CN1867155A - 基站布局规划过程中为移动台分配基站的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基站布局规划过程中为移动台分配基站的实现方法及装置。本发明的核心为：在网络区域内，基于为移动台选定的基站计算移动台的发射功率值，并根据该移动台发射功率值确定各基站接收到的移动台信号的信干比，然后，根据所述的信干比值为移动台选择分配相应的基站。因此，本发明在移动台的分配方法中，除了考虑链路衰减外，还考虑了用户受到的干扰的影响。因而，与传统的仅依据链路率衰减进行移动台分配的方法相比，本发明与实际WCDMA(宽带码分多址)系统的移动台分配方法更加接近，并且可以有效克服采用依据链路衰减进行移动台分配带来的WCDMA网络基站布局规划结果偏保守的问题。

Description

基站布局规划过程中为移动台分配基站的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及基站布局规划处理技术领域。

背景技术

在WCDMA(宽带码分多址)的第三代移动通信网络的基站布局规划中，由于网络设备的巨大花费和无线资源的短缺，因而，合理的基站布局显得十分重要。在WCDMA网络建设过程中，要求从候选站点中选出一组合理的位置部署基站同时为各基站选择一个合理的配置，使网络在满足覆盖要求和容量要求的前提下，建设的花费最小。

所述的WCDMA系统与GSM(全球移动通信系统)不同，由于其采用码分多址技术，因而所有链路共享系统带宽，这样，使得网络中每路用户的信号都会作为噪声对其他用户形成干扰。小区的覆盖和容量会随用户间干扰的变化而改变。为此，在WCDMA网络的基站布局规划中需要考虑采用相应的功率控制方案，并对每个用户受到的干扰进行单独计算。

基站布局规划是一个NP-hard(非多项式确定困难的组合优化)问题。由于实际问题中基站布局规划的规模非常大，一般采用启发式算法来搜索优化模型的一个近似最优解。在这个过程中首先需要求解满足约束条件的可行解，该过程也是对网络性能进行快速评估的过程。在这个评估过程中必须要考虑移动台的分配问题，即选定了一组基站S后，处于规划区域中的移动台m应该与哪个基站s(∈S)相连。

在目前的WCDMA自动基站布局规划中，一种常用的移动台分配方法是依据移动台m与基站s之间的链路衰减γ_ms的大小来确定移动台的分配。例如，现有的一种分配方法为：移动台总是选择与链路衰减最小的基站相连。一般链路衰减越小，发射机所需的发射功率也越小，对系统中其它用户的干扰也就越小，系统的容量与覆盖也就越大。这与实际系统中的情形相类似。依据链路衰减进行移动台分配的方法比较简单、直观。

但是，这种移动台分配方法存在一个问题，即没有考虑从不同的移动台发射的信号在基站接收端受到的干扰是不同的。由公式：

可知，在接收信号信干比一定的情况下，发射机的发射功率除了与链路衰减有关外还与接收端受到的干扰有关。因此，上述依据链路衰减的移动台分配方法并没有将移动台分配给所需发射功率最小的基站，用于基站布局规划得到的是一个比较保守的结果，应该还存在进一步优化的空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种基站布局规划过程中为移动台分配基站的方法及装置，从而可以准确地根据计算结果在上行链路计算中为移动台分配相应的基站。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种基站布局规划过程中为移动台分配基站的实现方法，包括：

在网络区域内，基于为移动台选定的基站计算移动台的发射功率值，并根据该移动台发射功率值确定各基站的接收移动台信号的信干比，然后，根据所述的信干比值为移动台选择分配相应的基站。

所述的方法具体包括：

A、在网络区域内，确定一组与移动台之间链路衰减符合预定要求的基站，作为该移动台的候选基站集；

B、基于为移动台选定的基站计算移动台的发射功率值，并根据所述发射功率值计算所述的候选基站集中各基站接收到该移动台信号的信干比；

C、根据所述的信干比值重新为移动台选择分配相应的基站。

本发明中，在执行所述的步骤B之前还包括：

在所述的候选基站集中为移动台分配一个与其之间链路衰减最小的基站，并执行所述的步骤地B。

所述的计算移动台的发射功率包括：

根据公式： 计算获得移动台的发射功率。

所述的步骤C包括：

当候选基站集中存在其他基站接收到移动台发送的信号的信干比值大于移动台当前分配的基站接收到的移动台发送的信号的信干比值时，则在所述的其他基站中为移动台重新分配信干比值最大的基站。

