專(zhuān)利名稱(chēng)：估算/優(yōu)化蜂窩無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中多天線(xiàn)配置產(chǎn)生的容量增益以及覆蓋范圍的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及規(guī)劃并優(yōu)化無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的配置的方法，無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)包括基站及接收機(jī)，并使用在所述基站及接收機(jī)處允許和/或強(qiáng)制使用多天線(xiàn)類(lèi)型的移動(dòng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)。特別的，本發(fā)明涉及估計(jì)在無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)中多天線(xiàn)部署所能夠獲得的優(yōu)勢(shì)的方法。
背景技術(shù)：
在不久的將來(lái)，將可以部署多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)。包括交叉極化天線(xiàn)、均勻線(xiàn)性陣列及遠(yuǎn)端射頻頭(Remote Radio Head)的多種ΜΙΜΟ天線(xiàn)類(lèi)型即將可用。盡管理論上的MIMO性能增益已被充分研究，但是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的主要任務(wù)之一迄今為止還很少被論述， 即，規(guī)劃并優(yōu)化工作流的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)扇區(qū)的最優(yōu)MIMO天線(xiàn)類(lèi)型的選擇處理。MIMO技術(shù)由3GPP在用于HSPA+的版本7中定義，并在用于LTE的版本8中增加更多選項(xiàng)。目前，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商強(qiáng)烈尋求將MIMO技術(shù)嵌入到蜂窩網(wǎng)絡(luò)部署的規(guī)劃和優(yōu)化處理中的解決方案。蜂窩無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化包括，以在覆蓋區(qū)域內(nèi)基站的數(shù)量、 每個(gè)基站中扇區(qū)的數(shù)量、基站的位置、每個(gè)基站扇區(qū)的天線(xiàn)類(lèi)型、天線(xiàn)的傾斜及方位角方向、基站/扇區(qū)的發(fā)射功率來(lái)定義無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的配置。通常的，通過(guò)估量‘覆蓋范圍’及 ‘容量’的物理量度來(lái)完成。此外，非物理度量可用于無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的部署或優(yōu)化，例如每個(gè)扇區(qū)內(nèi)閑散通信量的平衡、每個(gè)扇區(qū)內(nèi)的預(yù)計(jì)通信量、最大可預(yù)計(jì)成本和/或收益等等。盡管無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃提供了第一功能配置，但是優(yōu)化無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)定義了最優(yōu)配置。無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的配置的優(yōu)化致力于在關(guān)注區(qū)域和/或特別是高通信量密度區(qū)域中，增強(qiáng)如上所述的度量。典型的優(yōu)化任務(wù)也是從一組候選位置中為基站選擇最佳位置，被稱(chēng)為選址，或者將基站集成到已存在的基站網(wǎng)絡(luò)中，被稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)集成。這里的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)被理解為蜂窩無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)部分。物理度量‘覆蓋范圍’，通常表示為即將規(guī)劃或優(yōu)化的相關(guān)移動(dòng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的參考信號(hào)或者導(dǎo)頻信號(hào)的接收?qǐng)鰪?qiáng)度的對(duì)數(shù)值。根據(jù)發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率以及發(fā)射機(jī)與接收機(jī)位置之間無(wú)線(xiàn)信道的衰減以及發(fā)射與接收天線(xiàn)的增益來(lái)計(jì)算接收?qǐng)鰪?qiáng)度，該衰減被稱(chēng)作“路徑衰減”，以及可選的進(jìn)一步根據(jù)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)硬件中的增益或損耗來(lái)計(jì)算。不采用多天線(xiàn)類(lèi)型的蜂窩無(wú)線(xiàn)技術(shù)的物理度量‘容量’，通常表示為即將規(guī)劃或優(yōu)化的相關(guān)移動(dòng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的參考信號(hào)或者導(dǎo)頻信號(hào)的信號(hào)干擾噪聲比(SINR)，或者等效的度量。