基于等速螺旋的CDMA网络PN码的规划方法

摘要

本发明公开的基于等速螺旋的CDMA网络PN码的规划方法包括以下步骤：步骤1：确定PILOT_INC；步骤2：根据工程扩容门限确定PN扩容预留比例Prd，计算实际PN可用规划数量；步骤3：PN组划分；步骤4：将规划基站进行分组；步骤5：对各组基站进行等速螺线变换；步骤6：PN分配：本发明所得的基于等速螺旋的CDMA网络PN码规划方法，可以同时满足PN规划的两点“悖论”要求，同时得到最大同PN、邻PN和最大邻区PN相位，克服了现有技术方法单一、部分满足PN规划要求的局陷性，是一种能够实现自动PN规划的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种CDMA网络PN(Pseudo-Noise，伪随机序列)码的规划方法， 尤其是一种基于等速螺旋的CDMA网络PN码的规划方法。

背景技术

在CDMA系统中，采用64阶正交的Walsh码进行扩频，采用长度为2⁴²-1 的M长码序列进行加扰，而采用长度为2¹⁵的M短码序列进行调制。不同的基 站采用不同相位的M序列进行调制，利用不同的时间偏置来区分扇区，因此， 可允许所有Walsh码在各扇区复用。此M短码序列即为通常所称PN码，系统 规定PN码最小偏移值为64chips，可以有512个偏置来作扇区识别。

PN码的规划对CDMA网络的性能影响极大，其原因在于CDMA系统频率 复用系数约为1，不需要进行频率规划。但就终端而言，由于传播时延和PN偏 置复用的距离不够，会使一些非相关的导频信号近乎相同，分别造成邻PN偏置 干扰和同PN偏置干扰。另外，如果两个小区扇区的导频信号间的传输时延刚好 补偿其PN码的时间偏置，则在跟踪导频信号时会产生错误，在切换过程中可能 导致切换到错误的小区，严重时甚至发生掉话。

CDMA网络PN码的规划方法具有以下要求：

1、同/邻PN扇区的最小距离越大越好；

2、邻近扇区最小导频PN相位差越大越好；

3、需要预留一部分PN以备网络扩容。

目前，PN规划的方法还比较简单，主要有连续设置法、常数差异法、因子复 用法等，具体分析如下：

1)连续设置法

根据PILOT_INC的取值，对于基站的扇区PN，连续分别设置为 (3n+1)*PIlot_INC、(3n+2)*PIlot_INC、(3n+3)*PIlot_INC，并在不同的区域实现 PN复用。这种方法简单快捷，并没有过多地考虑邻区间的最小PN相位差异， 对于软切换时可能导致干扰掉话。

2)常数差异法

PN在邻区基站的分配总是相差某个常数，如第一扇区PN设置为 n*PILOT_INC，则其余扇区设置为n*PILOT_INC+128、n*PILOT_INC+256。这 种方法通过选择某个固定常数来增加邻区的PN相位，但同时也对邻PN的干扰 控制不好。

3)因子复用法

将相同基站不同扇区间的PN偏置相位差设为N、2N，其中N为当前PN可 分配的基站数量。基站三扇区的PN偏置分别设定为n*PILOT_INC、 (n+N)*PILOT_INC、(n+2N)*PILOT_INC。这种方法的思路类同常数差异法，所 不同的是采用一个与PILOT_INC相关的变量代替之前的常量，提高了方法的灵 活性，但同样不能抵抗邻PN的干扰。

由于在实施过程中，CDMA网络对PN码规划的第1、第2两点要求几乎是互 悖的，很难同时满足。上述PN码规划方法亦不能有效满足CDMA网络对其的 要求，因此有必要进行改进。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而设计的一种基于等速螺旋的 CDMA网络PN码规划方法。该方法兼顾上述第1、第2、第3的所有要求，有效 满足CDMA网络中的干扰及相关需求。

本发明所设计的CDMA网络基于等速螺旋的PN码规划方法包括以下步骤：

步骤1：确定PILOT_INC；

步骤1-1：计算PILOT_INC的下限值：${\mathrm{PILOT}\_\mathrm{INC}}_{\min }=\frac{\frac{W}{2}+d1·({10}^{\frac{T}{10·r}}-1)}{64};$

