CN102625326B - 蜂窝移动通信网络覆盖的多小区联合优化方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蜂窝移动通信网络覆盖的多小区联合优化方法及其装置；本发明的方法包括：收集目标区域内各基站位置信息；对目标区域进行栅格划分；测量各基站到各栅格点的传播损耗；遍历发射总功率、天线电参数组合，统计不良覆盖比；挑选使不良覆盖比最小的组合，馈送最优激励电流至各天线。本发明的装置包括：信息收集模块、栅格化处理模块、传播损耗确定模块、遍历求解模块和挑选模块。本发明通过优化阵列天线的方向图和发射功率来实现面向实际传播环境的网络覆盖的多小区联合优化，使得整个目标区域的不良覆盖最少；既可用于面向实际传播环境的网络覆盖的多小区联合优化，也可以用于对个别小区的不良覆盖进行单独纠正。

Description

蜂窝移动通信网络覆盖的多小区联合优化方法及其装置

技术领域

本发明涉及蜂窝移动通信领域，特别涉及一种蜂窝移动通信网络覆盖的多小区联合优化方法及其装置。

背景技术

在蜂窝移动通信领域中，小区信号覆盖的效果是蜂窝移动通信网络性能、用户体验最直接和重要的影响因素。通过广播信道发送的公共控制信号(导频、同步等)，其覆盖应使得小区中所有地点上信号功率和信干噪比均高于门限，从而避免弱覆盖；相邻小区间应有一定重叠覆盖范围(切换带)又不能过大，以避免过覆盖和导频污染。

在实际中，由于地理环境的差异性及其它条件的限制，基站的分布具有一定的不规则性，每个小区各个方向上的目标覆盖距离不全相等。又由于传播条件的各向差异性，比如在某个方向上由于高大建筑物的遮挡导致信号的传播损耗增大等，一个小区的实际覆盖与规划覆盖相比往往会产生偏差。这些都会造成不良覆盖，包括弱覆盖和过覆盖。

弱覆盖是指移动台接收到的本小区的信号强度低于设定门限值，该门限值根据蜂窝网络制式(如FDMA或CDMA)、无线环境(如城区或郊区)等而不同。过覆盖是指小区提供了超出目标范围的有效覆盖。

现有小区覆盖的优化方法一般有三类：

第一类方法是调节多天线或天线线阵的俯仰角，使小区实际覆盖区域在各方向上同时扩大或缩小，来克服本小区的弱覆盖和过覆盖。具体地，公开号为CN102202330A的专利文本于2011年9月28日公开了一种蜂窝移动通信系统的覆盖自优化方法，包括步骤：每个用户测量并向基站上报各自的RSRP和SINR参数值；基站收集本小区内所有用户上报的测量参数值，判断当前网络是否满足上述三种覆盖问题中的任一种触发条件，若满足，首先触发基于天线下倾角动态调整的覆盖自优化过程，根据预设方案调整下倾角来解决覆盖问题；在下倾角可调范围内无法满足覆盖要求时，根据覆盖的具体场景和用户类型继续调整天线方位角、波束宽度或下条基站发送功率；若以上措施仍然不能解决覆盖问题，则转入覆盖和容量自优化过程。但本类方法不能按照规划覆盖和实际地貌确定俯仰面和方位面各个方向上的天线辐射特性，不能使实际覆盖区域较好地逼近规划覆盖区域。

第二类方法是通过调节多个相邻小区的天线或天线线阵的俯仰角和方位角，或调节多个相邻小区的基站发射功率，使小区间有合适的重叠覆盖。但本类方法只能将小区各个方向的实际覆盖距离同时扩大或减小，也无法针对实际地貌做小区间覆盖区域的合理分割。

第三类方法是用具有方位面上波束赋形能力的阵列天线(如天线面阵、阵元水平排列的天线线阵等)，通过调整天线方向图(即方位面上各个方向的辐射强度)来控制单个小区的实际覆盖范围。具体地，公开号为CN101304278A的专利文本于2008年11月12日公开了一种采用多阵元天线的基站小区覆盖方法，包括步骤：根据基站小区的具体边界和形状，给多阵元天线的各个阵元赋予不同的幅值和相位，对广播波束进行赋形，使之对基站小区实施精确覆盖。但本类方法往往在改善一个小区弱覆盖的同时给相邻小区带来干扰，例如，某小区某一个方向上由于高楼的遮挡，在高楼的背面形成弱覆盖区域，而仅增加本小区高楼所在方向上的发射功率容易引起高楼两侧方向上的过覆盖。

