CN1929670A - 一种tdd方式下利用辅助基站进行频率规划的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种TDD方式下利用辅助基站进行频率规划的方法，包括以下步骤：(1)辅助基站接收控制台命令；(2)该辅助基站在TDD发射时隙打开接收机；(3)如果整个系统频段内还有未扫描频点，设置该辅助基站的工作频率为系统频段内一个未扫描频点，接收其它基站的信号；(4)计算该辅助基站接收到的信号和其它基站发射的信号的相关系数、其它基站的发射功率和信噪比、其它基站与该辅助基站之间的距离以及其它基站的方向；(5)判断该频点是否已经分配；(6)该辅助基站根据接收信号判断是否有干扰存在及干扰方向。应用本发明的方法可以高效地进行频率规划方法，可以避免同频干扰和临频干扰，可以提高频率资源的利用率。

Description

一种TDD方式下利用辅助基站进行频率规划的方法

技术领域

本发明涉及一种TDD方式下利用辅助基站进行频率规划的方法。

背景技术

频率规划的目的就是在给定的带宽内，提高频谱利用效率，增加系统容量，并把干扰控制在一定的水平以下。

常用的频率规划方法是人工频率规划，人工频率规划是基于基站覆盖区为理想形状进行的，根据平面地图，将整个地区分割为若干基站覆盖区，根据经验数据推算允许的频率复用系数确定每一个基站可以使用的频点，配置完成后做大量的路测和拨打测试，记录分析覆盖区域内的载干比C/I，然后与规定的门限值比较，若不满足门限要求，则调整基站的频点，重新做路测和拨打测试，直到载干比C/I满足门限要求为止。

随着用户日益增加、网络规模扩大，基站越来越多，小区半径越来越小，彼此之间的干扰日益突出，手工进行频率规划很难适应网络规划的要求，于是出现了自动频率规划，自动频率分配通常是根据网络结构、基站间的相互干扰、系统信息生成干扰矩阵和分割矩阵以及新的要求，结合特定的分配算法由计算机完成的。首先将手工分配的各基站频率输入到计算机中，然后利用频率规划软件在覆盖预测的基础上进行干扰情况分析。自动频率规划依旧是基于手工频率分配，只是用计算机模型代替了一部分路测和拨打测试的工作。

现有技术的存在以下缺点：

(a)目前的频率规划方法是基于理论模型的分析，假设基站的覆盖都是理想形状的，但实际上电磁波信号不可能按照人为设定的区域覆盖，规划的网络会有很多的盲点和交叉覆盖，因此需要后期做大量的调测；

(b)人工频率规划需要做大量的路测和拨打测试，如果覆盖效果不理想还需要重新规划，然后再进行路测和拨打测试，工作量非常大；

(c)计算机辅助的频率规划是基于一定的环境模型，这些环境模型与真实的网络环境有一定的差距，只能在一定程度上逼近真实环境，因此环境模型的准确程度对频率规划的效果有非常明显的影响；

(d)基站周围的环境是时变的，在初期规划时的频率规划可能是合理的，但一段时间后，周围的环境发生了变化，原来的频率规划有可能已经不合理，这时还需要重新规划，又需要大量的工作。

因此，需要一种新型的廉价、高效的频率规划方法，以避免同频干扰和临频干扰，提高频率资源的利用率。

发明内容

为了实现本发明的目的，提出了一种TDD方式下利用辅助基站进行频率规划的方法，包括以下步骤：

(1)辅助基站接收控制台命令；

(2)该辅助基站在TDD发射时隙打开接收机；

(3)如果整个系统频段内还有未扫描频点，设置该辅助基站的工作频率为系统频段内一个未扫描频点，接收其它基站的信号；

(4)计算该辅助基站接收到的信号和其它基站发射的信号的相关系数、其它基站的发射功率和信噪比、其它基站与该辅助基站之间的距离以及其它基站的方向；

(5)判断该频点是否已经分配；

(6)该辅助基站根据接收信号判断是否有干扰存在及干扰方向。

应用本发明的方法可以高效地进行频率规划方法，可以避免同频干扰和临频干扰，可以提高频率资源的利用率。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。附图中：

图1为本发明的频率规划的方法流程图。

具体实施方式

对于TDD系统，频率规划需要考虑发射的同频干扰问题，因此需要得知目前网络中已经使用的频点信息，接收需要监测基站周围的电磁环境，以确定在接收时隙是否有干扰存在。

图1示出了本发明的频率规划的方法流程图。基站在TDD的发射和接收时隙，接收无线通信系统工作频段内其它基站TDD的发射和接收时隙的信号，对发射时隙，利用智能天线算法，计算工作频段内每一个频点其它基站发射的信号的功率、方向及距离，由此获得系统已有的频率规划信息；对接收时隙，利用专用信道计算工作频段内各个频点的空间噪声，由此获得基站工作点周围的电磁环境；这样可以获得TDD状态下基站周围各个频点的必要信息，为频率规划提供指导。

