CN101754223A - 一种无线中继部署及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线中继部署及管理的方法，包括步骤：静区多边形的绘制；中继覆盖多边形的绘制；中继覆盖多边形向静区作最佳切合移动；根据移动终端的上行功率和中继与静区的位置关系选择中继接入节点；根据时延、跳数、业务量等参数进行接入小区的选择，综合以上个步骤完成整个无线中继的部署管理，本发明着眼于人造静区问题有效的解决了静区周边的通信问题，并使通信的用户对静区的影响达到最小。

Description

一种无线中继部署及管理方法

技术领域：

本发明涉及一种无线中继部署及管理方法。

背景技术：

随着移动通信技术的不断发展，移动通信用户对于网络运营以及服务质量有了更高的要求。尤其是数据业务的大量普及和其将被广泛应用的前景，使得对于系统的吞吐量和覆盖率有了前所未有的高要求。中继技术被引入到传统的蜂窝系统中。中继技术不仅使得基站覆盖的范围有了很大程度的增加，而且可以协调各个基站之间缓冲区域的资源，使得用户能够最大程度的利用系统资源，而系统也因此得以将有限的资源进行合理的分配。中继网络的应用和管理已经成为一项十分具有价值和前景的技术。

在移动通信系统中，有很多因素都会影响到用户和基站之间的传输链路质量。用户的移动性、复杂的地形及建筑物构造、无线信道的不定性，都会给稳定的服务质量带来挑战。也因为移动通信系统将建立在如此复杂的环境及干扰因素之上，使得在实际的通信系统覆盖中，经常会出现静区，即所覆盖的信号不足以提供正常的服务或者因为地形等问题出现无法覆盖的区域。中继的部署将能够改变这种情况，使得基站无法从宏观上覆盖的区域在相对细节的部分得以弥补，从而满足用户的需求，提高系统的效能。

在实际应用中，会有人造静区的需要，即实现在某一特定区域内没有或几乎没有移动通信的信号覆盖。其目的一般有两种，一种是由于某种特殊的需要，要求该区域之内不能与外界有通信发生，比如一些大型考试的考场区域；另外一种是由于该区域内存在某些不宜被电磁辐射的对象，比如中小学校或者医院。通常，对于第一种情况，会采用电磁干扰技术，使得通信不能够正常进行，从而达到保密或保障考场纪律等目的。第二种情况，会采取原则上不覆盖，但是会造成对于人造静区周围覆盖的不完善，从而影响到周围用户的通信需求。因此需要有一种中继部署和管理方案，能够完善的处理这两种情况，并且不会影响到对周围其他用户的服务质量。

发明内容：

针对人造静区的需求以及现有解决方案的缺陷，本发明提出一种无线中继的部署及管理方法。在考虑传输质量的同时，着眼于方案的易用性及广泛适用性，运用了自行组织管理的思想，实现在最小的影响之下实现人造静区的形成，并能够满足静区周围用户的通信或数据业务需求。

根据本发明，提供一种中继部署和管理方法，该方法步骤如下：

1、根据目标静区的分布区域、形状、与周围小区的位置关系等信息，设计中继部署的位置，以及所采用的中继方式；

2、构造决策函数以及代价因数，从而完成用户接入中继网络和服务小区的决策过程设计，并实现整个网络的管理。

其中在步骤1中涉及了对于目标人造静区的形状估算，运用GIS中的理论将对该区域边界进行估算，形成一个目标静区多边形，并使得该区域实际范围内切于多边形。

其中静区多边形的绘制分为以下步骤：

(1)建立以静区为中心的周边地图二维网格，并将目标静区的实际范围投影到该网格上；

(2)将静区覆盖不完全的网格设定为边界网格，而被静区完全覆盖的定义为中心网格，完全没有静区的网格定义为界外网格；

(3)在边界网格线上，静区以外的区域上设置多边形轮廓起始锚点，做网格内静区边缘的切线，并与网格线相交，此交点作为新的起始锚点，对下一个网格内的静区边缘做切线，如此循环，直至轮廓多边形闭合。

