適用于高速公路及高速鐵路環(huán)境的分布式天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了適用于高速公路及高速鐵路環(huán)境的分布式天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法。設(shè)圓形小區(qū)或線形小區(qū)中有N個扇形或線性區(qū)域，在粒子隨機分布在圓形小區(qū)或線形小區(qū)的情形下，通過采用粒子群智能優(yōu)化算法，獲得基站天線端口在不同區(qū)域內(nèi)的最優(yōu)位置。粒子群智能優(yōu)化算法包括以下步驟：初始化粒子群；計算M個粒子的初始適應(yīng)度；更新粒子的位置信息和速度信息，并判斷該粒子是否還在搜索區(qū)域內(nèi)；更新第i個粒子的個體最優(yōu)解pbesti以及整個群體的全局最優(yōu)解Gbest；重復(fù)上面兩個步驟，直到滿足算法的收斂準則，輸出全局最優(yōu)解Gbest。本發(fā)明通過對天線端口的小區(qū)布設(shè)位置進行理論優(yōu)化，可實現(xiàn)端口天線的最優(yōu)覆蓋，有助于實現(xiàn)分布式天線系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保和減少布網(wǎng)的成本開銷。
【專利說明】適用于高速公路及高速鐵路環(huán)境的分布式天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及適用于高速公路及高速鐵路環(huán)境的分布式天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法，用于線形與圓形混合小區(qū)分布式天線系統(tǒng)基站天線端口配置的上層網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及優(yōu)化設(shè)計，屬于現(xiàn)代無線通信領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]分布式天線系統(tǒng)是一種面向新一代移動通信需求的無線寬帶移動通信系統(tǒng)，相對于傳統(tǒng)的集中式多天線系統(tǒng)，它不僅有利于無線資源的靈活分配，同時也能充分利用空間資源以覆蓋小區(qū)中的“盲點”，提升整個通信鏈路的穩(wěn)定性。分布式天線系統(tǒng)各端口天線布設(shè)模型如圖1所示。在該系統(tǒng)中，一般配置有一個中央處理器和多個天線端口(AntennaPort, AP)，這些AP分散放置在通信系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域內(nèi)；中央處理器通過電纜或者光纖與各個AP之間進行通信，以便管理和控制這些AP。系統(tǒng)中每個AP都配置有多根天線用于發(fā)送或者接收信號，同時移動終端(Mobile Stat1n,MS)也配置多根天線，從而獲得多天線增益和高傳輸效率。
[0003]在當今諸如以高速公路或者高速鐵路為代表的線形及圓形混合小區(qū)中布設(shè)分布式端口基站時，根據(jù)混合小區(qū)中用戶的分布情況，大致可以將整個混合小區(qū)分為以下三大部分:服務(wù)區(qū)或者車站、收費站區(qū)、以及線形的公路區(qū)或者鐵路區(qū)。在人流量比較大的服務(wù)區(qū)和車站，鑒于該區(qū)域內(nèi)的用戶通常較為密集，且這些區(qū)域的場地面積也比較開闊和寬廣，故可以將服務(wù)區(qū)和車站建模成經(jīng)典圓形小區(qū)模型，以傳統(tǒng)圓形小區(qū)分布式天線系統(tǒng)端口天線優(yōu)化設(shè)計及布設(shè)的思路來加以解決；服務(wù)區(qū)或車站區(qū)域天線端口布設(shè)示意圖如圖2所示:小區(qū)中心布設(shè)有一個分布式天線端口，其余天線端口皆布設(shè)在同心圓上。線形公路區(qū)或者鐵路區(qū)則可近似看作線形小區(qū)，其端口天線布設(shè)示意圖如圖3所示，所有天線端口皆按一定的間隔布設(shè)在一條直線上。
