CN101631379A

CN101631379A - 分布式天线移动通信系统的功率分配与天线选择方法

Info

Publication number: CN101631379A
Application number: CN200910032753A
Authority: CN
Inventors: 尤肖虎; 赵新胜; 王东明
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2029-06-19
Also published as: CN101631379B

Abstract

分布式天线系统中功率分配与天线选择方法是一种用于移动通信分布式天线系统的功率和天线资源调配技术，当移动终端在分布式天线系统的无线信号覆盖范围内运动时，基站根据各个天线接收到移动终端的无线信号强度直接通过对信道条件较好的天线进行发送功率配置实现天线快速选择的过程，使系统中基站以简单的方法实现移动终端的切换和提高系统功率效率。分布式天线系统中功率分配与天线选择方法的基本规则是：针对分布式天线系统的无线信号覆盖小区内不同天线的覆盖范围，使移动终端始终与信道条件较好的天线进行通信，从无线信号的测量、判决到发送功率配置的执行，整个天线选择过程均在基站完成，不需要信令传递过程。

Description

分布式天线移动通信系统的功率分配与天线选择方法

技术领域

本发明是一种用于移动通信系统中基站发送功率配置和天线资源调配的方法，属于移动通信系统中无线资源管理研究领域。

背景技术

随着多入多出天线(Multiple Input and Multiple Output，MIMO)技术在移动通信系统中的广泛应用，集中式多天线系统、分布式多天线系统已成为移动通信系统中典型的无线网络结构。为了有效地使用移动通信系统中多天线资源，在系统中的集中式或分布式多天线之间采用协同技术提高系统频谱利用率和功率效率、合理地放置多天线形成中继式天线系统以较高的功率效率提高无线信号覆盖范围等各种新型的无线网络结构和针对天线资源的管理与调度方法也在不断涌现。其中，合理地设计移动通信系统运行过程中高效、低复杂度的天线资源选择方法已成为无线资源管理必然需求。

传统的移动通信系统无线资源管理方法中，通常采用切换方法完成基站的天线选择，如基于移动终端接收信号强度测量的硬切换(Hard Handoff)和软切换(Soft Handoff)、站点选择的发送分集切换(Site Selection Diversity Transmit)等，这些切换方法都是以移动终端测量所接收无线信号强度作为切换参数，需要通过上层的信令交互通知基站完成相应的切换任务，移动终端的测量过程和多次信令传递所带来的高复杂度和传输时延切换方法将无法应用于多天线移动通信系统中。

传统的天线选择方法主要有根据各天线的无线信道状态选择集中式多天线系统中发送和接收天线以减少射频单元的数量和改善空域相关性能等方法，无法应用于由多个天线不同放置方法所构成的移动通信系统无线网络结构中天线选择的需求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种能够提高移动通信系统功率效率的分布式天线系统中功率分配与天线选择方法，它能够满足多天线移动通信系统中发送功率分配、天线选择和移动终端切换算法的快速、简单要求。

技术方案：本发明的分布式天线系统中功率分配与天线选择方法的实现过程包括以下几个步骤：

第一步：基站周期性地测量分布式天线系统内各个射频天线所接收的移动终端信号，得出信号强度参数值，并将测量结果更新基站中针对该移动终端的射频天线表中信号强度参数；

第二步：基站对射频天线表中对应各移动终端的一段时间内信号强度参数进行统计平均，并将得出的统计平均值与一个门限值比较；

第三步：基站仅针对大于门限值的几个天线进行发送功率分配，实现选择无线信道较好的天线与移动终端通信；

每次功率配置和天线快速选择过程是在每个运行周期中重复以上第一到第三步。

基站中移动终端的射频天线表是在基站中所建立的针对移动终端和基站天线的存储表格，用于存储基站从各个射频天线所接收移动终端的信号强度参数。

所述的一个门限值的确定方法是根据不同的移动通信系统空中接口传输技术的接收能力所得出的判决门限。

在每次天线选择过程中，基站都会选择具有最好无线信道的基站天线集与移动终端通信，从而实现移动终端的切换和提高移动通信系统功率效率。

发送功率配置和天线选择过程是在基站完成，从而具有快速、无信令开销的优点。

有益效果：本发明的分布式天线系统中功率分配与天线选择方法能够提高移动通信系统功率效率，改善多天线移动通信系统的天线选择方法和切换方法，保障移动通信系统的移动性要求。算法的主要工作是计算来自各天线的信号强度和发送功率配置，并使用更新信号强度表的方法，导致在实际系统运行过程中复杂度较低。

