本發(fā)明涉及一種微蜂窩多天線系統(tǒng)自適應(yīng)分簇的調(diào)整方法，屬于通訊技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

微蜂窩技術(shù)的優(yōu)勢是要利用室內(nèi)的固話線路和互聯(lián)網(wǎng)與無線接入相結(jié)合，從而使微蜂窩的無線基站實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)用戶的高速無線接入。目前對微蜂窩的研究方面主要集中在對微蜂窩和宏蜂窩之間的互聯(lián)的協(xié)議、信令和高速包傳輸方面的研究，而對于微蜂窩基站本身的研究特別是在微蜂窩基站端利用多天線技術(shù)的研究卻十分有限。

在對微蜂窩系統(tǒng)的理論研究方面，文獻(xiàn)(An Overview of the femtocell concept，Bell LABS TECHNICAL JOURNAL，Article first published online：15MAY 2008)中討論了在微蜂窩條件下基于基站路由器的扁平型互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議及特征。Claussen，H.等(Claussen，H.；Pivit，F(xiàn).；Bell Labs.，“Femtocell Coverage Optimization Using Switched Multi-Element Antennas”，ICC2009，Dresden，14-18June 2009，pp1-6.)討論了微蜂窩系統(tǒng)利用低功耗、低成本的基站可以為終端用戶提供宏蜂窩覆蓋范圍不足的補(bǔ)充和高速率的通信。通過多天線和適當(dāng)?shù)奶炀€模式的選擇可以減少由于戶外用戶的移動而增加的信令開銷。通過聯(lián)合優(yōu)化天線的模式和信令以及天線的發(fā)射功率使得微蜂窩的覆蓋范圍更好的與室內(nèi)的空間形狀相匹配并且減少了由移動事件而增加的網(wǎng)絡(luò)信令開銷。而Kim，R.Y.等(Kim，R.Y.；Jin Sam Kwak；Etemad，K.；“WiMAX femtocell：requirements，challenges，and solutions”，IEEE communication Magazine，Sept 2009，Vol 47(9)，pp：84-91)討論了在室內(nèi)環(huán)境下，使用微蜂窩系統(tǒng)可以降低骨干網(wǎng)的開銷并提高用戶在室內(nèi)環(huán)境下的性能。并且對于WIMAX微蜂窩的要求，提出了可以使用的模型及近期和長期的解決方法。Nihtila，T.等(Nihtila，T.；Increasing Femto Cell Throughput with HSDPA Using Higher Order Modulation，ICNN 2008，Lahore，pp49-53，1-3MAY 2008)評估了在微蜂窩條件下，如何有效地利用系統(tǒng)的高信噪比優(yōu)勢使用高階調(diào)制時系統(tǒng)的誤碼率性能情況。Knisely，D.等(Knisely，D.；Yoshizawa，T.；Favichia，F(xiàn).；Standardization of femtocells in 3GPP，IEEE communication Magazine，Sept 2009，VOL47(9)，pp68-75)介紹了微蜂窩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在3GPP中的標(biāo)準(zhǔn)化情況。Morita，M.等(Morita，M.；Matsunaga，Y.；Hamabe，K.；Adaptive Power Level Setting of Femtocell Base Stations for Mitigating Interference with Macrocells，VTC 2010，6-9 Sept，2010，Ottawa，pp1-5)通過自適應(yīng)的調(diào)整微蜂窩基站單天線的發(fā)射功率消除了來自鄰近宏蜂窩的干擾提高了系統(tǒng)的信干噪比，從而提高了微蜂窩系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率。Simsek，M.等(Simsek，M.；Akbudak，T.；Bo Zhao；Czylwik，A.；An LTE-femtocell dynamic system level simulator，Smart Antennas(WSA)，2010 International ITG Workshop on，23-24Feb.2010，Bremen，pp：66-71.)初步討論了在微蜂窩系統(tǒng)中利用多天線技術(shù)通過利用預(yù)編碼及自適應(yīng)干擾對準(zhǔn)來消除微蜂窩間的干擾，以及利用不同微蜂窩間的多天線形成分布式的多天線系統(tǒng)以提高系統(tǒng)誤比特率性能的情況。

現(xiàn)有技術(shù)中，微蜂窩基站通常都是獨(dú)立地用于對移動用戶信號的收發(fā)，并沒有將多個微蜂窩基站組合進(jìn)行信號收發(fā)的方案。這樣的設(shè)置會使得多個微蜂窩基站之間產(chǎn)生較多的干擾。

