CN107104285B - 一种面向5g基站3d-mimo天线垂直下倾角值的配置方法及系统 - Google Patents
一种面向5g基站3d-mimo天线垂直下倾角值的配置方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种面向5G基站3D‑MIMO天线垂直下倾角值的配置方法及系统，所述方法包括以下步骤：S1、采集用户地理位置数据和地理高度数据；S2、确定统计用户；S3、采用聚类分析的方法对统计用户的高度位置进行分组，然后分别计算每个分组内的用户数量和高度均值，将分组按用户数量从大到小的顺序排列；S4、将3D‑MIMO天线垂直波束与S3中的各分组一一对应，并分别计算各垂直波束的垂直下倾角值；S5、根据S4的计算结果对3D‑MIMO天线的垂直下倾角值进行配置。本发明适用于3D‑MIMO天线开通使用前的默认系统配置和使用过程中的实时动态配置，以保证3D‑MIMO天线实现垂直面空分，准确定向覆盖用户，提升频谱效率。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信领域，具体涉及一种面向5G基站3D-MIMO天线垂直下倾角值的配置方法及系统。
背景技术
随着4G用户总量的快速增长和高清语音、视频业务的快速普及，未来网络流量的爆发式增长和有限的频谱资源之间的矛盾将愈加突出。
第五代移动通信技术的核心关键技术3D-MIMO技术，在不改变现有天线尺寸的条件下，可以将每个垂直的天线阵子分割成多个阵子，利用空分复用技术，可支持16个终端、32个终端或更多终端复用成为可能，通过共享相同的时间、频率资源，将频谱效率提升4～6倍，有效缓解流量激增和频谱受限之间的矛盾。使得进一步降低小区间干扰、提高系统吞吐量和频谱效率成为可能。
常规的天线在覆盖高层楼宇时，需要分别针对低层、中层和高层设置多个天面，而3D-MIMO技术的天面需求则很少。此外，3D-MIMO天线相比常规天线，还可实现单天线阵覆盖整个楼层，垂直面的覆盖角度可达+/-30度(而普通天线一般只能做到+/-8度)。如以天线距离楼宇100米，站高30米为例，利用普通天线往往只能覆盖9层楼；而在同天线点利用3D-MIMO天线，则可覆盖25层楼。3D-MIMO天线在覆盖高层楼宇的同时，通过多个波束对应不同楼层形成虚拟分区，实现了空分复用的效果，同时也提升了频谱效率。
然而，如何更好地配置3D-MIMO天线的垂直下倾角值，成为下一个亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，有必要针对现有技术中存在的问题，提供一种面向5G基站3D-MIMO天线垂直下倾角值的配置方法及系统
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种面向5G基站3D-MIMO天线垂直下倾角值的配置方法，包括以下步骤：
S1、采集用户地理位置数据和地理高度数据：通过移动通信网络，对用户所在的地理位置数据以及用户所在的地理高度数据进行采集；
S2、确定统计用户：获取某建筑物的地理位置数据，以该建筑物的地面中心为中心点，以一定长度为半径距离，在半径距离范围内所有高度位置的用户均作为统计用户；
S3、采用聚类分析的方法对统计用户的高度位置进行分组，然后分别计算每个分组内的用户数量和高度均值，将分组按用户数量从大到小的顺序排列；
S4、将3D-MIMO天线垂直波束与S3中的各分组一一对应，并分别计算各垂直波束的垂直下倾角值：其中，当分组数G小于或等于3D-MIMO天线垂直波束个数T时，分别计算出G个分组对应的G个垂直波束的垂直下倾角值；当分组数G大于3D-MIMO天线垂直波束个数T时，按照S3的排序取前T个分组并分别计算出前T个分组对应的T个垂直波束的垂直下倾角值；
S5、根据S4的计算结果对3D-MIMO天线的垂直下倾角值进行配置。