附图说明

图1是分布式天线系统中功率分配与天线选择方法的运行流程示意图。

图2是分布式天线系统中功率分配与天线选择方法的实现装置示意图，由无线信号测量和信号强度参数存储更新装置、射频天线表中的信号强度参数平均和门限比较装置、发送功率配置和天线选择装置三部分组成。

图3是基站与移动终端之间的信号传输流程示意图。

具体实施方式

本发明的分布式天线系统中功率分配与天线选择方法，基站根据每个天线测量到来自移动终端无线信号强度确定与移动终端通信的发送功率和天线。

分布式天线系统中功率分配与天线选择方法的运行流程如图1所示，具体步骤如下：

第一步：基站周期性地测量无线信号覆盖范围内各个射频天线所接收的移动终端信号，得出信号强度Sig_Stren参数值；

如信号能量 Sig_Stren＝E(t)＝X(t)² [规则1]

其中，E(t)是接收信号能量，X(t)是接收信号幅度，

或信号干扰噪声比SINR

Sig_Stren = SINR (t) = \frac{X {(t)}^{2}}{N_{0} + \underset{i}{Σ} Y_{i} {(t)}^{2}}

[规则2]

其中，SINR(t)是接收信号噪声干扰比，X(t)是接收信号幅度，N₀是高斯白噪声，Y_i(t)是接收干扰信号幅度；

基站依据对各移动终端的测量结果更新基站中针对该移动终端的射频天线表中信号强度参数；

时间	天线序号	1	……	n
时间	天线序号	1	……	n	1	信号强度1	Sig_Stren⁽¹⁾[1]	……	Sig_Stren⁽ⁿ⁾[1]
2	信号强度2	Sig_Stren⁽¹⁾[2]		Sig_Stren⁽ⁿ⁾[2]	1	信号强度1	Sig_Stren⁽¹⁾[1]	……	Sig_Stren⁽ⁿ⁾[1]
2	信号强度2	Sig_Stren⁽¹⁾[2]		Sig_Stren⁽ⁿ⁾[2]
N	信号强度N	Sig_Stren⁽¹⁾[N]		Sig_Stren⁽ⁿ⁾[N]

第二步：基站对射频天线表中对应各移动终端的N时间内信号强度参数按照

\overset{&OverBar;}{E^{(i)}} = \frac{Σ_{j = 0}^{N} w_{j} {Sig_Stren}^{(i)} [j]}{N}

[规则3]

其中w_j为统计平均的加权系数，进行统计平均，得出下表中所示统计平均值。

时间	天线序号	1	……	n
时间	天线序号	1	……	n	1	信号强度1	Sig_Stren⁽¹⁾[1]	……	Sig_Stren⁽ⁿ⁾[1]
2	信号强度2	Sig_Stren⁽¹⁾[2]		Sig_Stren⁽ⁿ⁾[2]	1	信号强度1	Sig_Stren⁽¹⁾[1]	……	Sig_Stren⁽ⁿ⁾[1]
2	信号强度2	Sig_Stren⁽¹⁾[2]		Sig_Stren⁽ⁿ⁾[2]
N	信号强度N	Sig_Stren⁽¹⁾[N]		Sig_Stren⁽ⁿ⁾[N]
N	信号强度N	Sig_Stren⁽¹⁾[N]		Sig_Stren⁽ⁿ⁾[N]		统计平均值	E⁽¹⁾		E⁽ⁿ⁾

并将得出的统计平均值与一个门限值比较。

E⁽ⁱ⁾-Threshhold≥0 [规则4]

其中，门限值Threshhold是根据不同的移动通信系统空中接口传输技术的接收能力所得出的判决门限。

第三步：基站仅针对K(K≤n)个大于门限值的几个天线按照平均功率分配规则

P^{(i)} (k) = \frac{P_{s}}{K}

[规则5]

P_s为发送总功率。

或大尺度功率分配规则

P^{(i)} (k) = P_{s} \sqrt{\overset{&OverBar;}{E^{(i)}} / Σ_{i = 1}^{K} \overset{&OverBar;}{E^{(i)}}}

[规则6]

