多小區(qū)分布式mimo系統(tǒng)基站側(cè)天線端口位置優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于系統(tǒng)中斷概率為優(yōu)化目標(biāo)的多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)基站側(cè)天線 端口位置優(yōu)化方法，以用于實現(xiàn)多小區(qū)環(huán)境中分布式MM0系統(tǒng)基站側(cè)天線端口的上層網(wǎng) 絡(luò)規(guī)劃及位置優(yōu)化設(shè)計，屬于現(xiàn)代無線通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著近年來低能耗綠色移動通信技術(shù)的提出和大力倡導(dǎo)，分布式MIM0系統(tǒng)逐漸 引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。分布式MIM0系統(tǒng)由于拉近了移動臺與小區(qū)內(nèi)接入天線端 口之間的平均接入距離，可大幅度降低系統(tǒng)發(fā)射功率、改善通信穩(wěn)定性、提升系統(tǒng)容量等； 相比于傳統(tǒng)集中式MM0系統(tǒng)，這些突出的眾多優(yōu)勢使其成為第五代移動通信系統(tǒng)的熱門 候選技術(shù)之一。
[0003] 在分布式MIM0系統(tǒng)中，相鄰的多個小區(qū)一般采取頻率復(fù)用技術(shù)以提高系統(tǒng)的頻 譜效率，顯然這種網(wǎng)絡(luò)頻譜規(guī)劃造成多小區(qū)間的同頻干擾十分嚴重，因此在優(yōu)化天線位置 的過程中需考慮多小區(qū)環(huán)境，引入同頻干擾的影響。
[0004] 目前，針對分布式MM0系統(tǒng)天線位置優(yōu)化的研究已經(jīng)從線型單小區(qū)擴展到了平 面單小區(qū)，進而擴展到多小區(qū)考慮鄰區(qū)干擾的復(fù)雜環(huán)境。對于多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)中 的最優(yōu)天線端口位置分布問題，在已有的研究中，主要基于系統(tǒng)平均容量來進行天線端口 最優(yōu)位置的設(shè)計以提高系統(tǒng)性能；不過中斷概率作為反映用戶會話接入性能的另一重要指 標(biāo)，亦有著非常重要的實用價值和研究意義，但由于中斷概率理論研究的復(fù)雜性，目前的研 究主要還是側(cè)重在中斷概率的理論分析方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)基站 側(cè)天線端口位置優(yōu)化方法，通過對多小區(qū)環(huán)境下天線布設(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)明的多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)基站側(cè)天線端口位置優(yōu)化方法，包括以下幾個 步驟：
[0008] (1)設(shè)定多小區(qū)分布式MM0系統(tǒng)的基本條件，建立（利用已知的數(shù)學(xué)近似手段） 多小區(qū)分布式MM0系統(tǒng)復(fù)合信道模型，得出多小區(qū)分布式MM0系統(tǒng)的小區(qū)結(jié)構(gòu)（為以多 個小區(qū)形成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)為研究對象），并且得到系統(tǒng)在復(fù)合衰落影響下接收信號的分析 模型；
[0009] (2)對多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)中的中斷概率進行數(shù)學(xué)分析，得出與小區(qū)半徑和天 線位置有關(guān)的系統(tǒng)中斷概率及系統(tǒng)平均中斷概率；
[0010] (3)根據(jù)迭代搜索算法計算系統(tǒng)平均中斷概率最小值，系統(tǒng)平均中斷概率最小值 所對應(yīng)的系統(tǒng)天線位置便是多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)天線端口的最優(yōu)位置。
[0011] 步驟（1)中，多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)的基本條件設(shè)定方法如下：
[0012] 設(shè)在半徑為R的小區(qū)中有7根分布式天線端口，其中一個分布式天線端口固定在 該0號小區(qū)中心，其他6根分布式天線端口均勻地分布在距0號小區(qū)中心距離為r的圓周 上。
[0013] 步驟⑴中，在0號小區(qū)中移動用戶的天線接收來自該小區(qū)中第j根分布式天線 端口的信號，可以表不為：
[0014]
