CN101110622A - 一种前向接入信道的波束赋型方法 - Google Patents

一种前向接入信道的波束赋型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种前向接入信道的波束赋型方法，该方法预先在Iub接口的随机接入信道RACH数据帧中增加波达角信息，以及在Iub接口的FACH数据帧中增加赋型参数，该方法包括以下步骤：A、无线网络控制器RNC通过上行RACH数据帧获取终端的波达角信息；B、RNC根据所述波达角信息，确定向基站节点Node B发送的下行FACH数据帧的赋型参数；C、Node B根据从RNC接收的FACH数据帧中的赋型参数，为承载所述FACH信道的辅助公共控制信道S－CCPCH信道赋型。应用本发明能够实现对前向接入信道的波束赋型，能够有效抑制承载所述前向接入信道的辅助公共控制信道对其他公共信道的干扰。

Description

一种前向接入信道的波束赋型方法
技术领域
本发明涉及波束赋型技术，特别涉及一种前向接入信道的波束赋型方法。
背景技术
时分同步码分多址接入(TD-SCDMA)技术、和宽带码分多址接入(WCDMA)技术是第三代移动通信的技术标准。在使用智能天线的TD-SCDMA系统和WCDMA系统中，通过智能天线的下行波束赋型，能够极大地减少用户之间的下行干扰。
在TD-SCDMA系统和WCDMA系统中，无线接入网由基站节点(Node B)和无线网络控制器(RNC)两个子系统组成。其中，Node B与RNC之间使用Iub接口进行交互，无线接入网与终端之间使用空中接口进行交互。
第三代合作伙伴计划(3GPP)和中国行业标准均定义了Iub接口规范，以保证不同Node B与RNC之间的互连特性。Iub接口规范包括Node B与RNC之间的信令接口(NBAP)，以及Node B与RNC之间的数据帧接口(FP)。
TD-SCDMA系统中，由Node B至RNC的上行公共传输信道包括随机接入信道(RACH)。每个RACH数据帧上承载一个用户的信令或者数据信息，通过在不同时刻为RACH分配不同的终端，可以达到多个用户共用一个RACH信道的目的。
由RNC至Node B的下行公共传输信道包括广播信道(BCH)、寻呼信道(PCH)和前向接入信道(FACH)。
其中，BCH信道用于广播系统配置信息，BCH数据帧需要向整个小区发送；
PCH信道用于在小区中寻呼终端，由于在发送PCH数据帧时，终端的位置还没有被网络获知，因此，PCH数据帧也需要向整个小区发送；
FACH信道用于传输网络与终端之间的信令和数据信息，是网络与某个特定终端之间进行信息传递的信道，因此，FACH数据帧不需要向整个小区发送，可以只进行定向发送。
现有波束赋型方法的主要思想是：Node B根据RNC配置的上下行专用信道的关联关系，在从上行专用信道接收来自于终端的上行信号时计算该信号的波达角(AOA)，然后，以该波达角确定下行专用信道的赋型参数。由此可见，使用现有波束赋型方法，智能天线只能对专用信道上传输的数据进行波束赋型。
FACH信道承载于辅助公共控制信道(S-CCPCH)之上，由于现有技术中智能天线只能对专用信道上传输的数据进行波束赋型，而不能对FACH信道上传输的数据进行波束赋型，因此，与FACH相对应的S-CCPCH只能全向发送，如此，没有充分利用FACH数据帧可以只进行定向发送这一特点，增加了系统的干扰，进而无法获得智能天线的处理增益。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种前向接入信道的波束赋型方法，以减少系统干扰。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种前向接入信道FACH的波束赋型方法，其特征在于，预先在Iub接口的随机接入信道RACH数据帧中增加波达角信息，以及在Iub接口的FACH数据帧中增加赋型参数，该方法包括以下步骤：
A、无线网络控制器RNC通过上行RACH数据帧获取终端的波达角信息；
B、RNC根据所述波达角信息，确定向基站节点Node B发送的下行FACH数据帧的赋型参数；
C、Node B根据从RNC接收的FACH数据帧中的赋型参数，为承载所述FACH信道的辅助公共控制信道S-CCPCH信道赋型。