所述的步骤B还包括：

计算获得移动台的发射功率值后，根据公式：

计算候选基站集中其他各个基站接收到该移动台发射信号的信干比值。

所述的方法还包括：

当重新为所有移动台分配了基站后，则重新执行步骤B，直到无法在基站集中找到信干比值大于当前移动台分配的基站时或超过预定的为移动台重新选择分配基站的处理次数时止。

本发明还提供了一种基站布局规划过程中为移动台分配基站的实现装置，包括：

移动台发射功率计算模块：用于基于为移动台选定的基站计算移动台的发射功率值；

信干比计算模块：用于根据移动台的发射功率值计算网络区域内的各基站接收到移动台发射信号的信干比；

基站分配模块：用于在所述网络区域内的根据各移动台的信干比值为移动台选择分配相应的基站。

所述的基站分配模块包括：

判别模块：用于判断计算的当前基站接收移动台发射信号的信干比是否大于目标信干比，并将判断结果通知基站选择模块；

基站选择模块：根据判断结果选择移动台的基站，具体为当前基站接收移动台信号的信干比大于目标信干比，则将当前基站分配给该移动台，否则，不做处理。

所述的装置还包括：

控制处理模块：用于判断判别模块是否无法检测到信干比大于目标信干比的基站，或判断判别模块的判别处理过程是否大于预定的次数，如果是，则控制信干比计算模块和基站分配模块停止工作，否则，控制信干比计算模块和基站分配模块继续工作。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明在WCDMA基站布局规划中采用的基于移动台发射功率的上行链路移动台分配方法，与传统的依据链路衰减进行移动台分配的方法相比有如下特点：

1、本发明在移动台的分配方法中，除了考虑链路衰减外，还考虑了用户受到的干扰的影响，因而，与传统的仅依据链路率衰减进行移动台分配的方法相比，与实际的WCDMA系统的移动台分配方法更加接近，并且本发明还可以有效克服采用依据链路衰减进行移动台分配带来的WCDMA网络基站布局规划结果偏保守的问题。

2、本发明在计算量增加不大的情况下可以有效的解决上行链路中由传统的移动台分配方法导致的WCDMA基站布局规划结果偏保守的问题。

3、本发明可以用于当前第三代移动通信网络WCDMA的基站布局规划中。在当前最常用的优化模型下，对于任何一种启发式算法均可以利用本发明来提高基站布局的效果。

附图说明

图1为本发明所述的方法的处理过程示意图；

图2为本发明所述的装置的结构示意图；

图3为本发明与现有技术的实现效果对比示意图。

具体实施方式

本发明的目的在于针对现有WCDMA基站布局规划中移动台分配方法的不足，提出一种新的上行链路移动台分配方法。该方法在上行链路计算中依据移动台所需发射功率的大小进行移动台分配，它可以在计算量增加不大的情况下，明显改善WCDMA基站布局规划的效果。

为了在WCDMA基站布局规划的上行链路移动台分配中考虑移动台受到的干扰的影响，本发明提出了一种基于移动台所需发射功率的移动台分配方法。本发明的基本思想是将移动台尽可能与所需发射功率小的基站相连，从而使得可以更为准确地估计基站布局规则后的网络性能。

在实际操作中，首先将各移动台分配给与其之间链路衰减最小的基站，求出其发射功率后，然后，再依据各基站接收到移动台信号的信干比大小对每个移动台的分配关系进行调整，直到分配关系能使各移动台所需的发射功率最小，并以此作为最终的分配结果。

由于移动台所需的发射功率减小，因此对规划区域内的其它移动台的干扰较低，从而有利于提高规划区域内各小区的覆盖与容量。而且，本发明的实现还使得相应的基站分配过程与实际系统中移动台按照接收到的CPICH(公共导频)信号的信干比大小选择小区，以及CPICH信号的发射功率需要依据上行链路负载进行优化的处理相一致。

下面将对本发明提供的方法的在具体实施过程中主要包括以下步骤：

(1)首先为规划区域内的每个移动台建立一个其可能选择的基站集(Possible Set)，该基站集具体定义为与移动台之间的链路衰减与最小衰减相差在一定范围之内的若干个基站的集合，即与移动台之间的链路衰减值符合预定要求的一组基站。