监测规划中已经使用的频点

首先，设基站A为正常工作基站，它代表了一组已经规划的、正在工作的基站，基站B为用来辅助网络规划的基站。

其次，基站B收到操作台的命令后，在基站A的发射时隙(即TDD系统的发射时隙)打开接收机，基站B的频率在系统工作频段内依次扫描合法的工作频点，扫描到基站A的频率时接收基站A发射的信号，并处理收到的信号。

设基站A发射的广播信号s_t(t)，其工作频率为f_A，对本系统而言是确知信号；基站B接收到的信号为s_r(t)，基站B处理信号s_r(t)，处理方法为：

(1)计算s_r(t)与s_t(t)的相关函数及相关系数

相关函数： ${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{tr}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{\∫s_r\left(t\right)\·s_t(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}}{\sqrt{\∫s_r^2\left(t\right)\mathrm{dt}}\·\sqrt{{\∫s}_t^2\left(t\right)\mathrm{dt}}}$

计算|ρ_tr(τ)|，在τ＝τ_A时|ρ_tr(τ)|取得最大值，则|ρ_tr(τ_A)|称为s_r(t)与s_t(t)的相关系数；其中τ是基站B信号s_t(t)与s_r(t)的相对延迟，是计算相关函数的一个变量对于TDD系统；τ＝τ_A表征了基站A、B之间的距离，即L_AB＝f₁(τ_A)，函数f₁(·)取决于系统协议；其中τ_A是基站A信号s_t(t)与s_r(t)的相对延迟。

(2)计算基站A发射信号中承载的数据及基站A的射频参数

基站B可以看作是系统中一个普通的接收机，因此按照系统协议，如多址方式、调制方式及帧结构等解调s_r(t)，可以获得基站A发射信号s_t(t)中承载的数据、基站A发射信号的功率和信噪比SNR，基站B如果采用了智能天线，还可以计算出基站A的方向；

再次，基站B处理基站A发射的信号，按照一定的判决准则，可以判断出基站B收到的信号是否为基站A发射的信号。有下面一些判决准则：(这里列出的是可能的判决方法，任选其一或任意组合均可)

(1)相关系数|ρ_tr(τ_A)|是否大于某一个门限ρ_T，若大于ρ_T，则基站B收到的s_r(t)是基站A发射的信号，频率f_A已经分配给基站A；

(2)对任意一个通信系统，基站总会发射一些广播数据，这些数据对系统是透明的，即所有接收机都可以从解调得到的数据判断是否为基站广播的数据，若基站B解调得到的承载数据为系统的广播数据，则基站B收到的s_r(t)是基站A发射的信号，频率f_A已经分配给基站A；

(3)对收到的信号s_r(t)解调得到x(t)，计算x(t)的信噪比SNRr，若SNRr大于一定的门限SNRt，则基站B收到的s_r(t)是基站A发射的信号，频率f_A已经分配给基站A；SNRt的大小取决于系统的调制方式，如QPSK调制可选SNRt＝8dB，16QAM调制可选SNRt＝15dB。

最后，若判决频率f_A已经分配给基站A，则可以计算一些频率规划关心的参数，如基站A、B的距离L_AB＝f₁(τ_A)、基站A发射的信号功率P_fA、信噪比SNR；若基站B采用了智能天线，还可以获得基站A相对于基站B的方向等。

若f_A为已规划频点，基站B的接收机解调收到的s_r(t)，解调结果为x(t)，若基站B安装了智能天线，则各天线单元解调结果为x_i(t)，其中i＝1，2，......，M，M是智能天线的天线单元数目。

根据x(t)可以得到该频点的功率P_s，fA、距离L_s，fA和方向α_s，fA，

$P_{s,f_A}=|x\left(t\right){|}^2,$

L_s，fA及α_s，fA可以由τ_A及W_s，i通过计算获得，W_s，i为信号s_r(t)在第i个天线单元的加权系数，它是第i个天线单元上解调信号的统计平均，即W_s，i＝E[x_i(t)]，

