专利名称：智能天线波束切换方法
技术领域：
本发明涉及一种智能天线波束切换方法，属于移动通讯领域。特别是涉及一种借鉴了软切换思想的智能天线波束切换方法。
背景技术：
智能天线主要有两种方式全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式。其中波束切换方式是全空域(各种可能的入射角)被一些预先计算好的波束分割覆盖，各组权值对应的波束有不同的主瓣指向，相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠，接收时的主要任务是挑选一个作为工作模式。与传统的定向小区相比，由于同样的范围内由多个窄波束覆盖，使得系统的平均载干比增加。例如，120度扇区被4阵元产生的4个窄波束覆盖，每个窄波束接收到的干扰信号量是原宽波束接收的1/4，则系统的平均载干比增加6dB。这个增益使得通讯信道的上行(手机-基站)和下行(基站-手机)都得到了改善。
在预多波束天线中，波束固定，用户移动，这就要求系统不断地搜索、选择工作波束并进行波束切换。目前的波束切换方法是从几个预定义的固定波束中选择并切换到一个包含最强信号的波束。但是当移动台靠近两个波束的交界处需要切换时，两个波束在该处的信号强度都较弱而且有起伏变化，这会导致移动台在两个波束之间反复要求切换，即发生“乒乓效应”，从而重复地往返传送切换信息，使系统控制的负荷加重。而且由于信号存在角度散布，有时会有不止一个波束包含最强信号。此时若只选择一个波束进行处理，既没有充分利用信号信息，而且也易于产生“乒乓效应”。
目前，还没有检索到根本解决此类问题的相关技术专利和资料文献。这个问题在小区切换中也存在。当移动台在不同小区间移动时，同样存在小区切换的问题。目前有硬切换和软切换两种切换方法。在硬切换中，用户在每一时刻只会与一个基站保持业务信道的通信。对于软切换来说，是否进行切换是一个有条件的选择。在过渡时期，用户与所有的候选基站保持业务信道的通信。当其中的一个基站的信号比来自其它基站的信号强度大很多时，会最终确定只与此基站进行通信。软切换是CDMA蜂窝系统独有的切换方式，可有效地提高切换的可靠性，而且当移动台处于小区的边缘时，软切换能提供正向业务信道和反向业务信道的分集，从而保证通信的质量。
发明内容
本发明的目的是解决目前智能天线波束切换过程中的“乒乓效应”以及未能充分利用用户多径信息的问题，而提出一种借鉴了软切换思想的智能天线波束切换方法。
本发明的核心思想是提出一种借鉴了软切换思想的波束切换方法。该方法使得用户在波束间切换时，其导频信号强度必须满足一定的切换准则，而不是简单的切换到信号最强的那一个波束。这样可以避免波束切换中出现的“乒乓效应”，降低系统负担。而且如果有多个波束同时满足切换条件，则对这多个波束信号都要进行处理，再将结果以一定方式合并。这样可以充分利用用户信号的多径信息。
本发明的方法是这样实现的一种基于软切换思想的智能天线波束切换方法，包括如下步骤步骤一不断地跟踪各波束中导频信号的强度；步骤二将其与波束切换参数即各种不同的门限值进行比较来选择满足条件的波束；步骤三若只选择了一个波束，则用该波束处理信号；若选择了两个以上的波束，则分别用所选的波束处理信号，并且将处理结果进行合并。
所述步骤二中的波束切换参数根据实际情况和网络规划配置，包括导频检测门限、导频比较门限、导频丢失门限。
所述导频检测门限的典型值范围为-31.5～0dB。
所述导频比较门限的典型值范围为0～3.75dB。
所述导频丢失门限的典型值范围为-31.5～0dB。
所述步骤二进一步还包括将各波束内的导频信号强度与导频丢失门限比较；若某个导频信号强度小于导频丢失门限，则波束切换时不考虑该波束，除非以后该波束的导频信号强度大于导频丢失门限；若所有波束的导频信号强度均小于导频丢失门限，则停止处理该用户信号。
所述步骤二进一步还包括当某个波束的导频信号强度超过导频检测门限，且其与当前波束的导频信号强度之差满足大于导频比较门限时，选择该波束。
所述步骤二还进一步包括若同时有两个以上波束的导频信号强度超过导频检测门限，且其与当前波束的导频信号强度之差均满足大于导频比较门限时，则同时选取所有满足条件的波束，否则保持原当前波束，不切换。
采用本发明所述方法，与现有技术相比，由于增加了导频检测、导频比较和导频丢失等三个门限，在满足一定条件下才可以切换，而不是只要有更强的波束就切换，因此可以避免波束切换过程中的“乒乓效应”问题，降低了系统控制的负荷。并且由于当有多个波束满足条件时，选择了多个波束进行处理，并将结果合并，因此充分利用了用户信号的多径信息，提高了系统性能。
图1是切换门限示意图。
图2是本发明的方法流程图。
图3是本发明的一个实施例示意图。
具体实施例方式
