CN106788647A - 一种微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法，利用集中控制端对区域内的多个具有单天线的微蜂窝基站进行统一的管理，在集中控制端的作用下，多个微蜂窝基站的多天线形成分布式的多天线系统；将区域内的微蜂窝基站均匀地分配到若干个簇；每个簇对簇内的移动用户实现分布式的波束成形；统计反馈得到的各簇的接入用户数量和信噪比情况；根据统计情况自适应地调整各簇内微蜂窝基站的数量，并结合分布式的波束成形调整发射功率，使移动用户的通信质量得到保证；集中控制端调整各簇的发射功率，在满足簇内通信的前提下降低簇间干扰。本发明提供的方法在提高通信质量的同时，降低了整个微蜂窝系统的干扰。

Description

一种微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法
技术领域
本发明涉及一种微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法，属于通讯技术领域。
背景技术
微蜂窝技术的优势是要利用室内的固话线路和互联网与无线接入相结合，从而使微蜂窝的无线基站实现对室内用户的高速无线接入。目前对微蜂窝的研究方面主要集中在对微蜂窝和宏蜂窝之间的互联的协议、信令和高速包传输方面的研究，而对于微蜂窝基站本身的研究特别是在微蜂窝基站端利用多天线技术的研究却十分有限。
在对微蜂窝系统的理论研究方面，文献(An Overview of the femtocellconcept，Bell LABS TECHNICAL JOURNAL，Article first published online：15MAY2008)中讨论了在微蜂窝条件下基于基站路由器的扁平型互联网协议及特征。Claussen，H.等(Claussen，H.；Pivit，F.；Bell Labs.，“Femtocell Coverage Optimization UsingSwitched Multi-Element Antennas”，ICC2009，Dresden，14-18June 2009，pp1-6.)讨论了微蜂窝系统利用低功耗、低成本的基站可以为终端用户提供宏蜂窝覆盖范围不足的补充和高速率的通信。通过多天线和适当的天线模式的选择可以减少由于户外用户的移动而增加的信令开销。通过联合优化天线的模式和信令以及天线的发射功率使得微蜂窝的覆盖范围更好的与室内的空间形状相匹配并且减少了由移动事件而增加的网络信令开销。而Kim，R.Y.等(Kim，R.Y.；Jin Sam Kwak；Etemad，K.；“WiMAX femtocell：requirements，challenges，and solutions”，IEEE communication Magazine，Sept 2009，Vol 47(9)，pp：84-91)讨论了在室内环境下，使用微蜂窝系统可以降低骨干网的开销并提高用户在室内环境下的性能。并且对于WIMAX微蜂窝的要求，提出了可以使用的模型及近期和长期的解决方法。Nihtila，T.等(Nihtila，T.；Increasing Femto Cell Throughput with HSDPA UsingHigher Order Modulation，ICNN 2008，Lahore，pp49-53，1-3MAY 2008)评估了在微蜂窝条件下，如何有效地利用系统的高信噪比优势使用高阶调制时系统的误码率性能情况。Knisely，D.等(Knisely，D.；Yoshizawa，T.；Favichia，F.；Standardization offemtocells in 3GPP，IEEE communication Magazine，Sept 2009，VOL47(9)，pp68-75)介绍了微蜂窝系统结构在3GPP中的标准化情况。Morita，M.等(Morita，M.；Matsunaga，Y.；Hamabe，K.；Adaptive Power Level Setting of Femtocell Base Stations forMitigating Interference with Macrocells，VTC 2010，6-9 Sept，2010，Ottawa，pp1-5)通过自适应的调整微蜂窝基站单天线的发射功率消除了来自邻近宏蜂窝的干扰提高了系统的信干噪比，从而提高了微蜂窝系统的数据吞吐率。