專利名稱：一種小區(qū)天線的分組排列方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分組和排列多發(fā)射接收天線的分組排列方法，具體的說就是一種在采用了多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)的小區(qū)中使用的，將基站的多發(fā)射接收天線進(jìn)行分組并分散的排列在小區(qū)中的方法，用以充分利用小區(qū)的信道容量，提高系統(tǒng)性能。
背景技術(shù)：
在采用MIMO技術(shù)的小區(qū)中，系統(tǒng)容量與信道的空間相關(guān)性密切相關(guān)。有眾多的文獻(xiàn)討論多天線系統(tǒng)中信道衰落互相關(guān)系數(shù)與系統(tǒng)容量的關(guān)系，如，Hyundong Shin，“Capacity of Multiple-Antenna FadingChannelsSpatial Fading Correlation，Double Scattering，andKeyhole”IEEE Trans.on Information Theory，vol.49，No.10，Oct.2003。也有個(gè)別文獻(xiàn)討論移動(dòng)臺位置相對于基站變化時(shí)，信道衰落互相關(guān)系數(shù)的變化規(guī)律以及由此導(dǎo)致的系統(tǒng)容量的變化規(guī)律，如，PersefoniKyritsi等人在文獻(xiàn)“Correlation Analysis Based on MIMO ChannelMeasurements in an Indoor Environment”IEEE JSAC，vol.21，No.5文獻(xiàn)中討論了室內(nèi)不同環(huán)境、不同收發(fā)距離條件下，信道衰落的互相關(guān)性的變化規(guī)律。
Persefoni Kyritsi等人在上述該文獻(xiàn)給出的試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)移動(dòng)臺移動(dòng)時(shí)，信道的互相關(guān)系數(shù)將隨移動(dòng)臺周圍環(huán)境的變化而變化，隨著移動(dòng)臺與基站的距離的增加，信道衰落的互相關(guān)性逐漸地增強(qiáng)，從而導(dǎo)致信道容量逐漸地降低，上述場測結(jié)果揭示的現(xiàn)象和機(jī)理在室外信道中同樣存在。
在小區(qū)的不同位置則有不同的信道空間相關(guān)性，移動(dòng)臺的移動(dòng)則導(dǎo)致信道空間相關(guān)性的變化。而這種信道的空間相關(guān)性及其變化與基站處天線的分布及信道的空間特征是有密切關(guān)系的。
中國專利號97104039，名為“具有智能天線的時(shí)分雙工同步碼分多址無線通信系統(tǒng)”中公開的技術(shù)方案是將多天線(陣列)集中安裝在同一地方，到達(dá)對一個(gè)方向或一個(gè)扇區(qū)的覆蓋。但由于移動(dòng)臺的移動(dòng)將極大的影響著信道的空間相關(guān)性，會(huì)導(dǎo)致信道容量的強(qiáng)烈變化，而且隨著移動(dòng)臺和基站的距離越大，基站處的多天線可被等效成一個(gè)天線，則信道容量會(huì)降低。為了適應(yīng)這種信道容量的強(qiáng)烈變化在多天線系統(tǒng)中根據(jù)信道空間特征(主要是相關(guān)性)不同會(huì)選擇不同的工作模式，如空間復(fù)用模式、發(fā)射分集模式和波束成形模式，并可根據(jù)環(huán)境信道的變化實(shí)時(shí)的變換工作模式，但這會(huì)給實(shí)現(xiàn)帶來很大的成本。
為解決上述問題，中國專利號00103041，名為“分布式智能天線系統(tǒng)”和中國專利號02152609，名為“一種用于移動(dòng)無線通信的智能天線通信系統(tǒng)及通信方法”中所公開的技術(shù)都是將基站處的天線分組并放置在小區(qū)的不同地點(diǎn)上，處在不同地點(diǎn)上的不同天線單元工作在同步方式上，是一種分布式的智能天線系統(tǒng)，它們根據(jù)覆蓋范圍和用戶數(shù)來對天線進(jìn)行分組，提高波束成形的性能，同時(shí)可以獲得更大的分集增義。將這種分布式的天線排列方式用在采用MIMO技術(shù)的小區(qū)中，天線分組排列的分布特性可以減弱移動(dòng)終端移動(dòng)導(dǎo)致信道空間相關(guān)性的強(qiáng)烈變化，但是這種天線分組排列的方法并沒有考慮小區(qū)的空間特征分布，即沒有考慮小區(qū)中散射體的分布特征，會(huì)損失小區(qū)的信道容量；因?yàn)樵诓捎肕IMO技術(shù)的系統(tǒng)中由于信道容量和信道的空間相關(guān)性密切相關(guān)，而信道空間相關(guān)性又主要由散射體的空間分布決定的。