(2)依据在基站布局规划初始阶段计算好的各移动台与各基站之间的链路衰减数据，将规划区域内的各个移动台分别分配给与其之间链路衰减最小的基站。

(3)计算移动台的发射功率，以及基站集中其他基站收到相应移动台发出的信号的信干比；

具体为：首先，通过解由

构成的方程组进行功率分配，计算出每个移动台的发射功率；在求得每个移动台的发射功率后，再计算此时其Possible Set中的其它基站接收到该移动台信号的信干比。

(4)对于每个移动台，检测其Possible Set中是否有接受到该移动台发出的信号的信干比比目标信干比更大的基站，如果有，则将该移动台分配到其中接收信号信干比最大的基站，否则，不改变该移动台的分配关系。

(5)返回到步骤(3)继续进行相应的处理，直到未检测出有移动台的Possible Set中还有基站接收到该移动台发射的信号的信干比大于目标信干比，或者循环进行相应处理的次数大于预定的次数，则执行步骤(6)。

(6)此时，各移动台与基站之间的连接关系即为最终获得的为移动台分配的基站信息。

以上对本发明所述方法的具体实施方式进行了说明，下面将对本发明在WCDMA基站布局规划中的具体实施方式进行说明。

本发明中的基于移动台所需发射功率的上行链路移动台分配方法可用于任何采用启发式算法实现的WCDMA基站布局规划中。

在依据启发式算法的上行链路移动台分配处理过程中，在依据启发式算法选定了一组基站及其配置后，需要对由一组基站组成的网络的性能进行快速评估。在所述的快速评估过程中，便可以采用到本发明提出的移动台分配方法确定规划区域内的移动台相连的基站，进而依据规划结果进行网络性能的快速评估。

为便于对本发明进行说明，首先对说明过程中涉及的参数变量等进行定义，具体为：

1、假设在基站布局规划过程中，启发式算法选定了一组具有一定配置的基站集BS，当前规划区域中未被阻塞的移动台集合为MS；

2、基站b∈BS，移动台m∈MS；

3、移动台m与基站b之间的上行链路增益用g_mb ^↑表示；

4、基站b的接收机噪声功率用η_b表示；

5、移动台与基站之间的连接关系用一个|MS|×|BS|维矩阵x来表示，其中，当x_mb＝1时表示移动台m分配给了基站b，当x_mb＝0时则表示移动台m没有分配给基站b。

下面将基于上述假设对本发明中进行移动台分配的具体实施过程进行描述，如图1所示，具体包括如下步骤：

步骤11：为每个移动台m(∈MS)建立一个其可能选择的基站集PS_m；

PS_m定义为与移动台m之间的链路衰减与最小衰减相差一定范围(PSwindow＝αdB)之内的几个基站的集合；假设PS_m中的基站数目为K_m；

在该步骤中还需要将PS_m中的基站根据其到移动台m间的链路衰减的大小依次从小到大进行排列，以便于为移动台进行初次的基站分配。

步骤12：将每个移动台m(∈MS)均分配给PS_m中的第1个基站，假设该基站为b_m ¹。即 $x_{m{b}_m^1}=1;$

步骤13：计算各移动台的发射功率值；

具体为通过解下述方程组：

$\frac{p_m\·g_{\mathrm{mb}}^{\↑}}{\underset{h\∈\mathrm{MS}\∩h\≠m}{\mathrm{\Σ}}{p}_h\·g_{\mathrm{hb}}^{\↑}+{\mathrm{\η}}_b}={\mathrm{\μ}}_m^{\↑};$ 其中，m∈MS，b∈BS∩x_mb＝1，

进行功率分配，从而求得各移动台m的发射功率P_m和P_h；

在计算求解过程中，需要使基站b_m ¹接受到移动台m的信号的信干比等于目标信干比μ_m ^↑，即该目标信干比μ_m ^↑在上述方程组中为已知量；同时，上述方程组中的g_hb ^↑与η_b两个参数也均为已知量，其中，g_hb ^↑为移动台h与基站b之间的上行链路增益，η_b为基站b接收端的噪声功率。

步骤14：利用求解后已知的各移动台m的发射p_m计算其余下的基站接收到移动台m的信号的信干比；

假设k为其中的某一个基站，其接收到移动台m的信号的信干比可以通

过公式： ${\mathrm{\μ}}_{m,k}^{\↑}=\frac{p_m\·g_{\mathrm{mk}}^{\↑}}{\underset{h\∈\mathrm{MS}\∩h\≠m}{\mathrm{\Σ}}{p}_h\·g_{\mathrm{hk}}^{\↑}+{\mathrm{\η}}_k},$ 计算获得。

步骤15：对于每个移动台m，选出PS_m中接收到移动台m的信号的信干比最大的基站b_m ^max，假设其接收信号信干比为μ_m ^max↑。

步骤16：比较μ_m ^max↑与μ_m ^↑的大小，如果 ${\mathrm{\μ}}_m^{\max \↑}>{\mathrm{\μ}}_m^{\↑},$ 则执行步骤17，否则，执行步骤18；