[0004]目前實際的高速公路及高速鐵路環(huán)境中尚未采用分布式天線系統(tǒng)設(shè)計方案。已有的理論研究成果中，有些優(yōu)化設(shè)計方法并不能綜合考慮小尺度衰落、路徑損耗和陰影效應(yīng)等重要信道因素對系統(tǒng)信道容量等的影響；有些方法雖然考慮了復(fù)合衰落模型下小區(qū)中多天線端口的位置優(yōu)化問題，但小區(qū)中移動臺的用戶分布模型卻假設(shè)為小區(qū)內(nèi)均勻分布，因而基于移動臺均勻分布情形得出的研究結(jié)論并不一定適用于實際的工作環(huán)境；此外，現(xiàn)有的智能優(yōu)化算法普遍采用經(jīng)典遺傳算法，計算復(fù)雜度較大、收斂速度也相對較慢，如果小區(qū)采用天線端口多點布設(shè)、依用戶需求進行智能休眠/激活機制的自動配置方式進行重新規(guī)劃設(shè)計時，則不能對天線端口的位置進行快速搜索；再者，現(xiàn)有研究方案不論何種工作環(huán)境亦完全是基于全向天線覆蓋模式進行設(shè)計，而現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)已廣泛采用方向性天線或智能天線技術(shù)以降低系統(tǒng)內(nèi)干擾。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種適用于高速公路及高速鐵路環(huán)境的分布式天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法，通過對天線端口的小區(qū)布設(shè)位置進行理論優(yōu)化，可實現(xiàn)端口天線的最優(yōu)覆蓋，有助于實現(xiàn)分布式天線系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保和減少布網(wǎng)的成本開銷。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]本發(fā)明的適用于高速公路及高速鐵路環(huán)境的分布式天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法，設(shè)服務(wù)區(qū)及車站區(qū)的圓形小區(qū)或者公路區(qū)及鐵路區(qū)的線形小區(qū)中有N個扇形區(qū)域或者線性區(qū)域，且M個粒子隨機分布在圓形小區(qū)或線形小區(qū)內(nèi)，采用粒子群智能優(yōu)化算法，獲得基站天線端口在不同區(qū)域內(nèi)的最優(yōu)位置；所述粒子群智能優(yōu)化算法具體包括以下幾個步驟:
[0008]STEPl:初始化粒子群，即搜索區(qū)域內(nèi)粒子的個數(shù)設(shè)為M，初始化M個粒子的位置信息X1、速度信息￥1以及初始的個體最優(yōu)解Pbesti,其中，i e [I, M]；
[0009]STEP2:計算M個粒子的初始適應(yīng)度，即根據(jù)系統(tǒng)平均遍歷容量表達式，結(jié)合各個粒子的位置信息Xi，計算適應(yīng)度Si,同時亦找出適應(yīng)度最大的粒子，作為初始的全局最優(yōu)解Gbest ；
[0010]STEP3:更新粒子的位置信息和速度信息，即第i (I < i < M)個粒子的位置和速度可以按照下式進行更新:
「 n i V1- ^Vi + cim\{phest, - Xi) +— xd
[0011]\ , ,
[Xi = Xi + Vi
[0012]上式中，v’ p X’ i分別表示更新后的速度信息和位置信息，λ表示慣性系數(shù)，C1,C2表示學習因子，ωρ ω2表示取值在[0，1]區(qū)間內(nèi)的隨機數(shù)；
[0013]更新完速度信息和位置信息后，可通過上述計算公式所得的具體坐標來判斷該粒子是否還在之前所限定的圓形小區(qū)或線形小區(qū)內(nèi)，如果已經(jīng)超出了規(guī)定的搜索區(qū)域，則重新更新粒子，重復(fù)STEP3，否則轉(zhuǎn)向STEP4 ；