現(xiàn)有技術(shù)中的分布式天線系統(tǒng)比現(xiàn)有技術(shù)中的集中排列多天線有著更好的系統(tǒng)性能和系統(tǒng)容量，但分布式多天線分組排列方法只是考慮了覆蓋和用戶數(shù)而沒有考慮小區(qū)中散射體的分布特征，因?yàn)樗捎玫氖遣ㄊ尚蔚乃惴ā６诓捎肕IMO技術(shù)(主要指空間分集和空間復(fù)用技術(shù))的系統(tǒng)中使用該技術(shù)會(huì)損失信道容量，降低系統(tǒng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于針對此不足進(jìn)行改進(jìn)，提供一種小區(qū)天線的分組排列方法，根據(jù)小區(qū)散射體的空間分布來分組排列多天線，在散射體豐富的區(qū)域放置多的天線，散射體少的區(qū)域放置少的天線；散射體的分布與建筑物的大小、個(gè)數(shù)有關(guān)，因而一般散射體豐富的區(qū)域?qū)?yīng)著建筑物多的地方，相應(yīng)的也是用戶數(shù)多的地方，需求的信道容量也高，本發(fā)明的天線分組排列方法可以充分利用系統(tǒng)的信道容量，用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)路優(yōu)化中，能提高系統(tǒng)的性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括一種小區(qū)天線的分組排列方法，用于多輸入多輸出技術(shù)的小區(qū)中，利用接收信號AOA的統(tǒng)計(jì)特征值對小區(qū)中各個(gè)地方的AOA方差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來對小區(qū)進(jìn)行空間劃分和天線的分組排列，其包括以下步驟a對小區(qū)進(jìn)行信道測試，獲得各測試點(diǎn)的AOA方差值；b將多個(gè)測試點(diǎn)的AOA方差值按照空間位置和值的大小進(jìn)行聚類分組；c計(jì)算每個(gè)區(qū)域內(nèi)的測試點(diǎn)AOA方差的均值；
d相應(yīng)的將基站的天線，按照各區(qū)域的AOA方差均值分成多組，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的天線個(gè)數(shù)和該區(qū)域內(nèi)的方差均值成正比關(guān)系；e將每組天線放置在相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，優(yōu)先放置在最大AOA方差所在測試點(diǎn)位置，即將每個(gè)天線依次放置在按AOA方差由大到小排列的測試點(diǎn)上；f將所有天線連接至基站控制單元。
所述的方法，其中，所述AOA方差Var的計(jì)算為Var=∫-ππ(θ-θ‾)2ψA(θ)dθ∫-ππψA(θ)dθ]]>其中，θ表示接收信號的AOA，其ψA(θ)是θ的功率分布函數(shù)，θ由下式來表示θ‾=∫-ππθψA(θ)dθ∫-ππψA(θ)dθ]]>通過信道測試得到測試點(diǎn)的ψA(θ)。
所述的方法，其中，還包括g如果區(qū)域中所有測試點(diǎn)的AOA方差相等或近似相等，則按照空間均勻在該區(qū)域內(nèi)排列天線。
所述的方法，其中，所述正比關(guān)系滿足下式Var_A1L_1=Var_A2L_2=···=Var_AML_M,]]>其中，Var_A1，Var_A2，......Var_AM表示每個(gè)區(qū)域內(nèi)的測試點(diǎn)AOA方差的均值，共M個(gè)區(qū)域；L_1，L_2，......L_M表示每個(gè)區(qū)域內(nèi)的天線數(shù)。
本發(fā)明所提供的一種小區(qū)天線的分組排列方法，根據(jù)小區(qū)的散射體分布來對多天線陣列進(jìn)行分組，并按照散射體的空間分布將各組天線放置在小區(qū)的不同地方，是一種分布式的天線系統(tǒng)，但和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明按照小區(qū)散射體的空間分布特征來相應(yīng)的排列天線，因而充分利用了小區(qū)的信道空間MIMO容量，提高了系統(tǒng)容量，從而相應(yīng)的提高了系統(tǒng)性能。


以下附圖中是一個(gè)將小區(qū)分成了4個(gè)區(qū)域的實(shí)施例圖，即M＝4，其中圖1是本發(fā)明方法的小區(qū)中各測試點(diǎn)的AOA方差及區(qū)域劃分示意圖；以黑點(diǎn)的半徑表示AOA方差，半徑大的方差大，半徑小的表示方差小；圖2是本發(fā)明方法的在小區(qū)中按本發(fā)明分組排列多天線的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖，將對本發(fā)明的各較佳實(shí)施例加以詳細(xì)描述。
本發(fā)明所述的小區(qū)天線的分組排列方法，用接收信號AOA的統(tǒng)計(jì)特征值，一般是AOA方差來度量小區(qū)中散射體的分布特征，通過對小區(qū)中各個(gè)地方的AOA方差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來對小區(qū)進(jìn)行空間劃分和天線的分組排列。AOA方差Var的計(jì)算如下(引自書“Introduction to Space-timeWireless Communication”的第17頁的式(2.14))Var=∫-ππ(θ-θ‾)2ψA(θ)dθ∫-ππψA(θ)dθ]]>其中用θ來表示接收信號的AOA，其ψA(θ)是θ的功率分布函數(shù)，θ由下式來表示
