一种物理小区标识的自配置方法
技术领域
本发明涉及一种物理小区标识的自配置方法,确切地说,涉及一种自组织网络中的基站参数自配置方法,也就是对无线蜂窝网络中的物理小区标识进行自动分配的方法,属于移动通信的技术领域。
背景技术
在无线自组织网络中,物理小区标识PCI(Physical Cell ID)是物理层唯一标识小区的序列,其作用是加扰于主同步和辅同步的信道,使得终端在检测同步信道的同时,获得小区标识。由于物理小区标识与主同步序列码PSC(PrimarySynchronization Code)和辅同步序列码SSC(Secondary Synchronization Code)序列存在有一一对应的关系,若相邻小区采用相同的PCI,就会产生相互干扰,因此需要对PCI进行合理的分配。
PCI的自动分配有两种:分布式和集中式,前者的自配置是由增强型基站BeNB(eNodeB)完成的,后者的自配置则由具有自组织能力的网络自组织服务器完成之,该服务器能够完成对网络和业务进行分析、预测、规划和配置工作。
协议规定,在长期演进LTE(Long Term Evolution)系统中,共有504个PCI可用。这504个PCI分别由不同的主同步序列和辅同步序列标识,504个物理小区标识又被分为168组,每组3个标识。每组的3个标识通常被分配给同一基站控制下的不同小区。3个主同步序列用于表示组内的3个小区识别,168个辅同步序列用于表示组识别。在实际布网时,除了宏小区占用一部分PCI资源外,还要分配一部分PCI资源给家庭基站和中继站等网络节点,因此,对于小区拓扑结构比较密集的区域,PCI资源通常采用复用来解决资源不足的问题。
在实现同频组网时,如果PCI分配不当,会造成小区间的PCI产生冲突。根据协议的规定,PCI的分配必须要满足“不冲突”和“不混淆”的两个要求:
不冲突(collision-free)是任意两个相邻的同频小区都不能使用相同的PCI。
不混淆(confusion-free)是在每个小区的所有邻区中,任何两个同频小区不能使用相同的PCI。
传统网络中,小区之间是根据不同的系统特性进行区分的。例如,在全球移动通信系统GSM(Global System of Mobile communication)系统中,通过频率规划区分小区,在时分同步码分多址TD-SCDMA(Time Division SynchronizedCode Division Multiple Access)系统中,通过扰码进行区分。但是,它们都是通过人工方式进行分配的,这种人工规划的方式不仅浪费了大量的人力和物力,更重要的是,在没有兼顾网络实际情况下所得到的分配效果往往不是最优的。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种物理小区标识PCI的自配置方法,该方法用于长期演进网络的部署阶段,对物理小区标识进行自动分配,以解决配置物理小区标识时的冲突问题;并使网络中的基站在自配置PCI时,在满足“不冲突”与“不混淆”的基础上,同时又能优化或降低因PCI复用而产生系统干扰,使系统性能接近理论上的最优值。
为了达到上述发明目的,本发明提供了一种自动分配物理小区标识PCI(Physical Cell ID)的方法,其特征在于:包括下述操作步骤:
(1)在网络中完成新基站的基建和设备安装后,网络自组织服务器触发基站PCI自配置参数的操作:先收集可用的PCI信息和未配置PCI的新基站信息,包括:网络中可用的PCI集合和每个PCI的使用信息,未配置PCI的新基站集合及其所在地理位置的经纬度与其天线的架高、方向和下倾角信息;