进一步地，在S1中，所述地理位置数据来源于用户智能终端的经纬度传感器，所述地理高度数据来源于用户智能终端的高度传感器。
进一步地，在S2中，以该建筑物地面最大边长的一半距离作为半径距离。
进一步地，在S3中，对统计用户进行分组的方法为：以一固定值N为范围单位，对建筑物内统计用户的高度位置进行分组。
进一步地，所述固定值N为一固定高度值、大楼楼层层间平均高度值或大楼用户的高度平均值。
进一步地，在S4中，垂直下倾角值的计算公式为：
其中，d为该建筑物到天线所在基站的距离，H为天线的高度，h为S3中某一分组中用户的高度均值，θ为该分组对应垂直波束的垂直下倾角值。
进一步地，还包括S6、对单个用户定向传输时，直接采用用户所处地理位置数据和地理高度数据，计算获得垂直下倾角值。
一种面向5G基站3D-MIMO天线垂直下倾角值的配置系统，包括：
数据采集模块，用于采集用户所在的地理位置数据和地理高度数据，以及建筑物的地理位置数据；
统计用户确定模块，用于以某建筑物的地面中心为中心点，以一定长度为半径距离，将半径距离范围内所有高度位置的用户均作为统计用户；
聚类分析模块，用于采用聚类分析的方法对统计用户的高度位置进行分组，然后分别计算每个分组内的用户数量和高度均值，将分组按用户数量从大到小的顺序排列；
计算模块，用于将3D-MIMO天线垂直波束与S3中的各分组一一对应，并分别计算各垂直波束的垂直下倾角值：其中，当分组数G小于或等于3D-MIMO天线垂直波束个数T时，分别计算出G个分组对应的G个垂直波束的垂直下倾角值；当分组数G大于3D-MIMO天线垂直波束个数T时，按照S3的排序取前T个分组并分别计算出前T个分组对应的T个垂直波束的垂直下倾角值；
配置模块，用于根据计算模块的计算结果对3D-MIMO天线的垂直下倾角值进行配置。
进一步地，在聚类分析模块中，对统计用户进行分组的方法为：以一固定值N为范围单位，对建筑物内统计用户的高度位置进行分组；所述固定值N为一固定高度值、大楼楼层层间平均高度值或大楼用户的高度平均值。
进一步地，在计算模块中，垂直下倾角值的计算公式为：
其中，d为该建筑物到天线所在基站的距离，H为天线的高度，h为聚类分析模块中某一分组中用户的高度均值，θ为该分组对应垂直波束的垂直下倾角值。
本发明提供的一种面向5G基站3D-MIMO天线垂直下倾角值的配置方法及系统，通过对建筑物内不同高度用户群进行聚类分析，能根据聚类结果自动配置3D-MIMO天线垂直下倾角值。本发明能够在建筑物中用户较多，而负责信号传输的天线垂直波束个数有限的情况下，保证较多用户楼层的通信质量。另外，当基站位置和3D-MIMO天线高度发生变化时，该方法同样能够自动配置下倾角值。本发明能够自动选择建筑物中特定高度的用户提供更好的通信服务，并且不需要人为的设置5G基站3D-MIMO天线垂直下倾角。
特别地，本发明适用于3D-MIMO天线开通使用前的默认系统配置和使用过程中的实时动态配置，以保证3D-MIMO天线实现垂直面空分，准确定向覆盖用户，提升频谱效率。
附图说明
图1是本发明提供的一种面向5G基站3D-MIMO天线垂直下倾角值的配置方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供的一种面向5G基站3D-MIMO天线垂直下倾角值的配置方法，包括以下步骤：
S1、采集用户地理位置数据和地理高度数据：通过移动通信网络，对用户所在的地理位置数据以及用户所在的地理高度数据进行采集；其中，所述地理位置数据来源于用户智能终端的经纬度传感器，所述地理高度数据来源于用户智能终端的高度传感器。
S2、确定统计用户：获取某建筑物的地理位置数据，以该建筑物的地面中心为中心点，以该建筑物地面最大边长的一半距离作为半径距离，在半径距离范围内所有高度位置的用户均作为统计用户。
在本实施例中，采集到120个统计用户，所述120个统计用户的高度如表1所示：
| 3 | 33 | 64 | 73 | 110 | 174 | 183 | 45 | 74 | 5 |