其中：T为导频参数、W为终端激活集搜索窗口大小、r为无线电波在空间 传播的衰减斜率、d1为终端与所在服务小区基站的距离；

步骤1-2：计算PILOT_INC上限值PILOT_INC_max；上限值PILOT_INC_max不超 过15。

步骤1-3：在区间[PILOT_INC_min，PILOT_INC_max)选择PILOT_INC，取PN基 础复用集的元素总数${\mathrm{Total}}_{\mathrm{PN}}=\frac{512}{\mathrm{PILOT}\_\mathrm{INC}};$

步骤2：根据工程扩容门限确定PN扩容预留比例P_rd，计算实际PN可用规划数 目${{\mathrm{Total}}_{\mathrm{PN}}}^{\prime }={\mathrm{Total}}_{\mathrm{PN}}\times P_{\mathrm{rd}}=\frac{512}{\mathrm{PILOT}\_\mathrm{INC}}\times P_{\mathrm{rd}};$

步骤3：PN组划分；

步骤3-1：将可用PN进行组划分，得到变换前的PN序列组{Set_i|i＝1..m}： Total′_PN/3＝m×N_PN+Sps。其中，3表示每基站三扇区，此时需求的PN数最 多；m表示PN划分组数；3×N_PN表示每组的PN数；Sps表示PN组划分后剩余 集内的PN数；

步骤3-2：为了进一步充分利用剩余集内的PN，对前Sps个PN组进行剩余 集内的PN补充；

前Sps组内的PN数均为3×(N_PN+1)，对应于NG_BTS1＝N_PN+1个基站的 PN分配；

而后m-Sps组内的PN数均为3×N_PN，对应于NG_BTS2＝N_PN个基站的PN 分配；

计算Total′_PN/3＝Sps×NG_BTS1+(m-Sps)×NG_BTS2；

步骤3-3：将Total_PN′个PN偏置按先组间后组内的原则进行交互排列，得到 变换后的PN序列组{Set′_i|i＝1..m}，对应分配基站数不变；

步骤4：将规划基站进行分组；

步骤4-1：将总数为Total_BTS的规划基站按区域划分成基站序列组 SQ＝{Sq₁，…Sq_Sqs，Sq_Sqs+1，…，Sq_m，…，Sq_Last}；

其中Sq_i＝{BTS₁，BTS₂，……BTS_{Num_i}}(i≠Last)，Num_i值由Set′_i对应的基站 数确定，$\mathrm{Num}\_i=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{NG}}_{\mathrm{BTS}1},j=1..\mathrm{Sps}\\ {\mathrm{NG}}_{\mathrm{BTS}2},j=(\mathrm{Sps}+1)..m\end{array}\right),j=i\mathrm{mod}m;$

步骤4-2：最后一个序列组Sq_Last的基站数为${\mathrm{Total}}_{\mathrm{BTS}}-{\Sigma }_{i=1}^{\mathrm{Last}-1}\mathrm{Num}\_i,(i\ne$$\mathrm{Last});$

步骤5：对各组基站进行等速螺线变换；

步骤5-1：坐标系转换；

1)依次将各组内基站地理坐标(Lon，Lat)转换成空间直角坐标(x，y，z)：

$x=\frac{a·\cos \left(\mathrm{Lat}\right)}{\sqrt{1-e^2·\sin {\left(\mathrm{Lat}\right)}^2}}·\cos \left(\mathrm{Lon}\right);$$y=\frac{a·\cos \left(\mathrm{Lat}\right)}{\sqrt{1-e^2·\sin {\left(\mathrm{Lat}\right)}^2}}·\sin \left(\mathrm{Lon}\right);$$z=$

$\frac{b·\sin \left(\mathrm{Lat}\right)}{\sqrt{1+(\frac{a^2}{b^2}-1)·\cos {\left(\mathrm{Lat}\right)}^2}},$其中，a和b分别是地球椭圆的长、短半轴；

