CN102026387B - 一种波束赋型控制方法及装置 - Google Patents

一种波束赋型控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种波束赋型控制方法，包括：获取系统的权值估计资源，以及，获取终端的下行流量，根据所述权值估计资源和终端的下行流量启用或停止波束赋型。本发明提供了一种波束赋型控制装置。包括信息获取单元和判决单元，信息获取单元获取系统的权值估计资源和终端的下行流量；判决单元根据所述权值估计资源和终端的下行流量启用或停止波束赋型。本发明通过选择合适的终端来启用BF，把BF增益达到最大，提高频谱利用率，从而提高整个系统的吞吐量。

Description

一种波束赋型控制方法及装置
技术领域
本发明涉及通信系统，尤其涉及一种波束赋型（Beam-forming，简称BF）控制方法及装置。
背景技术
波束赋型是一种应用于小间距的天线阵列多天线传输技术，其主要原理是利用空间信道的强相关性及波的干涉原理产生强方向性的辐射方向图，使辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向，从而提高信噪比，提高系统容量或者覆盖范围。如图1所示，波束赋型相当于对每个用户形成一组跟踪它的高增益天线阵列，利用多天线阵列行程的波束，使信号在用户所在位置达到最强，而在其他位置最小，以达到干扰抑制的效果。
天线之所以称为“智能天线”，在于天线阵的权重向量可以控制天线阵的方向图，使之形成不同指向的波束。权重因子根据自适应算法可以进行最优化调整，以对当前的传输环境进行匹配，权重因子的计算如图2所示。
假设有输入的数据为s1,…sn，权值为w1,…wn的系统，其输出为：
y ( t ) = w 1 * s 1 + w 2 * s 2 + . . . + w n * s n = w H s ( t ) ,
其中，w=[w1,…wn]T,s(t)=[s1,…sn]T，T表示转置。
载波干扰噪声比（CINR），用分贝（dBs）来表示，是信号质量的测量标准。载波是有效信号，干扰是噪声或同频干扰或两者都有。为了使信号接收者可能解码信号，信号必须属于一个可接收的CINR范围，其根据使用的技术（例如，CDMA、GSM.wimax等）不一致而不一致。通常使用CINR来决定当前下行调制编码方式（DIUC），CINR越高，可使用的DIUC阶数越高，即编码率越高，换句话说就是频谱利用率越高。
Preamble是指前同步信号，系统面向所有终端发送，所有终端得到的preamble都是一样的，所以preamble区域的CINR不会因为终端的功能支持能力有差别而不一样，只会因为终端的信道质量不同而不同。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种波束赋型控制方法及装置，提高系统增益。
为了解决上述问题，本发明提供了一种波束赋型控制方法，包括：
获取系统的权值估计资源，以及，获取终端的下行流量，根据所述权值估计资源和终端的下行流量启用或停止波束赋型；
所述根据权值估计资源和终端的下行流量启用或停止波束赋型包括：
在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限的终端时：
如果当前没有空闲的权值估计资源，则在已启用波束赋型的终端中，选择下行流量小于第二流量门限的终端，停止该终端的波束赋型，为该下行流量大于第一流量门限的终端启用波束赋型，其中，所述第一流量门限大于第二流量门限；
如果当前有空闲的权值估计资源，则为该终端启用波束赋型。
进一步的，上述方法还可具有以下特点：
所述方法还包括，获取终端的下行信道质量参数；
所述根据权值估计资源、终端的下行流量启用或停止波束赋型包括：
在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限，且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端，且当前有空闲的权值估计资源，则为该终端启用波束赋型。
进一步的，上述方法还可具有以下特点：
所述方法还包括，获取终端的下行信道质量参数；
所述根据权值估计资源和终端的下行流量启用或停止波束赋型包括：
在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限，且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端，如果当前没有空闲的权值估计资源，则在已启用波束赋型的终端中，选择下行流量小于第二流量门限，且下行信道质量参数大于第二信道质量参数门限的终端，停止该终端的波束赋型，为该下行流量大于第一流量门限，且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端启用波束赋型，其中，所述第一流量门限大于第二流量门限，所述第一信道质量参数门限小于第二信道质量参数门限。
进一步的，上述方法还可具有以下特点：
所述下行信道质量参数为载波干扰噪声比（CINR）或RSSI。
进一步的，上述方法还可具有以下特点：
所述方法还包括：
终端初始接入时，如果所述终端支持波束赋型且系统有空闲的权值估计资源，则为所述终端启用波束赋型。
本发明还提供一种波束赋型控制装置，包括信息获取单元和判决单元，其中：