本发明所述基于软切换思想的智能天线波束切换方法包括如下步骤步骤一不断地跟踪各波束中导频信号的强度Ep(i)，i＝1，Λ，n；步骤二将其与波束切换参数即各种不同的门限值进行比较来选择满足条件的波束；本步骤又可以包括下列步骤1、根据实际情况和网络规划来配置波束切换参数，包括导频检测门限(BT_ADD)、导频比较门限(BT_COMP)、导频丢失门限(BT_DROP)；2、将各波束内的导频信号强度Ep(i)与BT_DROP比较，若某个Ep(i)小于BT_DROP，则波束切换时不考虑该波束，除非以后该波束的Ep(i)＞BT_DROP；若所有波束的Ep(i)均小于BT_DROP，则停止处理该用户信号；3、当波束k的导频信号强度Ep(k)超过BT_ADD，且其与当前波束m的导频信号强度Ep(m)之差满足Ep(k)-Ep(m)＞BT_COMP时，选择波束k；4、若同时有两个以上波束满足条件3，则同时选取所有满足条件的波束；若没有波束满足条件3，则保持原波束，不切换。
步骤三若只选择了一个波束，则用该波束处理信号；若选择了两个以上的波束，则分别用所选的波束处理信号，并且将处理结果进行合并。
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述图1是切换门限示意图。当移动台运动时，很有可能从一个波束运动到另一个波束，所以智能天线系统不断监测信号质量以便决定何时应选择某一或某些波束，在一个扇区内由系统自动切换，而无需基站控制器(RNC)参与。在选择波束时应考虑到移动台在几个波束穿梭运动时，智能天线系统不能根据监测信号的质量简单地选取质量最好的波束，而应该采取一定的波束切换方法并设置合理的切换参数，减小波束切换次数，避免“乒乓效应”，达到切换次数和信噪比提高的折衷。其中涉及到的波束切换参数有波束检测门限(BT_ADD)、波束丢失门限(BT_DROP)和波束比较门限(BT_COMP)，这些门限需要根据实际情况和网络规划来配置。
1)波束检测门限(BT_ADD)此门限报告导频信道具有足够的功率用于相关解调。当一个波束的导频强度超过此门限时，此波束可以列为候选波束。BT_ADD会影响切换百分率，它应该尽可能低一些，从而能迅速切换；同时又要足够高，从而能够避免由于噪声造成的误报警。其典型值范围为-31.5～0dB。
2)波束丢失门限(BT_DROP)此门限报告导频信道的功率降低到了无法使用它们进行相关解调的水平。当一个波束的导频强度低于此门限时，此波束被从候选波束中删除。BT_DROP影响切换百分率。它应该足够低，从而避免损失掉短衰落好的波束；同时它又要足够高，从而不至于很快地删除有用的波束。BT_DROP的值应该在仔细考虑了BT_ADD的值之后再加以选择，两个门限之间的余量避免了由于导频强度变化而产生的乒乓效应。此门限典型值范围为-31.5～0dB。
3)波束比较门限(BT_COMP)只有当候选波束的导频强度与当前有效波束的导频强度的差值大于此门限时，才进行波束切换。与BT_ADD类似，BT_COMP对切换百分率也有一定的影响。一方面它的值要尽可能低一些，从而能够更快地进行切换；另一方面它又要足够高，从而避免误报警。其典型值范围为0～3.75dB。
图1中的曲线为当前有效波束m的导频强度Ep(m)随时间的变化曲线以及第i个波束的导频强度Ep(i)随时间的变化曲线。当Ep(i)大于BT_ADD时，该波束列入候选波束。当Ep(i)与当前有效波束m的导频强度Ep(m)之差满足Ep(i)-Ep(m)＞BT_COMP时，该波束列入有效波束，对其进行处理。当Ep(i)逐渐减小，而有其它波束满足切换条件时，切换至其它波束。若没有其它波束满足切换条件，则当Ep(i)减小至小于BT_DROP时，停止对该用户进行处理。
图2是本发明的方法流程图。将类似CDMA的软切换的思想引入波束选择，是为了避免波束切换的“乒乓效应”，同时考虑到用户的角度扩展有可能较大，会在几个相邻波束里都有，因此当有两个以上波束满足波束切换条件时，选取所有满足条件的波束，分别对多个波束进行处理，并将结果合并。本发明所阐述的方法可按如下方法实现先检测各波束i中导频信号的强度Ep(i)(102)，此值即为每个码片的能量与总接收功率的比率，可以在搜索器搜索导频信号的过程中得到。然后根据实际情况和网络规划来配置波束切换参数(103)，包括导频检测门限(BT_ADD)、导频比较门限(BT_COMP)、导频丢失门限(BT_DROP)。因为小区内的有些位置只能接收较弱的导频信号，则需要较低的切换门限，而其它位置能够接收到较强的导频信号，则需要较高的切换参数。将各波束内的导频信号强度Ep(i)与BT_DROP比较，只考虑Ep(i)大于BT_DROP的波束。若没有波束满足条件，则停止对该用户信号的处理(104)。