其中，所述在RACH数据帧中增加波达角信息的方法可以为：在RACH数据帧中增加波达角有效AI字段、和波达角AOA字段。
其中，所述AOA字段长度可以设置为12bit，AOA精度可以设置为0.1度，AOA的度数可以由该字段的值乘以精度得到。
其中，所述在FACH数据帧中增加赋型参数的方法可以为：在FACH数据帧中增加赋型标识字段、赋型宽度字段和赋型中心角度AOC字段；
所述赋型宽度字段的取值可以包括：1度、2度、4度、8度、或者16度；
所述AOC字段的取值可以为0度至360度之间的任意角度。
其中，可以预先在RNC中设置RACH波达角信息表，所述波达角信息表可以设置终端标识、系统帧号、AOA、和上行同步定时提前表项；
进一步地，在步骤A之后可以包括：当RNC根据所述RACH数据帧的AI字段确定AOA字段有效时，更新所述RACH波达角信息表，
记录终端标识和所述AOA；
记录当前系统帧号作为所述系统帧号；
记录RACH数据帧中定时提前量字段的值作为所述上行同步定时提前。
其中，步骤B中RNC根据所述波达角信息确定FACH数据帧的赋型参数的方法可以为：
a、RNC根据所述FACH数据帧的终端标识查找所述RACH波达角信息表；
b、当存在相应记录项时，根据所述记录项的系统帧号和上行同步定时提前，判断所述记录项的AOA是否有效：
若所述AOA有效，则将所述赋型参数的赋型标识字段置为是，AOC字段的值置为所述AOA的值；
否则，将所述赋型参数的赋型标识字段置为否。
其中，步骤b中RNC判断所述记录项的AOA是否有效的方法可以为：
b1、以当前的系统帧号与所述记录项的系统帧号之差，计算记录该波达角的时间与当前时间之差T；
b2、以所述记录项的上行同步定时提前乘以200，得出记录该波达角时基站与终端的初始距离L；
b3、设定终端的最大移动速度V，并计算终端的最大移动范围Lm＝V*T；
b4、若Lm＜1/4L，判定所述AOA有效；
若Lm＞1/4L，判定所述AOA无效。
其中，步骤b4判定所述AOA有效之后，可以进一步包括确定所述赋型参数中赋型宽度的值：
若1/8L＜Lm＜1/4L，则将所述赋型参数中赋型宽度字段的值置为8度；
若1/16L＜Lm＜1/8L，则将所述赋型参数中赋型宽度字段的值置为4度；
若1/32L＜Lm＜1/16L，则将所述赋型参数中赋型宽度字段的值置为2度；
若Lm＜1/32L，则将所述赋型参数中赋型宽度字段的值置为1度。
进一步地，可以预先在RNC中设置赋型宽度与发射功率对应关系表，所述对应关系表可以设置赋型宽度和发射功率级表项；
所述发射功率级可以由FACH数据帧的发射功率与最大FACH功率相除得到，其值与Node B智能天线的赋型增益成反比；
在确定所述赋型参数中赋型宽度的值之后，可以进一步包括：以所述赋型宽度查找所述对应关系表，确定所述FACH数据帧的下行发射功率。
进一步地，所述RNC可以在不大于40.96秒的时间内，扫描所述RACH波达角信息表，删除40.96秒之前的记录项。
其中，所述RNC和Node B可以为：使用智能天线的时分同步码分多址接入TD-SCDMA系统、或者宽带码分多址接入WCDMA系统中的RNC和NodeB。
由上述技术方案可见，本发明前向接入信道的波束赋型方法，预先在Iub接口的RACH数据帧中增加波达角信息，以及在Iub接口的FACH数据帧中增加赋型参数，RNC通过上行RACH数据帧获取终端的波达角信息，并根据所述波达角信息确定向Node B发送的下行FACH数据帧的赋型参数，然后，由NodeB根据从RNC接收的FACH数据帧中的赋型参数，为承载所述FACH信道的辅助公共控制信道S-CCPCH信道赋型，实现了对前向接入信道的波束赋型，如此，能够有效抑制承载该前向接入信道的辅助公共控制信道对其他公共信道的干扰，有效提高了TD-SCDMA移动通信系统的通信成功率与通信质量。
附图说明
图1为本发明前向接入信道的波束赋型方法的示意性流程图。
图2为本发明Iub接口上RACH数据帧的结构示意图。
图3为本发明Iub接口上FACH数据帧的结构示意图。
图4为本发明RNC确定FACH数据帧中赋值参数的方法示意图。
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，对本发明作进一步详细说明。
