專利名稱：智能天線波束切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能天線波束切換方法，屬于移動(dòng)通訊領(lǐng)域。特別是涉及一種借鑒了軟切換思想的智能天線波束切換方法。
背景技術(shù)：
智能天線主要有兩種方式全自適應(yīng)方式和基于預(yù)多波束的波束切換方式。其中波束切換方式是全空域(各種可能的入射角)被一些預(yù)先計(jì)算好的波束分割覆蓋，各組權(quán)值對(duì)應(yīng)的波束有不同的主瓣指向，相鄰波束的主瓣間通常會(huì)有一些重疊，接收時(shí)的主要任務(wù)是挑選一個(gè)作為工作模式。與傳統(tǒng)的定向小區(qū)相比，由于同樣的范圍內(nèi)由多個(gè)窄波束覆蓋，使得系統(tǒng)的平均載干比增加。例如，120度扇區(qū)被4陣元產(chǎn)生的4個(gè)窄波束覆蓋，每個(gè)窄波束接收到的干擾信號(hào)量是原寬波束接收的1/4，則系統(tǒng)的平均載干比增加6dB。這個(gè)增益使得通訊信道的上行(手機(jī)-基站)和下行(基站-手機(jī))都得到了改善。
在預(yù)多波束天線中，波束固定，用戶移動(dòng)，這就要求系統(tǒng)不斷地搜索、選擇工作波束并進(jìn)行波束切換。目前的波束切換方法是從幾個(gè)預(yù)定義的固定波束中選擇并切換到一個(gè)包含最強(qiáng)信號(hào)的波束。但是當(dāng)移動(dòng)臺(tái)靠近兩個(gè)波束的交界處需要切換時(shí)，兩個(gè)波束在該處的信號(hào)強(qiáng)度都較弱而且有起伏變化，這會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)臺(tái)在兩個(gè)波束之間反復(fù)要求切換，即發(fā)生“乒乓效應(yīng)”，從而重復(fù)地往返傳送切換信息，使系統(tǒng)控制的負(fù)荷加重。而且由于信號(hào)存在角度散布，有時(shí)會(huì)有不止一個(gè)波束包含最強(qiáng)信號(hào)。此時(shí)若只選擇一個(gè)波束進(jìn)行處理，既沒(méi)有充分利用信號(hào)信息，而且也易于產(chǎn)生“乒乓效應(yīng)”。
目前，還沒(méi)有檢索到根本解決此類問(wèn)題的相關(guān)技術(shù)專利和資料文獻(xiàn)。這個(gè)問(wèn)題在小區(qū)切換中也存在。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在不同小區(qū)間移動(dòng)時(shí)，同樣存在小區(qū)切換的問(wèn)題。目前有硬切換和軟切換兩種切換方法。在硬切換中，用戶在每一時(shí)刻只會(huì)與一個(gè)基站保持業(yè)務(wù)信道的通信。對(duì)于軟切換來(lái)說(shuō)，是否進(jìn)行切換是一個(gè)有條件的選擇。在過(guò)渡時(shí)期，用戶與所有的候選基站保持業(yè)務(wù)信道的通信。當(dāng)其中的一個(gè)基站的信號(hào)比來(lái)自其它基站的信號(hào)強(qiáng)度大很多時(shí)，會(huì)最終確定只與此基站進(jìn)行通信。軟切換是CDMA蜂窩系統(tǒng)獨(dú)有的切換方式，可有效地提高切換的可靠性，而且當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于小區(qū)的邊緣時(shí)，軟切換能提供正向業(yè)務(wù)信道和反向業(yè)務(wù)信道的分集，從而保證通信的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決目前智能天線波束切換過(guò)程中的“乒乓效應(yīng)”以及未能充分利用用戶多徑信息的問(wèn)題，而提出一種借鑒了軟切換思想的智能天線波束切換方法。
本發(fā)明的核心思想是提出一種借鑒了軟切換思想的波束切換方法。該方法使得用戶在波束間切換時(shí)，其導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度必須滿足一定的切換準(zhǔn)則，而不是簡(jiǎn)單的切換到信號(hào)最強(qiáng)的那一個(gè)波束。這樣可以避免波束切換中出現(xiàn)的“乒乓效應(yīng)”，降低系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。而且如果有多個(gè)波束同時(shí)滿足切換條件，則對(duì)這多個(gè)波束信號(hào)都要進(jìn)行處理，再將結(jié)果以一定方式合并。這樣可以充分利用用戶信號(hào)的多徑信息。