因为当一个波束的导频强度低于门限BT_DROP时，其导频信道的功率降低到了无法使用它们进行相关解调的水平，所以对于该波束不予处理。当存在波束k的导频信号强度Ep(k)超过BT_ADD，且其与当前有效波束m的导频强度Ep(m)之差满足Ep(k)-Ep(m)＞BT_COMP时，选取所有满足条件的波束k为有效波束，若当前同时存在多个有效波束，则Ep(m)为其中最强的导频强度；当没有波束满足该条件时，不切换(105)。在这里设置了两个关于门限BT_ADD和BT_COMP的条件，这两个条件保证了只有当某波束的导频强度相对稳定地大于当前有效波束的导频强度一定的量时，才进行切换，而不是只要有更强的波束就进行切换，这样可以避免在两个强度相近的波束间频繁切换，即避免乒乓效应。如果存在多个波束同时满足切换条件，说明用户信号在这多个波束内都很强，同时选择这多个波束为有效波束，可以充分利用用户信号的多径信息。最后，若只选择了一个波束，则用该波束处理信号；若选择了两个以上的波束，则分别用所选的波束处理信号，并且将处理结果进行合并(106)。
图3是本发明的一个实施例示意图。其中图(a)表示的是用4个窄波束覆盖一个120的扇区。当用户在两个波束的交界处运动时，会需要进行波束切换。图(b)中实线为当前有效波束m的导频强度Ep(m)随时间变化的曲线。虚线为相邻波束k的导频强度Ep(k)随时间变化的曲线。设定BT_DROP＝-13dB，BT_ADD＝-15dB，BT_COMP＝1.25dB。可以看出，在图中所示的时间内，两个波束内的导频强度都有起伏变化，在A、B、C三处Ep(k)均大于Ep(m)，而在D、E、F三处Ep(m)均大于Ep(k)，如果简单的以选择导频信号最强的波束为切换条件，则将进行5次波束切换，无疑会产生乒乓效应，加重系统负担。如果采用本发明提出的波束切换方法，则在A处，由于Fp(k)＜BT_ADD，所以不切换；在B处由于Ep(k)-Ep(m)＜BT_COMP，所以也不切换；在C处，由于同时满足Ep(k)＞BT_ADD和Ep(k)-Ep(m)＞BT_COMP两个条件，所以有效波束由波束m切换为波束k，即在图示时间内，只进行了一次波束切换，避免了乒乓效应，降低了系统负担。
权利要求
1一种智能天线波束切换方法，包括如下步骤步骤一不断地跟踪各波束中导频信号的强度；步骤二将其与波束切换参数即各种不同的门限值进行比较来选择满足条件的波束；步骤三若只选择了一个波束，则用该波束处理信号；若选择了两个以上的波束，则分别用所选的波束处理信号，并且将处理结果进行合并。
2如权利要求1所述的智能天线波束切换方法，其特征在于所述步骤二中的波束切换参数根据实际情况和网络规划配置，包括导频检测门限、导频比较门限、导频丢失门限。
3如权利要求1所述的智能天线波束切换方法，其特征在于所述导频检测门限的典型值范围为-31.5～0dB。
4如权利要求1所述的智能天线波束切换方法，其特征在于所述导频比较门限的典型值范围为0～3.75dB。
5如权利要求1所述的智能天线波束切换方法，其特征在于所述导频丢失门限的典型值范围为-31.5～0dB。
6如权利要求1所述的智能天线波束切换方法，其特征在于所述步骤二进一步还包括将各波束内的导频信号强度与导频丢失门限比较；若某个导频信号强度小于导频丢失门限，则波束切换时不考虑该波束，除非以后该波束的导频信号强度大于导频丢失门限；若所有波束的导频信号强度均小于导频丢失门限，则停止处理该用户信号。
7如权利要求1所述的智能天线波束切换方法，其特征在于所述步骤二进一步还包括当某个波束的导频信号强度超过导频检测门限，且其与当前波束的导频信号强度之差满足大于导频比较门限时，选择该波束。
8如权利要求1所述的智能天线波束切换方法，其特征在于所述步骤二还进一步包括若同时有两个以上波束的导频信号强度超过导频检测门限，且其与当前波束的导频信号强度之差均满足大于导频比较门限时，则同时选取所有满足条件的波束，否则保持原当前波束，不切换。
全文摘要
本发明涉及一种智能天线波束切换方法，属于移动通讯领域。特别是涉及一种借鉴了软切换思想的智能天线波束切换方法。与现有技术相比，由于增加了导频检测、导频比较和导频丢失等三个门限，使得用户在波束间切换时，其导频信号强度必须满足一定的切换准则，而不是简单的切换到信号最强的那一个波束。因此可以避免波束切换过程中的“乒乓效应”问题，降低了系统控制的负荷。并且由于当有多个波束满足条件时，选择了多个波束进行处理，并将结果合并，因此充分利用了用户信号的多径信息，提高了系统性能。
文档编号H04W36/18GK1520220SQ03115110
公开日2004年8月11日 申请日期2003年1月20日 优先权日2003年1月20日
发明者李蓉, 杨峰, 袁翔, 蓉 李 申请人:深圳市中兴通讯股份有限公司