專利名稱：一種高有效性的cdma系統(tǒng)的導(dǎo)頻相位自動(dòng)分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)CDMA系統(tǒng)的導(dǎo)頻相位進(jìn)行自動(dòng)分配的技術(shù)。特別是對(duì)基于類似于IS-95標(biāo)準(zhǔn)的CDMA系統(tǒng)。
在CDMA系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)是根據(jù)接收到的基站導(dǎo)頻信號(hào)的不同偏置來區(qū)分各基站的，所以規(guī)劃好各基站導(dǎo)頻偏置是CDMA系統(tǒng)正常工作的必要條件。它的地位相當(dāng)于GSM系統(tǒng)中的頻率規(guī)劃，不容忽視。如果相位分配不合理，會(huì)嚴(yán)重影響通信系統(tǒng)的性能，甚至使系統(tǒng)癱瘓，無法工作。
在CDMA中，不同基站使用不同時(shí)間偏置的PN短碼進(jìn)行調(diào)制，長(zhǎng)度是215-1，其相位差至少為64個(gè)比特；這樣，最多可有512個(gè)不同的相位可用。在CDMA系統(tǒng)中，不同的基站可以使用相同的時(shí)間偏置，相當(dāng)于GSM系統(tǒng)中的頻率復(fù)用。導(dǎo)頻信道用偏置指數(shù)(0～511)來區(qū)別。
因?yàn)椴煌膶?dǎo)頻信號(hào)以相位不同來區(qū)分，所以它對(duì)傳播時(shí)延特別敏感。如果由于傳播延遲或者導(dǎo)頻PN序列的復(fù)用導(dǎo)致到達(dá)移動(dòng)臺(tái)的導(dǎo)頻相位一致或者相近，移動(dòng)臺(tái)不能區(qū)分來自兩個(gè)或者多個(gè)基站的導(dǎo)頻信號(hào)，就會(huì)造成干擾。
1.如果一個(gè)遠(yuǎn)端的相位偏置不同的導(dǎo)頻信號(hào)落在當(dāng)前移動(dòng)臺(tái)的有效導(dǎo)頻搜索窗口中，移動(dòng)臺(tái)就會(huì)把它當(dāng)作一個(gè)多徑信號(hào)來解擴(kuò)并合前向業(yè)務(wù)信道信號(hào)。產(chǎn)生有效導(dǎo)頻集的PN-Offset干擾。
2.如果兩個(gè)鄰基站的導(dǎo)頻信號(hào)落入移動(dòng)臺(tái)的同一個(gè)鄰集搜索窗口中，并且合成的Ec/Io＞T_ADD，移動(dòng)臺(tái)就會(huì)切換到錯(cuò)誤的導(dǎo)頻上。產(chǎn)生相鄰導(dǎo)頻集的PN-Offset干擾。
它們的共同結(jié)果是強(qiáng)干擾和掉話。為了避免這些情況的發(fā)生，必須進(jìn)行合理的導(dǎo)頻相位分配。
到目前為止，大家都是采用手工分配的方法對(duì)導(dǎo)頻相位進(jìn)行配置，精確度很差，這樣做不僅效率極低，而且很容易出錯(cuò)，異常的煩瑣。這主要是因?yàn)樵趯?shí)際網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)的形狀是不規(guī)則的，而且各個(gè)小區(qū)的形狀大小都不同；這些都給手工分配帶來了非常大的麻煩。
為了克服以上的這些缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種實(shí)用的導(dǎo)頻相位自動(dòng)分配方法。該方法不受實(shí)際網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的限制，從導(dǎo)頻相位和導(dǎo)頻強(qiáng)度這兩個(gè)方面來考慮導(dǎo)頻相位的分配策略，從而盡最大的可能來避免產(chǎn)生相位污染。