因此需要研究并采取新的方法來克服微蜂窩基站間的干擾，同時應(yīng)對公共區(qū)域移動用戶的分布不斷變化的情況，也需要新的方法來調(diào)整各微蜂窩基站移動用戶的接入數(shù)量使移動的用戶始終能夠得到可靠的通信服務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何克服微蜂窩基站間的干擾，同時保證移動用戶始終能夠得到可靠的通信服務(wù)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種微蜂窩多天線系統(tǒng)自適應(yīng)分簇的調(diào)整方法，其特征在于，該方法由以下6個步驟組成：

步驟1：利用集中控制端對區(qū)域內(nèi)的多個具有單天線的微蜂窩基站進(jìn)行統(tǒng)一的管理，在集中控制端的作用下，多個微蜂窩基站的多天線形成分布式的多天線系統(tǒng)；

步驟2：將區(qū)域內(nèi)的微蜂窩基站均勻地分配到若干個簇；

步驟3：每個簇對簇內(nèi)的移動用戶實(shí)現(xiàn)分布式的波束成形；

步驟4：統(tǒng)計(jì)反饋得到的各簇的接入用戶數(shù)量和信噪比情況；

步驟5：根據(jù)步驟4的統(tǒng)計(jì)情況自適應(yīng)地調(diào)整各簇內(nèi)微蜂窩基站的數(shù)量，并結(jié)合分布式的波束成形調(diào)整發(fā)射功率，使移動用戶的通信質(zhì)量得到保證；

步驟6：集中控制端調(diào)整各簇的發(fā)射功率，在滿足簇內(nèi)通信的前提下降低簇間干擾。

優(yōu)選地，所述步驟1中，在一個特定的區(qū)域，利用一個集中控制端，對該區(qū)域內(nèi)的多個具有單天線的微蜂窩基站進(jìn)行集中控制；在集中控制端的作用下，可以對該區(qū)域的微蜂窩基站的發(fā)射功率進(jìn)行協(xié)調(diào)，此時該區(qū)域內(nèi)的多個微蜂窩基站就相當(dāng)于是一個基站，而這些基站的天線就構(gòu)成了分布在不同位置的分布式天線系統(tǒng)。

優(yōu)選地，所述步驟2中，把整個區(qū)域分成若干小的單元，位于這些不同單元區(qū)域的單天線基站構(gòu)成各個簇。

優(yōu)選地，所述步驟5中，當(dāng)室內(nèi)用戶在不同區(qū)域的數(shù)量發(fā)生變化時，讓接入用戶數(shù)量多的區(qū)域把臨近相對空閑的微蜂窩基站納入該簇中；而對于接入用戶少的簇，減少簇中的微蜂窩基站的數(shù)量

優(yōu)選地，所述步驟5中，各簇利用簇內(nèi)的單天線的微蜂窩基站對簇內(nèi)的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)分布式的波束成形，對簇內(nèi)的移動用戶進(jìn)行完全的覆蓋，從而保證各簇內(nèi)移動用戶的通信質(zhì)量。

優(yōu)選地，所述步驟6中，根據(jù)不同簇內(nèi)的移動用戶的數(shù)量對不同簇的多天線系統(tǒng)進(jìn)行功率的調(diào)配，移動用戶較多的簇內(nèi)增加發(fā)射功率，而移動用戶較少的簇內(nèi)分配較少的功率。

優(yōu)選地，所述步驟6中，自適應(yīng)分簇后，每個簇都是針對該簇內(nèi)的移動用戶進(jìn)行通信的，參與該簇的單天線微蜂窩基站的位置分布可能不均勻，但是進(jìn)行分布式的波束成形時所有簇中的天線所形成的波束都是指向簇的內(nèi)部的，所以在簇間不會有強(qiáng)干擾。

優(yōu)選地，所述步驟6中，在不同的簇的邊緣，不同的簇受到的干擾只是單個微蜂窩基站的干擾；而不同的簇中的移動用戶接收到的信號是簇中多個基站波束成形后的信號，是多個微蜂窩基站共同作用的結(jié)果，此時的單基站干擾相對的有成倍的下降。

