一种三维小区分裂方法和系统

摘要

本发明提供一种三维小区分裂方法和系统，包括：根据小区内用户终端的负载量信息和每个用户终端的位置信息，确定需要三维小区分裂的小区数目；令所有分裂的扇区使用相同波束宽度的波束，利用水平分裂的小区数目N_H确定三维波束的水平维宽度B_H，利用竖直分裂的小区数目N_V确定三维波束的竖直维宽度B_V，并确定各个波束的主瓣指向角度集合采用快速循环赋值方法生成水平维波束赋形向量集合W_H；利用凸优化生成竖直维波束赋形向量集合W_V；将水平维波束赋形向量集合W_H和竖直维波束赋形向量集合W_V直积生成最终的三维波束赋形向量集合W_3D，基于W_3D进行三维小区分裂。本发明充分利用了竖直维度，实现3D空间小区分裂，能够提高通信网络容量，提升通信网络性能。

主权项

一种三维小区分裂方法，其特征在于，包括：根据小区内用户终端的负载量信息和每个用户终端的位置信息，确定需要三维小区分裂的小区数目，包括水平分裂的小区数目N_H和竖直分裂的小区数目N_V；令所有分裂的扇区使用相同波束宽度的波束，利用水平分裂的小区数目N_H确定三维波束的水平维宽度B_H，利用竖直分裂的小区数目N_V确定三维波束的竖直维宽度B_V，并确定各个波束的主瓣指向角度集合根据B_H和采用快速循环赋值方法生成水平维波束赋形向量集合W_H；根据B_V和θ，利用凸优化生成竖直维波束赋形向量集合W_V；将水平维波束赋形向量集合W_H和竖直维波束赋形向量集合W_V直积生成最终的三维波束赋形向量集合W_3D，基于W_3D进行三维小区分裂，其中，所述根据小区内用户终端的负载量信息和每个用户终端的位置信息，确定需要三维小区分裂的小区数目包括：统计所有用户终端的位置信息：设用户终端的总数为K，记第i个用户终端UE_i的位置信息为：$({\partial }_{UEi},{\theta }_{UEi}),i=1,2,...,K,$其中，表示UE_i到基站的水平维角度，θ_UEi表示UE_i到基站的竖直维角度；针对水平分裂的小区数目N_H，对计算令取则针对竖直分裂的小区数目N_V，对计算Δθ_UEi,UEj＝|θ_UEi‑θ_UEj|,i≠j,i,j＝1,...,K，令Δθ＝{Δθ_UEi,UEj|i≠j,i,j＝1,...,K,ΔθU_Ei,UEj≠0}，取Δθ_min＝min(Δθ)，则N_V＝θ_max/Δθ_min，其中θ_max表示竖直维的最大角度拓展，令θ_max＝20°；所述利用水平分裂的小区数目N_H确定三维波束的水平维宽度B_H包括：利用公式B_H＝2π/N_H得到三维波束的水平维宽度B_H；所述利用竖直分裂的小区数目N_V确定三维波束的竖直维宽度B_V包括：利用公式B_V＝θ_max/N_V得到三维波束的竖直维宽度B_V；所述确定各个波束的主瓣指向角度集合包括：确定各个波束的主瓣指向角度集合为：$(\partial ,\theta )=\left\{({\partial }_i,{\theta }_j)\right|i=1,...,N_H,j=1,...,N_V\},$其中表示水平维索引为i竖直维索引为j的扇区的主瓣水平维指向角度和竖直维指向角度，θ_j＝θ_max/2N_V+(j‑1)(θ_max/N_V)，在所述根据B_H和采用快速循环赋值方法生成水平维波束赋形向量集合W_H之前，还包括：获得UCyA的天线导向矢量，包括：设针对位于扇区(i,j)的用户的水平维索引为i的扇区的主瓣水平维指向角度为竖直维索引为j的扇区的主瓣竖直维指向角度为θ_j，该天线阵列的阵元数为N_tx×N_ty，N_tx表示水平维均匀圆形阵列的阵元数，N_ty表示竖直维均匀线阵的阵元数，获得水平维均匀圆形阵列的导向矢量式中，ψ_n＝2πn/N_txψ_l＝2πl/N表示第n+1l+1个均匀圆形阵列天线阵元与参考阵元，即第1个天线阵元间的相位差，k＝2π/λ表示波数，r表示均匀圆形阵列的半径，λ表示波长；获得竖直维均匀线阵的导向矢量ULA(θ_j)：(ULA(θ_j))_n＝exp(j(n‑1)kd cos(θ_j)),n＝1,...,N_ty，式中，d表示以波长为单位的天线阵元间距,k＝2π/λ表示波数,λ表示波长；获得UCyA天线阵列的导向矢量：$UCyA{({\partial }_i,{\theta }_j)}_{UCyA}=vec\left({\mathrm{ULA}}^T\right({\theta }_j\left)UCA\right({\partial }_i\left)\right);$所述根据B_H和采用快速循环赋值方法生成水平维波束赋形向量集合W_H包括：记表示所有水平维扇区的主瓣水平维指向角度，UCA_H＝{UCA_i|i＝1,...,N_H}为基于的天线水平维导向矢量集合，其中UCA_i表示基于的天线水平维导向矢量；以最小化波束w₁对相邻扇区的干扰为优化目标、波束w₁对本小区的响应最大为限制条件，利用凸优化模型求解生成波束赋形向量w₁：$min\left\{\underset{1<i\le N_{tx}}{max}\left({\left|UCA\left({\partial }_i\right){w^T}_{1,H}\right|}^2\right)\right\}min\left\{\underset{1<i\le N_x}{max}\left({\left|UCA\left({\partial }_i\right){w^T}_{1,H}\right|}^2\right)\right\}$根据循环位移关系w_i,H＝rol_right(w_1,H,floor((i‑1)*(2π/N_tx)))，w_i,H,i＝1,...,N_H，生成剩余波束赋形向量，式中rol_right表示将w_1,H循环右移运算floor((i‑1)*(2π/N_tx))位，N_tx为水平维均匀圆形阵列的阵元数，floor表示下取整，w_1,H表示第1个水平维小区波束的赋形向量；将所有波束赋形向量集合成水平维波束赋形向量集合W_H＝{w_i,H|i＝1,...N_H}；所述根据B_V和θ，利用凸优化生成竖直维波束赋形向量集合W_V包括：记θ＝{θ_j|j＝1,...,N_V}表示所有竖直维扇区的主瓣竖直维指向角度，ULA_V＝{ULA_j|j＝1,...,N_V}为基于θ的天线竖直维导向矢量集合，其中ULA_j表示基于θ_j的天线竖直维导向矢量；以最小化波束w_j,V,j＝1,...,N_V对相邻扇区的干扰为优化目标，波束w_j,V,j＝1,...,N_V对本小区的响应最大为限制条件，利用凸优化模型求解生成波束赋形向量集所有w_j,V,j＝1,...,N_V：$min\left(\underset{n\ne j,n=1,...,N_V}{max}\right({\left|w_{j,V}ULA\left({\theta }_n\right)\right|}^2\left)\right)$s.t. |w_j,VULA(θ_j)|²＝1将所有波束赋形向量集合成竖直维波束赋形向量集合W_V＝{w_j,V|j＝1,...N_V}。