本發(fā)明的具體流程是1.統(tǒng)計(jì)規(guī)劃區(qū)內(nèi)的扇區(qū)的個(gè)數(shù)及規(guī)劃區(qū)內(nèi)小區(qū)的平均半徑，從而得出PILOT_INC的取值范圍。
2.根據(jù)上面得出的取值范圍選擇適當(dāng)?shù)腜ILOT_INC值；3.如果在該選擇下去除用戶要求預(yù)留的導(dǎo)頻相位數(shù)n之后得到的可用導(dǎo)頻數(shù)大于總扇區(qū)數(shù)，則需要將規(guī)劃區(qū)分簇。可用的導(dǎo)頻數(shù)為N=512PILOT_INC-n;]]>
4.將規(guī)劃區(qū)分分成N個(gè)導(dǎo)頻相位復(fù)用的小區(qū)簇。
5.搜索算法采用啟發(fā)式搜索(informed search)或其它智能搜索算法。
6.在使用啟發(fā)式搜索時(shí)，為了提高算法的效率，代價(jià)函數(shù)取f＝|L-L|，以此作為在不同簇中的兩個(gè)基站分配相同相位的代價(jià)，L是這兩個(gè)基站之間的路徑損耗。
7.其中L是兩個(gè)簇之間的平均路徑損耗計(jì)算兩個(gè)簇之間任意兩個(gè)基站之間的路徑損耗；然后求出均值作為兩個(gè)簇之間的平均路徑損耗。路徑損耗的計(jì)算要考慮兩個(gè)天線之間的距離，天線的高度，天線的下傾角和天線的朝向；在天線的特性差別不大的情況下可以考慮將路徑損耗簡(jiǎn)化為兩個(gè)基站之間的距離。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明附

圖1描述的是分配不同導(dǎo)頻相位的基站可能發(fā)生污染的情況。
附圖2描述的是附圖1的時(shí)域分析。
附圖3描述的是附圖1的時(shí)域分析。
附圖4描述的是發(fā)生相同導(dǎo)頻污染的情況，即當(dāng)移動(dòng)臺(tái)位于分配相同導(dǎo)頻相位的兩個(gè)小區(qū)的連線的中央?yún)^(qū)域的地方的時(shí)候，這兩個(gè)導(dǎo)頻將落入移動(dòng)臺(tái)的同一個(gè)導(dǎo)頻搜索窗口內(nèi)。
附圖5描述的是在全向小區(qū)中發(fā)生相同導(dǎo)頻相位污染的情況。
附圖6描述的是在三扇區(qū)小區(qū)中發(fā)生相同導(dǎo)頻相位污染的情況。
很顯然不同導(dǎo)頻相位間最容易產(chǎn)生相位污染的是相鄰導(dǎo)頻相位。下面的分析即以k1-k2＝64·PILOT_INC (式1)為例來說明。如果從直射路徑考慮的角度來考慮，那么當(dāng)|k1+d1-k2-d2|≤s02]]>(式2)時(shí)基站2的導(dǎo)頻信號(hào)就會(huì)落入基站1的激活集搜索窗口內(nèi)。但是由于在無線信道中尤其是在復(fù)雜的環(huán)境中多徑信號(hào)多以反射和散射的信號(hào)為主，直射信號(hào)并不占主導(dǎo)地位，所以當(dāng)|k1+d1-k2-d2|≥s02]]>時(shí)基站2的多徑信號(hào)也可能會(huì)落入基站1的激活集搜索窗口內(nèi)。因此只能從導(dǎo)頻強(qiáng)度角度來考慮。
在本實(shí)施例所采用的陰影衰落模型是基于Viterbi A.J.《CDMA擴(kuò)頻通信原理》中的理論依據(jù)，我們將分貝損耗的隨機(jī)分量表示為兩個(gè)量之和一個(gè)在用戶的近場(chǎng)，它對(duì)所有的基站都一樣；一個(gè)僅與所接收的基站有關(guān)而對(duì)其它的基站無關(guān)。這樣，可將對(duì)第i個(gè)基站(i＝0，1，2，3…)的分貝損耗的隨機(jī)分量表示為ζi＝aξ+bξia2+b2＝1 a≤1其中