(2)网络自组织服务器根据新基站的经纬度信息,计算得到每个新基站和其他基站之间的距离,再根据该距离及其基站的具体地理环境,使用该地理环境下的经验路径损耗传播模型,分别计算该新基站和其他基站之间的路径损耗值和天线增益值,再根据路径损耗值和天线增益值之差确定传播损耗值;并设置传播损耗门限值,以供在计算每个新基站分配的各个PCI所对应的传播损耗总值过程中,删除其中高于该门限值的传播损耗值,即该传播损耗值不再计入传播损耗总值内,而将低于该门限值的传播损耗值按照从小到大的升序排列;对所有新基站执行上述操作后,就获得所有新基站的传播损耗值排序表;然后,按照传播损耗排序表从高到低顺序确定新基站分配PCI的顺序,即建立按照优先级由高到低顺序的新基站排序表;
(3)网络自组织服务器开始按照新基站排序表为新基站配置PCI:
如果可用PCI集合中还有从未配置的PCI,选取这些PCI按照新基站排序表的优先级顺序逐一分配未配置的PCI;当所有PCI都已经使用过、但仍有新基站未获得PCI时,则通过复用PCI为新基站分配PCI;
复用方法是:网络自组织服务器计算新基站排序表中优先级最高的新基站Bi和各个已经分配PCI的基站的传播损耗值,确定该新基站Bi分配可用PCI列表中的第j个PCI、即Pj所对应的传播损耗总值Lij;该Lij是所有已经分配相同PCI、且序号为j的基站与该新基站Bi的传播损耗值的累加和;再对该确定的Lij进行由大到小的降序排列,确定针对新基站Bi的PCI优先级排序表;式中,自然数i和j分别为基站和PCI的序号;
然后,对PCI优先级排序表中删除会产生冲突和混淆的PCI:先把新基站Bi地域上两跳范围内已经分配PCI基站的PCI从PCI优先级排序表中删除,然后把更新后的PCI优先级排序表中优先级最高的PCI分配给新基站Bi;如果此时更新后的PCI优先级排序表中没有可用的PCI,则只把新基站Bi地域上一跳范围内已经分配PCI基站的PCI从PCI优先级排序表中删除,再把更新后的PCI优先级排序表中优先级最高的PCI分配给新基站Bi;如果此时更新后的PCI优先级排序表仍然没有可用的PCI,则不删除会产生冲突和混淆的PCI,直接把未更新的PCI优先级排序表中优先级最高的PCI分配给新基站Bi;
(4)完成了新基站Bi的PCI分配后,从新基站排序表中删除该新基站Bi,即完成新基站排序表的更新操作后,返回执行步骤(3);直到新基站排序中的所有新基站都完成了PCI配置操作。
网络自组织服务器存储了其所管控的全部新基站和在服基站的包括地理位置,天线配置,发射功率和路径传播经验模型信息,以及所有能够供这些基站使用的PCI资源集合和这些PCI资源在网络中的使用信息;网络自组织服务器周期地进行新基站的PCI分配,或者由新基站主动发送配置请求,触发新基站的PCI分配操作。
所述步骤(3)中,网络自组织服务器计算生成的PCI优先级排序表,是按照从高到低的降序排列了整个网络中所有已经配置PCI的基站根据其不同PCI值分别和正在配置PCI的新基站的传播损耗累加值的大小排序;该PCI传播损耗值排序表是在对新基站配置PCI且必须要复用PCI时,才由网络自组织服务器计算生成的;且每个复用PCI的新基站在其执行自配置PCI操作前,都必须先从网络自组织服务器获得该PCI优先级排序表后,才能正确执行自配置操作。
为了达到上述发明目的,本发明还提供了一种自动分配物理小区标识PCI的方法,其是将上述方法中的传播损耗值用接收信号功率替换之,该接收信号功率是基站的发射功率减去传播损耗值之差;所述替换方法包括下列操作步骤:
步骤A,在网络中完成新基站的基建和设备安装后,网络自组织服务器触发基站PCI自配置参数的操作:先收集可用的PCI信息和未配置PCI的新基站信息,包括:网络中可用的PCI集合和每个PCI的使用信息,未配置PCI的新基站集合及其所在地理位置的经纬度与其天线的架高、方向和下倾角信息,以及每个新基站的发射功率信息;