$L_{s,f_A}=f_1\left({\mathrm{\τ}}_A\right),$

${\mathrm{\α}}_{s,f_A}=f_2\left(W_{s,i}\right)$

函数关系f₁(·)及f₂(·)取决于具体的算法，不同的算法有不同的映射关系。一种比较简单的方法是

$L_{s,f_A}=c\·{\mathrm{\τ}}_A,$ 其中c＝3×10⁸m/s是电磁波传播速度；

α_s，fA可以用智能天线波达方向(DOA)估计方法来处理，DOA估计的方法典型的是MUSIC方法和ESPRIT方法；基站天线一般都比较高，因此通常情况下基站B收到的基站A发射的信号都有很强的直达路径，这时可以用简单的方法来计算，计算“空间谱”：

$P\left(\mathrm{\θ}\right)=a^H\left(\mathrm{\θ}\right)\·W_{s,i}^H\·W_{s,i}\·a\left(\mathrm{\θ}\right),$

其中a(θ)是智能天线的方向向量，由天线阵列的几何结构和信号的波长决定，上标H表示共轭转置，基站A相对基站B的方向 ${\mathrm{\α}}_{s,f_A}={\mathrm{\θ}}_B$ 满足

$\underset{\mathrm{\θ}={\mathrm{\θ}}_B}{\max }\left|P\left(\mathrm{\θ}\right)\right|,$

即“空间谱”的谱峰位置所对应的θ就是基站A相对于基站B的方向。

监测基站周围的电磁环境

首先，基站B在基站A的接收时隙(即TDD系统的接收时隙)打开接收机，基站B的频率在系统工作频段内依次扫描合法的工作频点，接收系统空闲信道的信号，对收到的信号进行处理；在这个信道上，所有终端都不发射信号，基站也全部处于接收状态，因此基站B接收到的信号全部为空间噪声及干扰；

其次，计算接收到的信号的功率，该功率即为频点f_C的噪声和干扰功率P_n，I(f_c)，如果存在干扰，则可以用相应的方法计算干扰的方向，具体判定是否存在干扰及干扰方向的确定使用了“利用空闲时隙监测电磁环境及干扰源定向的方法”中的方法。

监测结果的报告

依次扫描工作频段内所有的频点，就可以获得系统内各个频点的频率规划情况及基站B周围的电磁环境，把这些参数输出到控制台或显示设备，网络规划工程师就可以根据系统工作的要求选择可用的频点。

频率规划的最终目标是确定每一个基站的工作频点，确定B可用的频点过程如下：

(1)设系统可用的频点集合为F，通过前面的检测，基站B获得了周围已经分配的频点，设已经分配的频点集合为F1，将集合F中扣除集合F1中的频点外的频点所组成的集合计为F2；

(2)基站B扫描集合F1时获得了各个频点其他基站发射信号的功率P_fm，f_m∈F1，若集合F1的子集F11的功率P_fmm满足P_fmm≤P_fT，f_mm∈F11则认为集合F11中的频点虽然已经分配给其他基站，但可以作为基站B的备选频点；

(3)根据(2)，若基站B扫描某一个集合F3中的频点时，在基站A的接收时隙检测到了干扰，则集合F3中的频点不能分配给基站B；

因此，基站B可用的频点f_B需要满足f_B∈F2∪F11，但f_BF3。

应用本发明的方法可以产生以下技术效果：

(1)利用在网的基站检测周围已有的频率规划，同时检测基站周围的电磁环境，确定是否有干扰，及早发现影响系统性能的隐患，减轻后期路测和拨打测试工作量，节省了大量的人力与物力；

(2)及早有效地避免同频干扰与邻频干扰，从而提高了频率资源利用率；

(3)正在工作的基站可以随时接收控制台的命令，开始进入扫频模式，扫描周围的电磁环境，并把扫描结果报告给控制台，由控制台确定基站的工作频率。

Claims (8)

1.一种TDD方式下利用辅助基站进行频率规划的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)辅助基站接收控制台命令；

(2)该辅助基站在TDD发射时隙打开接收机；

(3)如果整个系统频段内还有未扫描频点，设置该辅助基站的工作频率为系统频段内一个未扫描频点，接收其它基站的信号；

(4)计算该辅助基站接收到的信号和其它基站发射的信号的相关系数、其它基站的发射功率和信噪比、其它基站与该辅助基站之间的距离以及其它基站的方向；

(5)判断该频点是否已经分配；

(6)该辅助基站根据接收信号判断是否有干扰存在及干扰方向。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述的相关系数的计算方法如下：

先计算辅助基站接收到的信号和其它基站发射的信号的相关函数

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{tr}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{\∫s_r\left(t\right)\·s_t(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}}{\sqrt{\∫s_r^2\left(t\right)\mathrm{dt}}\·\sqrt{{\∫s}_t^2\left(t\right)\mathrm{dt}}};$