本發(fā)明的方法是這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于軟切換思想的智能天線波束切換方法，包括如下步驟步驟一不斷地跟蹤各波束中導(dǎo)頻信號(hào)的強(qiáng)度；步驟二將其與波束切換參數(shù)即各種不同的門限值進(jìn)行比較來(lái)選擇滿足條件的波束；步驟三若只選擇了一個(gè)波束，則用該波束處理信號(hào)；若選擇了兩個(gè)以上的波束，則分別用所選的波束處理信號(hào)，并且將處理結(jié)果進(jìn)行合并。
所述步驟二中的波束切換參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃配置，包括導(dǎo)頻檢測(cè)門限、導(dǎo)頻比較門限、導(dǎo)頻丟失門限。
所述導(dǎo)頻檢測(cè)門限的典型值范圍為-31.5～0dB。
所述導(dǎo)頻比較門限的典型值范圍為0～3.75dB。
所述導(dǎo)頻丟失門限的典型值范圍為-31.5～0dB。
所述步驟二進(jìn)一步還包括將各波束內(nèi)的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度與導(dǎo)頻丟失門限比較；若某個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度小于導(dǎo)頻丟失門限，則波束切換時(shí)不考慮該波束，除非以后該波束的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度大于導(dǎo)頻丟失門限；若所有波束的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度均小于導(dǎo)頻丟失門限，則停止處理該用戶信號(hào)。
所述步驟二進(jìn)一步還包括當(dāng)某個(gè)波束的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)導(dǎo)頻檢測(cè)門限，且其與當(dāng)前波束的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度之差滿足大于導(dǎo)頻比較門限時(shí)，選擇該波束。
所述步驟二還進(jìn)一步包括若同時(shí)有兩個(gè)以上波束的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)導(dǎo)頻檢測(cè)門限，且其與當(dāng)前波束的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度之差均滿足大于導(dǎo)頻比較門限時(shí)，則同時(shí)選取所有滿足條件的波束，否則保持原當(dāng)前波束，不切換。
采用本發(fā)明所述方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于增加了導(dǎo)頻檢測(cè)、導(dǎo)頻比較和導(dǎo)頻丟失等三個(gè)門限，在滿足一定條件下才可以切換，而不是只要有更強(qiáng)的波束就切換，因此可以避免波束切換過(guò)程中的“乒乓效應(yīng)”問(wèn)題，降低了系統(tǒng)控制的負(fù)荷。并且由于當(dāng)有多個(gè)波束滿足條件時(shí)，選擇了多個(gè)波束進(jìn)行處理，并將結(jié)果合并，因此充分利用了用戶信號(hào)的多徑信息，提高了系統(tǒng)性能。


圖1是切換門限示意圖。
圖2是本發(fā)明的方法流程圖。
圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述基于軟切換思想的智能天線波束切換方法包括如下步驟步驟一不斷地跟蹤各波束中導(dǎo)頻信號(hào)的強(qiáng)度Ep(i)，i＝1，Λ，n；步驟二將其與波束切換參數(shù)即各種不同的門限值進(jìn)行比較來(lái)選擇滿足條件的波束；本步驟又可以包括下列步驟1、根據(jù)實(shí)際情況和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃來(lái)配置波束切換參數(shù)，包括導(dǎo)頻檢測(cè)門限(BT_ADD)、導(dǎo)頻比較門限(BT_COMP)、導(dǎo)頻丟失門限(BT_DROP)；2、將各波束內(nèi)的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度Ep(i)與BT_DROP比較，若某個(gè)Ep(i)小于BT_DROP，則波束切換時(shí)不考慮該波束，除非以后該波束的Ep(i)＞BT_DROP；若所有波束的Ep(i)均小于BT_DROP，則停止處理該用戶信號(hào)；3、當(dāng)波束k的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度Ep(k)超過(guò)BT_ADD，且其與當(dāng)前波束m的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度Ep(m)之差滿足Ep(k)-Ep(m)＞BT_COMP時(shí)，選擇波束k；4、若同時(shí)有兩個(gè)以上波束滿足條件3，則同時(shí)選取所有滿足條件的波束；若沒(méi)有波束滿足條件3，則保持原波束，不切換。