E(ζi)＝E(ξ)＝E(ξi)＝0D(ζi)＝D(ξ)＝D(ξi)＝σ2對(duì)所有iE(ξξi)＝0對(duì)所有i以及E(ξjξi)＝0 對(duì)所有i≠j這樣對(duì)兩個(gè)基站i和j的損耗的歸一化協(xié)方差為E(ζjζi)/σ2＝a2＝1-b2(i≠j)這里取a2=b2=12.]]>Li=diγ10ζi/10=diγeβζi]]>γ是無線電波在空間傳播的衰耗斜率。用戶可以根據(jù)自己地區(qū)的實(shí)際情況選取適當(dāng)?shù)闹?。在城市密集區(qū)，可以取γ＝4.30；郊區(qū)可以取γ＝3.84。
覆蓋效率根據(jù)設(shè)計(jì)的要求選擇。一般來說選取90％；陰影衰落的標(biāo)準(zhǔn)差郊區(qū)可以取6dB，城區(qū)可以取8dB。
不產(chǎn)生相鄰相位污染的強(qiáng)度條件是p1-p2≥β(式3)。β是一個(gè)門限。在下面的推導(dǎo)中d1和d2不再代表移動(dòng)臺(tái)與基站1和基站2的實(shí)際距離，而是代表占主導(dǎo)地位的多徑信號(hào)的傳播距離；并且取d1為小區(qū)的半徑r。這樣(式2)仍然表述的是產(chǎn)生相位污染的相位條件。根據(jù)電磁波傳播原理，(式3)可以變形為10log[(d2γ)γeβb(ζ2-ζ1)]≥β]]>(式4)由式2可以得到d2的最小值d2=r+64·PILOT_INC-s02]]>(式5)將其代入(式4)，得到64·PILOT_INC≥s02+r(10[b(ζ1-ζ2)+β]/10γ-1)]]>(式6)r小區(qū)半徑，單位為chip。s0SRCH_WIN_A對(duì)應(yīng)的搜索窗的PN比特片數(shù)。β典型值一般取27dB。將上面的典型值代入(5)得到不可能產(chǎn)生干擾的最小的PILOT_INC城區(qū)64PILOT_INC≥s02+6.345r]]>郊區(qū)64PILOT_INC≥s02+7.998r]]>由此可知當(dāng)選擇的PILOT_INC符合上面的條件時(shí)導(dǎo)頻相位可以任意分配(不包括相同導(dǎo)頻相位的分配)，而不必?fù)?dān)心會(huì)產(chǎn)生相鄰導(dǎo)頻相位的污染。
PILOT_INC極小值設(shè)置的另外一個(gè)限制條件是要求當(dāng)分配相鄰相位的導(dǎo)頻在同一個(gè)小區(qū)的鄰集列表中時(shí)鄰集搜索窗口不重疊，即64PILOT_INC′＞sN。其中sN是鄰集搜索窗口。
所以PILOT_INC的最小值限制是PILOT_INC＝max{PILOT_INC，PILOT_INC′}。
相同導(dǎo)頻相位如果分配的距離太近會(huì)導(dǎo)致它們落入同一個(gè)小區(qū)的鄰集列表中從而有產(chǎn)生污染的可能。如附圖4所示。PILOT_INC的大小決定了相位復(fù)用小區(qū)簇的大小。同時(shí)簇的形狀與復(fù)用距離D有一定的關(guān)系當(dāng)簇的形狀為正六邊形時(shí)， 當(dāng)簇的形狀為正方形時(shí)， 其中N為每個(gè)簇中小區(qū)的個(gè)數(shù)。
a)全向小區(qū)根據(jù)附圖5且(Ec1I0)A-(Ec2I0)A≤Td]]>(Ec3I0)B-(Ec2I0)B≤Td]]>在這種情況的討論中取極限情況基站2位于基站1和基站3的連線的中央，基站1和基站3必須與基站2之間有一定的距離，二者都不能進(jìn)入基站2的鄰集列表。從而處于別的地點(diǎn)的基站最多只可能把二者之一列入鄰集列表中。
由圖可知基站1與基站3的間隔距離即相位復(fù)用距離要符合下面的不等式D≥2d+2R(P1L1)(P2L2)<Td]]>(P1L1)(P2L2)=P1L2P2L1=P1P2(Rd)γeβb(ζ2-ζ1)<Td]]>假設(shè)所有基站發(fā)射功率相同，即P1＝P2。d>R·(1Tdeβb(ζ1-ζ2))1γ]]>復(fù)用距離為D>2R(1+(1Tdeβb(ζ1-ζ2))1γ)]]>x=eβb(ζ1-ζ2)]]>x為對(duì)數(shù)正態(tài)分布的隨機(jī)變量。