這是基于具有單輸入單數(shù)出的信道的理論信道容量，并且表現(xiàn)為Claude Elwood Shannon 在 1948 年 7 月和 10 月的《Bell System Technical Journal》卷 27，379-423 及 623-656 頁(yè)“A Mathematical Theory of Communication” 中所描述的加性高斯白噪聲，并被稱(chēng)作香農(nóng)(Shannon)容量Csh_。n = ld(l+SINR)。在規(guī)劃并優(yōu)化無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的配置中，已知要忽略由所謂高速衰落引起的效應(yīng)。因此，通常采用“路徑損耗”的標(biāo)量來(lái)描述在發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)處不支持多天線(xiàn)安裝的蜂窩無(wú)線(xiàn)技術(shù)的信道。因此，迄今為止，采用由信道模型的平均值決定的路徑損耗來(lái)計(jì)算理論 “覆蓋范圍”和“容量”。存在例如經(jīng)驗(yàn)的、統(tǒng)計(jì)的以及確定性的信道模型。對(duì)信道模型的最低要求是提供給出發(fā)射機(jī)及接收機(jī)位置之間的路徑損耗的信道描述?；谶@樣的無(wú)線(xiàn)信道模型，傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃/優(yōu)化算法通常為每個(gè)發(fā)射機(jī)-接收機(jī)組確定-用于天線(xiàn)配置的每接收機(jī)像素的接收?qǐng)鰪?qiáng)度，也就是，每接收機(jī)像素以及每發(fā)射機(jī)的一個(gè)結(jié)果值；以及-每接收像素的SINR，也就是，每接收像素以及每發(fā)射機(jī)的一個(gè)結(jié)果值。輸入到無(wú)線(xiàn)信道模型用于規(guī)劃/優(yōu)化的必要信息是-具有多基站的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的配置，包括基站在三維(3D)空間內(nèi)的位置。目前可在無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)中禁用這些基站，以形成候選基站。這樣的配置可以直接從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的(運(yùn)行的)數(shù)據(jù)庫(kù)中輸入。-每個(gè)基站的發(fā)射功率；-在發(fā)射機(jī)及接收機(jī)所使用的天線(xiàn)的方向特征的模型；-載波頻率；以及-接收機(jī)的位置，通常以具有固定分辨率(例如，10米X10米，或者25米X25米) 的每像素一個(gè)接收機(jī)的網(wǎng)格矩陣來(lái)提供。非排他地，用于規(guī)劃并優(yōu)化無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的有益額外輸入信息是-具有固定分辨率(例如，10米X10米，或者25米X 25米)的(典型的)網(wǎng)格矩陣，該網(wǎng)格矩陣包括每個(gè)像素，關(guān)于環(huán)境及建筑物類(lèi)型的分類(lèi)信息，包括物理特征值(例如，表示為對(duì)數(shù)值的額外衰減，以米表示的建筑物的平均建筑高度，優(yōu)選的其他數(shù)值)(地物矩陣，高度地物矩陣)。通常，每個(gè)像素特征并不單獨(dú)地歸屬，而是被分類(lèi)到有限數(shù)量的所謂地物類(lèi)型中；-DEM(數(shù)字高程矩陣)，DTM(數(shù)字地面矩陣)，表示區(qū)域的地理輪廓；-建筑物的三維(3D)向量數(shù)據(jù)模型；-通信量矩陣，也就是，用戶(hù)分布，以具有固定分辨率(例如，10米X10米，或者25 米X25米)的網(wǎng)格矩陣的形式，以及每像素的用戶(hù)數(shù)或用戶(hù)密度；-由無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商為規(guī)劃并優(yōu)化無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)而定義的經(jīng)濟(jì)及技術(shù)目標(biāo)以及規(guī)則，諸如通過(guò)多天線(xiàn)技術(shù)獲得的最小接收?qǐng)鰪?qiáng)度、最小SINR、最小增益等。諸如WiMAX、HSPA+或者LTE等移動(dòng)無(wú)線(xiàn)新技術(shù)本來(lái)就支持在發(fā)射機(jī)及接收機(jī)使用多天線(xiàn)類(lèi)型，或者需要這樣的多天線(xiàn)類(lèi)型作為配置的必要單元。在發(fā)射機(jī)及接收機(jī)都使用多天線(xiàn)的情形通常被稱(chēng)作多天線(xiàn)信道，或者M(jìn)IMO(多輸入多輸出)。這些近來(lái)的移動(dòng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的無(wú)線(xiàn)信道通常被建模為多天線(xiàn)無(wú)線(xiàn)信道。為了支持在規(guī)劃并優(yōu)化無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，支持多天線(xiàn)在發(fā)射機(jī)及接收機(jī)的安裝，以及為了在估算信道容量時(shí)正確地說(shuō)明多天線(xiàn)信道矩陣的特征及本征值，無(wú)線(xiàn)信道模型必須是多天線(xiàn)兼容的。