其中在步骤1中涉及对于周围小区覆盖范围信息的估算，并估算实现静区之后相邻小区基站覆盖范围，依据此信息进行理想的中继位置初步确定，估算中继覆盖边界为多边形，并使得该多边形内接于原估算覆盖区域。向目标静区多边形修正中继覆盖多边形至切合，完成中继部署方案的最终确定。

其中中继覆盖边界多边形绘制步骤如下：

(1)将中继覆盖区域投影至已经建立的二维网格上；

(2)将中继覆盖不完全的网格设定为边界网格，而被中继完全覆盖的区域定义为二级中心网格，将有基站覆盖的区域定义为一级中心网格；

(3)在边界网格线上，以轮廓与网格线的交点为起始锚点，连结其与同一网格内的另外一个交点，之后以终止锚点为另一个起始锚点，继续在下一个网格内连结，直至中继覆盖边界多边形在静区方向上闭合。

其中多边形切合的步骤如下：

(1)将中继覆盖多边形向静区多边形做整体移动切合，以中继覆盖多边形和静区多边形的边线最大程度的重合为目标，不做旋转，只做由四周向静区逼近的操作；

(2)静区多边形的形状可以通过调整锚点的位置来进行微调，锚点之间具有相关性，且锚点的调整范围在一个网格之内；

(3)中继覆盖多边形的形状通过改变中继的位置关系以及中继覆盖范围的大小来进行调整，在进行调整的时候要兼顾中继部署与基站部署之间的关系；

(4)多边形覆盖切合不严密的程度将设置为阈值，该阈值被作为决策所考虑的因素之一。

其中在步骤2中涉及了决策函数的构造，该决策函数将被用于用户接入中继的选择和用户接入小区的选择，以及应对产生突发性用户的调度。代价因数将涉及用户的上行发射功率、跳数、时延、容纳用户数等方面的参数，作为决策所考虑的因素。

决策函数分为两部分：一个是中继的选择，另一个是接入小区的选择：

中继节点选择的决策函数：

r_j＝|s_i|/p_j                                                    (1)

其中p_j为用户发送相同的比特到中继节点所需的功率，|s_i|为中继覆盖范围与静区覆盖范围之间未覆盖区域的面积，选择最小的决策函数的中继作为接入的中继。其中|S_i|将采用多边形面积计算公式，确定顶点后按照如下公式进行计算：

$\left|\stackrel{\‾}{S_i}\right|=0.5\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(X_j{Y}_{j+1}-X_{j+1}{Y}_j)---\left(2\right)$

其中(X_j，Y_j)为多边形顶点坐标。

接入小区选择的决策函数：

$R_i=\frac{\mathrm{\α}\stackrel{\→}{n_i}+\mathrm{\β}\stackrel{\→}{{\mathrm{\τ}}_i}+{\mathrm{\χ}}_i\frac{\mathrm{\ΔN}}{\mathrm{\ΔT}}}{\left|\stackrel{\‾}{C_i}\right|},---\left(3\right)$

其中n为用户连接到可以提供服务的目标小区i所需要的跳数，τ为用户发出服务请求到小区i之后到返回信息的时延，

是静区从无到有产生时间段内在小区i上的服务请求增加量，|C_i|表示小区i内最大话务量与现有话务量之差值。在最优路径的寻找中，该决策参数将被综合使用，当n、τ等值达到足够大，或者|C_i|达到足够小，则将直接放弃该路由选择而重新寻找其他路径。α、β、χ等参数被用于调整各分量的权重，使决策结果更加适用于实际情况。

本发明专利中，涉及一种针对人造静区的需求以及现有解决方案的缺陷的无线中继的部署及管理方法。在考虑传输质量的同时，着眼于方案的易用性及广泛适用性，运用了自行组织管理以及协同的思想，实现在最小的影响之下实现人造静区的形成，并能够满足静区周围用户的通信或数据业务需求。