本发明的主要思想是：预先在Iub接口的RACH数据帧中增加波达角信息，以及在Iub接口的FACH数据帧中增加赋型参数；RNC通过上行RACH数据帧获取终端的波达角信息，并根据所述波达角信息确定向Node B发送的下行FACH数据帧的赋型参数，Node B根据从RNC接收的FACH数据帧中的赋型参数，为承载所述FACH信道的辅助公共控制信道S-CCPCH信道赋型。
本发明的波束赋型方法的优选适用系统为：使用智能天线的TD-SCDMA系统和WCDMA系统。
图1为本发明前向接入信道的波束赋型方法的示意性流程图。参见图1，该方法包括以下步骤：
步骤101：Node B向RNC发送携带波达角信息的RACH数据帧。
步骤102：RNC记录所述波达角信息，并根据所述波达角信息估算待发送FACH数据帧的赋型参数。
步骤103：RNC将所述赋型参数置于所述FACH数据帧中，发送至Node B。
步骤104：Node B根据所述赋型参数，为承载所述FACH信道的S-CCPCH信道赋型。
至此，完成对前向接入信道的波束赋型。
为了在RACH数据帧中携带波达角信息，以及在FACH数据帧中携带赋型参数，需要修改Iub接口规范中RACH数据帧和FACH数据帧的格式。
图2为本发明Iub接口上RACH数据帧的结构示意图。参见图2，该RACH数据帧由帧头201和RACH有效载荷202组成，并且，帧头201中包含定时提前量203，RACH有效载荷202中包含本发明新增的字段：波达角信息204字段。
其中，波达角信息204包括波达角有效(AI)和AOA两个字段：
AI为AOA有效指示，例如，可以设定：当AI＝1时，表示该帧携带的AOA有效；
AOA字段用于携带终端与基站之间的角度信息，该字段的长度和AOA精度可以根据需要预先设定；本实施例中，以该字段长度为12bit，AOA精度为0.1度为例进行说明，波达角的度数可以由该字段的值乘以精度0.1得到；
定时提前量203，用于携带终端与基站之间的距离信息。
图3为本发明Iub接口上FACH数据帧的结构示意图。参见图3，该FACH数据帧由帧头301和FACH有效载荷302组成，并且，帧头301中包含发射功率级(Transmit Power Level)303，FACH有效载荷302中包含本发明新增的字段：赋型参数304字段。
其中，赋型参数304用于携带Node B发送下行FACH数据帧时所使用的赋型参数信息；
发射功率级303表示Node B发送下行FACH数据帧的发射功率。
表1为图3所示赋型参数304的字段组成表。参见表1，该赋型参数304可以由以下几个字段组成：赋型标识、赋型宽度、赋型中心角度(AOC)。
  字段   说明
  赋型标识   是否赋型
  赋型宽度   FACH赋型的宽度(取值可以为1度，2度，4度，8度，16度，32度等)
  赋型中心角度(AOC)   赋型中心角度(取值范围在0..360度之间)
表1
其中，赋型标识，表示是否对该FACH数据帧赋型；
赋型宽度，表示FACH数据帧的赋型宽度，取值可以为1度、2度、4度、8度、16度、32度等；
AOC，表示赋型的中心角度，取值可以为0度至360度之间的任意角度。
图4为本发明RNC确定FACH帧中赋型参数的方法示意图。参见图4，该方法包括以下步骤：
步骤401：RNC接收来自于Node B的携带波达角信息的RACH数据帧。
步骤402：RNC记录该波达角信息以及当前的系统时间。
本发明在RNC中维护着RACH波达角信息表，用于记录每个UE的最新上行RACH数据的波达角信息以及相关的系统时间。表2为本发明RNC中的RACH波达角信息表的表项组成示意表。参见表2，该RACH波达角信息表由用户终端标识(UE ID)、系统帧号(SFN)、AOA和上行同步定时提前(RACHSyncUL Timing Deviation)组成。
  表项   说明
  UE ID   终端标识
  SFN   本记录的系统帧号，最大为4095
  AOA   波达角
  上行同步定时提前   是RACH上报的定时提前量信息，通过该信息可以计算出终端与基站的距离
表2
其中，UE ID表示终端标识；
SFN表示本记录的系统帧号，即记录该波达角信息时的当前系统SFN，最大值为4095；
AOA表示RACH数据帧的波达角，即RACH数据帧中AOA字段的值；
上行同步定时提前，即图2所示RACH数据帧中上报的定时提前量203，通过该信息可以计算出终端与基站之间的距离。
