CN102934473B - 确定覆盖区域的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定通信系统中的覆盖区域的方法，包括：由控制器确定通信系统中的多个基站，以及由控制器确定多个基站中的每一个基站的Voronoi区。Voronoi区对应于基站的所述覆盖区域。Voronoi区中的每一个位置与多个基站中的任何其他基站相比距离该基站最近。

Description

确定覆盖区域的方法

背景技术

无线网络一般被分成多个小区，其中每个小区具有至少一个基站。希望发送信息的用户设备(例如，移动电话)与小区中的基站建立通信。

除了识别参数之外操作参数也是网络管理的一部分。多种操作参数，比如天线定向(例如倾角)、发送功率限制和导频功率部分，影响网络功能。

在无线网络的第三代(3G)标准中，比如CDMA2000以及通用移动通信系统(UMTS)中，使用性能分析来评估网络算法的一般表现。为了3G中的性能分析，比如切换、接入性能和应用吞吐量的分析，使用覆盖区域的六边形网络模型。

图1图示了常规的六边形网络模型。图1示出常规的六边形网络模型100。如所示，六边形网络模型100包括基站BS₁-BS₇，其中基站BS₁-BS₇中每一个具有覆盖区域C₁-C₇。如所示，覆盖区域C₁-C₇是用于基站BS₁-BS₇的小区并且被建模为六边形。六边形网络模型对于3G技术是足够的。

长期演进(LTE)是对于改进通用移动通信系统(UMTS)标准以应对未来需求的项目给出的名称。在一个方面，UMTS已被修改为提供演进的通用陆地无线接入网(E-UTRAN)作为第四代(4G)无线网络。

E-UTRAN包括演进的节点B(eNodeB)，其为UE提供演进的通用陆地无线接入(E-UTRA)用户平面(PDCP/RLC/MAC/PHY)和控制平面(RRC)协议终止。如这里所讨论的，eNodeB是指在给定覆盖区域中为用户设备(UE)提供无线接入的基站。这个覆盖区域被称为小区的影响区(footprint)。eNodeB通过X2接口相互互连。eNodeB还通过S1-MME接口(控制平面)连接到移动管理实体(MME)，并且通过S1-U接口(用户/数据平面)连接到服务网关(SGW)。

在4G中，由于自组织和自优化网络(SON)，性能已变得更具加个性化和本地化。因此，性能分析评估更具有责任性，并且需要回答关于特定小区的特定问题。因此，使用六边形模型的一般网络分析是不够的。而且，因为性能优化是网络的一部分，分析和模型应提供计算效率以允许这些计算在网络元件上进行。

发明内容

至少一个示例实施方式公开了一种用于确定通信系统中的覆盖区域的方法。该方法包括：由控制器确定通信系统中的多个基站，以及由控制器确定多个基站中的每一个基站的Voronoi区。Voronoi区对应于基站的覆盖区域。

至少另一示例实施方式公开了一种用于分析通信系统的性能的方法。该方法包括：由包括至少一个天线的基站确定Voronoi区的至少一个顶点。Voronoi区对应于基站的覆盖区域，并且至少一个顶点对应于最大发送距离。

附图说明

根据结合附图进行的下列详细描述，将更清楚地理解示例实施方式。图1至图6表示如这里所述的非限制的示例实施方式。

图1图示了常规的六边形网络模型；

图2示出了根据示例实施方式的通信系统的一部分；

图3图示了根据示例实施方式的用于确定通信系统中的覆盖区域的方法；

图4图示了根据示例实施方式的用于基于Voronoi区确定发送功率的方法；

图5图示了根据示例实施方式的用于基于Voronoi区确定天线的倾角的方法；以及

图6图示了根据示例实施方式的具有多个eNodeB和Voronoi区的通信系统。

具体实施方式

现在将参考其中图示了一些示例实施方式的附图，更全面地描述各种示例实施方式。在图中，为了清楚，可能夸大了层的厚度和区。

因此，虽然示例实施方式可以有多种修改和替换形式，但是其实施方式在图中通过示例示出并将在这里进行详细说明。但是，应理解，并非意图将示例实施方式限制为公开的特定形式，而是相反，示例实施方式意图覆盖落在权利要求范围中的所有修改、等同方式和替换。在整个图的描述中相同数字表示相同元件。

应理解，虽然术语第一、第二等可在这里用于描述多种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，第一元件可以被标为第二元件，并且，类似地，第二元件可以被标为第一元件，而不背离示例实施方式的范围。如这里所用的，术语“和/或”包括一个或多个相关地列出的项的任一和所有组合。