[0014]STEP4:更新第i個粒子的個體最優(yōu)解Pbesti以及整個群體的全局最優(yōu)解Gbest ；
[0015]STEP5:重復(fù)STEP3?STEP4，直到滿足預(yù)先所設(shè)定的迭代次數(shù)門限，輸出全局最優(yōu)解Gbest，即粒子群經(jīng)過迭代運算后分別收斂于最優(yōu)解區(qū)域。
[0016]高速公路中的收費站區(qū)，采用扇形覆蓋定向天線技術(shù)以實現(xiàn)該區(qū)域的信號覆蓋。
[0017]STEP2中，服務(wù)區(qū)或車站區(qū)的圓形小區(qū)內(nèi)系統(tǒng)平均遍歷容量表達式如下:
[0018]CcIkL=E { Cpoint } = CpoiJ (ρ,α) pd pd a
[0019]所述公路區(qū)或鐵路區(qū)的線形小區(qū)內(nèi)系統(tǒng)平均遍歷容量表達式如下:
[0020]Ciine=E { Cpoint 丨=|oi0 Cpointf(x)dx
[0021]其中，E{.}表示求數(shù)學期望，Cpoint為小區(qū)下行鏈路點對點鏈路遍歷容量，R為小區(qū)半徑，f(p，α)為用戶處于極坐標位置(P，α)時的概率密度函數(shù)，Ltl為線形小區(qū)長度，f(x)為用戶處于位置X的概率密度函數(shù)。
[0022]所述點對點鏈路遍歷容量Cptjint的計算表達式如下:
[0023]Cpomt = Eh j 1g2 det^I+j I
[0024]其中，EH{.}表示基于信道傳輸矩陣H對系統(tǒng)容量求數(shù)學期望，I表示單位矩陣，Pi為總發(fā)射功率，H為下行鏈路信道傳輸矩陣，σ 2為加性高斯白噪聲功率。
[0025]所述下行鏈路中信道傳輸矩陣H為:
[0026]H = R Vls
[0027]其中，R表示小尺度衰落矩陣，服從Nakagam1-m衰落；S表示陰影效應(yīng)，矩陣內(nèi)元素服從獨立同分布的零均值、相同方差對數(shù)正態(tài)分布；L表示路徑損耗，矩陣內(nèi)各元素的取值受用戶位置的影響，兩者之間的數(shù)量關(guān)系可表示如下:
[0028]L = diag (L1, L2，...，Li，…，Ln) I < i < N

/■ \ Ct
{ D)
[0029]Li =—

\ di)
[0030]其中，N表示基站天線端口的數(shù)目，即圓形小區(qū)或線形小區(qū)中扇形區(qū)域或線形區(qū)域的數(shù)目，Cli表示用戶與第i個基站天線端口之間的距離，a為路徑衰落指數(shù)，D表示參考距離，Li表示用戶與第i個基站天線端口之間的路徑損耗。
[0031]下行通信鏈路用戶端的接收信號矢量表達式為:
[0032]y = Hs + η - RvLSx + η
[0033]其中，y表不接收信號矢量，X表不發(fā)送信號矢量，η表不高斯噪聲信號矢量。
[0034]STEP2中，適應(yīng)度Si的計算方法如下:
[0035]為使圓形小區(qū)的平均遍歷容量Cctole或者線形小區(qū)的平均遍歷容量Cline達到最大，可采用復(fù)化Simpson積分公式對小區(qū)平均遍歷容量表達式進行近似，進而得到目標函數(shù)；再把初始化的粒子位置Xi代入目標函數(shù)，即可計算得到適應(yīng)度S”
[0036]本發(fā)明將粒子群智能優(yōu)化算法以及定向天線技術(shù)應(yīng)用到高速公路或高速鐵路這樣的混合小區(qū)的分布式天線系統(tǒng)中，不僅可以改善當前通信系統(tǒng)的性能，而且通過對天線端口的布設(shè)位置進行理論優(yōu)化，可實現(xiàn)端口天線的最優(yōu)覆蓋，可以最大限度地節(jié)省天線端口布設(shè)的成本、獲得通信系統(tǒng)最大通信效益；另外，本發(fā)明可為未來高速公路或高速鐵路這樣的具線形和圓形區(qū)域的混合小區(qū)系統(tǒng)的天線端口優(yōu)化布設(shè)提供理論參考。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是分布式天線系統(tǒng)各端口天線布設(shè)模型示意圖；
