CN101472287B - 基于智能天线技术的通信系统组网方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基于智能天线技术的通信系统组网方法，包括：将分配给通信系统的频谱资源分成N个用于通信的频谱资源块，N为正整数；通信系统中的每个蜂窝小区中，利用智能天线的波束成形技术，将该蜂窝小区裂化为M个虚扇区，M为正整数；所述智能天线针对每个属于该蜂窝小区的虚扇区使用N个频谱资源块中的一个频谱资源块，且属于该蜂窝小区的两个相邻虚扇区上，智能天线使用的频谱资源块不同。本发明实施例还提供一种基于智能天线技术的通信系统组网装置。本发明实施例提供的技术方案，在保证频谱隔离度的同时，极大程度地提高频谱资源的利用率，以及增大基站系统容量。

Description

基于智能天线技术的通信系统组网方法及装置

技术领域

本发明涉及通信网络的组网技术领域，尤其涉及一种基于智能天线技术的通信系统组网方法及装置。

背景技术

基站天线是移动通信系统的重要组成部分。基于基站天线，基站可将基站到用户设备的下行方向的信号送达用户设备，以及基站可接收到来自用户设备的上行方向的信号，进而实现基站与用户设备之间的信息交互。常用的基站天线是物理天线，物理天线出厂时，其相关参数通常是给定的。相应地，物理天线对外发射电磁信号时，电磁信号的覆盖范围通常是固定的。

在移动通信技术发展初期，常采用的物理天线是全向天线，所谓全向天线，主要是说该天线所发射的无线射频信号以球形辐射状向空中传播。并且，天线发射的信号具有各向等效性，即，信号被向整个空间均匀发射。全向天线覆盖的一个小区中，小区占用的频谱资源通常是固定的。由于移动通信技术发展初期，移动用户数量相对较少，并且业务开展不频繁，因此，因频谱资源单一而导致的移动用户之间的通信干扰矛盾不是很突出。但是，随着移动用户数量的不断增多以及用户开展业务越来越频繁，偌大的小区内采用单一的频谱资源，用户之间的信号干扰严重，话务质量较差，基站系统容量不够。

为增大基站系统容量，现有移动通信网络的组网方案中，用物理定向天线取代传统的全向天线。所谓定向天线，主要是讲这种天线能够以固定的角度发射无线射频信号。在一个基站上配置多个定向天线，将原先由一个全向天线覆盖的整个小区，裂化为多个小区，每个小区占用不同的频谱资源，从而，增大整个基站系统的容量。参见图1a，图1a是现有一种三扇区组网示意图。参见图1b，图1b是现有另一种三扇区组网示意图。图1a与图1b中，基站采用三个定向天线，每个定向天线的覆盖角度是120度，相应地，蜂窝小区可被均分为三个扇区，每个扇区占用不同的频谱资源块，并且，各个蜂窝小区交界处，不同蜂窝小区中上的扇区各自占用的频谱资源块不同，从而，可避免蜂窝小区边界处的信号干扰。

采用多个定向天线，裂化蜂窝小区，一段时期内基站容量能够与增长的用户数量相适应。但是，随着移动用户数量的不断增多，现有组网方案仍存在类似于采用全向天线的基站系统可能会出现的问题，即基站系统容量不够。

智能天线(smart antenna)技术的发展以及应用，在一定程度上使基站容量得到扩大。智能天线又称为自适应天线阵，由多个天线阵元组成，每一个天线后接一个延时抽头加权网，适应或智能的主要含义是指可以通过软件控制加权系数的改变以及自适应调整。在移动通信系统中，由于用户通常分布在各个方向，加之无线移动信道的多径效应，有用信号存在一定的空间分布，因此，一方面，当基站接收信号时，来自各个用户的有用信号到达基站的方向可能不同，且信号与其到达角度之间存在复杂的依赖关系；另一方面，当基站发射信号时，可被用户有效接收的也只是部分的信号。智能天线在接收信号时，借助有用信号和干扰信号在入射角度上的差异，选择恰当的合并权值，形成正确的天线接收模式，即将主波束对准有用信号，将低增益副瓣对准主要的干扰信号，从而可更有效地抑制干扰，在发射信号时，基于波束成形技术，通过自适应波束成形，在使主波束对准目标用户的情况下，使零陷和旁瓣尽可能对准干扰源，将大部分发射能量集中给目标用户，从而智能天线能够在空间同时复用相同的频谱资源块，一方面提高频谱资源的利用率，另一方面能够限制信号干扰。