步骤B,网络自组织服务器根据新基站的经纬度信息,计算得到该新基站和其他基站之间的距离,再根据该距离及其基站的具体地理环境,使用该地理环境下的经验路径损耗传播模型,计算该新基站和其他基站之间的路径损耗值和天线增益值;再根据路径损耗值和天线增益值之差确定传播损耗值;然后将基站的发射功率减去传播损耗值得到该基站的接收信号功率;并设置接收信号功率门限值,将高于该门限值的接收信号功率值删除,不再进行计算;将低于该门限值的接收信号功率值按照从大到小的降序排列;对所有新基站进行上述操作后,就获得所有新基站的接收信号功率值排序表;然后,按照接收信号功率值排序表从高到低顺序确定新基站分配PCI的顺序,即建立按照优先级由高到低的新基站排序表;
步骤C,网络自组织服务器开始按照新基站排序表为新基站配置PCI:
如果可用PCI集合中还有从未配置的PCI,选取这些PCI按照新基站排序表的优先级顺序逐一分配未配置的PCI;当所有PCI都已经使用过、但仍有新基站未获得PCI时,则通过复用PCI为新基站分配PCI:
复用方法是:网络自组织服务器计算新基站排序表中优先级最高的新基站Bi收到各个已经分配PCI基站的接收信号功率值,确定该新基站Bi分配可用PCI列表中的第j个PCI、即Pj所对应的接收信号功率总值Rij;该Rij是所有已经分配相同PCI、且序号为j的基站与该新基站Bi的接收信号功率值的累加和;再对确定的Rij进行由小到大的升序排列,确定针对新基站Bi的PCI优先级排序表;式中,自然数i和j分别为基站和PCI的序号;
然后,在对PCI优先级排序表中删除会产生冲突和混淆的PCI:先把新基站Bi地域上两跳范围内已经分配PCI基站的PCI从PCI优先级排序表中删除,然后把更新后的PCI优先级排序表中优先级最高的PCI分配给新基站Bi;如果此时更新后的PCI优先级排序表没有可用的PCI,则只把新基站Bi地域上一跳范围内已经分配PCI基站的PCI从PCI优先级排序表中删除,再把更新后的PCI优先级排序表中优先级最高的PCI分配给新基站Bi;如果此时更新后的PCI优先级排序表仍然没有可用的PCI,则不删除会产生冲突和混淆的PCI,直接把未更新的PCI优先级排序表中优先级最高的PCI分配给新基站Bi;
步骤D,完成了新基站Bi的PCI分配后,从新基站排序表中删除该新基站Bi,即完成新基站排序表的更新操作后,返回执行步骤C,直到新基站排序中的所有新基站都完成了PCI配置操作。
如果网络系统内没有分配了PCI的基站,或者为新基站分配PCI时不需考虑已经分配PCI的在服基站的影响,则选择具有最多小区邻区的基站为优先级最高的基站;且在为其分配PCI后,再根据所述方法为其他新基站分配合适的PCI。
如果网络系统内只有一个新基站需要分配PCI,且该新基站周围基站都已经分配了PCI时,则所述方法只需直接执行步骤(3)或步骤C中PCI分配方法,为该新基站分配PCI。
所述PCI自配置方法是针对蜂窝移动通信长期演进LTE系统及其增强系统,该方法同样适用于CDMA系统的扰码分配,GSM系统的频率分配,以及无线局域网的频率信道分配。
本发明方法的应用场景是有设定数量的基站请求完成物理小区标识的配置,此时,网络自组织服务器收集这些需要配置物理小区标识号的新基站的地理位置与其天线高度、方向和下倾角信息,同时基于经验的路径传播模型,估算各个基站间的路径损耗值,确定所有基站间的传播损耗值。再通过图论方法,从全局角度优化PCI的复用距离,为各个新基站分配PCI,以减少使用相同PCI的基站间干扰。本发明方法能够方便快捷地进行各个新基站的PCI的配置,操作步骤容易,计算复杂度低,且能逼近理论性能,特别方便地应用于实际蜂窝移动通信系统中,具有很好的推广应用前景。
本发明的有益结果是:本发明以实现小区自动配置PCI作为目标,提出了利用网络自组织服务器收集信息(包括新基站的位置及其天线高度、方向角和下倾角信息),采用集中式方法完成PCI的初始配置后,再利用网络运行阶段的邻区列表进行可用PCI的验证和筛选,从而实现PCI的正确与合理的配置。
本发明不仅能满足协议要求的PCI配置过程中必须实现的不冲突、不混淆原则,还能够有效减少使用相同PCI小区之间的相互干扰,从而提高用户,尤其是处在小区边缘的用户在小区搜索时的性能,实现自组织网络中自动为新建基站分配PCI的功能。