[0038]圖2是服務(wù)區(qū)或車站區(qū)域天線端口布設(shè)示意圖；
[0039]圖3是線形公路或鐵路區(qū)域端口天線布設(shè)示意圖；
[0040]圖4是聞速公路或聞速鐵路結(jié)構(gòu)不意圖；
[0041]圖5是粒子群智能優(yōu)化算法工作流程圖；
[0042]圖6是服務(wù)區(qū)或車站區(qū)域中天線端口位置粒子群初始化示意圖；
[0043]圖7是服務(wù)區(qū)或車站區(qū)域中天線端口位置最優(yōu)布設(shè)示意圖；
[0044]圖8是線形公路或鐵路區(qū)中粒子群初始化示意圖；
[0045]圖9是線形公路或鐵路區(qū)中天線端口位置最優(yōu)布設(shè)示意圖；
[0046]圖10是收費站區(qū)扇形天線端口布設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0047]為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實施方式】，進一步闡述本發(fā)明。
[0048]參見圖4，本發(fā)明的實施例是在高速公路這一應(yīng)用場景下，實現(xiàn)分布式天線系統(tǒng)基站端各天線端口的最優(yōu)布設(shè)問題，高速鐵路等具有類似混合小區(qū)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用場景亦可同樣類推規(guī)劃設(shè)計。
[0049]在分布式天線系統(tǒng)中，基站天線端口的位置布設(shè)直接影響著通信系統(tǒng)的各項性能，比如系統(tǒng)信道容量、接收信號判決誤符號率等，因此關(guān)于天線端口布設(shè)的優(yōu)化設(shè)計即具有重要的現(xiàn)實意義。
[0050]為了更加貼近實際的通信環(huán)境，本發(fā)明將考慮復(fù)合衰落信道，即充分考慮了小尺度衰落、路徑損耗以及陰影效應(yīng)的影響。此時，假設(shè)下行鏈路中信道傳輸矩陣為:
[0051]
[0052]其中，R表示小尺度衰落矩陣,這里假設(shè)服從Nakagam1-m衰落；S表示陰影效應(yīng),矩陣內(nèi)元素服從獨立同分布的零均值、相同方差的對數(shù)正態(tài)分布；L表示路徑損耗，矩陣內(nèi)各元素的取值受用戶位置的影響，兩者之間的數(shù)量關(guān)系可表示如下:
[0053]L = diag (L1, L2,...,L1, , Ln) I ^ i ^ N
(dX
[0054]Li=—
\di)
[0055]上式中，N表示天線端口的數(shù)目，Cli表示用戶與第i個天線端口之間的距離，a為路徑衰落指數(shù)，D表示參考距離，Li表示用戶與第i個天線端口之間的路徑損耗。
[0056]那么，可以得到下行通信鏈路用戶端的接收信號矢量表達式為:
[0057]y = Hx + n = R>/LSx + η
[0058]其中，y表示接收信號矢量，X表示發(fā)送信號矢量，η表示高斯噪聲信號矢量。
[0059]服務(wù)區(qū)可以近似為圓形小區(qū)，假設(shè)小區(qū)半徑為R，用戶處于極坐標位置(P，α )時的概率密度函數(shù)為f(P，α)0
[0060]線性公路區(qū)可以根據(jù)天線端口的具體覆蓋范圍劃分成多段，每一段皆可近似為一線形小區(qū)，假設(shè)小區(qū)長度為Ltl(本發(fā)明中假設(shè)為1000米)，用戶處于位置X的概率密度函數(shù)為 f (X)。
[0061]通信系統(tǒng)的性能指標大致可以分為遍歷容量、中斷概率以及誤符號率等幾個方面，對系統(tǒng)中基站位置進行優(yōu)化布設(shè)時，不同的目標函數(shù)會導(dǎo)致不同的優(yōu)化布設(shè)方案。
[0062]本發(fā)明中以最大化小區(qū)系統(tǒng)平均遍歷容量為例，尋求最優(yōu)的基站天線端口布設(shè)方案。
[0063]下行鏈路中，點對點鏈路遍歷容量的計算表達式如下:
廣P ?.「_■ Γτ /5HhH
[0064]Cpomi = Eh j 1g2 det I ^ — j.