顯示出加性高斯白噪聲并且在發(fā)射機(jī)不具有信道知識(shí)的MIMO信道的信道容量既是信噪比的函數(shù)，也是信道矩陣的特征值的函數(shù)，參見(jiàn)G. J. Foschini及M. J. Gans在1998年 3 月的《Wireless PersonalCommunications》第 6 卷 3 號(hào) 311_3；35 頁(yè)的"On Limits of WirelessCommunications in a Fading Environment When Using MultipleAntennas，，。根據(jù)R)Schini所述，可將ΜΙΜΟ信道的容量表示為其中，H為MIMO信道的信道脈沖響應(yīng)矩陣。因此，在MIMO情況下，使用SINR來(lái)估計(jì)MIMO信道的容量不再足夠滿(mǎn)足需求。相反地，MIMO信道的容量是SINR及信道脈沖響應(yīng)矩陣的特征值的函數(shù)。根據(jù)多天線(xiàn)信道矩陣特征值的特征，例如關(guān)聯(lián)特征、線(xiàn)性依賴(lài)關(guān)系，可在三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)MIMO容量的增加通過(guò)波束賦形提高信干噪比(SINR)、分集增益、或者空間復(fù)用/交叉極化復(fù)用。作為未來(lái)的挑戰(zhàn)，多種MIMO天線(xiàn)類(lèi)型是可用的，包括交叉極化天線(xiàn)、具有均勻線(xiàn)性陣列特征的波束賦形以及遠(yuǎn)端射頻頭。在MIMO網(wǎng)絡(luò)容量方面，這些天線(xiàn)類(lèi)型得益于不同的甚至沖突的無(wú)線(xiàn)電波傳播效應(yīng)。因此，為了為每個(gè)扇區(qū)選擇最優(yōu)MIMO天線(xiàn)類(lèi)型，除了在蜂窩MIMO網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及優(yōu)化中對(duì)物理度量覆蓋范圍及容量做典型檢查外，還應(yīng)該分析在扇區(qū)位置的空間環(huán)境中，不同天線(xiàn)類(lèi)型的MIMO性能。在現(xiàn)有技術(shù)的算法中，由分集、波束賦形及復(fù)用帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，獨(dú)立于實(shí)際的規(guī)劃及優(yōu)化算法，通過(guò)確定能夠間接表示特征值特征的對(duì)數(shù)度量(例如，SINR偏移、復(fù)用的存在等)來(lái)建模。然后配置這些間接的度量，作為實(shí)際規(guī)劃及優(yōu)化算法中每個(gè)地物類(lèi)型的輸入值。這樣做的缺點(diǎn)是間接度量獨(dú)立于實(shí)際的規(guī)劃及優(yōu)化算法來(lái)估計(jì)，并且不是使用算法本身來(lái)計(jì)算；并且規(guī)劃/優(yōu)化算法的用戶(hù)必須完成配置，這樣易于出錯(cuò)，并且必須為每個(gè)地物類(lèi)型(不是每個(gè)像素)選擇一個(gè)優(yōu)勢(shì)。這與物理現(xiàn)實(shí)有顯著沖突，在物理現(xiàn)實(shí)中，‘分集’ 和‘復(fù)用’優(yōu)勢(shì)的存在和程度，尤其是在發(fā)射機(jī)及接收機(jī)具有多天線(xiàn)，是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)環(huán)境中實(shí)際建筑物密度的函數(shù)，而不是地物類(lèi)型的函數(shù)。在用于估計(jì)間接度量的統(tǒng)計(jì)的或經(jīng)驗(yàn)的信道模型的情況下，尤其在沒(méi)有發(fā)射機(jī)及接收機(jī)環(huán)境中建筑物密度的精確模型情況下使用無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)中的通過(guò)多天線(xiàn)部署獲得的復(fù)用，通常，由于物理原因，它的用于規(guī)劃并優(yōu)化無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的配置的信息輸出是不可靠的?，F(xiàn)有技術(shù)所缺少的是，對(duì)由在發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)處代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單天線(xiàn)的多天線(xiàn)部署產(chǎn)生覆蓋范圍和容量方面的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行直接建模的方法。因此，本發(fā)明的目的是提供采用獨(dú)立并且在算法上有益的方法，對(duì)在無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)中多天線(xiàn)部署獲得的覆蓋范圍及容量方面的優(yōu)勢(shì)的估計(jì)。本發(fā)明更具體的目的是，提供分析在潛在部署區(qū)域中不同MIMO天線(xiàn)類(lèi)型的相對(duì)性能以及為特定的覆蓋扇區(qū)選擇最優(yōu) MIMO天線(xiàn)類(lèi)型的方法。 本發(fā)明提供了根據(jù)權(quán)利要求1的方法，用于規(guī)劃并優(yōu)化無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的配置。無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)包括基站及接收機(jī)，并且使用允許和/或強(qiáng)制在所述基站及接收機(jī)使用多天線(xiàn)類(lèi)型的移動(dòng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)，其中每一個(gè)所述多天線(xiàn)類(lèi)型包括多個(gè)單天線(xiàn)單元。該方法包括如下 C