所述信息获取单元，用于获取系统的权值估计资源和终端的下行流量；
所述判决单元，用于根据所述权值估计资源和终端的下行流量启用或停止波束赋型；
所述判决单元是用于：在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限的终端时：
如果当前没有空闲的权值估计资源，则在已启用波束赋型的终端中，选择下行流量小于第二流量门限的终端，停止该终端的波束赋型，为该下行流量大于第一流量门限的终端启用波束赋型，其中，所述第一流量门限大于第二流量门限；
如果当前有空闲的权值估计资源，则为该终端启用波束赋型。
进一步的，上述装置还可具有以下特点：
所述信息获取单元还用于，获取终端的下行信道质量参数；
所述判决单元用于：在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限，且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端，且当前有空闲的权值估计资源，则为该终端启用波束赋型。
进一步的，上述装置还可具有以下特点：
所述信息获取单元还用于，获取终端的下行信道质量参数；
所述判决单元是用于：在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限，且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端，且当前没有空闲的权值估计资源，则在已启用波束赋型的终端中，选择下行流量小于第二流量门限，且下行信道质量参数大于第二信道质量参数门限的终端，停止该终端的波束赋型，为该下行流量大于第一流量门限且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端启用波束赋型，其中，所述第一第一流量门限大于第二流量门限，所述第一信道质量参数门限小于第二信道质量参数门限。
进一步的，上述装置还可具有以下特点：
所述下行信道质量参数为载波干扰噪声比（CINR）或RSSI。
进一步的，上述装置还可具有以下特点：
所述装置还包括初始控制单元，其中：
所述初始控制单元，用于在终端初始接入时，如果所述终端支持波束赋型且有空闲的权值估计资源，则为所述终端启用波束赋型。
由于上行权值估计的资源有限，为了节省上行带宽，需要对系统用户进行BF波束赋型的筛选，将上行权值估计资源给最需要波束赋型的用户来使用，为系统达到最大增益。
通过本发明，在只能使有限数量的终端启用BF的情况下，根据终端的信道条件、下行流量以及BF的增益情况，选择合适的终端来启用BF，把BF增益达到最大，提高频谱利用率，从而提高整个系统的吞吐量。
附图说明
图1是波束赋型示意图；
图2是均匀线性线阵元产生波束；
图3是BF用户流量判决流程。
具体实施方式
BF波束赋型技术是通过上行信道估计来进行下行波束赋型的多天线技术，因此需要依赖上行的资源和信道条件才能进行波束赋型。上行的信道估计称为上行权值估计，由于上行权值估计的资源有限，如果让所有用户都使用下行波束赋型，会占用大部分的上行带宽。另外，启用了BF的用户，可以采用的DIUC阶数比不启用BF的用户高，即频谱利用率高，为了使得系统增益最大，因此需要进行BF的用户选择，让进行大流量业务的用户启用BF，从而提高整个系统的吞吐量。
本发明描述了利用终端信道条件，下行流量，基站资源及BF对此终端的增益，来判决终端是否应该启用BF，旨在系统资源一定情况下，提高系统吞吐量，使得BF增益最大。
本发明提供一种波束赋型控制方法，包括：
获取系统的权值估计资源、终端的下行流量，根据所述权值估计资源和终端的下行流量启用或停止波束赋型。
其中，在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限的终端时：
如果当前没有空闲的权值估计资源，则在已启用波束赋型的终端中，选择下行流量小于第二流量门限的终端，停止该终端的波束赋型，为该下行流量大于第一流量门限的终端启用波束赋型，其中，所述第一流量门限大于第二流量门限；
如果当前有空闲的权值估计资源，则为该终端启用波束赋型。
其中，还可以获取终端的下行质量参数；
在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限，且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端：
如果当前有空闲的权值估计资源，则为该终端启用波束赋型。
如果当前没有空闲的权值估计资源，则在已启用波束赋型的终端中，选择下行流量小于第二流量门限，且下行信道质量参数大于第二信道质量参数门限的终端，停止该终端的波束赋型，为该下行流量大于第一流量门限，且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端启用波束赋型，其中，所述第一流量门限大于第二流量门限，所述第一信道质量参数门限小于第二信道质量参数门限。
其中，所述下行信道质量参数为载波干扰噪声比（CINR）或者接收信号强度指示（Received Signal Strength Indication，RSSI）。
其中，终端初始接入时，如果所述终端支持波束赋型能力且有空闲的权值估计资源，则为所述终端启用波束赋型。
本发明所涉及的下行功能，要求基站至少有四根发送天线，用户数至少为一个，存在用户支持BF功能。