[0065]Cptjint是一個與用戶位置有關(guān)的函數(shù)，某一特定位置處的點對點鏈路遍歷容量并不能客觀反映系統(tǒng)平均遍歷容量，為此需要對用戶的位置進行統(tǒng)計平均。
[0066]線形公路內(nèi)系統(tǒng)平均遍歷容量表達式如下:
[0067]Cline=E{C_"} = \LJCpoiJ(x)dx
[0068]服務(wù)區(qū)內(nèi)系統(tǒng)平均遍歷容量表達式如下:
[0069]Ccrde=EjC^w } = d CpoMf(p, a ) pdpda
[0070]本發(fā)明將利用粒子群智能優(yōu)化算法(Particle Swarm Optimizat1n, PS0)來尋找實施例中近似為圓形小區(qū)的服務(wù)區(qū)和近似為線形小區(qū)的公路區(qū)，在這些混合小區(qū)中分別采用分布式多天線系統(tǒng)時天線端口的最優(yōu)布設(shè)問題。
[0071]PSO算法是一種模擬鳥群覓食的全局優(yōu)化算法，具有易理解、方便實現(xiàn)以及搜索能力強等優(yōu)勢，可以有效解決復(fù)雜優(yōu)化問題。圖5為PSO算法流程圖，圖中pbest、Gbest分別表示個體最優(yōu)解和全局最優(yōu)解。
[0072]PSO算法求解該混合小區(qū)天線端口位置優(yōu)化問題的具體步驟如下:
[0073]STEPl:初始化粒子群。假設(shè)搜索區(qū)域內(nèi)粒子的個數(shù)為M，那么需要初始化M個粒子的位置信息X1、速度信息Vi,以及初始的個體最優(yōu)解Pbesti, i e [I, M]。
[0074]STEP2:計算M個粒子的初始適應(yīng)度。根據(jù)系統(tǒng)平均遍歷容量的表達式，結(jié)合各個粒子的位置信息，計算適應(yīng)度Si,并找出適應(yīng)度最大的粒子，作為初始的全局最優(yōu)解Gbest。
[0075]STEP3:更新粒子的位置和速度。第i (I < i < M)個粒子的位置和速度可以按照下式進行更新:
i Vi =義ν, + HCO^pbestl - Xi) + CT(oAGbes1- χ,.)
[0076]\ ,,

[X/ = Xi ?- Vi
[0077]上式中，V’ 1、X’ i分別表示更新后的速度和位置，λ表示慣性系數(shù)，C1, C2表示學習因子，ωι、ω2表示取值在[0，1]區(qū)間內(nèi)的隨機數(shù)。更新完速度和位置之后，需要判斷該粒子是否還在搜索區(qū)域內(nèi)，若已經(jīng)超出了該區(qū)域，那么需要重新更新粒子，重復(fù)STEP3。
[0078]STEP4:更新第i個粒子的個體最優(yōu)解Pbesti以及群體的全局最優(yōu)解Gbest。
[0079]STEP5:重復(fù)STEP3?STEP4，直到滿足算法的收斂準則，輸出全局最優(yōu)解Gbest，即優(yōu)化問題的次優(yōu)解。
[0080]運用PSO算法求解服務(wù)區(qū)中天線端口布設(shè)優(yōu)化問題時，圖6為服務(wù)區(qū)中粒子群的初始位置。假設(shè)在服務(wù)區(qū)中布設(shè)5個天線端口，不失一般性，設(shè)共有50個粒子隨機分布在圓形小區(qū)的5個扇形區(qū)域內(nèi)；圖7表示粒子群經(jīng)過一定迭代次數(shù)后分別收斂于最優(yōu)解區(qū)域。
[0081]與圖6、圖7類似，圖8、圖9分別表示運用PSO算法求解線形公路小區(qū)中天線端口布設(shè)優(yōu)化問題時，在同樣假設(shè)線形小區(qū)中共布設(shè)5個分布式天線端口的條件下，粒子群初始位置以及經(jīng)過粒子群搜索算法所得的最優(yōu)解區(qū)域。