这里所用的术语仅用于描述特定实施方式且并非意图限制示例实施方式。如这里所用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外地清楚指明。还应理解术语“包含”和/或“包括”，当在这里使用时，指明存在声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或增加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组。

还应注意，在一些替换实现中，提到的功能/动作可以不按图中所述的顺序进行。例如，连续示出的两个图事实上可以基本上同时执行或有时可按相反顺序执行，这取决于涉及的功能/动作。

除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有如示例实施方式所属领域的普通技术人员通常理解的的意思相同的意思。还将理解，术语，例如在通常使用的字典中定义的那些，应解释为具有与它们在相关技术的背景中的意思一致的意思，并且将不会在理想化的或过于正式的意义上进行解释，除非在这里明确地这样定义。

算法，如这里所用的且如一般所使用的术语，被认为是导致所需结果的自相一致的步骤序列。所述步骤是需要物理量的物理操作的那些步骤。通常，虽然不是必需的，这些量采取能被存储、传输、组合、比较并且否则操作的光、电或磁信号的形式。已经证明，主要为了通用，有时将这些信号表示为比特、值、元、符号、字符、项、数字等是方便的。

在下列描述中，将参考可实现为包括例程、程序、对象、组件、数据结构等的程序模块或功能过程的操作的符号表示和动作(例如，形式为流程图)描述例示的实施方式，这些程序模块或功能过程执行特定任务或实现特定抽象数据类型并且可以使用现有的硬件在现有的网络元件或控制节点(例如位于小区站、基站或节点B的调度器)实现。

除非另外声明，或者如根据讨论显而易见的，诸如“处理”或“计算”或“算”或“确定”或“显示”之类的术语，是指计算机系统的动作和过程，或类似的电子计算设备，操作并且将表示为计算机系统的寄存器和存储器中的物理、电子量的数据转换为类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他这种信息存储、传输或显示设备中的物理量的其他数据。

如这里所用的术语“用户设备”(UE)可以与移动用户、移动站、移动终端、用户、订户、无线终端和/或远程站同义，并且可描述无线通信网络中的无线资源的远程用户。

术语“演进的NodeB”可以理解为一个或多个小区站、节点B、基站、接入点和/或射频通信的任何终点。此后描述的示例实施方式可以一般性地应用于诸如例如LTE、ad hoc和/或网状网络架构之类的网络架构。

Voronoi细分(tessellation)在数学中是公知的。Voronoi细分包括多个Voronoi区。每个Voronoi区包括一个生成点。Voronoi区中每个点距离该Voronoi区的生成点比其他Voronoi区的任何其他生成点更近。Voronoi区的分割(边界线)是与该Voronoi区的生成点和另一Voronoi区的生成点等距离的所有点。

示例实施方式公开了确定通信系统中每个eNodeB(基站)的Voronoi区。确定的每个eNodeB的Voronoi区被通信系统的控制器用作eNodeB的覆盖区域。eNodeB是Voronoi区的生成点。因为覆盖区域基于相关联的Voronoi区，所以覆盖区域中所有位置距离与该覆盖区域相关联的eNodeB最近。

图2示出了包括与多个eNodeB 205通信的网络管理层200的E-UTRAN部署的一部分。如众所周知的，多个小区或单个小区通常与单个eNodeB相关联。

E-UTRAN网络管理层200包括移动性管理实体(MME)210和服务网关SGW 212。MME 210是控制eNodeB 205以及协调eNodeB205的调度和传输的逻辑实体。更详细地，MME 210的功能包括调度和定时控制、eNodeB注册和反馈。MME 210与eNodeB 205双向通信。如3GPP TS 36.300V.8.6.0中所述，MME 210还控制用户无线接入网络(RAN)移动性管理过程和用户会话管理过程，其全部内容通过引用结合于此。

例如，MME 210控制UE的跟踪和可达性。MME 210还控制和执行信令消息的传输和/或重传，该信令消息例如为用于向目的地UE通知即将到来的连接请求(例如，当UE被呼叫或当网络发起的意图用于UE的数据到来时)的寻呼消息。

SGW 212是数据平面元件。在eNodeB 205与用于LTE和其他3GPP技术之间移动性的锚之间进行切换期间，SGW 212是移动性锚。

虽然参考4G/LTE网络描述了示例实施方式，但是示例实施方式被视为可应用于任何无线通信基础设施。

图3图示了一种用于确定通信系统中的覆盖区域的方法。图3的方法可以由网络管理层中的控制器执行，比如网络管理层200中的MME 210。更具体地，实现图3的方法的控制器确定通信系统中的多个基站，并且确定多个eNodeB中每一个基站的Voronoi区。Voronoi区对应于eNodeB的覆盖区域。