发明内容

本发明提供了一种蜂窝移动通信网络覆盖的多小区联合优化方法及其装置，能够按照实际传播条件对多个小区基站发射总功率、天线方向图进行联合调整，不仅使得由这些小区构成的整个服务区域上的不良覆盖面积降到最低，还解决了上述第三类方法中仅对一个小区的不良覆盖进行克服而导致相邻小区不良覆盖增加的问题。

一种蜂窝移动通信网络覆盖的多小区联合优化方法，其特征在于，包括步骤：

(1)收集目标区域内各基站位置信息；

(2)对目标区域进行均匀的栅格划分，获取栅格点的位置信息；

(3)测量各基站到各栅格点的传播损耗；

(4)遍历所有基站发射总功率值以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位的各种组合，对每种组合计算目标区域中所有栅格点处的来自所有基站的接收信号功率，并统计目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和；

(5)挑选出使得目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和最小的一种基站发射总功率值以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位组合，计算激励电流的幅度，将具有该幅度以及相位的激励电流馈送到小区的阵列天线。

下面介绍本发明方法的优选技术方案。

进一步地，步骤(3)中，所述的测量各基站到各栅格点的传播损耗，基于如下计算式：

L(θ，s_θ)＝P_t(θ)-P_r(θ，s_θ)                    ①

式①中，每一项的单位均为分贝；其中，P_t(θ)为基站在θ方向上的发射功率，其数值已知；s_θ是基站与θ方向上栅格点之间的距离；P_r(θ，s_θ)为当基站在θ方向上的发射功率为P_t(θ)时栅格点处实测得到的接收信号功率值；L(θ，s_θ)为θ方向上基站与距离为s_θ的栅格点之间的传播损耗。

进一步地，所述的步骤(3)与步骤(4)之间，还包括步骤：

获取基站发射总功率的上限值以及下限值；

设定基站发射总功率量化值的种数M，天线阵元激励电流的归一化幅度的量化值的种数H，相位量化值的种数J，计算功率量化步长、天线阵元激励电流的归一化幅度量化步长以及相位量化步长；

根据设定的上述步长分别对所有基站的发射总功率以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位进行量化，获得所有基站发射总功率量化值以及天线阵元激励电流的归一化幅度量化值和相位量化值的各种组合。

基于上述，更进一步地，步骤(5)中，所述的计算激励电流的幅度，基于如下计算式：

${\tilde{I}}_{q,n}=\sqrt{{\stackrel{\‾}{P}}_{t,q}\·\frac{{\stackrel{\‾}{I}}_{q,n}^2}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{I}}_{q,n}^2}},\begin{array}{c}q=\mathrm{1,2},\·\·\·,Q\\ n=\mathrm{1,2},\·\·\·,N\end{array}$ ②

式②中，

为第q个小区的基站发射总功率量化值，

为天线第n个阵元激励电流的归一化幅度量化值，

为相位量化值；

为第q个小区的基站天线第n个阵元激励电流的幅度；Q以及N分别为目标区域内的小区总数以及天线内的阵元总数。

优选地，步骤(4)中，所述的对每种组合计算目标区域中所有栅格点处的来自所有基站的接收信号功率，基于如下计算式：

$P_{r,q}({\mathrm{\θ}}_{q,k},s_{q,k})=P_{t,q}^{\max }+F_q\left({\mathrm{\θ}}_{q,k}\right)-L_q({\mathrm{\θ}}_{q,k},s_{q,k})$ ③

式③中，P_r，q(θ_q，k，s_q，k)为第k个栅格点处第q个小区的基站信号的接收功率；

是第q个小区的基站在最大辐射方向上的发射功率值；

F_q(θ_q，k)是第q个小区的天线方向图在θ_q，k方向上的数值，由该组合中第q个小区的天线各个阵元激励电流的归一化幅度量化值I_q，n和相位量化值

确定；L_q(θ_q，k，s_q，k)为第q个小区的基站与第k个栅格点之间的传播损耗。

优选地，步骤(4)中，所述的统计目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和之前，还包括步骤：

获取弱覆盖门限值T_weak以及过覆盖门限值T_over；以及，

设定弱覆盖比与过覆盖比的加权系数。

更为具体地，步骤(4)中，

所述目标区域的弱覆盖比为目标区域内来自所有基站的信号的接收功率均小于弱覆盖门限值T_weak的区域面积与总面积之比；

所述目标区域的过覆盖比为目标区域内来自一个基站的信号的接收功率大于过覆盖门限值T_over且来自其他基站的信号的接收功率大于弱覆盖门限值T_weak的区域面积与总面积之比。