【主權(quán)項】
1. 多小區(qū)分布式MIMO系統(tǒng)基站側(cè)天線端口位置優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下幾個 步驟： (1) 設(shè)定多小區(qū)分布式MM0系統(tǒng)的基本條件，建立多小區(qū)分布式MM0系統(tǒng)復(fù)合信道模 型，得出多小區(qū)分布式MM0系統(tǒng)的小區(qū)結(jié)構(gòu)，并且得到系統(tǒng)在復(fù)合衰落影響下接收信號的 分析模型； (2) 對多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)中的中斷概率進行數(shù)學(xué)分析，得出與小區(qū)半徑和天線位 置有關(guān)的系統(tǒng)中斷概率及系統(tǒng)平均中斷概率； (3) 根據(jù)迭代搜索算法計算系統(tǒng)平均中斷概率最小值，系統(tǒng)平均中斷概率最小值所對 應(yīng)的系統(tǒng)天線位置便是多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)天線端口的最優(yōu)位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)基站側(cè)天線端口位置優(yōu)化方法，其特 征在于， 步驟（1)中，多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)的基本條件設(shè)定方法如下： 設(shè)在半徑為R的小區(qū)中有7根分布式天線端口，其中一個分布式天線端口固定在該0 號小區(qū)中心，其他6根分布式天線端口均勻地分布在距0號小區(qū)中心距離為r的圓周上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)基站側(cè)天線端口位置優(yōu)化方法，其特 征在于， 步驟⑴中，在0號小區(qū)中移動用戶的天線接收來自該小區(qū)中第j根分布式天線端口 的信號，可以表不為：
其中，第一項為待檢測的信號，第二項為鄰小區(qū)同頻干擾信號，z表示移動臺天線接 收到的加性復(fù)高斯噪聲，Xi表示來自小區(qū)i的能量歸一化信號，表示來自小區(qū)〇的能 量歸一化信號，E為天線端口的通信功率，gu表示天線端口APu與移動臺天線之間的 小尺度衰落，Su表示天線端口APu與移動臺天線之間的大尺度衰落，將其取對數(shù)后近 似處理可得均值為Uu，標(biāo)準(zhǔn)差為服從對數(shù)正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)服從
其中，和々分別為對數(shù)的均值與標(biāo)準(zhǔn)差，€ = 10/lnl0 ； Ui;j有如下表達式： U i；J= 101g(d〇/di；J) edi；J> d〇 其中，屯為參考距離，@為路徑損耗指數(shù)，di;j表示天線端口APi;j與移動臺天線之間的 距離，在極坐標(biāo)下，該距離可表示為：
上式中，移動臺的極坐標(biāo)位置記為（P，9)，天線端口APi;j的極坐標(biāo)位置記為 (Pi，j，9i，j)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多小區(qū)分布式MMO系統(tǒng)基站側(cè)天線端口位置優(yōu)化方法，其特 征在于， 步驟（2)中，對多小區(qū)分布式MIMO系統(tǒng)中的中斷概率進行數(shù)學(xué)分析的方法如下： 首先，要對多小區(qū)分布式MM0系統(tǒng)的輸出信干噪比進行分析：當(dāng)0號小區(qū)中外圍的6 根分布式發(fā)射天線均勻分布在以r為半徑的圓周上，根據(jù)中心極限定理，將鄰近小區(qū)干擾 加噪聲建模為高斯噪聲時，可得到信干噪比Y的累積分布函數(shù)為：
其中，erfc為互補誤差函數(shù)，上式中L表示所在研究小區(qū)內(nèi)移動臺接收到所在小區(qū) 天線端口為j的信干噪比，Y為多小區(qū)分布式MM0最終輸出的信干噪比，iij(r,P，0 )和 〇j分別代表在研究小區(qū)中當(dāng)外圍的6根分布式發(fā)射天線分布在以r為半徑的圓周上時， lOlgYj的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，且都以dB為單位,通過近似處理iij(r,P, 0)是關(guān)于r和移動 臺位置（P，9)的表達式，y」(r，P，0)可由 '」中i取0計算得到，為描述方便起見， 省略下標(biāo)0而為P，0);在特定的多小區(qū)環(huán)境下，當(dāng)天線端口位置發(fā)生變化時，均值 Uj(r，P，0)將要發(fā)生相應(yīng)的改變，而標(biāo)準(zhǔn)差則不發(fā)生變化，X表示對信干噪比Y求分 布函數(shù)； 然后，通過上式能表征多小區(qū)分布式MM0系統(tǒng)中移動臺接收信號信干噪比Y的累積 分布函數(shù)，進一步可以得到多小區(qū)分布式MM0系統(tǒng)中斷概率，中斷概率即為當(dāng)信干噪比Y 低于某一即定信干噪比門限值Yth的概率，多小區(qū)分布式MM0系統(tǒng)中斷概率表達式為：