| 5 | 35 | 65 | 75 | 120 | 175 | 186 | 34 | 53 | 25 |
| 6 | 35 | 64 | 88 | 121 | 176 | 187 | 75 | 87 | 66 |
| 10 | 34 | 67 | 85 | 132 | 188 | 183 | 75 | 165 | 7 |
| 12 | 41 | 64 | 86 | 122 | 186 | 192 | 113 | 146 | 63 |
| 15 | 41 | 67 | 86 | 133 | 185 | 192 | 145 | 163 | 47 |
| 13 | 52 | 64 | 86 | 140 | 185 | 190 | 123 | 177 | 44 |
| 10 | 52 | 61 | 85 | 153 | 185 | 192 | 154 | 16 | 66 |
| 20 | 57 | 66 | 85 | 155 | 186 | 15 | 147 | 13 | 33 |
| 25 | 57 | 68 | 99 | 160 | 186 | 23 | 153 | 156 | 77 |
| 30 | 60 | 62 | 98 | 169 | 185 | 55 | 147 | 35 | 44 |
| 31 | 66 | 70 | 105 | 165 | 187 | 85 | 145 | 87 | 147 |
表1统计用户所在高度
S3、采用聚类分析的方法对统计用户的高度位置进行分组，然后分别计算每个分组内的用户数量和高度均值，将分组按用户数量从大到小的顺序排列；
其中，对统计用户进行分组的方法为：以一固定值N为范围单位，对建筑物内统计用户的高度位置进行分组。所述固定值N为一固定高度值、大楼楼层层间平均高度值或大楼用户的高度平均值。
在本实施例中，以固定高度10m为一个单位，将120个统计用户分为20个分组，同时分别计算每个分组内的用户数量和高度均值，具体如表2所示：
| 范围(m) | 用户量 | 高度均值(m) | 范围(m) | 用户量 | 高度均值(m) |
| 0-10 | 7 | 6.6 | 100-110 | 2 | 107.5 |
| 11-20 | 7 | 14.9 | 111-120 | 2 | 116.5 |
| 21-29 | 4 | 25.8 | 121-129 | 3 | 122.0 |
| 31-40 | 8 | 33.8 | 131-140 | 3 | 135.0 |
| 41-50 | 6 | 43.7 | 141-150 | 6 | 146.2 |
| 51-60 | 7 | 55.1 | 151-160 | 6 | 155.2 |
| 61-70 | 16 | 65.2 | 161-170 | 4 | 165.5 |
| 71-80 | 6 | 74.8 | 171-180 | 4 | 175.5 |
| 81-90 | 10 | 86.0 | 181-190 | 14 | 185.9 |
| 91-100 | 2 | 98.5 | 191-200 | 3 | 192.0 |
表2不同分组对应的用户数量和高度均值
S4、将3D-MIMO天线垂直波束与S3中的各分组一一对应，并分别计算各垂直波束的垂直下倾角值：其中，当分组数G小于或等于3D-MIMO天线垂直波束个数T时，分别计算出G个分组对应的G个垂直波束的垂直下倾角值；当分组数G大于3D-MIMO天线垂直波束个数T时，按照S3的排序取前T个分组并分别计算出前T个分组对应的T个垂直波束的垂直下倾角值；
在本实施例中，3D-MIMO天线中可配置的垂直波束个数为12个，即分组数大于3D-MIMO天线垂直波束个数，故选取表2中用户数量最多的前12个分组，具体如表3所示：
| 用户量 | 高度均值 |
| 16 | 65.2 |
| 14 | 185.9 |
| 10 | 86.0 |