附图说明
图1是本发明物理小区标识的自配置方法的一个应用场景示意图。
图2是本发明物理小区标识的自配置方法的操作步骤图。
图3是本发明里PCI自配置方法针对图1应用场景的详细步骤流程图。
图4是本发明方法通过基站间传播损耗大小计算得到的新基站的传播损耗值排序表,进而得到新基站排序表的示意图。
图5是本发明方法对于来自配置相同PCI的不同小区的传播损耗值进行累加的示意图。
图6是本发明方法中计算网络中的PCI传播损耗累加值,并从大到小进行排序,并通过排除邻区PCI,最终得到的可用PCI优先级排序表。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明是一种在设定的某个区域部署无线通信系统过程中,自动配置物理小区标识PCI的方法。本发明不同于其它的PCI自配置方法,其他方法主要用于解决在一个已经运行的网络中,加入一个新的网络节点(基站),并为这基站配置合适的PCI。本发明不仅能够用于上述添加一个新的网络节点,还能够用于一定规模的网络建设过程中:当运营商已经完成选址、建站、通电、有线连接到网络自组织服务器等相关操作时,新基站依靠自身以及接收网络自组织服务器的控制指令,自动完成参数的配置,人工干预尽可能少而自动进入到在服运行状态,从而降低网络建设的成本,提高网络建设的效率。
参见图1,该应用场景是PCI分配的一种常见场景:整个区域需要布设大量的新建基站。这些基站都已经完成选址、基建、通信设备安装与加电、并连接到网络自组织服务器的全部操作,只需等待网络自组织服务器对其进行基本参数和射频参数的自配置,就能进入运行状态。在完成自配置以前,不能为用户提供无线接入服务。此时,要从复杂的PCI配置工作中将运营商解放出来,通过本发明方法为新基站分配合适的PCI资源。且在为新基站分配PCI时,不仅要协调各个新基站之间PCI的使用,还要考虑其与周围已经配置PCI、处于在服运行状态的基站之间的相互干扰与影响。在实际场景中,新基站的数量也不局限于图1中的19个;同理,可用的PCI资源个数也是根据实际网络规划,在预留部分的PCI资源给与家庭基站和Pico cell等新型网络节点后,剩余的用于宏基站的数量也不一定能满足实际网络对PCI的需求量。此时,本发明为PCI的复用提供了一种优化方法,能够最大限度地减少网络中的PCI干扰,而且,分配结果还能够尽量满足PCI配置的不冲突与不混淆的原则。
参见图2,介绍本发明物理小区标识PCI的自配置方法的具体操作步骤,具体步骤见发明内容部分。
参见图3,具体介绍本发明方法针对设定数量的新建基站的物理小区标识自配置的一个实施例的试验情况:
(301)在网络部署初期,网络自组织服务器首先收集网络中可用的PCI资源,得到可用的PCI集合(即该集合包含有N个可用PCI元素为:PCI=1、PCI=2、PCI=3……PCI=N,式中,i是PCI元素序号);需要配置PCI的新基站集合(即该集合包含M个待配置基站BS1、BS2、BS3…BSi…BSM,式中,j是新基站序号),以及这些新基站的地理位置经纬度(x,y)信息与其天线高度(h)、方向、和下倾角信息。将每个新基站的地理位置及其天线的高度、方向和下倾角信息保存于相应新基站中。这样,网络自组织服务器就可以直接从这些新基站获取相关信息。
(302)网络自组织服务器先按照下式计算所有基站之间的距离:
式中,x
m,y
m和x
n,y
n分别为基站m和基站n的经纬度;
再根据基站间的距离和基站的天线高度与相关信息,以及当地环境采用经验的路损模型,分别计算各个基站之间的信号路径损耗值和天线增益值,再将路径损耗值减去天线增益值获得各基站之间的传播损耗值Pnm。例如,在城市环境中,可以采用哈塔模型的COST231扩展等模型计算出路径损耗值的大小。
(303)将计算得到的各个传播损耗值分别与由运营商设定的门限η进行比较。用以对基站间过大的传播损耗进行筛选和排除,以减少服务器的计算量。