进行发送功率分配，实现选择无线信道较好的天线与移动终端通信。

第四步：每次功率配置和天线快速选择过程是在每个运行周期中重复以上第一到第三步。

例一

图2给出了该方法的一种实现装置，由无线信号测量和信号强度参数存储更新装置接收来自各个天线的无线信号，计算无线信号强度的大小，并将无线信号强度参数值存入针对该移动终端的信号强度表；射频天线表中的信号强度参数平均和门限比较装置将一段时间内存储的信号强度参数值进行加权平均和与门限比较；发送功率配置和天线选择装置选择超过门限的天线进行发送功率分配，实现与移动终端通信。

一个具体的实施例的实现步骤如下：

设定一个基站无线信号覆盖小区中有m(m＞6)个天线，运行周期长度为10ms，如果无线信号测量和信号强度参数存储更新装置仅收到来自5个天线的信号，记作X⁽¹⁾(t)，X⁽²⁾(t)，...，X⁽⁵⁾(t)。

第一步：基站物理层周期性地测量无线信号覆盖范围内各个射频天线所接收的移动终端信号X⁽ⁱ⁾(t)，通过E⁽ⁱ⁾(t)＝X⁽ⁱ⁾(t)²计算信号能量得出信号强度参数值，并存入如下的信号强度参数表；

天线序号	1	2	3	4	5
天线序号	1	2	3	4	5	信号强度1	E⁽¹⁾(1)	E⁽²⁾(1)	E⁽³⁾(1)	E⁽⁴⁾(1)	E⁽⁵⁾(1)
信号强度2	E⁽¹⁾(2)	E⁽²⁾(2)	E⁽³⁾(2)	E⁽⁴⁾(2)	E⁽⁵⁾(2)	信号强度1	E⁽¹⁾(1)	E⁽²⁾(1)	E⁽³⁾(1)	E⁽⁴⁾(1)	E⁽⁵⁾(1)
信号强度2	E⁽¹⁾(2)	E⁽²⁾(2)	E⁽³⁾(2)	E⁽⁴⁾(2)	E⁽⁵⁾(2)	…	…	…	…	…	…
信号强度N	E⁽¹⁾(N)	E⁽²⁾(N)	E⁽³⁾(N)	E⁽⁴⁾(N)	E⁽⁵⁾(N)	…	…	…	…	…	…
信号强度N	E⁽¹⁾(N)	E⁽²⁾(N)	E⁽³⁾(N)	E⁽⁴⁾(N)	E⁽⁵⁾(N)	统计平均值

第二步：基站物理层依据对各移动终端的测量结果更新基站中针对该移动终端的射频天线表中的信号强度参数，并通过

\overset{&OverBar;}{E^{(i)}} = \frac{Σ_{j = 0}^{N} w_{j} E^{(i)} [j]}{N}

计算统计平均值，其中，E⁽ⁱ⁾是i天线接收信号平均值，w_j是各次信号的加权值E⁽ⁱ⁾，

天线序号	1	2	3	4	5
天线序号	1	2	3	4	5	信号强度1	E⁽¹⁾(1)	E⁽²⁾(1)	E⁽³⁾(1)	E⁽⁴⁾(1)	E⁽⁵⁾(1)
信号强度2	E⁽¹⁾(2)	E⁽²⁾(2)	E⁽³⁾(2)	E⁽⁴⁾(2)	E⁽⁵⁾(2)	信号强度1	E⁽¹⁾(1)	E⁽²⁾(1)	E⁽³⁾(1)	E⁽⁴⁾(1)	E⁽⁵⁾(1)
信号强度2	E⁽¹⁾(2)	E⁽²⁾(2)	E⁽³⁾(2)	E⁽⁴⁾(2)	E⁽⁵⁾(2)	…	…	…	…	…	…
信号强度N	E⁽¹⁾(N)	E⁽²⁾(N)	E⁽³⁾(N)	E⁽⁴⁾(N)	E⁽⁵⁾(N)	…	…	…	…	…	…
信号强度N	E⁽¹⁾(N)	E⁽²⁾(N)	E⁽³⁾(N)	E⁽⁴⁾(N)	E⁽⁵⁾(N)	统计平均值	E⁽¹⁾	E⁽²⁾	E⁽³⁾	E⁽⁴⁾	E⁽⁵⁾

并将E⁽ⁱ⁾与系统接收门限比较E⁽ⁱ⁾-Threshhold≥0，(Threshhold值的大小由系统多址方式接收能力相关，例如，TDMA系统Threshhold为5，CDMA系统Threshhold为1)；