附图说明：

通过阅读和理解下面参照附图对本文发明优选实施例所做的详细描述，将使本发明的目的、特征、和优点变得清晰。其中：

图1是根据本发明实施例的步骤流程图。

图2是根据本发明的静区多边形绘制流程图。

图3是根据本发明的中继多边形绘制流程图

图4为根据本发明实施例的最终的部署图。

具体实施方式：

下面参照附图对本发明的无线中继部署及管理方法进行详细的说明。

由于特殊的需要，要让一些地区没有信号覆盖，使其不受电波的干扰，而进行静区制造。人造静区分为两种情况，一种是在基站的部署初期就已经计划好静区的规划，在这种情况下可以通过基站的规划让静区原本就不受信号的覆盖。另一种情况是所要形成的静区内原本就有信号覆盖，在这种情况下则将覆盖到那个静区的基站下电，使静区不受信号的覆盖，这样就完成了静区的制造。但是只是这样做就出现了一种情况：不只是静区没有信号覆盖，整个下电基站的原本覆盖范围内都没有了信号，给静区周围的用户造成了极大的通信障碍。利用本发明可以使静区周围的区域的用户得到信号的覆盖并且对静区的影响达到最小。

整个方案的实施步骤如图1所示。首先，在步骤101中利用GIS进行人造静区的形状的估算。GIS是地理信息系统(Geographic Information System)的简称，是获取、整理、分析和管理地理空间数据的重要工具。运用GIS中的理论可以方便的对所要制造的静区边界进行估算，形成一个目标静区多边形，并使得该区域实际范围内切于多边形，具体的静区多边形绘制流程图如图2所示。在步骤205中对画好的静区多边形绘根据周围的实际情况进行调整。如果周围是一些少有人经过的地方，可以把其也归入静区，把其作为静区的保护带，尽量使静区内接于圆形，这样做不仅可以给静区制造保护带，还以方便于下面中继的部署，最后的静区如图4中的400多边形所示，该多边形刚好内接于圆形，方便中继的规划部署，也减少了给静区带来的干扰。

然后，在步骤102是对周围小区覆盖范围进行信息的估算，进行中继覆盖多边形的绘制。首先收集静区周围基站的信息，静区周围的基站如图4所示：静区周围有六个小区，分别为401、402、403、404、405、406，均匀的分布在原小区周围，基站下电后，此小区上的用户的业务量就要移交给周围的六个小区，让周围的小区帮助通信。由于基站的覆盖范围有限，如果周围的六个采用加大发射功率进行扩大覆盖，将会对其他小区产生严重的干扰，所以要通过中继来转接信号，再发送信道到达用户端。确定中继的覆盖范围很重要，如果覆盖范围太大，所要求的发射功率也会比较大，处于中继覆盖边沿且离在静区边沿的用户发送上行信号到中继所需要的发射功率也就比较大，这样会对静区造成干扰，所以中继的覆盖范围不能太大；但也不能太小，中继要从周围的基站接收信号然后再转发给用户，太小的话，要覆盖静区周围的区域所需要的中继个数就会比较大，相应的跳数也就比较大，这样增加了技术的难度，所以尽可能的把中继的跳数限制在三跳以内。具体的中继多边形的绘制步骤如图3所示，最终得到的中继覆盖范围如图4的407所示。

接下来，根据所得到的相邻小区基站覆盖范围，进行理想的中继位置的初步确定，估算中继覆盖边界为多边形，并使得该多边形内接于原估算覆盖区域。向目标静区多边形修正中继覆盖多边形至切合，完成中继部署位置的最终确定。具体步骤如图1的103、104、105、106、107所示：

本发明方案的最终的部署图如图4所示：中间小区的基站覆盖着所要构造的静区，所以将此基站下电，得到所要构造的静区400，但静区的周围区域也没有信号覆盖，所以要在静区400周围部署中继站点，使得周围的地区有信号覆盖。通过以上的静区多边形绘制101、中继多边形的绘制102、中继的最终部署107等步骤之后得到了图4的结果。静区多边形内接于圆形，圆形内切于正六边形，中继的覆盖范围和静区直接有阴影地带，可以使其作为保护带，这样静区就多了一层保障且不会对周围的用户造成影响。在静区400周围部署了6个中继站点，每个中继站点都分别处于周围小区：401、402、403、404、405、406、的覆盖之下，把原小区的业务量移交给周围的小区，再通过中继转发给处于静区周围的用户，静区周围的区域的用户的正常通信。但是处于静区周围区域的用户如何选择接入的中继节点和接入的小区，所以，下面就来阐述用户是如何决定接入中继节点和服务小区的。