步骤17：将b_m ^max与b_m ¹在PS_m中的位置互换，且令 $x_{m{b}_m^{\max }}=1,$ $x_{m{b}_m^1}=0,$ 并执行步骤19；

步骤18：不作任何改变，处理过程结束；

即当无法检测出任何PS_m中存在 ${\mathrm{\μ}}_m^{\max \↑}>{\mathrm{\μ}}_m^{\↑}$ 的基站b_m ^max时，则处理过程结束，或者，超过预定的循环计算次数，处理过程也将结束。

步骤19：判断循环计算次数是否大于事先设定的最大要求循环次数Times，如果是，则执行步骤18，否则执行步骤13。

当执行步骤18后，各PS_m中的基站b_m ¹即为移动台m应该分配给的基站。分配关系如矩阵x所示。

按照图1所示的处理过程完成移动台分配之后，基站布局规划过程可以继续进行功率分配，如果有移动台的发射功率大于最大允许发射功率，则按照一定规则阻塞掉一个移动台。然后再重新进行移动台分配，如此反复，直到规划区域内的所有被覆盖到的移动台的发射功率都满足要求，从而完成上行链路的快速性能评估，即对于一组选定的基站及其配置，规划区域内可以被覆盖到的移动台，以及相应的发射功率。得到这些网络性能数据后，再依据这些数据计算目标函数值，确定下一步启发式算法的搜索方向。

本发明还提供了一种基站布局规划过程中为移动台分配基站的实现装置，如图2所示，具体包括以下功能模块：

(1)移动台发射功率计算模块：用于基于为移动台选定的基站计算移动台的发射功率值，具体的计算方法前面已经描述，此处不再详述；

(2)信干比计算模块：用于根据移动台发射功率计算模块计算获得的移动台的发射功率值计算网络区域内的各基站接收到移动台发射信号的信干比，所述的信干比值用于提供给基站分配模块使用；

(3)基站分配模块：用于在所述网络区域内的根据信干比计算模块计算获得的各移动台的信干比值为移动台选择分配相应的基站；

所述的基站分配模块具体包括以下两模块：

判别模块：用于判断计算的当前基站接收移动台发射信号的信干比是否大于目标信干比，并将判断结果通知基站选择模块；

基站选择模块：根据判断结果选择移动台的基站，具体为当前基站接收移动台信号的信干比大于目标信干比，则将当前基站分配给该移动台，否则，不做处理。

(4)控制处理模块：用于判断判别模块是否无法检测到信干比大于目标信干比的基站，或判断判别模块的判别处理过程是否大于预定的次数，如果是，则控制信干比计算模块和基站分配模块停止工作，否则，控制信干比计算模块和基站分配模块继续工作。

为了对本发明的性能进行评价，以下给出一组具体的基站布局规划的应用实例，以用来比较本发明提出的移动台分配方法与当前常用的依据链路衰减的移动台分配方法用于WCDMA基站布局规划的优化效果，由于本发明为基于上行链路实现，因此在该实例中仅考虑上行链路的性能参数。

在实例中，采用了一个人工的包含实际WCDMA基站布局规划特征的中小规模的基站布局规划实例。

这一实例的实现条件如下：

规划区域：2km×2km的正方形规划区域。

候选站点：一共选择了4组50个随机分布的候选站点进行基站布局规划，每个站点均采用全向天线。

业务分布：500个移动台分别按照均匀分布和具有不同标准差的二维正态分布分布在规划区域中。

目标函数：包括网络覆盖的移动台总数、建站总花费和规划区域内移动台的发射总功率。

在采用根据移动台所需发射功率进行移动台分配时取PSwindow＝10dB，最多允许循环次数Times＝5。

基站布局规划程序采用Tabu Search(禁忌搜索)法，共运行50个run(步)。

在上述实现条件下相应的实验测试结果如下：

4组候选站点采用基于链路衰减和基于移动台所需发射功率的移动台分配方法得到的规划结果的平均目标函数值随规划区域内业务分布的变化如图3所示。图3中method1(方法1)表示基于链路衰减的移动台分配方法，method2(方法2)表示基于移动台所需发射功率的移动台分配方法。

由图3可见，当业务分布均匀时，两种移动台分配方法的计算结果基本相同。而当业务分布不均匀时，依据移动台所需发射功率进行移动台分配的基站布局会使选择的基站数目减少或者至少使规划区域内移动台的发射总功率降低。并且业务分布越不均匀，基站布局效果的改善越明显。