Simsek，M.等(Simsek，M.；Akbudak，T.；Bo Zhao；Czylwik，A.；An LTE-femtocell dynamic system level simulator，SmartAntennas(WSA)，2010 International ITG Workshop on，23-24Feb.2010，Bremen，pp：66-71.)初步讨论了在微蜂窝系统中利用多天线技术通过利用预编码及自适应干扰对准来消除微蜂窝间的干扰，以及利用不同微蜂窝间的多天线形成分布式的多天线系统以提高系统误比特率性能的情况。
现有技术中，微蜂窝基站通常都是独立地用于对移动用户信号的收发，并没有将多个微蜂窝基站组合进行信号收发的方案。这样的设置会使得多个微蜂窝基站之间产生较多的干扰。
因此需要研究并采取新的方法来克服微蜂窝基站间的干扰，同时应对公共区域移动用户的分布不断变化的情况，也需要新的方法来调整各微蜂窝基站移动用户的接入数量使移动的用户始终能够得到可靠的通信服务。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何克服微蜂窝基站间的干扰，同时保证移动用户始终能够得到可靠的通信服务。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法，其特征在于，该方法由以下6个步骤组成：
步骤1：利用集中控制端对区域内的多个具有单天线的微蜂窝基站进行统一的管理，在集中控制端的作用下，多个微蜂窝基站的多天线形成分布式的多天线系统；
步骤2：将区域内的微蜂窝基站均匀地分配到若干个簇；
步骤3：每个簇对簇内的移动用户实现分布式的波束成形；
步骤4：统计反馈得到的各簇的接入用户数量和信噪比情况；
步骤5：根据步骤4的统计情况自适应地调整各簇内微蜂窝基站的数量，并结合分布式的波束成形调整发射功率，使移动用户的通信质量得到保证；
步骤6：集中控制端调整各簇的发射功率，在满足簇内通信的前提下降低簇间干扰。
优选地，所述步骤1中，在一个特定的区域，利用一个集中控制端，对该区域内的多个具有单天线的微蜂窝基站进行集中控制；在集中控制端的作用下，可以对该区域的微蜂窝基站的发射功率进行协调，此时该区域内的多个微蜂窝基站就相当于是一个基站，而这些基站的天线就构成了分布在不同位置的分布式天线系统。
优选地，所述步骤2中，把整个区域分成若干小的单元，位于这些不同单元区域的单天线基站构成各个簇。
优选地，所述步骤5中，当室内用户在不同区域的数量发生变化时，让接入用户数量多的区域把临近相对空闲的微蜂窝基站纳入该簇中；而对于接入用户少的簇，减少簇中的微蜂窝基站的数量
优选地，所述步骤5中，各簇利用簇内的单天线的微蜂窝基站对簇内的区域实现分布式的波束成形，对簇内的移动用户进行完全的覆盖，从而保证各簇内移动用户的通信质量。
优选地，所述步骤6中，根据不同簇内的移动用户的数量对不同簇的多天线系统进行功率的调配，移动用户较多的簇内增加发射功率，而移动用户较少的簇内分配较少的功率。
优选地，所述步骤6中，自适应分簇后，每个簇都是针对该簇内的移动用户进行通信的，参与该簇的单天线微蜂窝基站的位置分布可能不均匀，但是进行分布式的波束成形时所有簇中的天线所形成的波束都是指向簇的内部的，所以在簇间不会有强干扰。
优选地，所述步骤6中，在不同的簇的边缘，不同的簇受到的干扰只是单个微蜂窝基站的干扰；而不同的簇中的移动用户接收到的信号是簇中多个基站波束成形后的信号，是多个微蜂窝基站共同作用的结果，此时的单基站干扰相对的有成倍的下降。
优选地，所述步骤6中，自适应分簇后，各簇的几何中心的距离相对单个微蜂窝基站独立工作时增加，簇间干扰的程度降低。
对于微蜂窝系统，为了克服多个微蜂窝系统间的干扰，对同一区域的微蜂窝基站实现集中的控制，在集中控制端的作用下构成分布式的多天线系统。由于集中控制端的作用，这时的多天线相当于一个基站的天线，使该区域的微蜂窝基站间的干扰问题得到了消除。
为了应对该区域移动用户所造成的各基站服务区域接入数量的变化，对该区域的分布式多天线采用自适应的分簇策略。采用了自适应分簇后，可以根据各个簇内移动用户的数量变化对簇内的微蜂窝基站进行调整，同时对簇内的移动用户实现波束成形，在提高了每个簇内的通信质量的同时可以使干扰得到有效的降低。
相比现有技术，本发明提供的方法具有如下有益效果：