步驟三若只選擇了一個(gè)波束，則用該波束處理信號(hào)；若選擇了兩個(gè)以上的波束，則分別用所選的波束處理信號(hào)，并且將處理結(jié)果進(jìn)行合并。
下面結(jié)合附圖對(duì)技術(shù)方案的實(shí)施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述圖1是切換門限示意圖。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，很有可能從一個(gè)波束運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)波束，所以智能天線系統(tǒng)不斷監(jiān)測(cè)信號(hào)質(zhì)量以便決定何時(shí)應(yīng)選擇某一或某些波束，在一個(gè)扇區(qū)內(nèi)由系統(tǒng)自動(dòng)切換，而無(wú)需基站控制器(RNC)參與。在選擇波束時(shí)應(yīng)考慮到移動(dòng)臺(tái)在幾個(gè)波束穿梭運(yùn)動(dòng)時(shí)，智能天線系統(tǒng)不能根據(jù)監(jiān)測(cè)信號(hào)的質(zhì)量簡(jiǎn)單地選取質(zhì)量最好的波束，而應(yīng)該采取一定的波束切換方法并設(shè)置合理的切換參數(shù)，減小波束切換次數(shù)，避免“乒乓效應(yīng)”，達(dá)到切換次數(shù)和信噪比提高的折衷。其中涉及到的波束切換參數(shù)有波束檢測(cè)門限(BT_ADD)、波束丟失門限(BT_DROP)和波束比較門限(BT_COMP)，這些門限需要根據(jù)實(shí)際情況和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃來(lái)配置。
1)波束檢測(cè)門限(BT_ADD)此門限報(bào)告導(dǎo)頻信道具有足夠的功率用于相關(guān)解調(diào)。當(dāng)一個(gè)波束的導(dǎo)頻強(qiáng)度超過(guò)此門限時(shí)，此波束可以列為候選波束。BT_ADD會(huì)影響切換百分率，它應(yīng)該盡可能低一些，從而能迅速切換；同時(shí)又要足夠高，從而能夠避免由于噪聲造成的誤報(bào)警。其典型值范圍為-31.5～0dB。
2)波束丟失門限(BT_DROP)此門限報(bào)告導(dǎo)頻信道的功率降低到了無(wú)法使用它們進(jìn)行相關(guān)解調(diào)的水平。當(dāng)一個(gè)波束的導(dǎo)頻強(qiáng)度低于此門限時(shí)，此波束被從候選波束中刪除。BT_DROP影響切換百分率。它應(yīng)該足夠低，從而避免損失掉短衰落好的波束；同時(shí)它又要足夠高，從而不至于很快地刪除有用的波束。BT_DROP的值應(yīng)該在仔細(xì)考慮了BT_ADD的值之后再加以選擇，兩個(gè)門限之間的余量避免了由于導(dǎo)頻強(qiáng)度變化而產(chǎn)生的乒乓效應(yīng)。此門限典型值范圍為-31.5～0dB。
3)波束比較門限(BT_COMP)只有當(dāng)候選波束的導(dǎo)頻強(qiáng)度與當(dāng)前有效波束的導(dǎo)頻強(qiáng)度的差值大于此門限時(shí)，才進(jìn)行波束切換。與BT_ADD類似，BT_COMP對(duì)切換百分率也有一定的影響。一方面它的值要盡可能低一些，從而能夠更快地進(jìn)行切換；另一方面它又要足夠高，從而避免誤報(bào)警。其典型值范圍為0～3.75dB。
圖1中的曲線為當(dāng)前有效波束m的導(dǎo)頻強(qiáng)度Ep(m)隨時(shí)間的變化曲線以及第i個(gè)波束的導(dǎo)頻強(qiáng)度Ep(i)隨時(shí)間的變化曲線。當(dāng)Ep(i)大于BT_ADD時(shí)，該波束列入候選波束。當(dāng)Ep(i)與當(dāng)前有效波束m的導(dǎo)頻強(qiáng)度Ep(m)之差滿足Ep(i)-Ep(m)＞BT_COMP時(shí)，該波束列入有效波束，對(duì)其進(jìn)行處理。當(dāng)Ep(i)逐漸減小，而有其它波束滿足切換條件時(shí)，切換至其它波束。若沒(méi)有其它波束滿足切換條件，則當(dāng)Ep(i)減小至小于BT_DROP時(shí)，停止對(duì)該用戶進(jìn)行處理。