智能天线的波束成形在基带处理部分实现。基带处理部分通过自适应处理算法，形成可以加权参数，在幅度，相位和信号空间到达角等多个指标上进行每秒调整数百次的调整，从而完成上行处理和下行波束形成。参见图2，图2是智能天线所包含的天线阵元数与波束宽度之间的关系图。图2中，n表示天线阵元数，可见，天线阵元数越大，则波速宽度约小，相应地，越能将能量集中分配给目标用户，但同时智能天线成本相对也较高。实际应用中，通常采用的智能天线中，包含的天线阵元个数通常在4至16之间。

虽然采用智能天线的小区中，基站系统容量相对较高，但是，在用户密集区，因用户之间的距离相对较短，仍难以避免信号间的干扰，即仍存在基站容量不够的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种基于智能天线技术的通信系统组网方法，提高频谱利用率，且增加通信系统的容量。

一种基于智能天线技术的通信系统组网方法，包括：

将分配给通信系统的频谱资源分成N个用于通信的频谱资源块，N为正整数；

通信系统中的每个蜂窝小区中，利用智能天线的波束成形技术，将该蜂窝小区裂化为M个虚扇区，M为正整数；

所述智能天线针对每个属于该蜂窝小区的虚扇区使用N个频谱资源块中的一个频谱资源块，且属于该蜂窝小区的两个相邻虚扇区上，智能天线使用的频谱资源块不同。

本发明实施例提供一种基于智能天线技术的通信系统组网装置，提高频谱利用率，且增加通信系统的容量。

一种基于智能天线技术的通信系统组网装置，包括：资源划分单元、智能天线；其中，

所述资源划分单元，将分配给通信系统的频谱资源分成N个用于通信的频谱资源块，N为正整数；

所述智能天线，将所述通信系统的每个蜂窝小区裂化为M个虚扇区，M为正整数，且针对每个属于该蜂窝小区的虚扇区使用资源划分单元划分出的N个频谱资源块中的一个频谱资源块，且属于该蜂窝小区的两个相邻虚扇区上，使用的频谱资源块不同。

本发明实施例所提供的基于智能天线技术的通信系统组网方法及通信系统中，利用智能天线基于软件控制，相比较物理天线更易于调整覆盖角度的优点，将一个蜂窝小区裂化为M个虚扇区，从而，一方面，在每个虚扇区内，可基于智能天线的波束成形技术，在空间同时复用分配给该扇区的频谱资源，另一方面，由于将蜂窝小区裂化为M个虚扇区，因此，又可实现在整个蜂窝小区中，同时复用N个频谱资源块中的一个或多个频谱资源块，即能够在多个互不相邻的扇区内使用相同的频谱资源块，在保证频谱隔离度的同时，极大程度地提高频谱资源的利用率，以及增大基站系统容量。

附图说明

图1a是现有一种三扇区组网示意图；

图1b是现有另一种三扇区组网示意图；

图2是智能天线所包含的天线阵元数与波束宽度之间的关系图；

图3是本发明实施例中基于智能天线技术的通信系统组网方法流程图；

图4是本发明实施例中组网方案中蜂窝小区的频谱资源复用示意图；

图5是本发明实施例中组网方案中另一蜂窝小区的频谱资源复用示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例提供的技术方案作进一步详细描述。

本发明实施例提供基于智能天线技术的通信系统组网方法以及对应的通信系统。

本发明实施例中，利用智能天线自身的优点，对现有组网方案进行改进，重新部署蜂窝小区。参见图3，图3是本发明实施例中基于智能天线技术的通信系统组网方法流程图，该流程可包括以下步骤：