2)取定离该组区域中心最近的基站所处位置为直角坐标原点(0，0)；

3)将包括第i组在内的共Last组基站按如下方式进行操作：取基站子序列等 速螺线的臂长Step_i＝(MaxD_i-MinD_i)/Num_i，其中MaxD_i为该组内所有 基站离直角坐标原点最远的站间距，MinD_i为最短的站间距，则等速螺线 IvSpr_i(·)为：$\sqrt{x^2+y^2}={\mathrm{Step}}_i/(2·\pi )·\arctan (y/x);$

步骤5-2：依次对各组基站(Sq_i)进行以下等速螺线排列；

1)设坐标系中某基站至坐标原点(0，0)的距离设为参数r，r初始值取 r₁＝MinD_i；

2)按等速螺线IvSpr_i(·)的逆时针规则遍历所有至坐标原点距离位于区间 (r＝r_j，r_j+Step_i]的基站；其中，r_j＝MinD_i+(j-1)*Step_i(2≤j≤ Num_i)，得到该组基站Sq_i的子序列编号NID_i，j；

3)当r＝MaxD_i-Step_i时表示遍历完所有基站，遍历总次数为N，该组基站 子序列编号为NID_i，N；

4)按照该组基站子序列编号进行由先至后的排列，即得到等速螺线变换后的 基站序列

Sq′_i＝IvSpr_i(Sq_i)＝{NID_i，1，NID_i，2，…，NID_i，N}＝ {BTS′₁，BTS′₂，…，BTS′_{Num_i}}；

5)以此类推，得到等速螺线变换后的所有基站序列组；

SQ′＝{Sq₁′…Sq_Sqs′，Sq_Sqs+1′，…，Sq_m′，…Sq_Last′}。

步骤6：PN分配：

对于包括第i组基站Sq′_i在内的所有基站组按先后顺序依次分配变换后的PN 序列Set′_j，j＝i mod m；当i＝Last时，表示完成所有基站的PN分配工作。

本发明所得的基于等速螺旋的CDMA网络PN码规划方法，通过选择PN分 组、对基站进行等速螺线逆时针规则排列，兼顾了上述现有技术中相悖的第1、 第2点要求，以及扩容的第3点要求，达到最大同PN和邻PN的复用距离，有 效满足CDMA网络中对PN码的所有要求。

本发明所得的基于等速螺旋的CDMA网络PN码规划方法，可以同时满足 PN规划的两点“悖论”要求，同时得到最大同PN、邻PN和最大邻区PN相位， 克服了现有技术方法单一、部分满足PN规划要求的局陷性，是一种能够实现自 动PN规划的方法。

附图说明

图1基站按等速螺旋逆时针规则排列示意图；

图2基于等速螺旋的PN码规划流程示意图；

图3PILOT_INC＝3时按等速螺旋规则完成PN规划的第1组基站实例；

图4PILOT_INC＝3时按等速螺旋规则完成PN规划的第2组基站实例；

图5PILOT_INC＝3时按等速螺旋规则完成PN规划的第3组基站实例；

图6PILOT_INC＝3时按等速螺旋规则完成PN规划的第4组基站实例；

图7同/邻PN复用距离计算示意图；

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。

实施例1：

本实施例所描述的基于等速螺旋的CDMA网络PN码的规划方法，包括以下步 骤：

步骤1：确定PILOT_INC；

步骤1-1：计算PILOT_INC的下限值：${\mathrm{PILOT}\_\mathrm{INC}}_{\min }=\frac{\frac{W}{2}+d1·({10}^{\frac{T}{10·r}}-1)}{64};$

其中：T为导频参数、W为终端激活集搜索窗口大小、r为无线电波在空间 传播的衰减斜率、d1为终端与所在服务小区基站的距离；

步骤1-2：计算PILOT_INC上限值PILOT_INC_max；上限值PILOT_INC_max不超 过15。

步骤1-3：在区间[PILOT_INC_min，PILOT_INC_max)选择PILOT_INC，取PN基 础复用集的元素总数${\mathrm{Total}}_{\mathrm{PN}}=\frac{512}{\mathrm{PILOT}\_\mathrm{INC}};$