θ‾=∫-ππθψA(θ)dθ∫-ππψA(θ)dθ]]>通過信道測試可以得到測試點(diǎn)的ψA(θ)，由上述公式進(jìn)行計(jì)算即可得到AOA方差Var。
對小區(qū)進(jìn)行信道測試，獲得各測試點(diǎn)的AOA方差，設(shè)測試點(diǎn)均勻分布在小區(qū)中，共有N個(gè)，相應(yīng)的N個(gè)方差用Var_1，Var_2，...，Var_N來表示，如圖1所示，以黑點(diǎn)的半徑表示方差，半徑大的方差大，半徑小的表示方差小。
小區(qū)散射體空間分布特征是小區(qū)固有的特征，這些散射體包括建筑物，樹木，以及人或移動(dòng)的汽車。由于人或汽車等一類移動(dòng)的散射體的空間分布特征是時(shí)變的，它們對信道容量的貢獻(xiàn)是本發(fā)明方法無法利用的，本發(fā)明方法主要利用一些固定的散射體如建筑物、樹木等，其分布特征是不變的，本發(fā)明根據(jù)這一類散射體的空間分布特征來分布排列天線，充分利用了這類散射體對信道容量的貢獻(xiàn)，而且一般來說用戶比較多的地方建筑物也相對密集些，這使得本發(fā)明利用這類散射體來提高信道容量更具有實(shí)際意義。
將Var_1，Var_2，...，Var_N按照空間位置和值的大小進(jìn)行聚類分組，設(shè)分成M組(M一般取3或4即可)，相應(yīng)的小區(qū)被分割成M個(gè)區(qū)域，用A_1，A_2，...，A_M來表示。計(jì)算每個(gè)區(qū)域內(nèi)的測試點(diǎn)AOA方差的均值，設(shè)為Var_A1，Var_A2，...，Var_AM。
如果方差的分布(按值的大小)具有一定的局部集中特點(diǎn)，比如某些區(qū)域的方差大部分比另一個(gè)區(qū)域的方差都大或小，則可將相應(yīng)區(qū)域的方差聚類成相應(yīng)的組，如果方差的分布(按值的大小)是均勻分散在整個(gè)小區(qū)里時(shí)，則顯然無法按方差的大小進(jìn)行聚類分組，這時(shí)按照空間位置均勻分組。如果聚類分組的個(gè)數(shù)太多，即M太大時(shí)則對Var_1，Var_2，...，Var_N按照空間分布將相鄰區(qū)域強(qiáng)制合并分組。
相應(yīng)的將基站的天線，設(shè)有L個(gè)，按照M個(gè)區(qū)域的AOA方差均值Var_A1，...，Var_AM分成M組，每組有L_1，L_2，...，L_M個(gè)天線(L＝L_1+L_2+...+L_M)，均值大的分配的天線個(gè)數(shù)就多，均值小的分配的天線就少，它們之間成正比的關(guān)系，這種正比關(guān)系可以是線性正比例關(guān)系等，如圖2所示的，由基站控制單元控制其分組排列。
將每組天線放置在相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，優(yōu)先放置在最大AOA方差所在測試點(diǎn)位置，即將每個(gè)天線依次放置在按AOA方差由大到小排列的測試點(diǎn)上，如果區(qū)域中所有測試點(diǎn)的AOA方差相等或近似相等，則按照空間均勻在該區(qū)域內(nèi)排列天線。
本發(fā)明方法的具體步驟為步驟1對小區(qū)進(jìn)行信道測試，獲得N個(gè)測試點(diǎn)的AOA方差值，用Var_1，Var_2，...，Var_N表示。其中N個(gè)測試點(diǎn)均勻分布在小區(qū)中，如圖1所示，黑點(diǎn)位置即表示測試點(diǎn)位置，黑點(diǎn)半徑大小表示該測試點(diǎn)AOA方差大小。
步驟2將Var_1，Var_2，...，Var_N按照空間位置和值的大小進(jìn)行聚類分組，設(shè)分成M組(M一般取3或4即可)，相應(yīng)的小區(qū)被分割成M個(gè)區(qū)域，用A_1，A_2，...，A_M來表示。
步驟3計(jì)算每個(gè)區(qū)域內(nèi)的測試點(diǎn)AOA方差的均值，設(shè)為Var_A1，Var_A2，...，Var_AM。
步驟4相應(yīng)的將基站的天線，設(shè)有L個(gè)，按照M個(gè)區(qū)域的AOA方差均值Var_A1，...，Var_AM分成M組，每組有L_1，L_2，...，L_M個(gè)天線(L＝L_1+L_2+...+L_M)，均值大的分配的天線個(gè)數(shù)就多，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的天線個(gè)數(shù)和該區(qū)域內(nèi)的方差均值成正比關(guān)系，在實(shí)際應(yīng)用中可以取正比例關(guān)系，即滿足下式Var_A1L_1=Var_A2L_2=···=Var_AML_M,]]>當(dāng)然也可以取其他的正比關(guān)系。
步驟5將每組天線放置在相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，優(yōu)先放置在最大AOA方差所在測試點(diǎn)位置，即將每個(gè)天線依次放置在按AOA方差由大到小排列的測試點(diǎn)上。
