰用户m1的发射功率P_m1，确定小区内等效干扰功率P_OWN(k_n，m1)，具体为：

其中，k_n，m1＝[θ_n，m1/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n，m1为基站n到干扰用户m1的角度；

将每个角度上的小区内等效干扰功率P_OWN(k_n，m1)与对应角度上的天线增益G_n，m’(k)相乘，获得总的小区内上行干扰I_{OWN_UL}，具体为：

其中，k为具有天线增益的角度，k₀～k₁为具有天线增益的角度范围；

所述确定总的小区外上行干扰I_{OTHER_UL}的方法为：

根据小区外干扰用户m2到接收端基站n的路径损耗L_n，m2，以及小区外干扰用户m2的发射功率P_m2，确定小区外等效干扰功率P_OTHER(k_n，m2)，具体为：

其中，k_n，m2＝[θ_n，m2/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n，m2为基站n到干扰用户m1的角度；

将每个角度上的小区外等效干扰功率P_OTHER(k_n，m2)与对应角度上的天线增益G_n，m’(k)相乘，获得总的小区外上行干扰I_{OTHER_UL}，具体为：

其中，k为具有天线增益的角度，k₀～k₁为具有天线增益的角度范围。

5.根据权利要求2至4任一项所述的方法，其特征在于，步骤b11所述估计当前的上行信干比SIR_UL的方法为：利用公式

进行计算；

其中，S为接收端基站接收到的信号功率，GP为处理增益，N₀为热噪声，β为干扰降低因子，I_{OWN_UL}为总的小区内上行干扰，I_{OTHER_UL}为总的小区外上行干扰。

6.根据权利要求2至4任一项所述的方法，其特征在于，步骤b12所述计算下一步的发射功率P_next的方法为：

利用公式

进行计算；

其中，SIR_target为目标信干比，P_min为发射端用户的最小发射功率，P_max为发射端用户的最大发射功率，P_last为发射端用户当前的发射功率，SIR_UL为当前的上行信干比。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b1所述确定接收端基站的干扰信号的方法为：预先设置路径损耗门限，将仿真区域中除发射端用户之外的其它用户到接收端基站的路径损耗小于上述路径损耗门限的用户发出的信号确定为干扰信号。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b1之后，该方法进一步包括：判断功率控制是否结束，如果是则输出功控性能参数，否则返回执行步骤b1。

9.一种智能天线仿真系统中下行功率控制的实现方法，其特征在于，预先为仿真区域的基站设置天线增益表，所述天线增益表保存有归属于该基站的每个用户使用的天线方向图，所述天线方向图按照角度记录智能天线为该用户提供的天线增益，该方法包括以下步骤：

a2、为发射端基站设置初始发射功率；

b2、查找仿真区域中所有基站的天线增益表中归属于对应基站的所有用户的天线方向图，确定接收端用户的干扰信号，并根据接收端用户的角度位置和上述天线方向图中记录的相应角度的天线增益，计算出下行干扰，再根据计算结果调整所述发射端基站的发射功率。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤b2所述计算下行干扰并调整发射功率的方法具体为：

b21、根据归属情况将干扰信号划分为小区内干扰和小区外干扰，并分别确定接收端用户m总的小区内下行干扰I_{OWN_DL}和总的小区外下行干扰I_{OTHER_DL}，再根据所述总的小区内下行干扰I_{OWN_DL}和总的小区外下行干扰I_{OTHER_DL}估计当前的下行信干比SIR_DL；

b22、利用当前的下行信干比SIR_DL计算发射端基站在下一步对接收端用户m的发射功率P_{next_m}，并按照下一步的发射功率P_{next_m}设置发射端基站的发射功率。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤b21所述确定总的小区内下行干扰I_{OWN_DL}的方法为：利用公式

进行计算；

其中，G_n’，m1’(k_n’，m)为发射端基站n’为归属于自身的干扰用户m1’使用的天线方向图在接收端用户m所在角度的天线增益，L_n’，m为接收端用户m到发射端基站n’的路径损耗，P_n’为发射端基站n’的发射功率，k_n’，m＝[θ_n’，m/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n’，m为基站n’到接收端用户m的角度；

所述确定总的小区外下行干扰I_{OTHER_DL}的方法为：

利用公式

进行计算；其中，G_n，m2’(k_n，m)为仿真区域中的其它基站n为归属于自身的用户m2’使用的天线方向图在接收端用户m所在角度的天线增益，L_n，m为接收端用户m到其它基站n的路径损耗，P_n为其它基站n的发射功率，k_n，m＝[θ_n，m/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n，m为基站n到接收端用户m的角度，N为仿真区域内的全部基站数目。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤b21所述确定总的小区内下行干扰I_{OWN_DL}的方法为：

根据发射端基站n’的发射功率P_n’，以及发射端基站n’为归属于自身的干扰用户m1’使用的天线方向图在接收端用户m所在角度的天线增益G_n’，m1’(k_n’，m)，确定小区内等效辐射功率P_n’(k_n’，m)，具体为：

其中，k_n’，m＝[θ_n’，m/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n’，m为基站n’到接收端用户m的角度；

将小区内等效辐射功率P_n’(k_n’，m)，与接收端用户m到发射端基站n’的路径损耗L_n’，m相乘，获得总的小区内下行干扰I_{OWN_DL}，具体为：I_{OWN_DL}＝P_n′(k_n′，m)*L_n′，m；其中，k_n’，m＝[θ_n’，m/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n’，m为基站n’到接收端用户m的角度；

所述确定总的小区外下行干扰I_{OTHER_DL}的方法为：

根据仿真区域中的其它基站n的发射功率P_n，以及其它基站n为归属于自身的用户m2’使用的天线方向图在接收端用户m所在角度的天线增益G_n，m2’(k_n，m)，确定小区外等效辐射功率P_n(k_n，m)，具体为：

其中，k_n，m＝[θ_n，m/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n，m为基站n到接收端用户m的角度；

将小区外等效辐射功率P_n(k_n，m)，与接收端用户m到其它基站n的路径损耗L_n，m相乘，获得总的小区外下行干扰I_{OTHER_DL}，具体为：

其中，k_n，m＝[θ_n，m/Δθ]，Δθ为该智能天线的存储精度，θ_n，m为基站n到接收端用户m的角度，N为仿真区域内的全部基站数目。

13.根据权利要求10至12任一项所述的方法，其特征在于，步骤b21所述估计当前的下行信干比SIR_DL的方法为：利用公式

进行计算；

其中，S为接收端用户接收到的信号功率，GP为处理增益，N₀为热噪声，α为非正交因子，I_{OWN_DL}为总的小区内下行干扰，I_{OTHER_DL}为总的小区外下行干扰。

14.根据权利要求10至12任一项所述的方法，其特征在于，步骤b22所述计算发射端基站n’在下一步对接收端用户m的发射功率P_{next_m}的方法为：

利用公式

进行计算；

其中，SIR_target为目标信干比，P_min为单用户时发射端基站n’的最小发射功率，P_max为单用户时发射端基站n’的最大发射功率，P_last为发射端基站n’对接收端用户m的当前发射功率，SIR_DL为当前的下行信干比。

15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤b2所述确定接收端用户的干扰信号的方法为：预先设置路径损耗门限，将仿真区域中到达接收端用户的路径损耗小于上述路径损耗门限的基站发出的信号确定为干扰信号。

16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤b2之后，该方法进一步包括：判断功率控制是否结束，如果是则输出功控性能参数，否则返回执行步骤b2。

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