一种用以实现如上所述优化方法的装置，其特征在于，包括：

信息收集模块，用于收集目标区域内各基站位置信息；

栅格化处理模块，用于对目标区域进行均匀的栅格划分，获取栅格点的位置信息；

传播损耗确定模块，用于接收所述的栅格点的位置信息以及外部设备测得的所有栅格点处的接收信号功率值以得到各基站到各栅格点的传播损耗；

遍历求解模块，用于接收各基站到各栅格点的传播损耗，遍历所有基站发射总功率以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位的各种组合，对每种组合计算目标区域中所有栅格点处的来自所有基站的接收信号功率，并统计目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和；

挑选模块，用于接收每种基站发射总功率以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位的各种组合下目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和，挑选出使得目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和最小的一种组合，计算该组合下激励电流的幅度，将具有该幅度以及相位的激励电流馈送到小区的各个阵列天线。

下面介绍本发明装置的优选技术方案。

作为优选，本发明的装置还包括量化模块；

所述的量化模块，用于输入基站发射总功率的上限值、下限值，并根据预先设定的基站发射总功率量化值的种数M、天线阵元激励电流的归一化幅度的量化值的种数H、相位量化值的种数J，计算功率量化步长、归一化幅度量化步长以及相位量化步长，分别对所有基站的发射总功率以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位进行量化，获得所有基站发射总功率量化值以及天线阵元激励电流的归一化幅度量化值和相位量化值的各种组合形成组合信息；所述的遍历求解模块，读入该组合信息；并基于该组合信息，遍历所有基站发射总功率量化值以及天线阵元激励电流的归一化幅度量化值和相位量化值的各种组合。

进一步地，所述的遍历求解模块，用于存储弱覆盖门限值T_weak和过覆盖门限值T_over，以及预设弱覆盖比与过覆盖比的加权系数；并基于上述弱覆盖门限值T_weak和过覆盖门限值T_over以及加权系数统计目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和。

更为具体地，本发明装置中所述目标区域的弱覆盖比为目标区域内来自所有基站的信号的接收功率均小于弱覆盖门限值T_weak的区域面积与总面积之比；所述目标区域的过覆盖比为目标区域内来自一个基站的信号的接收功率大于过覆盖门限值T_over且来自其他基站的信号的接收功率大于弱覆盖门限值T_weak的区域面积与总面积之比。

本发明的蜂窝移动通信网络覆盖的多小区联合优化方法及其装置，是基于具有方位面上波束赋形能力的阵列天线。本发明的技术原理为：天线的辐射特性一般可用天线方向图来表达；天线方向图是阵列天线每个阵元的激励电流幅度和相位的函数，各个方向可以不等。按照各个方向上所需的辐射强度，求解阵列天线每个阵元的激励电流幅度和相位，以求得的激励电流幅度和相位馈送到阵列天线，即可实现与各个方向上所需的辐射强度相近的天线方向图。

依据实际传播条件(即传播损耗)，以不良覆盖最小为准则，联合确定相邻小区的基站发射总功率、天线阵元激励电流幅度和相位，使得相邻小区有各自合适的覆盖范围，整个区域有最佳的覆盖效果。在这里，不良覆盖即包括弱覆盖以及过覆盖，不良覆盖最小即为弱覆盖比与过覆盖比的加权和最小，加权系数为人为预设值。本发明测量的基站到某一位置点的传播损耗为：在基站任意的发射功率条件下，获取该位置点处的接收信号功率值与该发射功率的差值。

本发明的有益效果为：

(1)利用阵列天线方向图的自由度，通过调整阵列天线的方向图和发射功率来实现面向实际传播环境的网络覆盖的多小区联合优化，使得整个目标区域的不良覆盖面积最小；

(2)既可用于面向实际传播环境的网络覆盖的多小区联合优化，也可以用于对个别小区的不良覆盖进行单独纠正。

(3)对个别小区的不良覆盖进行单独纠正时，能够使得该小区及其邻小区不良覆盖最小。

附图说明

图1为本发明实施例1所述方法的流程示意图；

图2为实施例1中网络覆盖的多小区联合优化的场景示意图；

图3为本发明实施例2所述方法的流程示意图；

图4为本发明实施例3所述装置的结构示意图；

图5为本发明实施例4所述装置的结构示意图；

图6为本发明仿真中网络覆盖的三小区联合优化的场景示意图；

图7为仿真中三小区传播损耗分布等值线图；

图8为仿真中三小区联合优化得到的覆盖效果图。

具体实施方式

本发明的技术方案原理如下：(1)天线方向图是阵列天线每个阵元的激励电流幅度和相位的函数，各个方向可以不等。按照各个方向上所需的辐射强度，求解阵列天线每个阵元的激励电流幅度和相位(简称电参数)，将求得的幅度和相位的激励电流馈送到阵列天线，即可实现与各个方向上所需的辐射强度相近的天线方向图。(2)按照实际传播条件，以不良覆盖最小为准则，联合确定相邻小区的基站发射总功率、天线阵元激励电流幅度和相位，使得相邻小区有各自合适的覆盖范围，整个区域有最佳的覆盖效果。