1、利用集中控制端使单天线的微蜂窝基站构成了分布式多天线系统，可以对室内的通信区域实现无盲区的覆盖，有效的提高移动用户的通信质量。
2、自适应的分簇策略可以根据不同簇内的移动用户的数量的变化对各簇的单天线基站进行调配，有利于根据各簇的移动用户数量灵活的调整通信的资源，使移动用户得到可靠的通信质量。
3、对微蜂窝基站的自适应分簇并结合分布式的波束成形，可以在满足通信质量的同时相对的降低整个微蜂窝系统的干扰。
附图说明
图1为微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法流程图；
图2为通信区域分布式多天线的自适应分簇情况示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明中把属于不同基站的单天线在集中控制端的作用下形成分布式的多天线系统，同时根据用户的分布情况把分布式的多天线系统自适应的分成不同的簇，每个簇内的多个基站及其多天线为这些簇内的用户提供通信的服务。这样就可以使不同的簇内的移动用户得到有效通信的同时，可以有效的降低多个微蜂窝基站之间的干扰。
结合图1，本实施例提供的微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法的具体步骤如下：
I、对微蜂窝基站的集中控制：
在利用微蜂窝基站实现的室内区域移动通信中，为了使得移动信号无盲区的全覆盖，因此在一些特定的区域如大型的办公室、商场、会议厅等场所需要布设更多的微蜂窝基站。如果这些微蜂窝基站都是独立工作的，那么每个微蜂窝基站会单独的处理接入该基站的移动用户，在移动用户移动相对变化不大的情况下提供服务是没有问题的。但是，当室内区域的移动用户发生较大的变动时，会使得室内的移动用户的分布非常不均匀。此时，某些微蜂窝基站会因为有过多的接入用户而无法正常的工作，而有些微蜂窝基站则会处于闲置状态。因此在本发明中利用集中控制端把室内区域的所有微蜂窝基站统一的管理起来，在集中控制端的控制下构成一个分布式的多天线系统，便于实现对通信资源的合理调度。
在一个特定的室内区域，如一个大型的办公区域，假设有N个具有单天线的微蜂窝基站，这些基站现在是通过有线网络的连接进行集中控制，利用一个集中控制端统一管理和协调这些基站为该区域的移动用户服务。在集中控制端的作用下，可以对该区域的这N个基站的发射功率进行协调，此时这N个基站就相当于是一个基站，而这些基站的天线就构成了分布在不同位置的分布式天线系统。分布式天线是布设在不同的位置上的，这为下一步根据局部区域的不同对这些分布式的微蜂窝基站天线进行自适应的分簇提供了条件。
II、对微蜂窝基站的自适应分簇：
在集中控制端的作用下形成分布式的天线以后，同一个区域的单天线基站构成了分布式的多天线系统，如果区域内的移动用户分布情况变化不大，那么对于这些分布式的天线的控制是很简单的。当区域内的移动用户分布情况经常会发生变化时，局部区域的接入数量会有很大的差别。为了应对这种变化，对分布式的单天线基站采取自适应的分簇策略。在开始的时刻，可以根据室内区域的特点对这些单天线的基站进行均匀的分簇，即把整个室内区域分成若干小的单元，位于这些不同单元区域的单天线基站构成各个簇。随后，当室内用户在不同区域的数量发生变化时，可以让接入用户数量多的区域把临近相对空闲的微蜂窝基站纳入该簇中；而对于接入用户少的簇，可以减少簇中的微蜂窝基站的数量。这样，当室内区域的移动用户由于移动的变化产生较大的不均匀时，就可以灵活的调整各簇的规模，用户数多的簇参与通信的微蜂窝基站的数量多一些，而用户数少的簇参与通信的微蜂窝基站就少一些。然后，各簇利用簇内的单天线的微蜂窝基站对簇内的区域实现分布式的波束成形，对簇内的移动用户进行完全的覆盖，从而可以有效的提高各簇的通信质量。
III、对簇间干扰的抑制作用：
对同一室内区域的分布式多天线系统实现自适应的分簇管理后，可以根据不同簇内的移动用户的数量对不同簇的多天线系统进行功率的调配，移动用户多的簇内可以适当的增加发射功率，而移动用户较少的簇内可以分配较少的功率。传统的微蜂窝系统的干扰是相邻的单个微蜂窝基站间的干扰，而实现了自适应分簇后的干扰转化为了不同簇间的干扰。由于把整个室内区域分成了不同的簇，从总体上来说相互干扰的数量是减少了，因此需要集中控制端进行调控的复杂度得到了下降。自适应分簇后，每个簇都是针对该簇内的移动用户进行通信的，参与该簇的单天线微蜂窝基站的位置分布可能不均匀，但是进行分布式的波束成形时所有簇中的天线所形成的波束都是指向簇的内部的，所以在簇间是不会有强干扰的。另一方面，微蜂窝基站的通信优势是用较小的发射功率和较多的数量来实现对通信区域全覆盖的，单个微蜂窝基站的辐射功率是比较小的。因此，在不同的簇的边缘，不同的簇受到的干扰只是单个微蜂窝基站的干扰。而不同的簇中的移动用户接收到的信号是簇中多个基站波束成形后的信号，是多个微蜂窝基站共同作用的结果，此时的单基站干扰相对的有成倍的下降。另外，自适应分簇后各簇的几何中心的距离相对单个微蜂窝基站独立工作时是有很大增加的，这也使得簇间干扰的程度得到降低。