步骤301、在组网时，将分配给通信系统的频谱资源分成N个用于通信的频谱资源块。

本发明实施例中，对于一个通信系统，可将可用于无线通信的频谱资源全部分配给该系统，然后可将所有频谱资源分为N个频段，也即N个频谱资源块。

步骤302、通信系统中的每个蜂窝小区中，利用智能天线的波束成形技术，将每个蜂窝小区裂化为M个虚扇区。通常，M是大于1的正整数。

步骤303、智能天线针对每个属于该蜂窝小区的虚扇区使用N个频谱资源块中的一个频谱资源块，且属于该蜂窝小区的两个相邻虚扇区上，智能天线使用的频谱资源块不同。

本发明实施例中，利用智能天线基于软件控制，相比较物理天线更易于调整覆盖角度的优点，将一个蜂窝小区裂化为M个虚扇区，所谓虚扇区是相对物理天线通过物理隔离方式隔离出的物理扇区而言的，即虚扇区是通过软件控制智能天线而隔离出的扇区。每个虚扇区的角度可与该智能天线的波束成形的波束宽度相当，但未必会严格等于该智能天线的波束宽度。从而，一方面，在每个虚扇区内，可基于智能天线的波束成形技术，在一个虚扇区内同时复用分配给该虚扇区的频谱资源，另一方面，又可在一个蜂窝小区的不相邻的多个扇区内，同时复用N个频谱资源块中的相同频谱资源块，即能够在多个互不相邻的虚扇区内使用相同的频谱资源块，在保证频谱隔离度的同时，极大程度地提高频谱资源的利用率，以及增大基站系统容量。

进一步，实际应用中，为方便控制，可按照N的整数倍个数来裂化蜂窝小区，如M是N的k倍，则N个频谱资源块中的每个频谱资源块可在一个蜂窝小区中被复用k次。具体如何复用，可参见后续实施例。

本发明实施例还提供一种基于智能天线技术的通信系统组网装置，包括：资源划分单元、智能天线；其中，

所述资源划分单元，将分配给通信系统的频谱资源分成N个用于通信的频谱资源块，N为正整数；

所述智能天线，将所述通信系统的每个蜂窝小区裂化为M个虚扇区，M为正整数，且针对每个属于该蜂窝小区的虚扇区使用资源划分单元划分出的N个频谱资源块中的一个频谱资源块，且属于该蜂窝小区的两个相邻虚扇区上，使用的频谱资源块不同。

智能天线可包括：扇区裂化单元和资源分配单元，其中，

所述扇区裂化单元，将所述通信系统的每个蜂窝小区裂化为M个虚扇区，M为正整数；

资源分配单元，针对每个属于该蜂窝小区的虚扇区使用N个频谱资源块中的一个频谱资源块，且属于该蜂窝小区的两个相邻虚扇区上，使用的频谱资源块不同。

下面结合本发明实施例提供的具体组网方案，详细说明本发明实施例中如何实现通信系统的组网。

参见图4，图4是本发明实施例给出的组网方案中蜂窝小区的频谱资源复用示意图。图4中，采用包含四个天线阵元的智能天线，将一个蜂窝小区裂化为9个虚扇区，其中，每个虚扇区的覆盖角度是40度。图4中，分配给一个蜂窝小区的频谱资源块有三块，分别标示为1、2和3。需要说明的是，本发明实施例中，可将所有的可用于无线通信的频谱资源而非部分频谱资源分为上述三块。在一个蜂窝小区内，智能天线用在相邻两个虚扇区上的频谱资源块不同，或者说，两个相邻虚扇区占用的频谱资源块不同。

将本发明实施例中的图4组网方案与现有图1a组网方案相比较，一方面，图4中，蜂窝小区被分配的频谱资源块与图1a中蜂窝小区被分配的频谱资源块相同，均是1、2和3，但是，图4组网方案中，各频谱资源块在空见的复用情况却与图1a所示频谱资源块的复用情况不同。

以频谱资源块1为例，设图1a与图4中，蜂窝小区的平面面积相同。图1a中，频谱资源块1在整个蜂窝小区内被复用在一个覆盖角度为120度的物理扇区内，记该物理扇区为参考扇区；而图4中，频谱资源块1被分别复用在三个覆盖角度为40度的虚扇区内，记其中一个虚扇区为子扇区。本发明实施例中，在子扇区内即能够接入与在参考扇区内接入的用户数相当的用户数，而子扇区的平面面积相比较参考扇区的平面面积，却只有参考扇区的平面面积的三分之一。进一步讲，图4中，三个复用频谱资源块1的覆盖角度为40度的虚扇区所能够接入的用户数，将能够达到图1a中，参考扇区内能够接入的用户数的三倍。因此，本发明实施例的组网方案，相比较现有组网方案，能够在不过多占用频谱资源的前提下，极大程度地增大基站系统的容量以及提高频普利用率。