不良覆盖最小指的是弱覆盖比与过覆盖比的加权和最小，加权系数可人为设定。弱覆盖比定义为目标区域内来自所有基站的信号的接收功率均小于弱覆盖门限值T_weak的区域面积与总面积之比。过覆盖比定义为目标区域内来自一个基站的信号的接收功率大于过覆盖门限值T_over且来自其他基站的信号的接收功率大于T_weak的区域面积与总面积之比。过覆盖的上述定义可理解如下：某个位置处一个基站信号的接收功率大于T_over，说明该位置属于该小区的规划覆盖范围；其他基站信号的接收功率大于T_weak，说明邻小区的有效覆盖过大，侵入到该小区的规划覆盖范围之内。这里的弱覆盖门限值T_weak和过覆盖门限值T_over由网络运营商根据经验确定。

下面结合附图详细介绍本发明的具体实施方式。

实施例1

一种蜂窝移动通信网络覆盖的多小区联合优化方法，目标区域含多个小区。如图1所示，包括步骤：

S101对目标区域各基站位置信息进行收集；目标区域如图2所示。目标区域内包含Q个小区。小区序号q＝1，2，…，Q。

S102对目标区域进行均匀的栅格划分，得到栅格点的总数K和各个栅格点的位置坐标。栅格点的序号k＝1，2，…，K。

S103测量各基站到各栅格点的传播损耗；传播损耗的普适计算式为

L(θ，s_θ)＝P_t(θ)-P_r(θ，s_θ)               (1)

式(1)中，每一项的单位均为分贝；P_t(θ)为基站在θ方向上的发射功率，其数值已知；s_θ是θ方向上基站与接收地点之间的距离；P_r(θ，s_θ)为该地点处实测得到的接收信号功率值；P_t(θ)以及P_r(θ，s_θ)的下标t和r分别表示发射以及接收的意思，即代表P_t(θ)为发射功率，P_r(θ，s_θ)为接收功率。

第q个小区的基站到第k个栅格点的距离记为s_q，k。该基站到该点的连线相对于0度参考线的方向角记为θ_q，k。这里，0度参考线是朝向北极点的直线，方向角是从0度参考线逆时针旋转的角度。该基站到该点间的传播损耗记为L_q，k(θ_q，k，s_q，k)。第q个小区的基站在θ_q，k方向上的发射功率记为P_t，q(θ_q，k)。第k个栅格点处第q个小区的基站信号的接收功率记为L_q(θ_q，k，s_q，k)。参照公式(1)，第q个小区的基站与第k个栅格点之间的传播损耗可用下式求得，

L_q，k(θ_q，k，s_q，k)＝P_t，q(θ_q，k)-P_r，q(θ_q，k，s_q，k)           (2)

各个基站到各个栅格点之间的传播损耗类似计算，即当q＝1，2，…，Q，k＝1，2，…，K时，通过式(2)求得各个基站到各个栅格点之间的传播损耗。

S104遍历所有小区的基站天线发射总功率、天线阵元激励电流归一化幅度和相位的各种组合，对每种组合计算目标区域中所有栅格点处的来自所有基站的接收信号功率，并统计目标区域中弱覆盖比与过覆盖比。具体为：

对基站发射总功率、天线阵元激励电流归一化幅度和相位分别量化。第q个小区的基站发射总功率量化值P_t，q，m共M个，分别为

P_t，q，m＝P_t-min+m·Δ_P，m＝0，1，...M-1                 (3)

式(3)中，P_t-min是发射总功率的下限值；m是基站发射总功率量化值的序号变量；M是基站发射总功率量化值的种数；Δ_P是功率量化步长，

${\mathrm{\Δ}}_P=\frac{P_{t-\max }-P_{t-\min }}{M-1}---\left(4\right)$

式(4)中，P_t-max是发射总功率的上限值。P_t-min和P_t-max取决于基站设备和运营商设置。

第q个小区的基站天线第n个阵元的激励电流归一化幅度量化值I_q，n，h共H个，分别为

I_q，n，h＝h·Δ_I，h＝0，1...H-1                 (5)