Claims (9)

1.一种微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法，其特征在于，该方法由以下6个步骤组成：
步骤1：利用集中控制端对区域内的多个具有单天线的微蜂窝基站进行统一的管理，在集中控制端的作用下，多个微蜂窝基站的多天线形成分布式的多天线系统；
步骤2：将区域内的微蜂窝基站均匀地分配到若干个簇；
步骤3：每个簇对簇内的移动用户实现分布式的波束成形；
步骤4：统计反馈得到的各簇的接入用户数量和信噪比情况；
步骤5：根据步骤4的统计情况自适应地调整各簇内微蜂窝基站的数量，并结合分布式的波束成形调整发射功率，使移动用户的通信质量得到保证；
步骤6：集中控制端调整各簇的发射功率，在满足簇内通信的前提下降低簇间干扰。
2.如权利要求1所述的一种微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法，其特征在于：所述步骤1中，在一个特定的区域，利用一个集中控制端，对该区域内的多个具有单天线的微蜂窝基站进行集中控制；在集中控制端的作用下，可以对该区域的微蜂窝基站的发射功率进行协调，此时该区域内的多个微蜂窝基站就相当于是一个基站，而这些基站的天线就构成了分布在不同位置的分布式天线系统。
3.如权利要求1所述的一种微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法，其特征在于：所述步骤2中，把整个区域分成若干小的单元，位于这些不同单元区域的单天线基站构成各个簇。
4.如权利要求1所述的一种微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法，其特征在于：所述步骤5中，当室内用户在不同区域的数量发生变化时，让接入用户数量多的区域把临近相对空闲的微蜂窝基站纳入该簇中；而对于接入用户少的簇，减少簇中的微蜂窝基站的数量。
5.如权利要求1所述的一种微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法，其特征在于：所述步骤5中，各簇利用簇内的单天线的微蜂窝基站对簇内的区域实现分布式的波束成形，对簇内的移动用户进行完全的覆盖，从而保证各簇内移动用户的通信质量。
6.如权利要求1所述的一种微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法，其特征在于：所述步骤6中，根据不同簇内的移动用户的数量对不同簇的多天线系统进行功率的调配，移动用户较多的簇内增加发射功率，而移动用户较少的簇内分配较少的功率。
7.如权利要求1所述的一种微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法，其特征在于：所述步骤6中，自适应分簇后，每个簇都是针对该簇内的移动用户进行通信的，参与该簇的单天线微蜂窝基站的位置分布可能不均匀，但是进行分布式的波束成形时所有簇中的天线所形成的波束都是指向簇的内部的，所以在簇间不会有强干扰。
8.如权利要求1所述的一种微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法，其特征在于：所述步骤6中，在不同的簇的边缘，不同的簇受到的干扰只是单个微蜂窝基站的干扰；而不同的簇中的移动用户接收到的信号是簇中多个基站波束成形后的信号，是多个微蜂窝基站共同作用的结果，此时的单基站干扰相对的有成倍的下降。
9.如权利要求1所述的一种微蜂窝多天线系统自适应分簇的调整方法，其特征在于：所述步骤6中，自适应分簇后，各簇的几何中心的距离相对单个微蜂窝基站独立工作时增加，簇间干扰的程度降低。
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