優(yōu)選地，所述步驟6中，自適應(yīng)分簇后，各簇的幾何中心的距離相對單個微蜂窩基站獨(dú)立工作時增加，簇間干擾的程度降低。

對于微蜂窩系統(tǒng)，為了克服多個微蜂窩系統(tǒng)間的干擾，對同一區(qū)域的微蜂窩基站實(shí)現(xiàn)集中的控制，在集中控制端的作用下構(gòu)成分布式的多天線系統(tǒng)。由于集中控制端的作用，這時的多天線相當(dāng)于一個基站的天線，使該區(qū)域的微蜂窩基站間的干擾問題得到了消除。

為了應(yīng)對該區(qū)域移動用戶所造成的各基站服務(wù)區(qū)域接入數(shù)量的變化，對該區(qū)域的分布式多天線采用自適應(yīng)的分簇策略。采用了自適應(yīng)分簇后，可以根據(jù)各個簇內(nèi)移動用戶的數(shù)量變化對簇內(nèi)的微蜂窩基站進(jìn)行調(diào)整，同時對簇內(nèi)的移動用戶實(shí)現(xiàn)波束成形，在提高了每個簇內(nèi)的通信質(zhì)量的同時可以使干擾得到有效的降低。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的方法具有如下有益效果：

1、利用集中控制端使單天線的微蜂窩基站構(gòu)成了分布式多天線系統(tǒng)，可以對室內(nèi)的通信區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無盲區(qū)的覆蓋，有效的提高移動用戶的通信質(zhì)量。

2、自適應(yīng)的分簇策略可以根據(jù)不同簇內(nèi)的移動用戶的數(shù)量的變化對各簇的單天線基站進(jìn)行調(diào)配，有利于根據(jù)各簇的移動用戶數(shù)量靈活的調(diào)整通信的資源，使移動用戶得到可靠的通信質(zhì)量。

3、對微蜂窩基站的自適應(yīng)分簇并結(jié)合分布式的波束成形，可以在滿足通信質(zhì)量的同時相對的降低整個微蜂窩系統(tǒng)的干擾。

附圖說明

圖1為微蜂窩多天線系統(tǒng)自適應(yīng)分簇的調(diào)整方法流程圖；

圖2為通信區(qū)域分布式多天線的自適應(yīng)分簇情況示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明中把屬于不同基站的單天線在集中控制端的作用下形成分布式的多天線系統(tǒng)，同時根據(jù)用戶的分布情況把分布式的多天線系統(tǒng)自適應(yīng)的分成不同的簇，每個簇內(nèi)的多個基站及其多天線為這些簇內(nèi)的用戶提供通信的服務(wù)。這樣就可以使不同的簇內(nèi)的移動用戶得到有效通信的同時，可以有效的降低多個微蜂窩基站之間的干擾。

結(jié)合圖1，本實(shí)施例提供的微蜂窩多天線系統(tǒng)自適應(yīng)分簇的調(diào)整方法的具體步驟如下：

I、對微蜂窩基站的集中控制：

在利用微蜂窩基站實(shí)現(xiàn)的室內(nèi)區(qū)域移動通信中，為了使得移動信號無盲區(qū)的全覆蓋，因此在一些特定的區(qū)域如大型的辦公室、商場、會議廳等場所需要布設(shè)更多的微蜂窩基站。如果這些微蜂窩基站都是獨(dú)立工作的，那么每個微蜂窩基站會單獨(dú)的處理接入該基站的移動用戶，在移動用戶移動相對變化不大的情況下提供服務(wù)是沒有問題的。但是，當(dāng)室內(nèi)區(qū)域的移動用戶發(fā)生較大的變動時，會使得室內(nèi)的移動用戶的分布非常不均勻。此時，某些微蜂窩基站會因?yàn)橛羞^多的接入用戶而無法正常的工作，而有些微蜂窩基站則會處于閑置狀態(tài)。因此在本發(fā)明中利用集中控制端把室內(nèi)區(qū)域的所有微蜂窩基站統(tǒng)一的管理起來，在集中控制端的控制下構(gòu)成一個分布式的多天線系統(tǒng)，便于實(shí)現(xiàn)對通信資源的合理調(diào)度。