最小为0，最大为1。式(5)中，h是归一化幅度量化值的序号变量，H是归一化幅度的量化值的种数，Δ_I是归一化幅度的量化步长，

${\mathrm{\Δ}}_I=\frac{1}{H-1}---\left(6\right)$

第q个小区的天线第n个阵元的激励电流的相位量化值

共J个，分别为

最小为0，最大为2π·(J-1)/J。式(7)中，N是水平一列中等间距排列的阵元的数目；j是相位的量化值的序号变量；J是相位量化值的种数；

是相位量化步长，

所有小区的基站发射总功率值、天线阵元激励电流归一化幅度值和相位值的每一种组合，即

其中，m＝0，1，...M-1，h＝0，1...H-1，j＝0，1...J-1；对该组合计算目标区域中所有栅格点处所有基站信号的接收功率，并统计目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和。第k个栅格点处第q个小区的基站信号的接收功率为

$P_{r,q}({\mathrm{\θ}}_{q,k},s_{q,k})=P_{t,q}^{\max }+F_q\left({\mathrm{\θ}}_{q,k}\right)-L_{q,k}({\mathrm{\θ}}_{q,k},s_{q,k})---\left(9\right)$

式中，

是第q个小区的基站在最大辐射方向上的发射功率值，F_q(θ_q，k)是第q个小区的天线方向图在θ_q，k方向上的数值，由该组合中第q个小区的天线各个阵元的激励电流归一化幅度值I_q，n和相位

确定，

式(10)中，d为阵元间距，λ为信号波长，I_q，n的可能取值如式(5)所示，相位的可能取值如式(7)所示。以分贝为单位， $P_{t,q}^{\max }+F_q\left({\mathrm{\θ}}_{q,k}\right)=P_{t,q}\left({\mathrm{\θ}}_{q,k}\right).$

遍历所有小区的基站发射总功率以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位的共计[M·(H^N·J^N)]^Q种组合，得到每一种组合时所有栅格点处所有基站信号的接收功率，以及目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和。

S105挑出使得目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和最小的一种基站发射总功率、天线阵元激励电流归一化幅度和相位组合；该组合中第q个小区的基站发射总功率值记为

天线第n个阵元的激励电流归一化幅度记为

相位值记为计算阵元的激励电流幅度

${\tilde{I}}_{q,n}=\sqrt{{\stackrel{\‾}{P}}_{t,q}\·\frac{{\stackrel{\‾}{I}}_{q,n}^2}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{I}}_{q,n}^2}},\begin{array}{c}q=\mathrm{1,2},\·\·\·,Q\\ n=\mathrm{1,2},\·\·\·,N\end{array};---\left(11\right)$

将具有幅度

和相位

的激励电流馈送到第q个小区天线的第n个阵元，其中，n＝1，2，…，N，q＝1，2，…，Q。

实施例2

一种蜂窝移动通信网络覆盖的多小区联合优化方法，用于对单个小区现有的不良覆盖进行纠正；其纠正的目标是使得须进行优化的该小区及其邻小区的不良覆盖最小。如图3所示，本实施例的方法包括步骤：

S201对单个小区及其邻小区基站位置信息进行收集。

S202对该小区及其邻小区进行均匀的栅格划分，得到栅格点的总数K和各个栅格点的位置坐标。栅格点的序号k＝1，2，…，K。

S203测量各基站到各栅格点的传播损耗；用已知的天线发射功率P_t(θ_k)、实测得到的接收信号功率值P_r(θ_k，s_k)，代入式(2)计算得到传播损耗L(θ_k，s_k)。

S204遍历该小区基站天线发射总功率、天线阵元激励电流归一化幅度和相位的各种组合，对每种组合计算所有栅格点处的来自所有基站的接收信号功率，并统计弱覆盖比与过覆盖比的加权和。

S205挑选出使弱覆盖比与过覆盖比的加权和最小的一种基站发射总功率、天线阵元激励电流归一化幅度和相位组合；该组合中基站发射总功率值记为

天线第n个阵元的激励电流归一化幅度值记为

相位值记为

代入式(9)计算阵元的激励电流幅度n＝1，2，…，N；将具有幅度

和相位

的激励电流馈送到该小区天线的第n个阵元，n＝1，2，…，N。

实施例3

一种用以实现实施例1所述优化方法的装置，如图4所示，包括：

信息收集模块301，用于收集目标区域内各基站位置信息；

栅格化处理模块302，用于对目标区域进行均匀的栅格划分，获取栅格点的位置信息；具体处理过程为：对目标区域进行均匀的栅格划分，得到栅格点的总数K和各个栅格点的位置坐标。