發(fā)明內(nèi)容步驟定義規(guī)劃/優(yōu)化區(qū)域、獲得用于所述區(qū)域三維環(huán)境模型、獲得在三維(3D)空間中的一組發(fā)射機(jī)位置、在3D空間中定義接收機(jī)位置。根據(jù)本發(fā)明，確定每個(gè)接收機(jī)位置的標(biāo)量度量，該標(biāo)量度量表示在所述發(fā)射機(jī)及接收機(jī)位置，應(yīng)用多天線(xiàn)類(lèi)型或者多天線(xiàn)類(lèi)型配置而不是單天線(xiàn)而得到的容量增益。通過(guò)在所述發(fā)射機(jī)位置及接收機(jī)位置之間使用所述區(qū)域環(huán)境的三維模型執(zhí)行的光線(xiàn)跟蹤算法來(lái)確定標(biāo)量度量。這里，通過(guò)多天線(xiàn)類(lèi)型和其機(jī)械傾角、 電子傾角和/或方位角來(lái)定義多天線(xiàn)類(lèi)型配置。與本發(fā)明相結(jié)合，多天線(xiàn)表示包括多個(gè)用于發(fā)射或接收不同信號(hào)(復(fù)用)或相同信號(hào)(分集)的單天線(xiàn)單元的天線(xiàn)。多天線(xiàn)基本上區(qū)別為，包括空間上彼此分離的單個(gè)的天線(xiàn)單元的多天線(xiàn)類(lèi)型，以及包括在不同極化方向上分離的單個(gè)天線(xiàn)單元的多天線(xiàn)類(lèi)型。舉例來(lái)說(shuō)，具有空間上分離的單個(gè)天線(xiàn)單元的多天線(xiàn)類(lèi)型是單天線(xiàn)單元的同等分布線(xiàn)性或圓形陣列，被稱(chēng)作均勻線(xiàn)性陣列(ULA)或均勻圓形陣列(UCA)，其中，單個(gè)的相同天線(xiàn)單元之間等距離排列，并且其之間的距離從發(fā)射或接收載波頻率波長(zhǎng)的幾分之一至波長(zhǎng)的幾倍不等。此外，與本發(fā)明相結(jié)合，多天線(xiàn)應(yīng)被視為具有單個(gè)的天線(xiàn)單元的多天線(xiàn)類(lèi)型，這些單個(gè)的天線(xiàn)單元之間以發(fā)射或接收載波頻率波長(zhǎng)的幾倍的距離排列，并作為多天線(xiàn)來(lái)操作，被稱(chēng)作遠(yuǎn)端射頻頭(RRH)。包括按照不同極化方向分離的單個(gè)單元的多天線(xiàn)類(lèi)型，也被稱(chēng)為交叉極化天線(xiàn)， 它包括一對(duì)極化方向，即電場(chǎng)的方向，有90度的偏移的協(xié)同定位的單天線(xiàn)單元。此外，多天線(xiàn)類(lèi)型的組合是已知的，舉例來(lái)說(shuō)，一對(duì)交叉極化單天線(xiàn)單元的線(xiàn)性陣列的組合。根據(jù)第一實(shí)施例，在精確的3D環(huán)境模型內(nèi)執(zhí)行光線(xiàn)跟蹤算法，跟蹤光線(xiàn)直到光線(xiàn)的場(chǎng)強(qiáng)度降至根據(jù)幾何光學(xué)(Geometrical Optics)算法設(shè)定的閾值之下，并且可選地根據(jù)如下擴(kuò)展，諸如一致性繞射理論(Uniform Theory of Diffraction)和/或用于獲得多天線(xiàn)信道脈沖矩陣的地物模型，從該模型，標(biāo)量度量可計(jì)算為i^oschini ΜΙΜΟ容量對(duì)SISO信道的香農(nóng)容量的比值。根據(jù)第二實(shí)施例，潛在的多天線(xiàn)類(lèi)型通過(guò)空間面元(spatial bin)分解在空間域中，空間面元表示從多天線(xiàn)類(lèi)型的方向圖中得到的各個(gè)多天線(xiàn)類(lèi)型的單天線(xiàn)單元的有效活動(dòng)扇區(qū)。對(duì)于空間上分離的單天線(xiàn)單元，諸如均勻線(xiàn)性陣列(ULA)、均勻圓形陣列(UCA)或者遠(yuǎn)端射頻頭(RHH)，光線(xiàn)跟蹤算法限于，尋找每個(gè)路徑包括例如一兩個(gè)的少量路徑反射的傳播路徑，并且在發(fā)射及接收多天線(xiàn)空間面元之間確定主要的并且在空間上可分解的 (resolved)傳播路徑。通過(guò)估算傳播路徑矩陣，確定每個(gè)接收機(jī)位置的標(biāo)量度量，其中，以及該傳播路徑矩陣的行對(duì)應(yīng)于發(fā)射多天線(xiàn)的單天線(xiàn)單元數(shù)目，以及該傳播路徑矩陣的列對(duì)應(yīng)于接收機(jī)位置上接收多天線(xiàn)的單天線(xiàn)單元數(shù)目，以找到的主要的并且空間上可分解的傳播路徑的數(shù)目來(lái)填充矩陣。如果該傳播路徑矩陣的至少一行或一列被填充了表示空間差異程度的至少兩個(gè)元素，那么已經(jīng)為標(biāo)量度量賦了第一值，并且如果該傳播路徑矩陣的至少兩行或兩列被填充了表示空間復(fù)用程度的至少兩個(gè)元素，那么已經(jīng)為標(biāo)量度量賦了第二值。對(duì)于由不同極化方向分離的單天線(xiàn)單元，諸如交叉極化天線(xiàn)(XPoI)來(lái)說(shuō)，光線(xiàn)跟蹤算法限于在發(fā)射多天線(xiàn)的空間面元及接收多天線(xiàn)之間是否存在直視關(guān)系的方向，并且如果在發(fā)射多天線(xiàn)的空間面元及接收多天線(xiàn)的空間面元之間存在直視關(guān)系，那么為標(biāo)量度量賦了第三值，并且如果在發(fā)射多天線(xiàn)的空間面元及接收多天線(xiàn)的空間面元之間存在非直視關(guān)系，那么為標(biāo)量度量賦了第四值。如果多天線(xiàn)類(lèi)型包括空間上分離的單天線(xiàn)單元和由不同極化方向分離的單天線(xiàn)單元的組合，那么可通過(guò)為每個(gè)多天線(xiàn)類(lèi)型確定的部分標(biāo)量度量組合來(lái)確定標(biāo)量度量。通過(guò)確定主要的并且空間上可分解的傳播路徑的上述過(guò)程，可顯著加快對(duì)由多天線(xiàn)類(lèi)型所產(chǎn)生的優(yōu)勢(shì)的估計(jì)，例如，在計(jì)算幾分鐘而不是計(jì)算幾小時(shí)之內(nèi)給出結(jié)果。