[发明专利]一种蜂窝移动通信网络公共控制信号的立体覆盖控制方法

说明书

技术领域

本发明属于蜂窝移动网络通信技术领域，具体涉及一种蜂窝移动通信网络公共控制信号的立体覆盖控制方法。

背景技术

随着城市化推进和立体交通的发展，高架桥、立交桥、高层楼宇快速增多。全球建筑调查机构安波利斯(Emporis)数据显示，中国高层建筑年增长率超过20％，大都市的平均建筑高度不断攀升，城市向复杂立体空域扩张。立体高层建筑的出现，促进了无线通信业务的数量指数式增长和在三维空间中立体式分布，也对蜂窝移动通信网络公共控制信号(导频、同步等)的立体覆盖提出了需求。只有实现公共控制信号的立体无缝覆盖，才能保证用户的随时随地接入。

现有研究和工程中提出了采用分层异构无线网络实现立体覆盖的解决方案，通过基站密集化的方式来弥补覆盖空洞，实现信号的无缝覆盖。但也带来了副作用，大量微蜂窝小区的密集部署和空间划分带来小区间复杂严重的互相干扰，而用户在小区间的频繁切换增加了切换管理难度，尤其在立交桥等用户高速移动场景中。为了解决这些问题，在未来的协同网络架构中，宏基站通过公共控制信道实现网络的无缝覆盖，小基站通过业务信道实现业务的提供。因此，为了确保网络中用户包括高速移动用户无缝接入，宏基站发射的公共控制信号必须以合适的强度覆盖到整个三维的目标覆盖区域。

覆盖控制的难点之一是各个方向上的目标覆盖距离不全相等，各个方向上的传播条件也不相同。难点之二是既要减少本小区的弱覆盖，又要降低对正面相邻小区的干扰，两者相互矛盾，难以兼顾。立体覆盖的控制还因为维数高而计算量大。

现有的覆盖控制技术包括：

(1)调节基站天线或天线阵列的发射功率和/或俯仰角，使小区的实际覆盖区域在各方向上同时扩大或缩小(具体可参见公开号为CN 102202330A的中国专利)，难以达到理想的覆盖效果。

(2)联合调节多个相邻小区的天线或天线阵列的俯仰角和方位角，或联合调节多个相邻小区的基站天线发射功率，尽量使小区间有合适的重叠覆盖，但只能将小区各个方向的实际覆盖距离同时扩大或减小，也无法针对实际地貌做小区间覆盖区域的合理分割。

(3)根据各个方向的实际传播条件和目标覆盖距离，用具有方位面上波束赋形能力的阵列天线，通过调整天线方向图(即方位面上各个方向的辐射强度)来控制单个小区的实际覆盖范围(具体可参公开号为CN 101304278A的中国专利)，但往往在改善本小区弱覆盖的同时给相邻小区带来过覆盖。

(4)联合设计多个相邻小区的天线方向图，使之相互咬合，从而改善相邻多个小区的覆盖效果(具体可参见发表在WOCC的论文“Pilot Coverage Optimization for Cellular Network by Joint Beamforming of Multiple Sectors”、专利号为201210078206.7的中国专利以及专利号为201310389438.9的中国专利)。

所有上述这些方法都是针对地面覆盖的需求提出的，不适用于立体覆盖目标下的弱覆盖消除和小区间干扰抑制。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种蜂窝移动通信网络公共控制信号的立体覆盖控制方法，能够按照三维空间中实际传播条件和覆盖距离需求，对扇区基站的面阵天线的发射功率、三维方向图进行设计，使得在发射功率不超过最大值限制、对邻扇区干扰强度不超过允许值的前提下，扇区内的弱覆盖体积最小。

本发明采用弱覆盖比、干扰度和基站发射功率作为主要性能指标。

所述的弱覆盖比定义为目标覆盖区域上信号接收功率小于接收功率门限的测试点数与总测试点数之比，其表达式如下：

其中：S为目标覆盖区域(包括地面覆盖区域和地面以上覆盖区域)中所有测试点的集合；S_weak为目标覆盖区域中信号接收功率低于接收功率门限P_r,th的测试点的集合。弱覆盖比越小，表明目标覆盖区域中覆盖空洞体积越少。

所述的干扰度定义为虚拟界墙上信号接收功率高于干扰功率门限I_th的干扰约束点数与总干扰约束点数之比，其表达式如下：

其中：K为虚拟界墙上所有干扰约束点的集合；K_interference为信号接收功率高于干扰功率门限的干扰约束点的集合。干扰度越小，表明对邻扇区的干扰强度越低。