传播损耗确定模块303，用于输入所述的栅格点的位置信息以及外部设备测得的所有栅格点处的接收信号功率值以得到各基站到各栅格点的传播损耗；

遍历求解模块304，用于输入各基站到各栅格点的传播损耗，遍历所有基站发射总功率值以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位的各种组合，对每种组合计算目标区域中所有栅格点处的来自所有基站的接收信号功率，并统计目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和；

挑选模块305，用于输入每种基站发射总功率值、天线阵元激励电流的归一化幅度和相位组合下目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和，挑选出使得目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和最小的一种组合，用该组合中每个小区的基站发射总功率值和天线第n个阵元的激励电流归一化幅度值计算该阵元的激励电流幅度，将具有该幅度以及相位的激励电流馈送到各个小区的阵列天线。

在本实施例的装置还包括量化模块306；

量化模块306，用于输入基站发射总功率的上限值和下限值、基站发射总功率量化值的种数M、天线阵元激励电流的归一化幅度的量化值的种数H、相位量化值的种数J，并计算功率量化步长、归一化幅度量化步长以及相位量化步长，分别对所有基站的发射总功率以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位进行量化，获得所有基站发射总功率量化值以及天线阵元激励电流的归一化幅度量化值和相位量化值的各种组合形成组合信息(具体量化过程可参加实施例1中步骤S104的相关内容)。遍历求解模块304，读入该组合信息；并基于该组合信息，遍历所有基站发射总功率值以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位的各种组合。

除此以外，为了更好地用于实现实施例1所述的优化方法中的相关步骤，遍历求解模块304预存有弱覆盖门限值T_weak和过覆盖门限值T_over，并且预设弱覆盖比与过覆盖比的加权系数；并基于上述弱覆盖门限值T_weak和过覆盖门限值T_over以及加权系数统计目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和。

实施例4

一种用以实现实施例2所述优化方法的装置，如图5所示，包括：

信息收集模块401，用于对单个小区及其邻小区的基站位置信息进行收集。

栅格化处理模块402，具体处理过程为：对该小区及其邻小区进行均匀的栅格划分，得到栅格点的总数K和各个栅格点的位置坐标。

传播损耗确定模块403，用于根据输入的栅格信息和实测得到的接收信号功率值，计算该小区及其邻小区各基站到各栅格点的传播损耗。

遍历求解模块404，输入各基站到各栅格点的传播损耗；遍历基站发射总功率值、天线阵元激励电流归一化幅度和相位的各种组合；对每种组合计算所有栅格点处的来自所有基站的接收信号功率，并统计计该小区及其邻小区所在区域弱覆盖比与过覆盖比的加权和。

挑选模块405，挑出使得弱覆盖比与过覆盖比的加权和最小的一种基站发射总功率、天线阵元激励电流归一化幅度和相位组合；用该组合中小区的基站发射总功率值和天线第n个阵元的激励电流归一化幅度值计算该阵元的激励电流幅度；向该小区天线的每个阵元馈送相应的激励电流。

本实施例的装置也设有量化模块406；

量化模块406，用于输入基站发射总功率的上限值和下限值、基站发射总功率量化值的种数M、天线阵元激励电流的归一化幅度的量化值的种数H、相位量化值的种数J，并计算功率量化步长、归一化幅度量化步长以及相位量化步长，分别对各基站的发射总功率以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位进行量化，获得各基站发射总功率量化值以及天线阵元激励电流的归一化幅度量化值和相位量化值的各种组合形成组合信息(具体量化过程可参加实施例1中步骤S104的相关内容)。

遍历求解模块404，读入该组合信息；并基于该组合信息，遍历基站发射总功率值、天线阵元激励电流归一化幅度和相位的各种组合。

除此以外，为了更好地用于实现实施例2所述的优化方法中的相关步骤，遍历求解模块404预存有弱覆盖门限值T_weak和过覆盖门限值T_over，并且预设弱覆盖比与过覆盖比的加权系数；并基于上述弱覆盖门限值T_weak和过覆盖门限值T_over以及加权系数，统计该小区及其邻小区所在区域弱覆盖比与过覆盖比的加权和。

本发明所述技术方案可以通过仿真进行验证，并进一步论证其有益效果。场景设置如图6所示，本次验证采用了实施例1所述的方法。图中，正六边形区域为目标区域，按间距20米均匀划分，得到K＝6514个栅格点。目标区域内有3个小区，即Q＝3。3个小区的目标覆盖半径均为1000米，均有