至此，通过以上步骤完成了中继的布置，各个中继之间、中继和小区之间能进行信息交换，以此来决定用户接入哪个中继节点和接入哪个小区。首先进行用户所接入的中继节点的选择，先计算各个中继节点覆盖范围与静区覆盖范围之间未覆盖区域的面积|s_i|，再计算各个用户发送相同的比特到各个中继节点所需要的功率，计算中继节点接入的决策函数，选择最小的r_j，作为此用户的接入节点。这个决策函数主要是针对处于中继覆盖边界的用户如何进行中继选择来设计的，发射功率小，对静区的影响就小，最大化得较少了对静区的影响。中继节点选择决策函数的计算按照公式(1)进行。

接下来，在步骤108是判断是否有中继节点过载，如果有就进入步骤109对过载的中继节点进行调节，把用户转接到邻近的节点，直到不过载。如果没有就直接跳到步骤110。

接下来，在步骤110是计算接入小区的决策函数以及代价因数。接入小区的计算由中继节点执行，用户不参与计算，这样做可以减少对用户终端的设备要求，当用户进入静区周围时只需选择中继节点就像接入基站一般，然后的工作由所接入的中继节点完成。接入小区的选择考虑到跳数、时延、小区的剩余的容量和小区业务增加的速度等参量。

决策函数为公式(3)，n_i为用户连接到可以提供服务的目标小区i所需要的跳数，规定当n_i大于3时，直接该小区，除非所剩的小区都不符合要求，这样减少了时延；τ为用户发出服务请求到小区i之后到返回信息的时延，利用传递信道状态的信令得到；是静区从无到有产生时间段内在小区i上的服务请求增加量，这个参数每隔一个周期计算一次，保证实时性；|C_i|表示小区i内最大话务量与现有话务量之差值，太小的话就放弃该小区。如上所述，根据实际情况，当n、τ等值达到足够大，或者|C_i|达到足够小，则将直接放弃该路由选择而重新寻找其他路径。α、β、χ等参数被用于调整各分量的权重，根据实际需要设定。通过计算以上参数，得到决策函数集{R_i}，选择最小的R_i，这样就得到了接入的小区。由接入的中继节点，接入的小区，最总确定了路由。

至此，完成了静区的构造，并进行了中继的部署，实现了静区周围移动用户业务的重新分配。通过本发明的中继部署，最终实现了目标，保证了静区周围用户的通信且对静区的影响最小。

至此已结合优选实施例对本发明进行了描述。本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不应该被理解为被局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (8)

1.一种无线中继部署及管理方法，包括步骤：

(1)对所要构造的目标静区进行静区多边形的绘制；

(2)根据目标静区周边小区的情况，进行中继覆盖多边形的绘制；

(3)中继覆盖多边形向静区进行最佳切合移动；

(4)根据上行用户的发射功率和中继节点与目标静区的位置关系，选择用户接入的中继节点；

(5)根据时延、跳数、小区的容量等参数进行选择服务小区的决策函数的计算，并选择服务小区。

2.根据权利要求1所述的方法，其中对目标静区多边形的绘制的方法和步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其中对中继覆盖多变的绘制的方法和步骤。

4.根据权利要求1、2和3所得到的静区多边形和中继覆盖多边形方法，进一步包括中继覆盖多边形向静区进行最佳切合移动；

5.根据权利要求1所述的方法，其中根据上行用户的发射功率和中继节点与目标静区的位置关系，选择用户接入的中继节点的方法和步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其中根据下面的表达式计算的中继节点的选择：

r_j＝|s_i|/p_j。

7.根据权利要求1所述的方法，其中根据时延、跳数、小区的容量等参数进行选择服务小区的决策函数的计算，并选择服务小区的方法和步骤。

8.根据权利要求7所述的方法，其中根据下面的表达式计算的服务小区选择的决策函数的计算：

$R_i=\frac{\mathrm{\α}\stackrel{\→}{n_i}+\mathrm{\β}\stackrel{\→}{{\mathrm{\τ}}_i}+{\mathrm{\χ}}_i\frac{\mathrm{\ΔN}}{\mathrm{\ΔT}}}{\left|\stackrel{\‾}{C_i}\right|}.$

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