本发明实施例的通信系统中，记其中一个蜂窝小区为第一蜂窝小区，该第一蜂窝小区使用第一智能天线，记与第一蜂窝小区相邻的一个蜂窝小区为第二蜂窝小区，该第二蜂窝小区使用第二智能天线。在组网时，可能出现如下情况，即第一智能天线在属于该第一蜂窝小区的第一虚扇区上使用的第一频谱资源块，和，第二智能天线在属于第二蜂窝小区的第二虚扇区上使用的第二频谱资源块相同，且第二虚扇区与第一虚扇区相接。这种情况下，第一扇区与第二扇区之间容易发生同频干扰现象。参见图4，图4中蜂窝小区A与蜂窝小区B相邻，并且蜂窝小区A上，虚扇区a使用频谱资源块2，而与该虚扇区a相邻的属于蜂窝小区B的虚扇区b上，使用的也是频谱资源块2，两个虚扇区上的频谱资源没有被隔离开，因此，实际应用中，若不采取相应的措施，两个虚扇区间的同频干扰将较大。

本发明实施例中，针对相接的虚扇区a与虚扇区b被分配了相同的频谱资源的情况，给出相应的抗干扰措施，即首先界定各虚扇区的中心区域与边缘区域，虚扇区a与虚扇区b的相邻区域为各自的边缘区域，则可将频谱资源块2进一步划分为两个子资源块，记为子资源块(1)与子资源块(2)，则覆盖虚扇区a的第一智能天线在虚扇区a的边缘区域使用子资源块(1)，覆盖虚扇区b的第二智能天线在虚扇区b的边缘区域使用子资源块(2)，从而可保证虚扇区a的边缘区域与虚扇区b的边缘区域上的频谱资源的隔离度。进一步，可通过功率控制，将虚扇区a与虚扇区b之间可能存在的干扰控制在一定的范围内，如可调节第一智能天线的发射功率，控制虚扇区a的边缘区域的发射功率，比中心区域的发射功率小；类似地，可调节第二智能天线的发射功率，控制虚扇区b的边缘区域的发射功率，比中心区域的发射功率小。

参见图5，图5是本发明实施例给出的另一种蜂窝小区的频谱资源复用示意图。与图4所示复用方案相比，图5中，频谱资源块在整个蜂窝小区的复用，不仅保证一个蜂窝小区内，相邻虚扇区使用不同的频谱资源块，而且保证相邻蜂窝小区中，分属于不同蜂窝小区的相邻虚扇区也使用不同的频谱资源块。因此，实际应用中，图5所示组网方案，要优于图4所示组网方案。

采用的智能天线不同，则一个蜂窝小区可被划分的虚扇区个数也不同。如本发明实施例提供的上述图4及图5组网方案中，基于包含四个天线阵元的智能天线，将一个蜂窝小区裂化成9个虚扇区。若组网时，期望一个蜂窝小区被裂化为更多个虚扇区，则需要选用波束宽度更窄的智能天线，如采用包含8个或16个天线阵元的智能天线。但实际应用中，为了保证中继效率及控制的便利，不适合将频谱资源划分得更细，也即并不是说一个蜂窝小区被裂化为越多的虚扇区就越好。优选地，可采用图4或图5所示组网方案。另外，为降低扇区边缘的同频干扰，可采用其他较灵活的频谱资源分配方案。

综上所述，本发明实施例所提供的基于智能天线技术的通信系统组网方法及通信系统中，利用智能天线基于软件控制，相比较物理天线更易于调整覆盖角度的优点，将一个蜂窝小区裂化为M个虚扇区，每个虚扇区的角度可该智能天线的波束成形的波束宽度相当。从而，一方面，在每个虚扇区内，可基于智能天线的波束成形技术，在空间同时复用分配给该扇区的频谱资源，另一方面；由于将蜂窝小区裂化为M个虚扇区，因此，又可实现在整个蜂窝小区中，同时复用N个频谱资源块中的一个或多个频谱资源块，即能够在多个互不相邻的扇区内使用相同的频谱资源块，在保证频谱隔离度的同时，极大程度地提高频谱资源的利用率，以及增大基站系统容量。