在一個特定的室內(nèi)區(qū)域，如一個大型的辦公區(qū)域，假設(shè)有N個具有單天線的微蜂窩基站，這些基站現(xiàn)在是通過有線網(wǎng)絡(luò)的連接進(jìn)行集中控制，利用一個集中控制端統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)這些基站為該區(qū)域的移動用戶服務(wù)。在集中控制端的作用下，可以對該區(qū)域的這N個基站的發(fā)射功率進(jìn)行協(xié)調(diào)，此時這N個基站就相當(dāng)于是一個基站，而這些基站的天線就構(gòu)成了分布在不同位置的分布式天線系統(tǒng)。分布式天線是布設(shè)在不同的位置上的，這為下一步根據(jù)局部區(qū)域的不同對這些分布式的微蜂窩基站天線進(jìn)行自適應(yīng)的分簇提供了條件。

II、對微蜂窩基站的自適應(yīng)分簇：

在集中控制端的作用下形成分布式的天線以后，同一個區(qū)域的單天線基站構(gòu)成了分布式的多天線系統(tǒng)，如果區(qū)域內(nèi)的移動用戶分布情況變化不大，那么對于這些分布式的天線的控制是很簡單的。當(dāng)區(qū)域內(nèi)的移動用戶分布情況經(jīng)常會發(fā)生變化時，局部區(qū)域的接入數(shù)量會有很大的差別。為了應(yīng)對這種變化，對分布式的單天線基站采取自適應(yīng)的分簇策略。在開始的時刻，可以根據(jù)室內(nèi)區(qū)域的特點(diǎn)對這些單天線的基站進(jìn)行均勻的分簇，即把整個室內(nèi)區(qū)域分成若干小的單元，位于這些不同單元區(qū)域的單天線基站構(gòu)成各個簇。隨后，當(dāng)室內(nèi)用戶在不同區(qū)域的數(shù)量發(fā)生變化時，可以讓接入用戶數(shù)量多的區(qū)域把臨近相對空閑的微蜂窩基站納入該簇中；而對于接入用戶少的簇，可以減少簇中的微蜂窩基站的數(shù)量。這樣，當(dāng)室內(nèi)區(qū)域的移動用戶由于移動的變化產(chǎn)生較大的不均勻時，就可以靈活的調(diào)整各簇的規(guī)模，用戶數(shù)多的簇參與通信的微蜂窩基站的數(shù)量多一些，而用戶數(shù)少的簇參與通信的微蜂窩基站就少一些。然后，各簇利用簇內(nèi)的單天線的微蜂窩基站對簇內(nèi)的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)分布式的波束成形，對簇內(nèi)的移動用戶進(jìn)行完全的覆蓋，從而可以有效的提高各簇的通信質(zhì)量。

III、對簇間干擾的抑制作用：

對同一室內(nèi)區(qū)域的分布式多天線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的分簇管理后，可以根據(jù)不同簇內(nèi)的移動用戶的數(shù)量對不同簇的多天線系統(tǒng)進(jìn)行功率的調(diào)配，移動用戶多的簇內(nèi)可以適當(dāng)?shù)脑黾影l(fā)射功率，而移動用戶較少的簇內(nèi)可以分配較少的功率。傳統(tǒng)的微蜂窩系統(tǒng)的干擾是相鄰的單個微蜂窩基站間的干擾，而實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)分簇后的干擾轉(zhuǎn)化為了不同簇間的干擾。由于把整個室內(nèi)區(qū)域分成了不同的簇，從總體上來說相互干擾的數(shù)量是減少了，因此需要集中控制端進(jìn)行調(diào)控的復(fù)雜度得到了下降。自適應(yīng)分簇后，每個簇都是針對該簇內(nèi)的移動用戶進(jìn)行通信的，參與該簇的單天線微蜂窩基站的位置分布可能不均勻，但是進(jìn)行分布式的波束成形時所有簇中的天線所形成的波束都是指向簇的內(nèi)部的，所以在簇間是不會有強(qiáng)干擾的。另一方面，微蜂窩基站的通信優(yōu)勢是用較小的發(fā)射功率和較多的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)對通信區(qū)域全覆蓋的，單個微蜂窩基站的輻射功率是比較小的。因此，在不同的簇的邊緣，不同的簇受到的干擾只是單個微蜂窩基站的干擾。而不同的簇中的移動用戶接收到的信號是簇中多個基站波束成形后的信號，是多個微蜂窩基站共同作用的結(jié)果，此時的單基站干擾相對的有成倍的下降。另外，自適應(yīng)分簇后各簇的幾何中心的距離相對單個微蜂窩基站獨(dú)立工作時是有很大增加的，這也使得簇間干擾的程度得到降低。