這是因?yàn)?，既不需要直接確定多天線(xiàn)信道矩陣，也不需要確定接收功率，以及輸出和輸入光線(xiàn)的角度。進(jìn)一步講，利用3D地物高度矩陣代替建筑物的精確3D向量數(shù)據(jù)模型作為3D環(huán)境模型是足夠的，這通?？梢愿尤菀撞⒁暂^低成本獲得。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以定義高度閾值，并且可以在地物高度矩陣位于所述高度閾值的上下的兩個(gè)部分中分別執(zhí)行光線(xiàn)跟蹤。 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商會(huì)對(duì)此感興趣，以決定是否利用單獨(dú)的天線(xiàn)、以及天線(xiàn)類(lèi)型及方向，以確保在例如城市的摩天大廈中的網(wǎng)絡(luò)接入。通常，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商獲得發(fā)射機(jī)的位置，該位置為覆蓋規(guī)劃/優(yōu)化區(qū)域并已經(jīng)被部署的一組基站或者基站扇區(qū)的位置，但是，同樣可能使用為了站點(diǎn)選擇目的可選站點(diǎn)的一組候選位置來(lái)規(guī)劃，或者為了補(bǔ)缺站點(diǎn)計(jì)劃，使用一組已存在的基站位置和一些候選位置。通常，在具有固定分辨率并且每個(gè)像素中有一個(gè)接收機(jī)的接收機(jī)網(wǎng)格矩陣中，并且在距離地面有可配置高度上，定義接收機(jī)的位置。在一個(gè)具體實(shí)施例中，可通過(guò)僅僅考慮 3D環(huán)境模型中的建筑物周?chē)欢ň嚯x的接收機(jī)位置，來(lái)估計(jì)室內(nèi)的MIMO性能。標(biāo)量度量不僅可以為不同類(lèi)型的多天線(xiàn)，還可以為多天線(xiàn)類(lèi)型的不同的機(jī)械傾角、電子傾角和/或方位角確定。本發(fā)明的方法可進(jìn)一步包括評(píng)定標(biāo)量度量，該標(biāo)量度量被確定用來(lái)選擇每個(gè)接收機(jī)像素以及每個(gè)覆蓋扇區(qū)的最優(yōu)的多天線(xiàn)類(lèi)型、以及可選地用于確定天線(xiàn)校準(zhǔn)(antenna alignment)的步驟，可選地包括與通信量密度和/或者通信量容量矩陣或者其他經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一致地對(duì)某個(gè)接收機(jī)像素進(jìn)行賦權(quán)。本發(fā)明提供了用于估計(jì)并優(yōu)化由在蜂窩無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)中多天線(xiàn)部署所產(chǎn)生的覆蓋范圍及容量增益的算法上有益的方法。發(fā)明的方法不需要對(duì)通過(guò)諸如分集、復(fù)用及波束賦形等多天線(xiàn)安裝獲得潛在優(yōu)勢(shì)的額外配置，而僅僅在算法內(nèi)部確定所有必要的度量。此外，發(fā)明的方法對(duì)于在未來(lái)移動(dòng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的覆蓋范圍及容量方面估計(jì)采用MIMO 帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)也是有益的，未來(lái)移動(dòng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)例如網(wǎng)絡(luò)-ΜΙΜ0，也就是，類(lèi)似協(xié)作調(diào)度/協(xié)作波束賦形以及自/到相同基站(基站內(nèi)部)或不同基站的扇區(qū)(基站之間)的聯(lián)合發(fā)射/ 聯(lián)合接收的協(xié)作多點(diǎn)技術(shù)(CoMP)。發(fā)明的方法可進(jìn)一步與W02005/069666 Al "Method and device forAdapting a Radio network model to the conditions of a real radio network，，中描述的方法一起使用，以改善在每接收機(jī)像素內(nèi)它們的存在及多樣性方面反映諸如分集、復(fù)用和/或波束賦形等多天線(xiàn)所帶來(lái)優(yōu)勢(shì)的標(biāo)量度量feinMIM()。這可通過(guò)使用來(lái)自3D環(huán)境模型中詳細(xì)的光線(xiàn)發(fā)射/跟蹤模擬得到的逐像素現(xiàn)有測(cè)量數(shù)據(jù)或逐像素或者逐網(wǎng)格現(xiàn)有數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，以用于隨后對(duì)多天線(xiàn)信道矩陣的精確計(jì)算。


根據(jù)具體實(shí)施例的下述詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及優(yōu)勢(shì)將變得十分明顯，具體實(shí)施例僅僅作為實(shí)例并且參考附圖而給出，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的簡(jiǎn)化的光線(xiàn)跟蹤/路徑尋找算法；圖2示出了定義規(guī)劃/優(yōu)化區(qū)域的地物高度矩陣；圖3示出了規(guī)劃/優(yōu)化區(qū)域的3D模型；圖如和圖4b示出了包括2個(gè)單天線(xiàn)單元的ULA方向圖，每個(gè)天線(xiàn)是Hertain偶極子，間距為λ/2，以及由此導(dǎo)出的空間面元模型；圖和圖恥示出了包括4個(gè)單天線(xiàn)單元的ULA方向圖，每個(gè)天線(xiàn)是Hertain偶極子，間距為λ/2，以及由此導(dǎo)出的空間面元模型；圖6a和圖6b示出了具有65°的3dB角的扇形天線(xiàn)的方向圖，以及由此導(dǎo)出的空間面元；圖7a和圖7b示出了包括2個(gè)單天線(xiàn)單元的ULA方向圖，每個(gè)天線(xiàn)是具有65°的 3dB角的扇形天線(xiàn)，間距為λ/2，以及由此導(dǎo)出的空間面元模型；圖8a和圖8b示出了包括4個(gè)單天線(xiàn)單元的ULA方向圖，每個(gè)天線(xiàn)是具有65°的 3dB角的扇形天線(xiàn)，間距為λ/2，以及由此導(dǎo)出的空間面元模型；(在極坐標(biāo)中的空間單元， 和由此導(dǎo)出的在平面內(nèi)的正交單元，N = 4并且Δ = 0. 