其中，其它基站发射的广播信号s_t(t)，其工作频率为f_A，对本系统而言是确知信号；辅助基站接收到的信号为s_r(t)，辅助基站处理信号为s_r(t)，τ是辅助基站信号s_t(t)与s_r(t)的相对延迟，是计算相关函数的一个变量；

其次，将τ＝τ_A代入相关函数|ρ_tr(τ)|公式即可获得相关系数|ρ_tr(τ_A)|，其中τ_A是其它基站信号s_t(t)与s_r(t)的相对延迟。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述的其它基站与该辅助基站之间的距离L_AB的计算公式为：

L_AB＝f₁(τ_A)

其中f₁(·)为取决于系统协议的函数。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述的该辅助基站如果采用智能天线，各天线单元解调结果为x_i(t)，其中i＝1，2，……，M，M为智能天线的天线单元数目；

根据x(t)可以得到该频点的功率P_s，fA、距离L_s，fA和方向α_s，fA，

$P_{s,f_A}={\left|x\left(t\right)\right|}^2,$

L_s，fA及α_s，fA可以由τ_A及W_s，i通过计算获得，W_s，i为信号s_r(t)在第i个天线单元的加权系数，它是第i个天线单元上解调信号的统计平均，即W_s，i＝E[x_i(t)]，

$L_{s,f_A}=f_1\left({\mathrm{\τ}}_A\right),$

${\mathrm{\α}}_{s,f_A}=f_2\left(W_{s,i}\right)$

函数关系f₁(·)及f₂(·)取决于具体的算法，不同的算法有不同的映射关系；一种比较简单的方法是

$L_{s,f_A}=c\·{\mathrm{\τ}}_A,$ 其中c＝3×10⁸m/s是电磁波传播速度；

α_s，fA可以用计算空间谱的方法得到；

$P\left(\mathrm{\θ}\right)=a^H\left(\mathrm{\θ}\right)\·W_{s,i}^H\·W_{s,i}\·a\left(\mathrm{\θ}\right),$

其中a(θ)是智能天线的方向向量，由天线阵列的几何结构和信号的波长决定，上标H表示共轭转置，其它基站相对辅助基站的方向 ${\mathrm{\α}}_{s,f_A}={\mathrm{\θ}}_B$ 满足

$\underset{\mathrm{\θ}={\mathrm{\θ}}_B}{\max }\left|P\left(\mathrm{\θ}\right)\right|,$

即“空间谱”的谱峰位置所对应的θ就是其它基站相对于辅助基站的方向。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，α_s，fA可以用智能天线波达方向(DOA)估计方法来得到。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(5)所述的判断方法可以是以下判断准则之一或任一组合：

准则1：相关系数|ρ_tr(τ_A)|是否大于某一个门限ρ_T，若大于ρ_T，则辅助基站收到的s_r(t)是其它基站发射的信号，频率f_A已经分配给其它基站；

准则2：若辅助基站解调得到的承载数据为系统的广播数据，则辅助基站收到的s_r(t)是其它基站发射的信号，接收到的频率f_A已经分配给其它基站；

准则3：对收到的信号s_r(t)解调得到x(t)，计算x(t)的信噪比SNRr，若SNRr大于一定的门限SNRt，则辅助基站B收到的s_r(t)是其它基站发射的信号，接收到的频率f_A已经分配给其它基站，其中SNRt的大小取决于系统的调制方式。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)中辅助基站针对每个工作频点接收整个系统空闲码道的信号，进行处理，即得到该频点的空间噪声及干扰；计算接收到的空间噪声及干扰信号的功率，即得到该频点的噪声及干扰功率；如果该功率较大，则对干扰方向进行确定。

8.如权利要求1或7所述的方法，其特征在于，步骤(6)后还包括确定辅助基站可用频点的步骤，该步骤具体包括：

首先，获得已经分配的频点集合F1中可用于辅助基站的频点集合F11；辅助基站扫描集合F1时获得了各个频点其他基站发射信号的功率P_fm，f_m∈F1，若集合F1的子集F11的功率P_fmm满足P_fmm≤P_fT，f_mm∈F11则认为集合F11中的频点虽然已经分配给其他基站，但可以作为辅助基站的备选频点；

其次，获得整个系统可用的频点集合F中不能分配给辅助基站的频点的集合F3；若辅助基站扫描某一个集合F3中的频点时，在基站A的接收时隙检测到了干扰，则集合F3中的频点不能分配给辅助基站；

最后，辅助基站可用的频点f_B即为f_B∈F2∪F11，但 $f_B\∉F3.$