步驟6如果區(qū)域中所有測試點(diǎn)的AOA方差相等或近似相等，則按照空間均勻在該區(qū)域內(nèi)排列天線。
步驟7用光纖將所有天線連接至基站控制單元。
本發(fā)明所述的小區(qū)天線的分組排列方法，是一種在采用了多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)的小區(qū)中分組排列多天線的方法，本發(fā)明方法根據(jù)小區(qū)中信道的空間特征，即散射體分布特征將多天線進(jìn)行分組，并分散的排列在小區(qū)中，充分挖掘了小區(qū)空間的潛在MIMO容量，提高了系統(tǒng)性能和降低發(fā)射功率。
應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對具體實(shí)施例的描述不能理解為對本發(fā)明的專利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種小區(qū)天線的分組排列方法，用于多輸入多輸出技術(shù)的小區(qū)中，利用接收信號AOA的統(tǒng)計(jì)特征值對小區(qū)中各個(gè)地方的AOA方差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來對小區(qū)進(jìn)行空間劃分和天線的分組排列，其包括以下步驟a對小區(qū)進(jìn)行信道測試，獲得各測試點(diǎn)的AOA方差值；b將多個(gè)測試點(diǎn)的AOA方差值按照空間位置和值的大小進(jìn)行聚類分組；c計(jì)算每個(gè)區(qū)域內(nèi)的測試點(diǎn)AOA方差的均值；d相應(yīng)的將基站的天線，按照各區(qū)域的AOA方差均值分成多組，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的天線個(gè)數(shù)和該區(qū)域內(nèi)的方差均值成正比關(guān)系；e將每組天線放置在相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，優(yōu)先放置在最大AOA方差所在測試點(diǎn)位置，即將每個(gè)天線依次放置在按AOA方差由大到小排列的測試點(diǎn)上；f將所有天線連接至基站控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述AOA方差Var的計(jì)算為Var=∫-ππ(θ-θ‾)2ψA(θ)dθ∫-ππψA(θ)dθ]]>其中，θ表示接收信號的AOA，其ψA(θ)是θ的功率分布函數(shù)，θ由下式來表示θ‾=∫-ππθψA(θ)dθ∫-ππψA(θ)dθ]]>通過信道測試得到測試點(diǎn)的ψA(θ)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括g如果區(qū)域中所有測試點(diǎn)的AOA方差相等或近似相等，則按照空間均勻在該區(qū)域內(nèi)排列天線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述正比關(guān)系滿足下式Var_A1L_1=Var_A2L_2=...=Var_AML_M,]]>其中，Var_A1，Var_A2，......Var_AM表示每個(gè)區(qū)域內(nèi)的測試點(diǎn)AOA方差的均值，共M個(gè)區(qū)域；L_1，L_2，......L_M表示每個(gè)區(qū)域內(nèi)的天線數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小區(qū)天線的分組排列方法，其包括以下步驟對小區(qū)進(jìn)行信道測試，獲得各測試點(diǎn)的AOA方差值；將多個(gè)測試點(diǎn)的AOA方差值按照空間位置和值的大小進(jìn)行聚類分組；相應(yīng)的將基站的天線，按照各區(qū)域的AOA方差均值分成多組，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的天線個(gè)數(shù)和該區(qū)域內(nèi)的方差均值成正比關(guān)系；將每組天線放置在相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，優(yōu)先放置在最大AOA方差所在測試點(diǎn)位置，即將每個(gè)天線依次放置在按AOA方差由大到小排列的測試點(diǎn)上；將所有天線連接至基站控制單元。本發(fā)明方法根據(jù)小區(qū)的散射體分布來對多天線陣列進(jìn)行分組，充分利用了小區(qū)的信道空間MIMO容量，提高了系統(tǒng)容量，從而相應(yīng)的提高了系統(tǒng)性能。
文檔編號H01Q21/00GK1862998SQ20051006934
公開日2006年11月15日 申請日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者方曉青, 謝玉堂, 張?zhí)K民 申請人:中興通訊股份有限公司