| 8 | 33.8 |
| 7 | 6.6 |
| 7 | 14.9 |
| 7 | 55.1 |
| 6 | 43.7 |
| 6 | 74.8 |
| 6 | 146.2 |
| 6 | 155.2 |
| 4 | 25.8 |
表3用户数量最多的前12个分组及其所对应的高度均值
其中，垂直下倾角值的计算公式为：
其中，d为该建筑物到天线所在基站的距离，H为天线的高度，h为S3中某一分组中用户的高度均值，θ为该分组对应垂直波束的垂直下倾角值。
具体地，在本实施例中，天线的高度H＝150m，该建筑物到天线所在基站的距d＝200m，由此得到的各分组对应的垂直波束的垂直下倾角值如表4所示：
| 高度平均值 | 垂直下倾角 |
| 65.2 | 67.0 |
| 185.9 | 100.2 |
| 86.0 | 72.3 |
| 33.8 | 59.8 |
| 6.6 | 54.4 |
| 14.9 | 56.0 |
| 55.1 | 64.6 |
| 43.7 | 62.0 |
| 74.8 | 69.4 |
| 146.2 | 88.9 |
| 155.2 | 91.5 |
| 25.8 | 58.1 |
表4各分组对应的垂直波束的垂直下倾角值
S5、根据S4的计算结果对3D-MIMO天线的12个垂直波束的垂直下倾角值进行配置。
S6、对单个用户定向传输时，直接采用用户所处地理位置数据和地理高度数据，计算获得垂直下倾角值。
实施例二
本发明实施例提供了一种面向5G基站3D-MIMO天线垂直下倾角值的配置系统，其具体包括：
数据采集模块，用于采集用户所在的地理位置数据和地理高度数据，以及建筑物的地理位置数据；
统计用户确定模块，用于以某建筑物的地面中心为中心点，以一定长度为半径距离，将半径距离范围内所有高度位置的用户均作为统计用户；
聚类分析模块，用于采用聚类分析的方法对统计用户的高度位置进行分组，然后分别计算每个分组内的用户数量和高度均值，将分组按用户数量从大到小的顺序排列；
计算模块，用于将3D-MIMO天线垂直波束与S3中的各分组一一对应，并分别计算各垂直波束的垂直下倾角值：其中，当分组数G小于或等于3D-MIMO天线垂直波束个数T时，分别计算出G个分组对应的G个垂直波束的垂直下倾角值；当分组数G大于3D-MIMO天线垂直波束个数T时，按照S3的排序取前T个分组并分别计算出前T个分组对应的T个垂直波束的垂直下倾角值；
配置模块，用于根据计算模块的计算结果对3D-MIMO天线的垂直下倾角值进行配置。
进一步地，在聚类分析模块中，对统计用户进行分组的方法为：以一固定值N为范围单位，对建筑物内统计用户的高度位置进行分组；所述固定值N为一固定高度值、大楼楼层层间平均高度值或大楼用户的高度平均值。
进一步地，在计算模块中，垂直下倾角值的计算公式为：
其中，d为该建筑物到天线所在基站的距离，H为天线的高度，h为聚类分析模块中某一分组中用户的高度均值，θ为该分组对应垂直波束的垂直下倾角值。
本发明提供的一种面向5G基站3D-MIMO天线垂直下倾角值的配置方法及系统，通过对建筑物内不同高度用户群进行聚类分析，能根据聚类结果自动配置3D-MIMO天线垂直下倾角值。本发明能够在建筑物中用户较多，而负责信号传输的天线垂直波束个数有限的情况下，保证较多用户楼层的通信质量。另外，当基站位置和3D-MIMO天线高度发生变化时，该方法同样能够自动配置下倾角值。本发明能够自动选择建筑物中特定高度的用户提供更好的通信服务，并且不需要人为的设置5G基站3D-MIMO天线垂直下倾角。
特别地，本发明适用于3D-MIMO天线开通使用前的默认系统配置和使用过程中的实时动态配置，以保证3D-MIMO天线实现垂直面空分，准确定向覆盖用户，提升频谱效率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种面向5G基站3D-MIMO天线垂直下倾角值的配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集用户地理位置数据和地理高度数据：通过移动通信网络，对用户所在的地理位置数据以及用户所在的地理高度数据进行采集；