在步骤S300，控制器确定通信系统中多个eNodeB(基站)的数目。控制器可以通过任何已知方法确定eNodeB的数目。控制器可以设置eNodeB的数目的限制。

在步骤S310，控制器然后确定多个eNodeB中每一个eNodeB的Voronoi区(小区影响区)。更具体地，控制器确定通信系统(例如，无线接入网络)中的小区站的包括Voronoi区的Voronoi细分。控制器通过使用相关联的eNodeB作为Voronoi区的生成点来确定Voronoi区。用于确定Voronoi细分的算法在与通信无关的领域中是已知的。但是，控制器可以使用任何已知的用于确定Voronoi细分和Voronoi细分中的Voronoi区的算法。

例如，控制器可以假设用于确定Voronoi区的平面视图。控制器可以使用Fortune算法，从而在Fortune算法中通过使用eNodeB的位置(例如，x和y坐标)来确定eNodeB的Voronoi区。

一旦控制器确定了Voronoi细分，在步骤S320，控制器分别基于相关联的Voronoi区来设置eNodeB的覆盖区域。用于eNodeB的性能分析的覆盖区域是eNodeB的相关联Voronoi区。因为覆盖区域基于相关联的Voronoi区，所以覆盖区域中的所有位置距离与该覆盖区域相关联的eNodeB最近。

控制器被配置为向每个eNodeB发送指示相关联的Voronoi区的信号。而且，每个eNodeB基于相关联的Voronoi区设置初始参数值。例如，控制器可以假设平面视图并且基于该平面视图来确定Voronoi区。通过使用Voronoi区，控制器确定初始参数值。初始参数值用于每个小区中并且基于UE测量而优化。初始参数值可包括信号功率、业务和控制信道的功率偏移、天线倾角、切换参数和再选择参数。

这样，在性能分析中，eNodeB的覆盖区域不是六边形。相反，根据示例实施方式的覆盖区域是凸多边形(Voronoi区)。

由于自然无线电传播(接收水平随距发送器的距离而降低)，Voronoi区比常规的六边形模型提供了很多好处。

两个这种示例是天线倾斜和发送功率。eNodeB的发送功率与Voronoi区的顶点之一相关联。

图4图示了一种用于基于Voronoi区确定发送功率的方法。图5图示了一种用于基于Voronoi区确定eNodeB上天线的倾角的方法。图6图示了具有多个eNodeB和Voronoi区作为覆盖区域的通信系统。图6用于描述图4和图5中所示的方法。图4和图5中所示的方法可以由通信系统中的eNodeB实现，比如图2中所示的eNodeB 205。

图4和图5由与被配置为确定覆盖区域的Voronoi区的控制器进行通信的eNodeB实现。eNodeB包括至少一个天线。

在步骤S400，eNodeB确定eNodeB的相关联Voronoi区。更具体地，eNodeB从控制器接收指示Voronoi区的信号。使用图2作为示例，eNodeB从MME 210接收指示Voronoi区的信号。eNodeB还确定相关联的Voronoi区的至少一个顶点(例如，距eNodeB的位置最远的顶点)。至少一个顶点可以是相关联的Voronoi区中距eNodeB最大的距离d_max。

在步骤S410，eNodeB然后基于最大的距离d_max确定覆盖区域的发送功率。发送功率由eNodeB确定，使得覆盖区域(Voronoi区)中的每个UE可以接收eNodeB发送的信号。在步骤S420，eNodeB以该方送功率向eNodeB的覆盖区域中的UE发送信号。

如所述的，eNodeB首先确定Voronoi区的至少一个顶点。Voronoi区对应于eNodeB的覆盖区域，并且至少一个顶点对应于最大发送距离。因此，eNodeB从控制器接收确定的Voronoi区。

图5图示了一种用于基于Voronoi区确定天线的倾角的方法。步骤S500与步骤S400相同。因此，为了简洁，不提供步骤S500的详细描述。

在步骤S510，eNodeB基于最大距离d_max和天线的高度h来确定天线的倾角。参考图6更详细地描述对倾角的确定。

一旦eNodeB确定了天线的倾角，在步骤S520，eNodeB以该倾角发送信号。虽然所述的eNodeB包括一个天线，应该理解示例实施方式可以包括具有多个天线的eNodeB。例如，示例实施方式可实现在多输入多输出(MIMO)系统中。

例如每次控制器检测到eNodeB变为不活动的(例如关闭)或被添加到通信系统时，可以由控制器和eNodeB执行图3至图5中的每一个。如果eNodeB关闭，控制器重新配置每个活动eNodeB的Voronoi区。因此，活动eNodeB的覆盖区域将补偿由于eNodeB不活动而失去的覆盖区域。