从计算复杂度来看，对于上面的优化实例，基于MATLAB(矩阵实验室)平台的基站布局规划程序在Athlon XP 1800+CPU，256M RAM的PC机上采用上述两种移动台分配方法分别需要运行50分钟左右和80分钟左右。可见，基于移动台发射功率的移动台分配方法对基站布局规划的效果的改善是在计算量增加不大的情况下获得的。

综上所述，本发明提出的上行链路移动台分配方法可以在计算量增加不大的情况下克服采用原来的移动台分配方法在基站布局时出现的计算结果偏保守的问题。目前，移动通信系统将逐步开始从2G向3G过渡，基站布局规划作为WCDMA网络规划的一个重要内容在提高系统效率、降低网络建设成本方面将起着至关重要的作用。因此，本发明提出的这种用于WCDMA基站布局规划上行链路的移动台分配方法具有重要的实用意义。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1、一种基站布局规划过程中为移动台分配基站的实现方法，其特征在于，包括：

在网络区域内，基于为移动台选定的基站计算移动台的发射功率值，并根据该移动台发射功率值确定各基站的接收移动台信号的信干比，然后，根据所述的信干比值为移动台选择分配相应的基站。

2、根据权利要求1所述的基站布局规划过程中为移动台分配基站的实现方法，其特征在于，所述的方法具体包括：

A、在网络区域内，确定一组与移动台之间链路衰减符合预定要求的基站，作为该移动台的候选基站集；

B、基于为移动台选定的基站计算移动台的发射功率值，并根据所述发射功率值计算所述的候选基站集中各基站接收到该移动台信号的信干比；

C、根据所述的信干比值重新为移动台选择分配相应的基站。

3、根据权利要求2所述的基站布局规划过程中为移动台分配基站的实现方法，其特征在于，在执行所述的步骤B之前还包括：

在所述的候选基站集中为移动台分配一个与其之间链路衰减最小的基站，并执行所述的步骤地B。

4、根据权利要求1、2或3所述的基站布局规划过程中为移动台分配基站的实现方法，其特征在于，所述的计算移动台的发射功率包括：

根据公式：

计算获得移动台的发射功率。

5、根据权利要求4所述的基站布局规划过程中为移动台分配基站的实现方法，其特征在于，所述的步骤C包括：

当候选基站集中存在其他基站接收到移动台发送的信号的信干比值大于移动台当前分配的基站接收到的移动台发送的信号的信干比值时，则在所述的其他基站中为移动台重新分配信干比值最大的基站。

6、根据权利要求5所述的基站布局规划过程中为移动台分配基站的实现方法，其特征在于，所述的步骤B还包括：

计算获得移动台的发射功率值后，根据公式：

计算候选基站集中其他各个基站接收到该移动台发射信号的信干比值。

7、根据权利要求5所述的基站布局规划过程中为移动台分配基站的实现方法，其特征在于，所述的方法还包括：

当重新为所有移动台分配了基站后，则重新执行步骤B，直到无法在基站集中找到信干比值大于当前移动台分配的基站时或超过预定的为移动台重新选择分配基站的处理次数时止。

8、一种基站布局规划过程中为移动台分配基站的实现装置，其特征在于，包括：

移动台发射功率计算模块：用于基于为移动台选定的基站计算移动台的发射功率值；

信干比计算模块：用于根据移动台的发射功率值计算网络区域内的各基站接收到移动台发射信号的信干比；

基站分配模块：用于在所述网络区域内的根据各移动台的信干比值为移动台选择分配相应的基站。

9、根据权利要求8所述的基站布局规划过程中为移动台分配基站的实现装置，其特征在于，所述的基站分配模块包括：

判别模块：用于判断计算的当前基站接收移动台发射信号的信干比是否大于目标信干比，并将判断结果通知基站选择模块；

基站选择模块：根据判断结果选择移动台的基站，具体为当前基站接收移动台信号的信干比大于目标信干比，则将当前基站分配给该移动台，否则，不做处理。

10、根据权利要求9所述的基站布局规划过程中为移动台分配基站的实现装置，其特征在于，所述的装置还包括：

控制处理模块：用于判断判别模块是否无法检测到信干比大于目标信干比的基站，或判断判别模块的判别处理过程是否大于预定的次数，如果是，则控制信干比计算模块和基站分配模块停止工作，否则，控制信干比计算模块和基站分配模块继续工作。

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