(304)例如预先设定门限η=150dB后,就将传播损耗值与η=150dB进行比较。若传播损耗值大于门限η,说明远端基站信号对近端基站的用户传播损耗过大,就将该基站的传播损耗值设置为无穷大。
(305)根据计算的网络中所有传播损耗值的大小,进行从小到大的升序排序。网络自组织服务器通过对该基站间传播损耗大小排序,依次找出传播损耗对应的基站,将其列入传播损耗排序表(参见图4中的左表)中,然后,按照传播损耗值从小到大的顺序确定基站的分配顺序,即确定新基站的排序表(参见图4中的右表)。具体方法如下:
从传播损耗排序表的首行中的基站开始,依次往下验证每一个基站:若被验证的基站没有出现在新基站排序表中,则在新基站排序表的尾部添加这个被验证基站;若被验证的基站已经被添加到新基站排序表中,就不再添加该被验证基站。直到所有新基站都被添加到新基站排序表中时,验证停止。
经由上述计算得到的新基站排序表作为新基站分配PCI的顺序,该表在验证初始阶段是空表,完成验证后该表长度为需要配置PCI的新基站数量,并由网络自组织服务器维护。
(306)从可用的PCI集合中分别选取未配置过的PCI,再按照新基站排序表从高到低的顺序逐个分配给每个新基站。
(307)网络自组织服务器判断是否复用PCI:当所有可用的PCI集合中的所有资源都已经被分配、但仍有新基站未获得PCI时,就对剩余的未配置PCI的新基站配置复用的PCI,即执行后续步骤(308)。
如果所有新基站都分配到PCI资源,且不需复用PCI时,则表明PCI资源充足,且新基站的PCI配置不需要复用PCI,跳至执行步骤(317)而结束全部操作。
(308)网络自组织服务器首先收集所有网络中已经配置了PCI的基站对正在配置PCI的新基站Bi的传播损耗值,再分别按照不同的PCI对这些传播损耗值进行累加得到Lij(j为PCI的序号,i为新基站的序号),该Lij表示所有已配置PCI为j的基站对新基站Bi的传播损耗累加值。每个PCI对应一个传播损耗累加值,共有N个时,就将得到的所有N个值按照从大到小顺序进行排列,得到针对新基站Bi的PCI优先级排序表(参见图6的左表),该排序表表示新基站Bi受到的叠加干扰会随着传播损耗累加值的减小而增大。
(309)网络自组织服务器根据新基站Bi的地理位置,确定其邻区关系,并根据这个邻区列表信息获得邻区及其邻区(即该新建基站Bi两跳范围内的所有邻区)的邻区关系列表,以及它们所使用的PCI信息;这样就得到周围两跳内的邻区所用的PCI集合,该集合包含了配置给该新基站Bi就会发生冲突和混淆的PCI。网络自组织服务器从PCI优先级排序表中删除这些新基站Bi周围两跳内的邻区基站所使用的PCI,得到更新后的Bi的PCI优先级排序表。
(310)判断更新后的Bi的PCI优先级排序表是否为空,可知当前是否有合适与可用的PCI为新基站Bi进行配置。若更新后的PCI优先级排序表不为空,则跳至步骤(311);若更新后的PCI优先级排序表为空,说明在网络规划时,分配给宏基站的可用PCI资源已经无法满足基站Bi及其周围邻区的PCI的配置要求,因此跳至步骤(314)。
(311)网络自组织服务器得到更新后的PCI优先级排序表,从更新后的PCI优先级排序表中选择优先级最高的PCI配置给新基站Bi,完成新基站Bi的自配置,并将其从新基站排序表中删除。
(312)完成新基站Bi的PCI自配置后,判断新基站排序表中是否还有尚未完成PCI自配置的新基站。若还有未完成PCI自配置的新基站,则执行后续步骤(313);否则,跳转执行步骤(317),进而结束全部PCI的自配置操作。
(313)令i+1,即对下一个新基站Bi+1执行PCI自配置的操作;否则,跳至执行步骤(317),结束全部PCI自配置操作。