设置BF启用列表，记录现阶段那些终端启用了BF；
设置支持BF能力用户列表，记录哪些用户具备BF能力，即支持BF。或者，也可以设置支持且未启用BF的用户列表；
周期性统计终端的下行流量。
判决单元依据上述信息对终端是否启用BF做出判决。
本发明提供的波束赋型控制方法包括：
1.终端接入时，如果BF启用列表有空闲位置，且该终端具备BF能力，则为该终端分配上行权值估计资源，开始BF；
2.周期性遍历支持BF能力用户列表的终端队列，选择流量高于N KB/s的并且信号质量参数低于第一信号质量参数门限的终端，如果该终端未启用波束赋型，则：
如果BF启用列表有空闲位置，则为该终端分配上行权值估计资源，开始BF；
如果BF启用列表没有空闲位置，则遍历BF启用列表，查找一个流量低于M KB/s且信号质量参数高于第二信号质量参数门限的终端剔出BF启用列表，停止该终端的权值估计和波束赋型，并将权值估计资源空出来给所选择的终端使用。此处N>M；
或者，
这里选择高流量用户进入BF主要原因是：高流量的低阶用户频谱占用率高，而频谱利用率低，为了提高系统吞吐量，因此优先选择频谱占用率高，并且利用率低的终端启用BF。
本发明所描述的选择终端启用BF方法包括，
初始状态下：
步骤101，终端MS1接入网络。
步骤102，判断终端MS1能力，如果具备BF能力的终端，将终端MS1加入支持BF能力用户列表。
步骤103，判断BF启用列表是否有空闲位，如果有则启用BF，否则不启用BF。
当然，初始状态下，也可以不启用BF，在后续运行状态下再判断是否启用。
运行状态见附图3，具体步骤如下：
步骤一，基站周期统计终端的下行流量；
步骤二，到达BF用户流量算法判决周期，开始遍历支持BF能力用户列表；
步骤三，判断支持BF能力用户列表是否为空，如果不为空，从支持BF能力用户列表选择一个终端MS2进入判决流程；
步骤四，判断终端MS2是否已经开始波束赋型，如果是退出；否则进入步骤五；
步骤五，判决周期内统计的下行流量，如果终端MS2周期内的下行流量大于N KB，并且DLCINR小于调制编码方式D阶进入门限，进入步骤六，否则退出；
步骤六，判断BF启用列表是否有空闲位，如果有将终端MS2放入BF启用列表，启用BF开始赋型，否则进入步骤七；
步骤七，判断BF启用列表中是否有流量小于M KB的终端，并且DLCINR高于调制编码方式H阶的进入门限，如果有，进入步骤八，否则退出；
步骤八，将步骤七中选择出来的低流量高阶用户停止权值估计，停止波束赋型，空出一个上行权值估计资源；
步骤九，给终端MS2分配上行权值估计资源，进行权值估计和波束赋型；
步骤十，判断是否遍历完支持BF能力用户列表，如果没有，从支持BF能力用户列表选择下一个终端，返回步骤四。
本发明还提供一种波束赋型控制装置，包括信息获取单元和判决单元，其中：
所述信息获取单元，用于获取系统的权值估计资源和终端的下行流量；
所述判决单元，用于根据所述权值估计资源和终端的下行流量启用或停止波束赋型。
其中，所述判决单元是用于：在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限的终端时：
如果当前没有空闲的权值估计资源，则在已启用波束赋型的终端中，选择下行流量小于第二流量门限的终端，停止该终端的波束赋型，为该下行流量大于第一流量门限的终端启用波束赋型，其中，所述第一流量门限大于第二流量门限；
如果当前有空闲的权值估计资源，则为该终端启用波束赋型。
其中，所述信息获取单元还用于，获取终端的下行信道质量参数；
所述判决单元用于：在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限，且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端，且当前有空闲的权值估计资源，则为该终端启用波束赋型。
其中，所述信息获取单元还用于，获取终端的下行信道质量参数；
所述判决单元是用于：在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限，且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端，且当前没有空闲的权值估计资源，则在已启用波束赋型的终端中，选择下行流量小于第二流量门限，且下行信道质量参数大于第二信道质量参数门限的终端，停止该终端的波束赋型，为该下行流量大于第一流量门限且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端启用波束赋型，其中，所述第一第一流量门限大于第二流量门限，所述第一信道质量参数门限小于第二信道质量参数门限。
其中，所述下行信道质量参数为载波干扰噪声比（CINR）或RSSI。
其中，所述装置还包括初始控制单元，其中：
所述初始控制单元，用于在终端初始接入时，如果所述终端支持波束赋型且有空闲的权值估计资源，则为所述终端启用波束赋型。
上面给出的仅仅是本发明的一个实例，并不表示仅适用于这样的场景，对于本领域的技术人员来说，可以有各种更改和变化，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种波束赋型控制方法，其特征在于，包括：
获取系统的权值估计资源，以及，获取终端的下行流量，根据所述权值估计资源和终端的下行流量启用或停止波束赋型；
所述根据权值估计资源和终端的下行流量启用或停止波束赋型包括：