步骤2：根据工程扩容门限确定PN扩容预留比例P_rd，计算实际PN可用规划数 目${{\mathrm{Total}}_{\mathrm{PN}}}^{\prime }={\mathrm{Total}}_{\mathrm{PN}}\times P_{\mathrm{rd}}=\frac{512}{\mathrm{PILOT}\_\mathrm{INC}}\times P_{\mathrm{rd}};$

步骤3：PN组划分；

步骤3-1：将可用PN进行组划分，得到变换前的PN序列组{Set_i|i＝1..m}， 如下方表1所示。则Total′_PN/3＝m×N_PN+Sps。其中，3表示每基站三扇区， 此时需求的PN数最多；m表示PN划分组数；3×N_PN表示每组的PN数；Sps表 示PN组划分后剩余集内的PN数；

步骤3-2：为了进一步充分利用剩余集内的PN，对前Sps个PN组进行剩余 集内的PN补充；

前Sps组内的PN数均为3×(N_PN+1)，对应于NG_BTS1＝N_PN+1个基站的 PN分配；

而后m-Sps组内的PN数均为3×N_PN，对应于NG_BTS2＝N_PN个基站的PN 分配；

计算Total′_PN/3＝Sps×NG_BTS1+(m-Sps)×NG_BTS2；

步骤3-3：将Total_PN′个PN偏置按先组间后组内的原则进行交互排列，得到 变换后的PN序列组{Set′_i|i＝1..m}，对应分配基站数不变，如下方表2所示；

步骤4：将规划基站进行分组；

步骤4-1：将总数为Total_BTS的规划基站按区域划分成基站序列组 SQ＝{Sq₁，…Sq_Sqs，Sq_Sqs+1，…，Sq_m，…，Sq_Last}；

其中Sq_i＝{BTS₁，BTS₂，……BTS_{Num_i}}(i≠Last)，Num_i值由Set′_j对应的基站 数确定，$\mathrm{Num}\_i=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{NG}}_{\mathrm{BTS}1},j=1..\mathrm{Sps}\\ {\mathrm{NG}}_{\mathrm{BTS}2},j=(\mathrm{Sps}+1)..m\end{array}\right),j=i\mathrm{mod}m;$

步骤4-2：最后一个序列组Sq_Last的基站数为${\mathrm{Total}}_{\mathrm{BTS}}-{\Sigma }_{i=1}^{\mathrm{Last}-1}\mathrm{Num}\_i,(i\ne$$\mathrm{Last});$

步骤5：对各组基站进行等速螺线变换；

步骤5-1：坐标系转换；

4)依次将各组内基站地理坐标(Lon，Lat)转换成空间直角坐标(x，y，z)：

$x=\frac{a·\cos \left(\mathrm{Lat}\right)}{\sqrt{1-e^2·\sin {\left(\mathrm{Lat}\right)}^2}}·\cos \left(\mathrm{Lon}\right);$$y=\frac{a·\cos \left(\mathrm{Lat}\right)}{\sqrt{1-e^2·\sin {\left(\mathrm{Lat}\right)}^2}}·\sin \left(\mathrm{Lon}\right);$$z=$

$\frac{b·\sin \left(\mathrm{Lat}\right)}{\sqrt{1+(\frac{a^2}{b^2}-1)·\cos {\left(\mathrm{Lat}\right)}^2}},$其中，a和b分别是地球椭圆的长、短半轴；

5)取定离该组区域中心最近的基站所处位置为直角坐标原点(0，0)；

6)将包括第i组在内的共Last组基站按如下方式进行操作：取基站子序列等 速螺线的臂长Step_i＝(MaxD_i-MinD_i)/Num_i，其中MaxD_i为该组内所有 基站离直角坐标原点最远的站间距，MinD_i为最短的站间距，则等速螺线 IvSpr_i(·)为：$\sqrt{x^2+y^2}={\mathrm{Step}}_i/(2·\pi )·\arctan (y/x),$如图1所示；