根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況選取適當(dāng)?shù)闹?，然后?jì)算出PILOT_INC在該限制下的取值范圍。
例如當(dāng)Td取101.9(即19dB)，陰影衰落的標(biāo)準(zhǔn)差、覆蓋效率及衰落斜率的取值與上面相同時(shí)，得到城區(qū)D＞11.6R，則PILOT_INC＜12(當(dāng)簇的形狀是正六邊形)；PILOT_INC＜8(當(dāng)簇的形狀是正方形)；郊區(qū)D＞11.9R，則PILOT_INC＜10(當(dāng)簇的形狀是正六邊形)；PILOT_INC＜8(當(dāng)簇的形狀是正方形)；b)三扇區(qū)小區(qū)根據(jù)附圖6(Ec1I0)A-(Ec2I0)A≤Td]]>且(Ec3I0)B-(Ec2I0)B≤Td]]>注在相位分配中要盡量把相同相位的導(dǎo)頻分配給朝向相同的扇區(qū)，這樣可以減小復(fù)用距離的最小值限制。
極限情況基站2處于基站1和基站3的連線上；最可能發(fā)生污染的地方是小區(qū)2的扇區(qū)1。
由圖可知基站1與基站3的間隔距離即相位復(fù)用距離要符合下面的不等式D≥d1+d2由全向小區(qū)的推導(dǎo)可得d1>R(1Tdeβb(ζ3-ζ2))1γ]]>d2>R·[(GbGf1Tdeβb(ζ3-ζ2))1γ+1]]]>D≥R[1+(GbGf)1γ](1Tdx)1γ]]>扇區(qū)化條件下的最小復(fù)用距離比全向小區(qū)情況下的導(dǎo)頻復(fù)用距離要小。
根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況選取適當(dāng)?shù)闹?，然后?jì)算出PILOT_INC在該限制下的取值范圍。
例如取(Gf/Gb)＝10dB；代入所要求的覆蓋效率和Td之后，就可以求出最小復(fù)用距離，從而得出PILOT_INC的上限值。
城區(qū)D＞7.44R，則PILOT_INC＜10；(例如當(dāng)簇的形狀為正六邊形時(shí))PILOT_INC＜7；(例如當(dāng)簇的形狀為正方形時(shí))郊區(qū)D＞7.67R，則PILOT_INC＜9；(例如當(dāng)簇的形狀為正六邊形時(shí))PILOT_INC＜6；(例如當(dāng)簇的形狀為正方形時(shí))本發(fā)明的算法的一些原則1.由PILOT_INC的下限值的推導(dǎo)原則得出PILOT_INC的最小可用值，只要PILOT_INC的值大于該值在相位分配中就不再考慮相鄰導(dǎo)頻相位的分配。
2.由于PILOT_INC的上限值的推導(dǎo)是按照理想的正六邊形簇進(jìn)行的，而與實(shí)際情況有一定的差距，所以PILOT_INC的取值要盡量靠近最低限度，例如在滿足要求(不可能產(chǎn)生相鄰導(dǎo)頻相位污染)的情況下PILOT_INC選擇2或者3。
3.統(tǒng)計(jì)規(guī)劃區(qū)中的三扇區(qū)小區(qū)的比例，如果比例很高(例如超過90％)可以考慮三扇區(qū)的小區(qū)分配相鄰的導(dǎo)頻相位，將其它特殊的小區(qū)進(jìn)行單獨(dú)的處理；這樣可以大大提高算法的效率。
綜上可以看出，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)1.能有效地避免手工分配所帶來的煩瑣和不可避免的失誤。
2.該算法適合任何形式的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)，不受實(shí)際網(wǎng)絡(luò)形式特點(diǎn)的限制。
3.本發(fā)明在代價(jià)函數(shù)的選取上充分考慮到算法可能帶來的復(fù)雜度，在不影響分配效果的前提下盡量提高算法的效率。