和

即覆盖方位角范围均为120°。小区1的基站简称为基站A，坐标为(-1500，0)。小区2的基站简称为基站B，坐标为

小区3的基站简称为基站C，坐标为

DE是位于小区1内的一幢高大建筑物，D点坐标为(-800，0)，E点坐标为(-800，100)。由于建筑物的阻挡，各基站信号在DE后方传播损耗增大。

仿真中传播损耗模型采用PCS微蜂窝模型，传播损耗分布如图7所示。图7中，实线为基站A信号的传播损耗等值线，虚线为基站B信号的传播损耗等值线，点线为基站C信号的传播损耗等值线。每个基站信号的三条传播损耗等值线由内向外依次表示传播损耗值为95dB、105dB、115dB。其中，基站A的95dB损耗等值线和105dB损耗等值线由于未到达阻挡物DE处，因此是圆形的；115dB损耗等值线超过了阻挡物DE，因此在DE处发生了凹陷。基站B和基站C的三条损耗等值线由于均未到达DE处，因此是各向等距的圆。

阵列天线采用均匀面阵，水平放置的每一行的阵元数目N＝8，阵元间距d＝λ/2，λ为信号波长。每个基站发射功率的下限P_t-min均取为10dBm，上限P_t-max均取为30dBm，发射功率可能的取值数目M＝200。天线阵元激励电流的归一化幅度可能的取值数目H＝10，相位可能的取值数目J＝10。

遍历基站A、基站B和基站C可能的发射功率值、天线阵元激励电流归一化幅度和相位共[200·(10⁸·10⁸)]³＝8×10^18×3种组合。对每一种组合，计算目标区域中所有栅格点处所有基站信号的接收功率，并统计目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和。弱覆盖门限值T_weak＝-95dB，过覆盖门限值T_over＝-90dB。挑选出使弱覆盖比与过覆盖比的加权和最小的一个组合。计算3个基站每个天线阵元的激励电流幅度，与激励电流相位一并馈送往相应的天线。

覆盖效果如图8所示。图8中，横坐标x和纵坐标y均表示距离，单位为米。图中实线为基站A的-95dBm功率等值线，虚线为基站B的-95dBm功率等值线，点线为基站C的-95dBm功率等值线。弱覆盖区域3处，弱覆盖比为0.27633％。过覆盖区域4处，过覆盖比为0.18422％。这说明弱覆盖和过覆盖都很少，覆盖效果很好，3小区联合优化很有效。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (7)

1.一种蜂窝移动通信网络覆盖的多小区联合优化方法，其特征在于，包括步骤：

（1）收集目标区域内各基站位置信息；

（2）对目标区域进行均匀的栅格划分，获取栅格点的位置信息；

（3）测量各基站到各栅格点的传播损耗；

获取基站发射总功率的上限值以及下限值；

设定基站发射总功率量化值的种数M，天线阵元激励电流的归一化幅度的量化值的种数H，相位量化值的种数J，计算功率量化步长、天线阵元激励电流的归一化幅度量化步长以及相位量化步长；

根据设定的上述步长分别对所有基站的发射总功率以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位进行量化，获得所有基站发射总功率量化值以及天线阵元激励电流的归一化幅度量化值和相位量化值的各种组合；

（4）遍历所有基站发射总功率值以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位的各种组合，对每种组合计算目标区域中所有栅格点处的来自所有基站的接收信号功率，并统计目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和；

所述的对每种组合计算目标区域中所有栅格点处的来自所有基站的接收信号功率，基于如下计算式：

$P_{r,q}({\mathrm{\θ}}_{q,k},s_{q,k})=P_{t,q}^{\max }+F_q\left({\mathrm{\θ}}_{q,k}\right)-L_q({\mathrm{\θ}}_{q,k},s_{q,k})$ ③

式③中，P_r,q(θ_q,k,s_q,k)为第k个栅格点处第q个小区的基站信号的接收功率；

是第q个小区的基站在最大辐射方向上的发射功率值；F_q(θ_q,k)是第q个小区的天线方向图在θ_q,k方向上的数值，由该组合中第q个小区的天线各个阵元激励电流的归一化幅度量化值I_q,n和相位量化值

确定；L_q(θ_q,k,s_q,k)为第q个小区的基站与第k个栅格点之间的传播损耗；s_q,k为第q个小区的基站到第k个栅格点的距离，θ_q,k为第q个小区的基站到第k个栅格点连线相对于0度参考线的方向角，n为自然数且1≤n≤N，N为天线内的阵元总数；

（5）挑选出使得目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和最小的一种基站发射总功率值以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位组合，计算激励电流的幅度，将具有该幅度以及相位的激励电流馈送到小区的阵列天线。

2.如权利要求1所述的优化方法，其特征在于，步骤（5）中，所述的计算激励电流的幅度，基于如下计算式：

${\tilde{I}}_{q,n}=\sqrt{{\stackrel{\‾}{P}}_{t,q}\·\frac{{\stackrel{\‾}{I}}_{q,n}^2}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{I}}_{q,n}^2}},\begin{array}{c}q=\mathrm{1,2}...,Q\\ n=\mathrm{1,2},...,N\end{array}$ ②