第三步：基站物理层选择K个E_i(k)大于门限值的射频天线并根据平均功率分配方法

P_{i} (k) = \frac{P (k)}{K}

配置相应的发送功率与移动终端进行通信；

每次功率配置和天线快速选择过程是在每个运行周期10ms中重复以上第一到第三步。

例二

另一个具体的实施例的实现步骤如下：

设定一个基站无线信号覆盖小区中有m(m＞6)个天线，运行周期长度为10ms，如果无线信号测量和信号强度参数存储更新装置仅收到来自5个天线信号的信号干扰噪声比，并记作SINR⁽¹⁾(t)，SINR⁽²⁾(t)，...，SINR⁽⁵⁾(t)。

第一步：基站周期性地测量无线信号覆盖范围内各个射频天线所接收移动终端的信号干扰噪声比SINR⁽ⁱ⁾(t)，并存入如下的信号强度参数表；

天线序号	1	2	…	5
天线序号	1	2	…	5	信号强度1	SINR⁽¹⁾(1)	SINR⁽²⁾(t)	…	SINR⁽⁵⁾(1)
信号强度2	SINR⁽¹⁾(2)	SINR⁽²⁾(2)	…	SINR⁽⁵⁾(2)	信号强度1	SINR⁽¹⁾(1)	SINR⁽²⁾(t)	…	SINR⁽⁵⁾(1)
信号强度2	SINR⁽¹⁾(2)	SINR⁽²⁾(2)	…	SINR⁽⁵⁾(2)	…	…	…	…	…
信号强度N	SINR⁽¹⁾(N)	SINR⁽²⁾(N)	…	SINR⁽⁵⁾(N)	…	…	…	…	…
信号强度N	SINR⁽¹⁾(N)	SINR⁽²⁾(N)	…	SINR⁽⁵⁾(N)	统计平均值

第二步：基站依据对各移动终端的测量结果更新基站中针对该移动终端的射频天线表中的信号干扰噪声比，并通过

\overset{&OverBar;}{{SINR}^{(i)}} = \frac{Σ_{j = 0}^{N} w_{j} {SINR}^{(i)} [j]}{N}

计算统计平均值，其中，SINR⁽ⁱ⁾是i天线信号干扰噪声比平均值，w_j是各次信号的加权值，

天线序号	1	2	…	5
天线序号	1	2	…	5	信号强度1	SINR⁽¹⁾(1)	SINR⁽²⁾(t)	…	SINR⁽⁵⁾(1)
信号强度2	SINR⁽¹⁾(2)	SINR⁽²⁾(2)	…	SINR⁽⁵⁾(2)	信号强度1	SINR⁽¹⁾(1)	SINR⁽²⁾(t)	…	SINR⁽⁵⁾(1)
信号强度2	SINR⁽¹⁾(2)	SINR⁽²⁾(2)	…	SINR⁽⁵⁾(2)	…	…	…	…	…
信号强度N	SINR⁽¹⁾(N)	SINR⁽²⁾(N)	…	SINR⁽⁵⁾(N)	…	…	…	…	…
信号强度N	SINR⁽¹⁾(N)	SINR⁽²⁾(N)	…	SINR⁽⁵⁾(N)	统计平均值	SINR⁽¹⁾	SINR⁽²⁾		SINR⁽⁵⁾

并将SINR⁽ⁱ⁾与系统接收门限比较SINR⁽ⁱ⁾-Threshhold≥0；

第三步：基站选择K个SINR⁽ⁱ⁾大于门限值的射频天线并根据大尺度功率分配规则

P^{(i)} (k) = P (k) \sqrt{\overset{&OverBar;}{{SINR}^{(i)}} / Σ_{i = 1}^{n} \overset{&OverBar;}{{SINR}^{(i)}}}

配置相应的发送功率与移动终端通信；

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1、一种分布式天线系统中功率分配与天线选择方法，其特征在于该方法的实现过程包括以下几个步骤：

2.根据权利要求1所述的分布式天线系统中功率分配与天线选择方法，其特征是基站中移动终端的射频天线表是在基站中所建立的针对移动终端和基站天线的存储表格，用于存储基站从各个射频天线所接收移动终端的信号强度参数。

3.根据权利要求1所述的分布式天线系统中功率分配与天线选择方法，其特征是所述的一个门限值的确定方法是根据不同的移动通信系统空中接口传输技术的接收能力所得出的判决门限。