圖2是本發(fā)明的方法流程圖。將類似CDMA的軟切換的思想引入波束選擇，是為了避免波束切換的“乒乓效應(yīng)”，同時(shí)考慮到用戶的角度擴(kuò)展有可能較大，會(huì)在幾個(gè)相鄰波束里都有，因此當(dāng)有兩個(gè)以上波束滿足波束切換條件時(shí)，選取所有滿足條件的波束，分別對(duì)多個(gè)波束進(jìn)行處理，并將結(jié)果合并。本發(fā)明所闡述的方法可按如下方法實(shí)現(xiàn)先檢測(cè)各波束i中導(dǎo)頻信號(hào)的強(qiáng)度Ep(i)(102)，此值即為每個(gè)碼片的能量與總接收功率的比率，可以在搜索器搜索導(dǎo)頻信號(hào)的過(guò)程中得到。然后根據(jù)實(shí)際情況和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃來(lái)配置波束切換參數(shù)(103)，包括導(dǎo)頻檢測(cè)門限(BT_ADD)、導(dǎo)頻比較門限(BT_COMP)、導(dǎo)頻丟失門限(BT_DROP)。因?yàn)樾^(qū)內(nèi)的有些位置只能接收較弱的導(dǎo)頻信號(hào)，則需要較低的切換門限，而其它位置能夠接收到較強(qiáng)的導(dǎo)頻信號(hào)，則需要較高的切換參數(shù)。將各波束內(nèi)的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度Ep(i)與BT_DROP比較，只考慮Ep(i)大于BT_DROP的波束。若沒(méi)有波束滿足條件，則停止對(duì)該用戶信號(hào)的處理(104)。因?yàn)楫?dāng)一個(gè)波束的導(dǎo)頻強(qiáng)度低于門限BT_DROP時(shí)，其導(dǎo)頻信道的功率降低到了無(wú)法使用它們進(jìn)行相關(guān)解調(diào)的水平，所以對(duì)于該波束不予處理。當(dāng)存在波束k的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度Ep(k)超過(guò)BT_ADD，且其與當(dāng)前有效波束m的導(dǎo)頻強(qiáng)度Ep(m)之差滿足Ep(k)-Ep(m)＞BT_COMP時(shí)，選取所有滿足條件的波束k為有效波束，若當(dāng)前同時(shí)存在多個(gè)有效波束，則Ep(m)為其中最強(qiáng)的導(dǎo)頻強(qiáng)度；當(dāng)沒(méi)有波束滿足該條件時(shí)，不切換(105)。在這里設(shè)置了兩個(gè)關(guān)于門限BT_ADD和BT_COMP的條件，這兩個(gè)條件保證了只有當(dāng)某波束的導(dǎo)頻強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定地大于當(dāng)前有效波束的導(dǎo)頻強(qiáng)度一定的量時(shí)，才進(jìn)行切換，而不是只要有更強(qiáng)的波束就進(jìn)行切換，這樣可以避免在兩個(gè)強(qiáng)度相近的波束間頻繁切換，即避免乒乓效應(yīng)。如果存在多個(gè)波束同時(shí)滿足切換條件，說(shuō)明用戶信號(hào)在這多個(gè)波束內(nèi)都很強(qiáng)，同時(shí)選擇這多個(gè)波束為有效波束，可以充分利用用戶信號(hào)的多徑信息。最后，若只選擇了一個(gè)波束，則用該波束處理信號(hào)；若選擇了兩個(gè)以上的波束，則分別用所選的波束處理信號(hào)，并且將處理結(jié)果進(jìn)行合并(106)。
圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意圖。其中圖(a)表示的是用4個(gè)窄波束覆蓋一個(gè)120的扇區(qū)。當(dāng)用戶在兩個(gè)波束的交界處運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)需要進(jìn)行波束切換。圖(b)中實(shí)線為當(dāng)前有效波束m的導(dǎo)頻強(qiáng)度Ep(m)隨時(shí)間變化的曲線。虛線為相鄰波束k的導(dǎo)頻強(qiáng)度Ep(k)隨時(shí)間變化的曲線。設(shè)定BT_DROP＝-13dB，BT_ADD＝-15dB，BT_COMP＝1.25dB?？梢钥闯?，在圖中所示的時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)波束內(nèi)的導(dǎo)頻強(qiáng)度都有起伏變化，在A、B、C三處Ep(k)均大于Ep(m)，而在D、E、F三處Ep(m)均大于Ep(k)，如果簡(jiǎn)單的以選擇導(dǎo)頻信號(hào)最強(qiáng)的波束為切換條件，則將進(jìn)行5次波束切換，無(wú)疑會(huì)產(chǎn)生乒乓效應(yīng)，加重系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。如果采用本發(fā)明提出的波束切換方法，則在A處，由于Fp(k)＜BT_ADD，所以不切換；在B處由于Ep(k)-Ep(m)＜BT_COMP，所以也不切換；在C處，由于同時(shí)滿足Ep(k)＞BT_ADD和Ep(k)-Ep(m)＞BT_COMP兩個(gè)條件，所以有效波束由波束m切換為波束k，即在圖示時(shí)間內(nèi)，只進(jìn)行了一次波束切換，避免了乒乓效應(yīng)，降低了系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。