步骤5-2：依次对各组基站(Sq_i)进行以下等速螺线排列；

6)设坐标系中某基站至坐标原点(0，0)的距离设为参数r，r初始值取 r₁＝MinD_i；

7)按等速螺线IvSpr_i(·)的逆时针规则遍历所有至坐标原点距离位于区间 (r＝r_j，r_j+Step_i]的基站；其中，r_j＝MinD_i+(j-1)*Step_i(2≤j≤ Num_i)，得到该组基站Sq_i的子序列编号NID_i，j；

8)当r＝MaxD_i-Step_i时表示遍历完所有基站，遍历总次数为N，该组基站 子序列编号为NID_i，N；

9)按照该组基站子序列编号进行由先至后的排列，即得到等速螺线变换后的 基站序列

Sq′_i＝IvSpr_i(Sq_i)＝{NID_i，1，NID_i，2，…，NID_i，N}＝ {BTS′₁，BTS′₂，…，BTS′_{Num_i}}；

10)以此类推，得到等速螺线变换后的所有基站序列组；

SQ′＝{Sq₁′…Sq_Sqs′，Sq_Sqs+1′，…，Sq_m′，…Sq_Last′}。

步骤6：PN分配：

对于包括第i组基站Sq′_i在内的所有基站组按先后顺序依次分配变换后的PN 序列Set′_j，j＝i mod m；当i＝Last时，表示完成所有基站的PN分配工作。整个 流程如图2所示。

下面以m＝4的块状区域划分为例对该方法进行具体说明，取定导频参数 T＝24dB，终端激活集搜索窗口W＝8chips，无线电波在空间传播的衰减斜率 r＝3.8，终端距离服务基站d1＝500米。

第一步：

结合上述参数给出PILOT_INC的取值范围：0.167≤PILOT_INC＜15。取 PILOT_INC＝3，则PN基础复用集总数Total_PN＝170。

第二步：

确定扩容门限P_rd＝75％，则可用规划PN数Total′_PN＝170*75％＝128。

第三步：

将可用PN进行组划分：128/3＝4*10+2，Sps＝2。充实剩余集后，可用PN组 划分为3*11、3*11、3*10、3*10等四组，NG_BTS1＝11，NG_BTS2＝10，PN排列 如下方表3所示。采用组间及组内分配后，PN排列如下方表4所示。

第四步：

将待规划基站按照11、11、10、10等数量规模按重复顺序进行分组。

第五步：

对各组基站按等速螺旋逆时针规则排列。

以第1组为例进行说明：Sq′₁＝IvSpr₁(Sq₁)＝{NID_1，1，NID_1，2，…，NID_1，N}＝ {BTS′₁，BTS′₂，…，BTS′_{Num_1}}，其逆时针螺旋分布如图3所示。

第六步：将第1、2、3、4组基站利用下方表4变换后的PN序列组进行PN 分配，最终结果如图3、4、5、6所示。

CDMA网络中对PN码的要求是在预留相同数量PN的前提下，按照PN规划 的基本要求：1)同/邻PN扇区的最小距离越大越好；2)邻近扇区最小导频PN 相位差越大越好。

对于本方法，同PN和邻PN的分布如图7所示。假设各基站覆盖半径R 相同，本实例实施后，同PN最大复用距离Ds_max＝12R，同PN最小复用距离 Ds_min＝8R。邻PN最大复用距离Dn_max＝6.5R，邻PN最小复用距离Dn_min ＝6R。而邻区基站的PN相位最少保持DP_min＝64*4＝256chips以上。

对于连续设置法、常数差异法和因子复用法，在相同PILOT_INC和扩容门 限的前提下，可分配PN总量一致，同PN复用距离一致。而在邻PN复用距离 上，连续设置法与本方法一致，常数差异法和因子复用法Dn＝1.5R＜＜Dn_min。 在邻区PN相位保持距离上，以上三种方法分别为192、64、64chips，均小于DP_min。

由此可知，本方法综合性能要好于连续设置法、常数差异法和因子复用法， 能够获得最大的PN复用距离，以及最大的邻区PN相位差。

其中，实施例中提及的表1-4分别如下：

表1

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表2

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表3

表4