(314)网络自组织服务器从PCI优先级排序表中删除新基站Bi周围一跳内的邻区基站所使用的PCI,得到更新后的Bi的PCI优先级排序表(参见图6所示)。同样判断更新后的PCI优先级排序表是否为空,若更新后的PCI优先级排序表不为空,则跳至执行步骤(311):从更新后的PCI优先级排序表中选择优先级最高的PCI配置给新基站Bi;若更新后的PCI优先级排序表为空,说明PCI资源不足,跳至执行步骤(316)。
(316)网络自组织服务器直接从没有更新的PCI优先级排序表中选择优先级最高的PCI配置给新基站Bi,再将该新基站Bi从新基站排序表中删除。
(317)通过执行步骤(313),轮询并确认完成整个网络所有新基站排序表中的新基站的PCI自配置操作。
参见图4,左边的传播损耗排序表是通过计算网络中每个基站与其他所有基站之间的传播损耗值,并将低于传播损耗门限的传播损耗值进行从小到大升序排列的结果。例如,第一行的传播损耗值为105dB,是该网络中最小的传播损耗值,这个传播损耗值对应的基站对是eNB#1和eNB#7;同理,最后一行的两个基站表示传播损耗最大值所对应的两个基站。右边的列表表示从传播损耗排序表计算得到的新基站排序表,具体操作请参见步骤(305)的描述。
在后续的基站自配置过程中,网络自组织服务器根据新基站排序表由高到低的顺序为基站配置PCI,即从新基站排序表第一行的基站开始配置,完成PCI的自配置过程,再进行下一个新建基站的配置,直到所有的基站都完成配置,再使全部基站进入运行服务状态。
参见图5,在新基站Bi配置PCI时,若需要对PCI进行复用,网络自组织服务器要收集网络中相同PCI的不同基站的传播损耗累加值,即先收集所有已经配置了PCI的基站和该新基站Bi的传播损耗值,再按照PCI值计算配置了相同PCI的基站和该新基站Bi之间的传播损耗值。例如图5中,网络中存在着3个PCI=3的基站和3个PCI=7的基站,网络自组织服务器分别计算PCI=3的三个基站到新基站的传播损耗(如三条虚线所示)的累加值,再计算PCI=7的三个基站到新基站的传播损耗(如三条实线所示)累加值,最后进行传播损耗累加值的对比。
参见图6,左边列表是网络自组织服务器根据计算网络中已经配置了PCI的基站到新基站eNB#2之间的传播损耗累加值按照从大到小排序的列表。该列表是只针对新基站配置PCI时,必须要对PCI进行复用才产生的,每个复用PCI的新基站在配置PCI之前,都要先计算出该列表。中间列表是网络自组织服务器根据新基站的地理位置,得到的新基站的邻区信息,以及邻区的邻区信息,其中包括这些邻区已使用的PCI信息。例如,eNB#2的一跳范围内的邻区包括eNB#1、eNB#3、eNB#7、eNB#9、eNB#8、eNB#19等,这些基站所使用的PCI分别是:PCI=1、PCI=14、PCI=13、PCI=3、PCI=9、PCI=18;eNB#2的两跳范围内的邻区,除去一跳范围内的邻区还包括eNB#4、eNB#14、eNB#16、eNB#13,这些邻区所使用的PCI包括:PCI=16、PCI=14、PCI=1、PCI=7。
右边列表是网络自组织服务器对步骤(3)中产生的PCI优先级排序表中的PCI进行合理验证和筛选后,所得到的更新的PCI优先级排序表。该列表是从PCI优先级排序表中,删除对应的新基站周围两跳内的邻区基站所使用的PCI值而得到的。网络自组织服务器从该个PCI优先级排序表中选择优先级最高的PCI配置给新基站,即为eNB#2配置值为6的PCI。在极端情况下,如PCI资源极其有限且基站部署密集,且基站邻区较多时,若删除地域上两跳范围内的基站所使用的PCI后,更新后的PCI优先级排序表是空集时,说明没有合适可用的PCI能够用于配置,就对PCI优先级排序表重新更新:即只删除地域上一跳范围内的基站所使用的PCI后,再选择其中优先级最高的PCI为新基站配置。若此时更新后的PCI优先级排序表仍然为空,则不对PCI优先级排序表进行更新,直接选择优先级最高的PCI为新基站配置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。