式②中，

为第q个小区的基站发射总功率量化值，

为天线第n个阵元激励电流的归一化幅度量化值，

为第q个小区的基站天线第n个阵元激励电流的幅度；Q以及N分别为目标区域内的小区总数以及天线内的阵元总数。

3.如权利要求1所述的优化方法，其特征在于，步骤（4）中，所述的统计目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和之前，还包括步骤：

获取弱覆盖门限值T_weak以及过覆盖门限值T_over；以及，

设定弱覆盖比与过覆盖比的加权系数。

4.如权利要求1或3所述的优化方法，其特征在于，步骤（4）中，

所述目标区域的弱覆盖比为目标区域内来自所有基站的信号的接收功率均小于弱覆盖门限值T_weak的区域面积与总面积之比；

所述目标区域的过覆盖比为目标区域内来自一个基站的信号的接收功率大于过覆盖门限值T_over且来自其他基站的信号的接收功率大于弱覆盖门限值T_weak的区域面积与总面积之比。

5.一种用以实现如权利要求1所述的优化方法的装置，其特征在于，包括：

信息收集模块，用于收集目标区域内各基站位置信息；

栅格化处理模块，用于对目标区域进行均匀的栅格划分，获取栅格点的位置信息；

传播损耗确定模块，用于接收所述的栅格点的位置信息以及外部设备测得的所有栅格点处的接收信号功率值以得到各基站到各栅格点的传播损耗；

遍历求解模块，用于接收各基站到各栅格点的传播损耗，遍历所有基站发射总功率以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位的各种组合，对每种组合

计算目标区域中所有栅格点处的来自所有基站的接收信号功率，并统计目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和；所述的对每种组合计算目标区域中所有栅格点处的来自所有基站的接收信号功率，基于如下计算式：

$P_{r,q}({\mathrm{\θ}}_{q,k},s_{q,k})=P_{t,q}^{\max }+F_q\left({\mathrm{\θ}}_{q,k}\right)-L_q({\mathrm{\θ}}_{q,k},s_{q,k})$ ③

式③中，P_r,q(θ_q,k,s_q,k)为第k个栅格点处第q个小区的基站信号的接收功率；

是第q个小区的基站在最大辐射方向上的发射功率值；F_q(θ_q,k)是第q个小区的天线方向图在θ_q,k方向上的数值，由该组合中第q个小区的天线各个阵元激励电流的归一化幅度量化值I_q,n和相位量化值

确定；L_q(θ_q,k,s_q,k)为第q个小区的基站与第k个栅格点之间的传播损耗；s_q,k为第q个小区的基站到第k个栅格点的距离，θ_q,k为第q个小区的基站到第k个栅格点连线相对于0度参考线的方向角，n为自然数且1≤n≤N，N为天线内的阵元总数；

挑选模块，用于接收每种基站发射总功率以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位的各种组合下目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和，挑选出使得目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和最小的一种组合，计算该组合下激励电流的幅度，将具有该幅度以及相位的激励电流馈送到小区的各个阵列天线；

量化模块，用于输入基站发射总功率的上限值、下限值，并根据预先设定的基站发射总功率量化值的种数M、天线阵元激励电流的归一化幅度的量化值的种数H、相位量化值的种数J，计算功率量化步长、归一化幅度量化步长以及相位量化步长，分别对所有基站的发射总功率以及天线阵元激励电流的归一化幅度和相位进行量化，获得所有基站发射总功率量化值以及天线阵元激励电流的归一化幅度量化值和相位量化值的各种组合形成组合信息；所述的遍历求解模块，读入该组合信息；并基于该组合信息，遍历所有基站发射总功率量化值以及天线阵元激励电流的归一化幅度量化值和相位量化值的各种组合。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的遍历求解模块，用于存储弱覆盖门限值T_weak和过覆盖门限值T_over，以及预设弱覆盖比与过覆盖比的加权系数；并基于上述弱覆盖门限值T_weak和过覆盖门限值T_over以及加权系数统计目标区域中弱覆盖比与过覆盖比的加权和。

7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，

所述目标区域的弱覆盖比为目标区域内来自所有基站的信号的接收功率均小于弱覆盖门限值T_weak的区域面积与总面积之比；

所述目标区域的过覆盖比为目标区域内来自一个基站的信号的接收功率大于过覆盖门限值T_over且来自其他基站的信号的接收功率大于弱覆盖门限值T_weak的区域面积与总面积之比。

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