由于终端处于移动状态，经过一定时间之后终端可能不再处于由原来的波达角计算的波束赋型范围之内，为了保证系统记录的波达角的有效性，本发明RNC在一定时间内，如不大于40.96秒的时间内，扫描该RACH波达角信息表，删除已经失效，即40.96秒之前的记录项。
本步骤中，RNC接收RACH数据帧之后，首先判断AI字段是否为1，当AI＝1时，表明该帧携带的AOA有效，RNC以该AOA及相关信息更新RACH波达角信息表，即记录该RACH数据帧对应的用户终端标识(UE ID)、AOA、SFN和定时提前量。
步骤403：RNC判断是否存在待发送的FACH数据帧，当存在待发送的FACH数据帧时，继续执行步骤404。
步骤404：以所述FACH数据帧的UE ID查找RACH波达角信息表，当存在相应记录项时，判断该记录项所记录的波达角信息是否有效，若RACH波达角信息表中记录的波达角信息有效，继续执行步骤405；若RACH波达角信息表中记录的波达角信息无效，继续执行步骤406。
本步骤中，判断RACH波达角信息是否有效的方法如下：
假设V表示终端的最大移动速度，本实施例中以50m/s为例；
T表示保存该波达角的时间与当前时间之差，该值可以通过当前的系统SFN与该记录的SFN之差换算得来，
T＝(当前系统SFN-本记录SFN+4096)mod 4096/100；
L表示基站与终端之间的初始距离，L＝上行同步定时提前*200m；
Lm表示终端的最大移动范围，Lm＝V*T；
可以根据终端的切向移动距离，估算使波达角信息有效的Lm区间。例如，本实施例中，
若Lm＜1/4L，则该RACH波达角信息有效；
若Lm＞1/4L，则该RACH波达角信息无效。
步骤405：RNC估算该FACH数据帧的赋型参数及下行发射功率。
本步骤中，RNC置待发送FACH数据帧中“是否赋型”字段为“是”，并根据步骤404的计算结果，确定FACH的赋型宽度：
若1/8L＜Lm＜1/4L，则置FACH数据帧的“赋型宽度”字段为8度；
若1/16L＜Lm＜1/8L，则置FACH数据帧的“赋型宽度”字段为4度；
若1/32L＜Lm＜1/16L，则置FACH数据帧的“赋型宽度”字段为2度；
若Lm＜1/32L，则置FACH数据帧的“赋型宽度”字段为1度。
本步骤中，也可以根据其他Lm区间确定赋型宽度。
本发明在RNC中设置赋型宽度与发射功率对应关系表，确定赋型宽度之后，可以通过查询该表确定FACH数据帧的下行发射功率，即确定如图3所示的发射功率级字段303的值。该对应关系表一般由操作维护中心，根据Node B所采用的波束赋型算法设置于RNC中。本发明旨在提供一种确定前向接入信道波束赋型参数的方法，不涉及具体的波束赋型算法，因此，对于由波束赋型算法决定的赋型宽度与发射功率的对应关系，请参照相关文献，在此不再赘述。
表3为本发明RNC中赋型宽度与发射功率对应关系表的表项组成示意表。参见表3，该对应关系表由赋型宽度和发射功率组成；
  表项   说明
  赋型宽度   赋型宽度，Node B用于确定下行波束赋型的宽度。
  发射功率级   与赋型宽度对应的FACH发射功率要求
表3
其中，赋型宽度，Node B用于确定下行波束赋型的宽度；
发射功率级，是与赋型宽度对应的FACH发射功率要求，其值为FACH数据帧的发射功率与最大FACH功率之比，单位为分贝(dB)，该值与Node B智能天线的赋型增益成反比。
至此，FACH帧中赋型参数已确定，结束本流程。
步骤406：RNC置FACH数据帧中“是否赋型”字段为“否”，Node B将全向发送所述FACH数据帧。
至此，结束本流程。
由上述实施例可见，本发明预先在Iub接口的RACH数据帧中增加波达角信息，以及在Iub接口的FACH数据帧中增加赋型参数，RNC通过上行RACH数据帧获取终端的波达角信息；然后，RNC根据所述波达角信息，确定向基站节点Node B发送的下行FACH数据帧的赋型参数；最后，由Node B根据从RNC接收的FACH数据帧中的赋型参数，为承载所述FACH信道的辅助公共控制信道S-CCPCH信道赋型，实现了对前向接入信道的波束赋型，有效抑制了承载FACH信道的S-CCPCH信道对其他公共信道的干扰，有效提高了TD-SCDMA移动通信系统的通信成功率与通信质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种前向接入信道FACH的波束赋型方法，其特征在于，预先在Iub接口的随机接入信道RACH数据帧中增加波达角信息，以及在Iub接口的FACH数据帧中增加赋型参数，该方法包括以下步骤：