[0082]關(guān)于高速公路中的收費站區(qū)，鑒于其特殊工作結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提出采用90度扇形覆蓋定向天線技術(shù)以實現(xiàn)該區(qū)域覆蓋，其布設(shè)結(jié)構(gòu)見圖10所示。由于定向天線可以達到在某一個或者幾個特定方向上發(fā)射及接收電磁波特別強，而其他方向上電磁波很弱的目的，因此定向天線技術(shù)的應(yīng)用可以提高通信系統(tǒng)的通信利用率，降低對其他不需要覆蓋區(qū)域的信號干擾。收費站區(qū)是一個比較特殊的通信場景，車輛自進入站區(qū)直至駛離站區(qū)的過程均適合采用定向天線來實現(xiàn)該區(qū)域的信號覆蓋。
[0083]由上述本發(fā)明所提供的具體實施方案可以看出，本發(fā)明所提出的將分布式天線系統(tǒng)應(yīng)用于諸如具近似圓形和線形混合小區(qū)結(jié)構(gòu)的高速公路和高速鐵路等應(yīng)用場景，并采用粒子群智能優(yōu)化算法尋找該應(yīng)用場景下，分布式天線系統(tǒng)各天線端口的最優(yōu)位置分布問題，可以有效地獲得基站端口天線的理論最優(yōu)布設(shè)位置。該理論最優(yōu)分布將有助于提升系統(tǒng)整體通信性能，滿足小區(qū)高速率、高質(zhì)量通信業(yè)務(wù)需求。
[0084]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.適用于高速公路及高速鐵路環(huán)境的分布式天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于， 設(shè)服務(wù)區(qū)及車站區(qū)的圓形小區(qū)或者公路區(qū)及鐵路區(qū)的線形小區(qū)中有N個扇形區(qū)域或者線性區(qū)域，且Μ個粒子隨機分布在圓形小區(qū)或線形小區(qū)內(nèi)，采用粒子群智能優(yōu)化算法，獲得基站天線端口在不同區(qū)域內(nèi)的最優(yōu)位置； 所述粒子群智能優(yōu)化算法具體包括以下幾個步驟: STEP1:初始化粒子群，即搜索區(qū)域內(nèi)粒子的個數(shù)設(shè)為Μ，初始化Μ個粒子的位置信息X1、速度信息Vi以及初始的個體最優(yōu)解pbesti,其中，i e [1, Μ]； STEP2:計算Μ個粒子的初始適應(yīng)度，即根據(jù)系統(tǒng)平均遍歷容量表達式，結(jié)合各個粒子的位置信息Xi，計算適應(yīng)度Si;同時亦找出適應(yīng)度最大的粒子，作為初始的全局最優(yōu)解Gbest ； STEP3:更新粒子的位置信息和速度信息，即第i (1 < i < Μ)個粒子的位置和速度可以按照下式進行更新:
| V1-義ν,.+—.ν,) + C2(02((Jh('st — \ )
{Xi = Xi + Vi 上式中，V’ 1、X’ i分別表示更新后的速度信息和位置信息，λ表示慣性系數(shù)，Cl、c2表示學習因子，ωρ ω2表示取值在[0，1]區(qū)間內(nèi)的隨機數(shù)； 更新完速度信息和位置信息后，可通過上述計算公式所得的具體坐標來判斷該粒子是否還在之前所限定的圓形小區(qū)或線形小區(qū)內(nèi)，如果已經(jīng)超出了規(guī)定的搜索區(qū)域，則重新更新粒子，重復(fù)STEP3，否則轉(zhuǎn)向STEP4 ； STEP4:更新第i個粒子的個體最優(yōu)解pbesti以及整個群體的全局最優(yōu)解Gbest ；STEP5:重復(fù)STEP3?STEP4，直到滿足預(yù)先所設(shè)定的迭代次數(shù)門限，輸出全局最優(yōu)解Gbest，即粒子群經(jīng)過迭代運算后分別收斂于最優(yōu)解區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于高速公路及高速鐵路環(huán)境的分布式天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于， 高速公路中的收費站區(qū)，采用扇形覆蓋定向天線技術(shù)以實現(xiàn)該區(qū)域的信號覆蓋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于高速公路及高速鐵路環(huán)境的分布式天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于， STEP2中，服務(wù)區(qū)或車站區(qū)的圓形小區(qū)內(nèi)系統(tǒng)平均遍歷容量表達式如下:
Ccircle=E { CpoM } = ￡ ￡ Cpoint f(p,a)pdpda 所述公路區(qū)或鐵路區(qū)的線形小區(qū)內(nèi)系統(tǒng)平均遍歷容量表達式如下:
Cii?e=E {Cpoim} = |o￡o CpoiJ\x)dx 其中，E{.}表示求數(shù)學期望，Cp()int為小區(qū)下行鏈路點對點鏈路遍歷容量，R為小區(qū)半徑，f(P, α )為用戶處于極坐標位置(Ρ, α)時的概率密度函數(shù),L為線形小區(qū)長度,f(x)為用戶處于位置X的概率密度函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于高速公路及高速鐵路環(huán)境的分布式天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于， 所述點對點鏈路遍歷容量Cp()int的計算表達式如下:
? 「 f p\mH )11
Cpoint = EH j log2 det I h '~ r 其中，Eh{.}表示基于信道傳輸矩陣H對系統(tǒng)容量求數(shù)學期望，I表示單位矩陣，Pi為總發(fā)射功率，Η為下行鏈路信道傳輸矩陣，σ 2為加性高斯白噪聲功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于高速公路及高速鐵路環(huán)境的分布式天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于， 所述下行鏈路中信道傳輸矩陣Η為: 其中，R表示小尺度衰落矩陣，服從Nakagam1-m衰落；S表示陰影效應(yīng)，矩陣內(nèi)元素服從獨立同分布的零均值、相同方差對數(shù)正態(tài)分布；L表示路徑損耗，矩陣內(nèi)各元素的取值受用戶位置的影響，兩者之間的數(shù)量關(guān)系可表示如下:
L = diag (L1； L2,...，L” …，LN) 1 彡 i 彡 Ν/ \ α{ ?\
Li — —■
ν dij 其中，Ν表示基站天線端口的數(shù)目，即圓形小區(qū)或線形小區(qū)中扇形區(qū)域或線形區(qū)域的數(shù)目，屯表示用戶與第i個基站天線端口之間的距離，a為路徑衰落指數(shù)，D表示參考距離，L,表示用戶與第i個基站天線端口之間的路徑損耗。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于高速公路及高速鐵路環(huán)境的分布式天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于， 下行通信鏈路用戶端的接收信號矢量表達式為:
y = Hx + n = R^/LSx + η 其中，y表示接收信號矢量，X表示發(fā)送信號矢量，η表示高斯噪聲信號矢量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適用于高速公路及高速鐵路環(huán)境的分布式天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于， STEP2中，適應(yīng)度Si的計算方法如下: 為使圓形小區(qū)的平均遍歷容量或者線形小區(qū)的平均遍歷容量Cline達到最大，可采用復(fù)化Simpson積分公式對小區(qū)平均遍歷容量表達式進行近似，進而得到目標函數(shù)；再把初始化的粒子位置Xi代入目標函數(shù)，即可計算得到適應(yīng)度S”
【文檔編號】H04B7/06GK104270184SQ201410532689
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】李岳衡, 付明浩, 蔡俊, 王飛, 王莉, 羌佳林, 居美艷, 黃平 申請人:河海大學