5λ的ULA天線(xiàn))；圖9a和圖9b示意性示出了限于在圖和恥中所示的兩個(gè)多天線(xiàn)之間路徑尋找的光線(xiàn)跟蹤，以及由此導(dǎo)出的傳播路徑矩陣；圖10示意性示出了限于分別在圖7和圖8中所示的兩個(gè)多天線(xiàn)之間路徑尋找的光線(xiàn)跟蹤；圖11示意性示出了限于分別在圖6和圖8中所示的兩個(gè)多天線(xiàn)之間路徑尋找的光線(xiàn)跟蹤；圖12a和圖12b示出了天線(xiàn)類(lèi)型選擇的第一實(shí)例的流程圖，以及由此標(biāo)繪的示例性接收機(jī)像素；圖13a和圖1 示出了天線(xiàn)類(lèi)型選擇的第二實(shí)例的流程圖，以及由此標(biāo)繪的示例性接收機(jī)像素；圖1 和圖14b示出了天線(xiàn)類(lèi)型選擇的第三實(shí)例的流程圖，以及由此標(biāo)繪的示例性接收機(jī)像素；以及圖15是用于估量圖12和圖14的最佳服務(wù)者圖的示意性圖釋。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出了在3D確定性環(huán)境模型中使用光線(xiàn)跟蹤算法，該算法包括幾何光學(xué)算法，以及可選的，諸如一致性繞射理論和/或漫散射模型等擴(kuò)展，以為每個(gè)接收機(jī)像素得到標(biāo)量度量，該度量反映了在使用多天線(xiàn)代替單天線(xiàn)時(shí)在覆蓋面積和容量方面所獲得的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)第一實(shí)施例，預(yù)期使用MIMO互信息與SISO信道的香農(nóng)容量的比率作為標(biāo)量度量，來(lái)估計(jì)在使用多天線(xiàn)代替單天線(xiàn)時(shí)在覆蓋面積和容量方面所產(chǎn)生的優(yōu)勢(shì)。標(biāo)量度量表示為
權(quán)利要求
1.一種用于規(guī)劃并優(yōu)化無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的配置的方法，該無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)包括基站和接收機(jī)并采用允許或者強(qiáng)制在所述基站及接收機(jī)處使用多天線(xiàn)類(lèi)型的移動(dòng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)，其中，每個(gè)所述多天線(xiàn)類(lèi)型包括多個(gè)單天線(xiàn)單元，所述方法包括定義規(guī)劃/優(yōu)化區(qū)域；獲得用于所述區(qū)域的三維環(huán)境模型；獲得三維(3D)空間中的一組發(fā)射機(jī)位置；在3D空間中定義接收機(jī)位置；在所述發(fā)射機(jī)位置和所述接收機(jī)位置之間通過(guò)使用所述區(qū)域的三維環(huán)境模型執(zhí)行光線(xiàn)跟蹤算法，確定每個(gè)接收機(jī)位置的標(biāo)量度量，該標(biāo)量度量表示在所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)位置上應(yīng)用多天線(xiàn)類(lèi)型或多天線(xiàn)類(lèi)型配置而不是單天線(xiàn)所得到的容量增益。
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中，所述多天線(xiàn)類(lèi)型配置通過(guò)所述多天線(xiàn)類(lèi)型和其機(jī)械傾角、電子傾角和/或方位角來(lái)定義。
3.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中，通過(guò)由所述光線(xiàn)跟蹤算法找到的多天線(xiàn)信道脈沖響應(yīng)矩陣來(lái)確定每個(gè)接收機(jī)位置的所述標(biāo)量度量，該標(biāo)量度量為R)SChini ΜΙΜΟ容量與 SISO信道的香農(nóng)容量的比。
4.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中，假設(shè)多天線(xiàn)類(lèi)型為包括空間上分離的單天線(xiàn)單元的類(lèi)型，例如均勻線(xiàn)性陣列(ULA)、均勻圓形陣列(UCA)、或者遠(yuǎn)端射頻頭(RRH)，并且其中，通過(guò)評(píng)定傳播路徑矩陣確定每個(gè)接收機(jī)位置的所述標(biāo)量度量，該傳播路徑矩陣的行對(duì)應(yīng)于發(fā)射多天線(xiàn)類(lèi)型的單天線(xiàn)單元數(shù)目，以及該傳播路徑矩陣的列對(duì)應(yīng)于接收機(jī)位置上接收多天線(xiàn)類(lèi)型的單天線(xiàn)單元的數(shù)目，通過(guò)限制所述光線(xiàn)跟蹤算法，在發(fā)射多天線(xiàn)的空間面元和接收多天線(xiàn)的空間面元之間找出每路徑包括少量反射的傳輸路徑，以由此找到的主要的并且空間可分解的傳播路徑的數(shù)目來(lái)填充矩陣，每個(gè)空間面元表示由多天線(xiàn)類(lèi)型的方向圖導(dǎo)出的各個(gè)多天線(xiàn)類(lèi)型的單天線(xiàn)單元的空間上分解的有效活動(dòng)扇區(qū)，其中，如果采用表示空間分集程度的至少兩個(gè)元素來(lái)填充所述傳播路徑矩陣的至少一行或一列，那么所述標(biāo)量度量已經(jīng)賦了第一值，并且如果采用表示空間復(fù)用的程度的至少兩個(gè)元素填充所述傳播路徑矩陣的至少兩行和至少兩列，那么所述標(biāo)量度量已經(jīng)賦了第二值。