總之，本發(fā)明大大地減小了手動(dòng)分配導(dǎo)頻相位的復(fù)雜度和所需時(shí)間，它是一種實(shí)用的、高效的導(dǎo)頻相位自動(dòng)分配算法。
權(quán)利要求
1.一種用于CDMA系統(tǒng)的導(dǎo)頻相位自動(dòng)分配方法，其特征在于，在CDMA系統(tǒng)的導(dǎo)頻相位分配分配中確定不可能產(chǎn)生相鄰導(dǎo)頻相位污染的PILOT INC，在導(dǎo)頻相位自動(dòng)分配中不考慮相鄰導(dǎo)頻相位分配的限制。
2.如權(quán)利要求1中所述的確定不可能產(chǎn)生相鄰導(dǎo)頻相位污染的PILOT INC，其特征在于，在本發(fā)明中充分考慮了實(shí)際移動(dòng)通信中存在的陰影衰落。
3.如權(quán)利要求1中所述的用于導(dǎo)頻相位自動(dòng)分配的方法，其特征在于，可以采用啟發(fā)式搜索算法。
4.如權(quán)利要求3中所述的啟發(fā)式搜索算法，其特征在于，分配相同導(dǎo)頻相位的代價(jià)函數(shù)的定義如下f＝|L-L|，其中L是分配相同相位的兩個(gè)基站之間的路徑損耗；L是兩個(gè)簇之間的平均路徑損耗計(jì)算兩個(gè)簇之間任意兩個(gè)基站之間的路徑損耗；然后求出均值作為兩個(gè)簇之間的平均路徑損耗L；該路徑損耗的計(jì)算要考慮兩個(gè)天線之間的距離，天線的高度、天線的下傾角、天線的朝向；在天線的特性差別不大的情況下可以考慮將路徑損耗簡(jiǎn)化為兩個(gè)基站之間的距離。
5.如權(quán)利要求1中所述的用于導(dǎo)頻相位自動(dòng)分配的方法，其特征在于其實(shí)現(xiàn)步驟為1)統(tǒng)計(jì)規(guī)劃區(qū)內(nèi)的扇區(qū)的個(gè)數(shù)及規(guī)劃區(qū)內(nèi)小區(qū)的平均半徑，從而得出PILOT_INC的取值范圍。2)根據(jù)上面得出的取值范圍選擇適當(dāng)?shù)腜ILOT_INC值；3)如果在該選擇下去除用戶要求預(yù)留的導(dǎo)頻相位數(shù)n之后得到的可用導(dǎo)頻數(shù)大于總扇區(qū)數(shù)，則需要將規(guī)劃區(qū)分簇?？捎玫膶?dǎo)頻數(shù)為N=512PILOT_INC-n;]]>4)將規(guī)劃區(qū)分分成N個(gè)導(dǎo)頻相位復(fù)用的小區(qū)簇。5)搜索算法采用啟發(fā)式搜索(informed search)或其它智能搜索算法。
全文摘要
本發(fā)明提供的技術(shù)用于基于IS－95的CDMA系統(tǒng)的導(dǎo)頻相位自動(dòng)分配。本發(fā)明從導(dǎo)頻相位和導(dǎo)頻強(qiáng)度兩個(gè)方面來考慮避免發(fā)生導(dǎo)頻相位污染，利用一種智能的搜索算法將可以使用的導(dǎo)頻相位快速、高效地分配給各個(gè)基站，該搜索算法所采用的代價(jià)函數(shù)充分考慮了扇區(qū)化小區(qū)天線的方向性、天線的高度、天線的下傾角、小區(qū)的導(dǎo)頻發(fā)射功率、鄰集列表等因素，從而最大限度地降低產(chǎn)生導(dǎo)頻相位干擾的可能性。本發(fā)明中的技術(shù)實(shí)用、高效，完全避免了手工分配導(dǎo)頻相位的盲目性及復(fù)雜性。
文檔編號(hào)H04J13/02GK1428956SQ0113697
公開日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2001年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月27日
發(fā)明者毛聰杰, 楊大成, 啜鋼 申請(qǐng)人:楊大成, 毛聰杰, 啜鋼