在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限的终端时：
如果当前没有空闲的权值估计资源，则在已启用波束赋型的终端中，选择下行流量小于第二流量门限的终端，停止该终端的波束赋型，为该下行流量大于第一流量门限的终端启用波束赋型，其中，所述第一流量门限大于第二流量门限；
如果当前有空闲的权值估计资源，则为该终端启用波束赋型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括，获取终端的下行信道质量参数；
所述根据权值估计资源、终端的下行流量启用或停止波束赋型包括：
在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限，且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端，且当前有空闲的权值估计资源，则为该终端启用波束赋型。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括，获取终端的下行信道质量参数；
所述根据权值估计资源和终端的下行流量启用或停止波束赋型包括：
在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限，且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端，如果当前没有空闲的权值估计资源，则在已启用波束赋型的终端中，选择下行流量小于第二流量门限，且下行信道质量参数大于第二信道质量参数门限的终端，停止该终端的波束赋型，为该下行流量大于第一流量门限，且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端启用波束赋型，其中，所述第一流量门限大于第二流量门限，所述第一信道质量参数门限小于第二信道质量参数门限。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述下行信道质量参数为载波干扰噪声比(CINR)或RSSI。
5.如权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
终端初始接入时，如果所述终端支持波束赋型且系统有空闲的权值估计资源，则为所述终端启用波束赋型。
6.一种波束赋型控制装置，其特征在于，包括信息获取单元和判决单元，其中：
所述信息获取单元，用于获取系统的权值估计资源和终端的下行流量；
所述判决单元，用于根据所述权值估计资源和终端的下行流量启用或停止波束赋型；
所述判决单元是用于：在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限的终端时：
如果当前没有空闲的权值估计资源，则在已启用波束赋型的终端中，选择下行流量小于第二流量门限的终端，停止该终端的波束赋型，为该下行流量大于第一流量门限的终端启用波束赋型，其中，所述第一流量门限大于第二流量门限；
如果当前有空闲的权值估计资源，则为该终端启用波束赋型。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述信息获取单元还用于，获取终端的下行信道质量参数；
所述判决单元用于：在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限，且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端，且当前有空闲的权值估计资源，则为该终端启用波束赋型。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述信息获取单元还用于，获取终端的下行信道质量参数；
所述判决单元是用于：在支持波束赋型且未启用波束赋型的终端中，如果存在下行流量大于第一流量门限，且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端，且当前没有空闲的权值估计资源，则在已启用波束赋型的终端中，选择下行流量小于第二流量门限，且下行信道质量参数大于第二信道质量参数门限的终端，停止该终端的波束赋型，为该下行流量大于第一流量门限且下行信道质量参数小于第一信道质量参数门限的终端启用波束赋型，其中，所述第一流量门限大于第二流量门限，所述第一信道质量参数门限小于第二信道质量参数门限。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述下行信道质量参数为载波干扰噪声比(CINR)或RSSI。
10.如权利要求6至8任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括初始控制单元，其中：
所述初始控制单元，用于在终端初始接入时，如果所述终端支持波束赋型且有空闲的权值估计资源，则为所述终端启用波束赋型。
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一种新型波束赋形算法;曾云宝等;《无线电工程》;20060228;第36卷(第2期);第25-26页 *
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