權(quán)利要求
1一種智能天線波束切換方法，包括如下步驟步驟一不斷地跟蹤各波束中導(dǎo)頻信號(hào)的強(qiáng)度；步驟二將其與波束切換參數(shù)即各種不同的門限值進(jìn)行比較來(lái)選擇滿足條件的波束；步驟三若只選擇了一個(gè)波束，則用該波束處理信號(hào)；若選擇了兩個(gè)以上的波束，則分別用所選的波束處理信號(hào)，并且將處理結(jié)果進(jìn)行合并。
2如權(quán)利要求1所述的智能天線波束切換方法，其特征在于所述步驟二中的波束切換參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃配置，包括導(dǎo)頻檢測(cè)門限、導(dǎo)頻比較門限、導(dǎo)頻丟失門限。
3如權(quán)利要求1所述的智能天線波束切換方法，其特征在于所述導(dǎo)頻檢測(cè)門限的典型值范圍為-31.5～0dB。
4如權(quán)利要求1所述的智能天線波束切換方法，其特征在于所述導(dǎo)頻比較門限的典型值范圍為0～3.75dB。
5如權(quán)利要求1所述的智能天線波束切換方法，其特征在于所述導(dǎo)頻丟失門限的典型值范圍為-31.5～0dB。
6如權(quán)利要求1所述的智能天線波束切換方法，其特征在于所述步驟二進(jìn)一步還包括將各波束內(nèi)的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度與導(dǎo)頻丟失門限比較；若某個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度小于導(dǎo)頻丟失門限，則波束切換時(shí)不考慮該波束，除非以后該波束的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度大于導(dǎo)頻丟失門限；若所有波束的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度均小于導(dǎo)頻丟失門限，則停止處理該用戶信號(hào)。
7如權(quán)利要求1所述的智能天線波束切換方法，其特征在于所述步驟二進(jìn)一步還包括當(dāng)某個(gè)波束的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)導(dǎo)頻檢測(cè)門限，且其與當(dāng)前波束的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度之差滿足大于導(dǎo)頻比較門限時(shí)，選擇該波束。
8如權(quán)利要求1所述的智能天線波束切換方法，其特征在于所述步驟二還進(jìn)一步包括若同時(shí)有兩個(gè)以上波束的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)導(dǎo)頻檢測(cè)門限，且其與當(dāng)前波束的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度之差均滿足大于導(dǎo)頻比較門限時(shí)，則同時(shí)選取所有滿足條件的波束，否則保持原當(dāng)前波束，不切換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能天線波束切換方法，屬于移動(dòng)通訊領(lǐng)域。特別是涉及一種借鑒了軟切換思想的智能天線波束切換方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于增加了導(dǎo)頻檢測(cè)、導(dǎo)頻比較和導(dǎo)頻丟失等三個(gè)門限，使得用戶在波束間切換時(shí)，其導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度必須滿足一定的切換準(zhǔn)則，而不是簡(jiǎn)單的切換到信號(hào)最強(qiáng)的那一個(gè)波束。因此可以避免波束切換過(guò)程中的“乒乓效應(yīng)”問(wèn)題，降低了系統(tǒng)控制的負(fù)荷。并且由于當(dāng)有多個(gè)波束滿足條件時(shí)，選擇了多個(gè)波束進(jìn)行處理，并將結(jié)果合并，因此充分利用了用戶信號(hào)的多徑信息，提高了系統(tǒng)性能。
文檔編號(hào)H04W36/18GK1520220SQ03115110
公開日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2003年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月20日
發(fā)明者李蓉, 楊峰, 袁翔, 蓉 李 申請(qǐng)人:深圳市中興通訊股份有限公司