A、无线网络控制器RNC通过上行RACH数据帧获取终端的波达角信息；
B、RNC根据所述波达角信息，确定向基站节点Node B发送的下行FACH数据帧的赋型参数；
C、Node B根据从RNC接收的FACH数据帧中的赋型参数，为承载所述FACH信道的辅助公共控制信道S-CCPCH信道赋型。
2.根据权利要求1所述的波束赋型方法，其特征在于，所述在RACH数据帧中增加波达角信息的方法为：在RACH数据帧中增加波达角有效AI字段、和波达角AOA字段。
3.根据权利要求2所述的波束赋型方法，其特征在于，
所述AOA字段长度设置为12bit，AOA精度设置为0.1度，AOA的度数由该字段的值乘以精度得到。
4.根据权利要求1所述的波束赋型方法，其特征在于，所述在FACH数据帧中增加赋型参数的方法为：在FACH数据帧中增加赋型标识字段、赋型宽度字段和赋型中心角度AOC字段；
所述赋型宽度字段的取值包括：1度、2度、4度、8度、或者16度；
所述AOC字段的取值为0度至360度之间的任意角度。
5.根据权利要求2所述的波束赋型方法，其特征在于，预先在RNC中设置RACH波达角信息表，所述波达角信息表设置终端标识、系统帧号、AOA、和上行同步定时提前表项；
步骤A之后进一步包括：当RNC根据所述RACH数据帧的AI字段确定AOA字段有效时，更新所述RACH波达角信息表，
记录终端标识和所述AOA；
记录当前系统帧号作为所述系统帧号；
记录RACH数据帧中定时提前量字段的值作为所述上行同步定时提前。
6.根据权利要求5所述的波束赋型方法，其特征在于，步骤B中RNC根据所述波达角信息确定FACH数据帧的赋型参数的方法为：
a、RNC根据所述FACH数据帧的终端标识查找所述RACH波达角信息表；
b、当存在相应记录项时，根据所述记录项的系统帧号和上行同步定时提前，判断所述记录项的AOA是否有效：
若所述AOA有效，则将所述赋型参数的赋型标识字段置为是，AOC字段的值置为所述AOA的值；
否则，将所述赋型参数的赋型标识字段置为否。
7.根据权利要求6所述的波束赋型方法，其特征在于，步骤b中RNC判断所述记录项的AOA是否有效的方法为：
b1、以当前的系统帧号与所述记录项的系统帧号之差，计算记录该波达角的时间与当前时间之差T；
b2、以所述记录项的上行同步定时提前乘以200，得出记录该波达角时基站与终端的初始距离L；
b3、设定终端的最大移动速度V，并计算终端的最大移动范围Lm＝V*T；
b4、若Lm＜1/4L，判定所述AOA有效；
若Lm＞1/4L，判定所述AOA无效。
8.根据权利要求7所述的波束赋型方法，其特征在于，步骤b4判定所述AOA有效之后，进一步包括确定所述赋型参数中赋型宽度的值：
若1/8L＜Lm＜1/4L，则将所述赋型参数中赋型宽度字段的值置为8度；
若1/16L＜Lm＜1/8L，则将所述赋型参数中赋型宽度字段的值置为4度；
若1/32L＜Lm＜1/16L，则将所述赋型参数中赋型宽度字段的值置为2度；
若Lm＜1/32L，则将所述赋型参数中赋型宽度字段的值置为1度。
9.根据权利要求8所述的波束赋型方法，其特征在于，进一步预先在RNC中设置赋型宽度与发射功率对应关系表，所述对应关系表设置赋型宽度和发射功率级表项；
所述发射功率级由FACH数据帧的发射功率与最大FACH功率相除得到，其值与Node B智能天线的赋型增益成反比；
在确定所述赋型参数中赋型宽度的值之后，进一步包括：以所述赋型宽度查找所述对应关系表，确定所述FACH数据帧的下行发射功率。
10.根据权利要求5所述的波束赋型方法，其特征在于，所述RNC进一步在不大于40.96秒的时间内，扫描所述RACH波达角信息表，删除40.96秒之前的记录项。
11.根据权利要求1所述的波束赋型方法，其特征在于，所述RNC和NodeB为：使用智能天线的时分同步码分多址接入TD-SCDMA系统、或者宽带码分多址接入WCDMA系统中的RNC和Node B。
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