S2、确定统计用户：获取某建筑物的地理位置数据，以该建筑物的地面中心为中心点，以一定长度为半径距离，在半径距离范围内所有高度位置的用户均作为统计用户；
S3、采用聚类分析的方法对统计用户的高度位置进行分组，然后分别计算每个分组内的用户数量和高度均值，将分组按用户数量从大到小的顺序排列；
S4、将3D-MIMO天线垂直波束与S3中的各分组一一对应，并分别计算各垂直波束的垂直下倾角值：其中，当分组数G小于或等于3D-MIMO天线垂直波束个数T时，分别计算出G个分组对应的G个垂直波束的垂直下倾角值；当分组数G大于3D-MIMO天线垂直波束个数T时，按照S3的排序取前T个分组并分别计算出前T个分组对应的T个垂直波束的垂直下倾角值；
S5、根据S4的计算结果对3D-MIMO天线的垂直下倾角值进行配置；
在S3中，对统计用户进行分组的方法为：以一固定值N为范围单位，对建筑物内统计用户的高度位置进行分组；所述固定值N为一固定高度值、大楼楼层层间平均高度值或大楼用户的高度平均值；
在S4中，垂直下倾角值的计算公式为：
其中，d为该建筑物到天线所在基站的距离，H为天线的高度，h为S3中某一分组中用户的高度均值，θ为该分组对应垂直波束的垂直下倾角值。
2.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，在S1中，所述地理位置数据来源于用户智能终端的经纬度传感器，所述地理高度数据来源于用户智能终端的高度传感器。
3.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，在S2中，以该建筑物地面最大边长的一半距离作为半径距离。
4.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，还包括S6、对单个用户定向传输时，直接采用用户所处地理位置数据和地理高度数据，计算获得垂直下倾角值。
5.一种面向5G基站3D-MIMO天线垂直下倾角值的配置系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于采集用户所在的地理位置数据和地理高度数据，以及建筑物的地理位置数据；
统计用户确定模块，用于以某建筑物的地面中心为中心点，以一定长度为半径距离，将半径距离范围内所有高度位置的用户均作为统计用户；
聚类分析模块，用于采用聚类分析的方法对统计用户的高度位置进行分组，然后分别计算每个分组内的用户数量和高度均值，将分组按用户数量从大到小的顺序排列；
计算模块，用于将3D-MIMO天线垂直波束与S3中的各分组一一对应，并分别计算各垂直波束的垂直下倾角值：其中，当分组数G小于或等于3D-MIMO天线垂直波束个数T时，分别计算出G个分组对应的G个垂直波束的垂直下倾角值；当分组数G大于3D-MIMO天线垂直波束个数T时，按照S3的排序取前T个分组并分别计算出前T个分组对应的T个垂直波束的垂直下倾角值；
配置模块，用于根据计算模块的计算结果对3D-MIMO天线的垂直下倾角值进行配置；
在聚类分析模块中，对统计用户进行分组的方法为：以一固定值N为范围单位，对建筑物内统计用户的高度位置进行分组；所述固定值N为一固定高度值、大楼楼层层间平均高度值或大楼用户的高度平均值；
在计算模块中，垂直下倾角值的计算公式为：
其中，d为该建筑物到天线所在基站的距离，H为天线的高度，h为聚类分析模块中某一分组中用户的高度均值，θ为该分组对应垂直波束的垂直下倾角值。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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