图6图示了具有多个eNodeB和Voronoi区作为覆盖区域的通信系统。如所示，通信系统600包括eNodeB EN₁-EN₁₀。每一eNodeBEN₁-EN₁₀与覆盖区域CA₁-CA₁₀相关联。虽然未示出，但是应该理解通信系统600包括类似MME 210的控制器。控制器确定覆盖区域CA₁-CA₁₀，如在图3的方法中所述的。

为了清楚和简洁，描述了eNodeB EN₁和eNodeB EN₁的覆盖区域CA₁。但是，应理解eNodeB EN₁的描述可应用于eNodeB EN₂-EN₁₀。而且，虽然通信系统600图示为具有10个eNodeB，但是通信系统600可包括多于或少于10个eNodeB并且示例实施方式不应被理解为限制为10个eNodeB。

如所示，eNodeB EN₁包括配置为向覆盖区域CA₁中的UE并且向控制器发送信号以及从覆盖区域CA₁中的UE并且从控制器接收信号的天线A₁。天线A₁位于地面以上的高度h处。

基于从控制器接收的信号，eNodeB EN₁确定其相关联的Voronoi区、覆盖区域CA₁的顶点(步骤S400/S500)。覆盖区域CA₁的Voronoi区包括顶点V₁-V₅。如所示，顶点V₅是距eNodeB EN₁的最大距离d_max。因为由eNodeB EN₁确定的发送功率基于从eNodeB EN₁到覆盖区域CA₁的边缘的最大距离d_max，所以覆盖区域CA₁中的每个UE接收eNodeB EN₁以该发送功率发送的信号。

eNodeB EN₁使用下列等式确定发送功率：

$P_1=T_0{d}_{\max }^{\mathrm{\α}}---\left(1\right)$

其中P1是在距eNodeB EN₁距离为d_max的点处的功率接收水平。eNodeB EN₁的发送功率是T₀且α是基于操作频带的衰减常量。

覆盖区域CA₁还包括由eNodeB EN₁基于eNodeB EN₁的扇区配置而确定的点S₁-S₃。

而且，eNodeB EN₁如下地确定天线倾斜：

Tilt＝tan^-1(h/d_max)(2)

一旦UE与eNodeB EN₁通信，实际UE测量可提供比基于衰减常量α的最大路径损失更准确的最大路径损失的估计。基于衰减常量α的最大路径损失与和基于UE测量的最大路径损失之间的差被eNodeB EN₁用于更新发送功率补偿功率，以及负载均衡功率估计。

为了方便，参照每个基站/eNodeB覆盖一个全向小区描述了示例实施方式。但是，示例实施方式可以扩展到任何数目的扇区/小区。

这样描述的示例实施方式，显然可以通过很多方式进行改变。这种改变不被视为背离示例实施方式的精神和范围，并且所有对本领域技术人员而言显然的修改意图包括在权利要求的范围中。

Claims (8)

1.一种用于确定通信系统中的覆盖区域的方法，所述方法包括：

由控制器进行第一确定(S300)，所述第一确定用于确定所述通信系统中的多个基站，所述控制器被配置为与所述多个基站进行通信并且协调针对所述多个基站的调度和传输；以及

由所述控制器进行第二确定(S310)，所述第二确定用于确定所述多个基站中的每一个基站的Voronoi区，所述Voronoi区对应于所述基站的覆盖区域，并且所述Voronoi区中的每一个位置与所述多个基站中的任何其他基站相比距离所述基站最近。

2.根据权利要求1所述的方法，其中如果所述控制器检测到所述通信系统中的另一基站或如果所述控制器不能与所述多个基站中的一个基站进行通信，则执行所述第一确定(S300)和所述第二确定(S310)。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二确定(S310)基于所述基站作为所述Voronoi区的生成点来确定所述Voronoi区。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二确定(S310)确定所述多个基站中的每一个基站的所述Voronoi区，所述Voronoi区不重叠。

5.一种用于分析通信系统的性能的方法，所述方法包括：

由包括至少一个天线的第一基站或者控制器确定(S400)Voronoi区的至少一个顶点，所述Voronoi区对应于所述基站的覆盖区域，所述Voronoi区中的每一个位置与任何其他基站相比距离所述基站最近，并且所述至少一个顶点对应于最大发送距离；以及

由所述第一基站或者所述控制器进行另一确定(S410)，所述另一确定基于所述Voronoi区的所述至少一个顶点来确定发送功率或者所述至少一个天线的倾角。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

由所述第一基站以所述发送功率来发送(S420)导频信号。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述另一确定(S410)还基于路径损失阈值来确定所述发送功率。

8.根据权利要求5所述的方法，还包括：

由所述第一基站以所述倾角来发送(S520)导频信号。