5.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中，假設(shè)多天線(xiàn)類(lèi)型為包括由不同極化方向分離的單天線(xiàn)單元的類(lèi)型，例如交叉極化天線(xiàn)(XPoI)，并且其中，如果在發(fā)射多天線(xiàn)的空間面元和位于接收機(jī)位置的接收多天線(xiàn)的空間面元之間存在直視關(guān)系，那么通過(guò)在光線(xiàn)跟蹤算法中檢測(cè)來(lái)確定每個(gè)接收機(jī)位置的所述標(biāo)量度量，每個(gè)空間面元表示由多天線(xiàn)類(lèi)型的方向圖導(dǎo)出的各個(gè)多天線(xiàn)類(lèi)型的單天線(xiàn)單元的空間上分解的有效活動(dòng)扇區(qū)，其中，如果在發(fā)射多天線(xiàn)的空間面元和接收多天線(xiàn)的空間面元之間存在直視關(guān)系，那么所述標(biāo)量度量已經(jīng)賦了第三值，并且如果在發(fā)射多天線(xiàn)的空間面元和接收多天線(xiàn)的空間面元之間存在非直視關(guān)系， 那么所述標(biāo)量度量已經(jīng)賦了第四值。
6.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中對(duì)于包括空間上分離的單天線(xiàn)單元的多天線(xiàn)類(lèi)型，例如均勻線(xiàn)性陣列(ULA)、均勻圓形陣列(UCA)或者遠(yuǎn)端射頻頭(RRH)，通過(guò)評(píng)定傳播路徑矩陣來(lái)確定每個(gè)接收機(jī)位置的所述標(biāo)量度量，該傳播路徑矩陣的行對(duì)應(yīng)于發(fā)射多天線(xiàn)類(lèi)型的單天線(xiàn)單元的數(shù)目，以及該傳播路徑矩陣的列對(duì)應(yīng)于位于接收機(jī)位置的接收多天線(xiàn)的單天線(xiàn)單元的數(shù)目，通過(guò)限制所述光線(xiàn)跟蹤算法，在發(fā)射多天線(xiàn)的空間面元和接收多天線(xiàn)的空間面元之間找出每路徑包括少量反射的傳輸路徑，以由此找到的主要的并且空間可分解的傳播路徑的數(shù)目來(lái)填充矩陣，每個(gè)空間面元表示由多天線(xiàn)類(lèi)型的方向圖導(dǎo)出的各個(gè)多天線(xiàn)類(lèi)型的單天線(xiàn)單元的空間上可分解的有效活動(dòng)扇區(qū)，其中，如果采用表示空間分集程度的至少兩個(gè)元素來(lái)填充所述傳播路徑矩陣的至少一行或一列，那么所述標(biāo)量度量已經(jīng)賦了第一值，并且如果采用表示空間復(fù)用的程度的至少兩個(gè)元素填充所述傳播路徑矩陣的至少兩行和至少兩列，那么所述標(biāo)量度量已經(jīng)賦了第二值；以及對(duì)于包括由不同極化方向分離的單天線(xiàn)單元的多天線(xiàn)類(lèi)型，例如交叉極化天線(xiàn) (XPoI)，如果在發(fā)射多天線(xiàn)的空間面元和位于接收機(jī)位置的接收多天線(xiàn)的空間面元之間存在直視關(guān)系，那么通過(guò)在光線(xiàn)跟蹤算法中檢測(cè)來(lái)確定每個(gè)接收機(jī)位置的所述標(biāo)量度量，每個(gè)空間面元表示由多天線(xiàn)類(lèi)型的方向圖導(dǎo)出的各自個(gè)天線(xiàn)類(lèi)型的單天線(xiàn)單元的空間上分解的有效活動(dòng)扇區(qū)，其中，如果在發(fā)射多天線(xiàn)的空間面元和接收多天線(xiàn)的空間面元之間存在直視關(guān)系，那么所述標(biāo)量度量已經(jīng)賦了第三值，并且如果在發(fā)射多天線(xiàn)的空間面元和接收多天線(xiàn)的空間面元之間存在非直視關(guān)系，那么所述標(biāo)量度量已經(jīng)賦了第四值，以及其中，如果多天線(xiàn)類(lèi)型包括空間上分離的多天線(xiàn)單元和由不同極化方向分離的單天線(xiàn)單元的組合，那么通過(guò)為每個(gè)多天線(xiàn)類(lèi)型確定的部分標(biāo)量度量的組合來(lái)確定多天線(xiàn)類(lèi)型的標(biāo)量度量。
7.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中，獲得3D環(huán)境模型的步驟包括通過(guò)定義具有固定分辨率的網(wǎng)格矩陣來(lái)獲得地物高度矩陣，從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索表示所述區(qū)域內(nèi)建筑物高度的數(shù)據(jù)，以及確定每個(gè)網(wǎng)格像素的平均建筑物高度，并且可選地，采用數(shù)字高程矩陣(DEM)修正每個(gè)網(wǎng)格像素的所述建筑物平均高度值，或者進(jìn)一步包括定義高度閾值以及對(duì)于位于所述高度閾值之上和之下的所有接收機(jī)像素單獨(dú)地執(zhí)行所述方法。
8.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中，獲得一組發(fā)射機(jī)位置的步驟包括從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商處獲得覆蓋規(guī)劃/優(yōu)化區(qū)域并已部署的一組基站或基站扇區(qū)的位置，以通過(guò)優(yōu)化所述位置上的天線(xiàn)配置來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置，或者包括為了站點(diǎn)選擇目的定義一組可選站點(diǎn)的候選位置，以規(guī)劃無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)，或者它們的組合，以補(bǔ)缺站點(diǎn)規(guī)劃。