基于智能天线的波束成形技术，本发明实施例的技术方案方便易行，且不会增加额外的复杂度。进一步，本发明实施例提供的组网方案，可扩大基站系统覆盖区域，提高数据传输速率，降低基站发射功率，节省系统成本，减少信号间干扰与电磁环境污染等。

Claims (8)

1.一种基于智能天线技术的通信系统组网方法，其特征在于，包括：

将分配给通信系统的频谱资源分成N个用于通信的频谱资源块，N为正整数；

通信系统中的每个蜂窝小区中，利用智能天线的波束成形技术，将该蜂窝小区裂化为M个虚扇区，M为正整数；

所述智能天线针对每个属于该蜂窝小区的虚扇区使用N个频谱资源块中的一个频谱资源块，且属于该蜂窝小区的两个相邻虚扇区上，智能天线使用的频谱资源块不同；

记所述通信系统中，其中一个蜂窝小区为第一蜂窝小区，该第一蜂窝小区使用第一智能天线，记所述通信系统中，与第一蜂窝小区相邻的一个蜂窝小区为第二蜂窝小区，该第二蜂窝小区使用第二智能天线，第一智能天线在属于该第一蜂窝小区的第一虚扇区上使用的第一频谱资源块，和，第二智能天线在属于第二蜂窝小区的第二虚扇区上使用的第二频谱资源块相同，所述第二虚扇区与所述第一虚扇区相接，该方法进一步包括：

将第一频谱资源块与第二频谱资源块分别划分为多个子资源块，界定第一虚扇区与第二虚扇区各自的中心区域与边缘区域；

利用智能天线，将所述蜂窝小区裂化为M个虚扇区进一步包括：

第一智能天线在第一虚扇区的边缘区域，使用与第二智能天线在第二虚扇区的边缘区域不同的子资源块。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能天线针对每个属于该蜂窝小区的虚扇区使用N个频谱资源块中的一个频谱资源块，且属于该蜂窝小区的两个相邻虚扇区上，智能天线使用的频谱资源块不同包括：

所述智能天线在所述蜂窝小区内的k个互不相邻的虚扇区上使用N个频谱资源块中的同一个频谱资源块，k为正整数，k小于M。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，M是N的k倍。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用第一智能天线，将所述蜂窝小区裂化为M个虚扇区包括：

调节第一智能天线的发射功率，在第一虚扇区的边缘区域使用相比较第一虚扇区的中心区域较低的发射功率。

5.一种基于智能天线技术的通信系统组网装置，其特征在于，包括：资源划分单元、智能天线；其中，

所述资源划分单元，将分配给通信系统的频谱资源分成N个用于通信的频谱资源块，N为正整数；

所述智能天线，将所述通信系统的每个蜂窝小区裂化为M个虚扇区，M为正整数，且针对每个属于该蜂窝小区的虚扇区使用资源划分单元划分出的N个频谱资源块中的一个频谱资源块，且属于该蜂窝小区的两个相邻虚扇区上，使用的频谱资源块不同；

记所述通信系统中，其中一个蜂窝小区为第一蜂窝小区，该第一蜂窝小区使用第一智能天线，记所述通信系统中，与第一蜂窝小区相邻的一个蜂窝小区为第二蜂窝小区，该第二蜂窝小区使用第二智能天线，第一智能天线在属于该第一蜂窝小区的第一虚扇区上使用的第一频谱资源块，和，第二智能天线在属于第二蜂窝小区的第二虚扇区上使用的第二频谱资源块相同，所述第二虚扇区与所述第一虚扇区相接；

所述资源划分单元，将第一频谱资源块与第二频谱资源块分别划分为多个子资源块，界定第一虚扇区与第二虚扇区各自的中心区域与边缘区域；

第一智能天线在第一虚扇区的边缘区域，使用与第二智能天线在第二虚扇区的边缘区域不同的子资源块。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述智能天线包括：扇区裂化单元和资源分配单元，其中，

所述扇区裂化单元，将所述通信系统的每个蜂窝小区裂化为M个虚扇区，M为正整数；

资源分配单元，针对每个属于该蜂窝小区的虚扇区使用N个频谱资源块中的一个频谱资源块，且属于该蜂窝小区的两个相邻虚扇区上，使用的频谱资源块不同。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述智能天线在所述蜂窝小区内的k个互不相邻的虚扇区上使用N个频谱资源块中的同一个频谱资源块，k为正整数，k小于M。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，M是N的k倍。

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