9.如權(quán)利要求8中所述的方法，其中，所述優(yōu)化的步驟包括確定每個(gè)發(fā)射機(jī)位置的天線(xiàn)配置，在保持剩余度量最低需求的同時(shí)，最大化覆蓋范圍、容量或MIMO容量增益之中的至少一個(gè)度量。
10.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中，定義接收機(jī)位置的步驟包括定義具有每個(gè)像素內(nèi)一個(gè)接收機(jī)的固定分辨率的接收機(jī)網(wǎng)格矩陣，以及可配置的接收機(jī)距離地面的高度， 以估量整個(gè)區(qū)域的MIMO性能，或者包括僅在所述地物高度矩陣的建筑物周?chē)硞€(gè)距離上定義接收站點(diǎn)，以估算室內(nèi)的MIMO性能。
11.如權(quán)利要求1中所述的方法，進(jìn)一步包括將規(guī)劃/優(yōu)化區(qū)域劃分為具有相關(guān)聯(lián)的最佳覆蓋發(fā)射機(jī)位置的多個(gè)覆蓋扇區(qū)，以及通過(guò)比較為不同可用的多天線(xiàn)類(lèi)型及天線(xiàn)配置確定的標(biāo)量度量值，為每個(gè)覆蓋扇區(qū)內(nèi)的每個(gè)接收機(jī)像素確定用于所述最佳覆蓋發(fā)射機(jī)位置的最優(yōu)的多天線(xiàn)類(lèi)型和/或天線(xiàn)配置。
12.如權(quán)利要求11中所述的方法，進(jìn)一步包括選擇被確定為覆蓋扇區(qū)的大多數(shù)接收機(jī)元素上的最佳多天線(xiàn)類(lèi)型的多天線(xiàn)類(lèi)型，作為每個(gè)覆蓋扇區(qū)的最佳覆蓋發(fā)射機(jī)位置的最優(yōu)多天線(xiàn)類(lèi)型。
13.如權(quán)利要求11中所述的方法，進(jìn)一步包括以表示預(yù)期通信量密度和/或通信量容量或諸如最大可預(yù)期成本或收益經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的值為每個(gè)接收機(jī)像素的標(biāo)量度量加權(quán)，并且選擇具有最高接收機(jī)像素標(biāo)量度量的加權(quán)和的多天線(xiàn)類(lèi)型作為每個(gè)覆蓋區(qū)域的最佳覆蓋發(fā)射機(jī)位置的最優(yōu)天線(xiàn)類(lèi)型。
14.如權(quán)利要求6中所述的方法，進(jìn)一步包括將規(guī)劃/優(yōu)化區(qū)域劃分為具有相關(guān)聯(lián)的最佳覆蓋發(fā)射機(jī)位置的多個(gè)覆蓋扇區(qū)，以及通過(guò)比較為不同可用的多天線(xiàn)類(lèi)型及天線(xiàn)配置確定的標(biāo)量度量值，為每個(gè)覆蓋扇區(qū)內(nèi)的每個(gè)接收機(jī)像素確定用于所述最佳覆蓋發(fā)射機(jī)位置的最優(yōu)的多天線(xiàn)類(lèi)型和/或天線(xiàn)配置。
15.如權(quán)利要求14中所述的方法，進(jìn)一步包括選擇被確定為覆蓋扇區(qū)的大多數(shù)接收機(jī)元素上的最佳多天線(xiàn)類(lèi)型的多天線(xiàn)類(lèi)型作為每個(gè)覆蓋扇區(qū)的最佳覆蓋發(fā)射機(jī)位置的最優(yōu)多天線(xiàn)類(lèi)型。
16.如權(quán)利要求14中所述的方法，進(jìn)一步包括以表示預(yù)期通信量密度和/或通信量容量或諸如最大可預(yù)期成本或收益經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的值為每個(gè)接收機(jī)像素的標(biāo)量度量加權(quán)，并且選擇具有最高接收機(jī)像素標(biāo)量度量的加權(quán)和的多天線(xiàn)類(lèi)型作為每個(gè)覆蓋區(qū)域的最佳覆蓋發(fā)射機(jī)位置的最優(yōu)天線(xiàn)類(lèi)型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種規(guī)劃并優(yōu)化無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的配置的方法，無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)包括基站和接收機(jī)并采用允許和/或強(qiáng)制在所述基站及接收機(jī)使用多天線(xiàn)類(lèi)型的移動(dòng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)。通過(guò)使用3D地物高度矩陣在發(fā)射機(jī)位置和所述接收機(jī)位置之間執(zhí)行的光線(xiàn)跟蹤算法，確定每個(gè)接收機(jī)位置的標(biāo)量度量，用以直接反映在所述發(fā)射機(jī)及接收機(jī)位置上應(yīng)用多天線(xiàn)類(lèi)型而不是單天線(xiàn)所產(chǎn)生的容量增益。這個(gè)標(biāo)量度量容許以算法上有益的方法來(lái)分析潛在應(yīng)用區(qū)域中不同MIMO天線(xiàn)類(lèi)型的相對(duì)性能，并且為某個(gè)特別的覆蓋扇區(qū)選擇最優(yōu)的MIMO天線(xiàn)類(lèi)型。
文檔編號(hào)H04W16/18GK102195690SQ20101015827
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者延斯·福格特, 格哈德·費(fèi)特魏斯, 約爾格·許勒爾 申請(qǐng)人:?？颂峥怂褂邢挢?zé)任公司