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)基站側(cè)天線端口位置優(yōu)化方法，其特 征在于， 步驟（2)中，多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)的平均中斷概率的計算方法如下： 將小區(qū)內(nèi)移動臺分布函數(shù)記作f(p，0)，則多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)平均中斷概率為：
上式中（P，0)表示在極坐標(biāo)下小區(qū)中移動臺的坐標(biāo)，R是小區(qū)半徑，當(dāng)0號小區(qū)中外 圍的6根分布式發(fā)射天線均勻分布在以r為半徑的圓周上時，Ep，e [ 〇 ]表示對變量P和 9求數(shù)學(xué)期望運算。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多小區(qū)分布式MM0系統(tǒng)基站側(cè)天線端口位置優(yōu)化方法，其特 征在于， 步驟（3)中，根據(jù)迭代搜索算法計算系統(tǒng)平均中斷概率最小值，得到多小區(qū)分布式MIM0系統(tǒng)天線端口的最優(yōu)位置的方法如下： A對多小區(qū)參數(shù)進行初始化，包括確定小區(qū)的半徑、復(fù)合衰落信道模型，復(fù)合衰落信道 模型分別包括含有路徑損耗和陰影衰落的大尺度衰落模型和含有服從Nakagami分布的小 尺度衰落模型；設(shè)〇號小區(qū)內(nèi)天線端口APaj(j= 1，2, 3,......，6)在半徑為r的圓周上呈 均勻分布；在設(shè)定迭代步長為s的條件下，得到在半徑為R的0號小區(qū)內(nèi)取不同r時所對應(yīng) 的天線分布圓周的集合為Q={rpr2,r3,.....,rN},rm(m= 1, 2, 3......,N)表示當(dāng)外圍 6根分布式發(fā)射天線均勻分布在以rm為半徑的圓周上； B設(shè)定小區(qū)平均中斷概率初始值為0,設(shè)定迭代次數(shù)初始值m= 1 ;
C當(dāng)?shù)螖?shù)m<N，N為設(shè)定的最大迭代次數(shù)門限值，符合循環(huán)條件時，一直執(zhí)行下面 的循環(huán)體； D循環(huán)體內(nèi)容是：根據(jù)Ui，j=lOlgd/d^)0和 計算小區(qū)〇內(nèi)在半徑為的圓周上，第j(j= 1，2,......，6)根分布式發(fā)射天線的路徑損 耗h(r，p，0 )，h(r，p，0 )可由iiu中i取0計算得到；其次根據(jù)平均中斷概率公式 I,〇)，計算出該點的并在計算機仿真程序中進一步執(zhí)行運算=|I, -|的中斷 概率修正，然后再對迭代次數(shù)指針執(zhí)行增量操作m=m+1，再返回C步驟，當(dāng)達到迭代次數(shù)最 大值時，終止系統(tǒng)的平均中斷概率的計算，得到相應(yīng)位置的平均中斷概率； E確定最優(yōu)天線位置：比較取其中最小的平均中斷概率值最小的平均中斷 概率值所對應(yīng)的r的天線位置，便是多小區(qū)分布式MMO系統(tǒng)天線端口的最優(yōu)位置。
【專利摘要】本發(fā)明公開了多小區(qū)分布式MIMO系統(tǒng)基站側(cè)天線端口位置優(yōu)化方法，包括以下步驟(1)設(shè)定多小區(qū)分布式MIMO系統(tǒng)的基本條件，建立多小區(qū)分布式MIMO系統(tǒng)復(fù)合信道模型，得出系統(tǒng)的小區(qū)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)信號模型；(2)對多小區(qū)分布式MIMO系統(tǒng)中的中斷概率進行數(shù)學(xué)分析，得出與小區(qū)半徑和天線位置有關(guān)的系統(tǒng)中斷概率及系統(tǒng)平均中斷概率；(3)根據(jù)迭代搜索算法計算系統(tǒng)平均中斷概率最小值，系統(tǒng)平均中斷概率最小值所對應(yīng)的系統(tǒng)天線位置便是多小區(qū)分布式MIMO系統(tǒng)天線端口的最優(yōu)位置。本發(fā)明提高了多小區(qū)分布式MIMO系統(tǒng)的中斷概率性能，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。
【IPC分類】H04B7-04
【公開號】CN104617997
【申請?zhí)枴緾N201510012729
【發(fā)明人】李岳衡, 付明浩, 付高原, 薛團結(jié), 賈林虎, 汪成, 施雪, 王飛, 居美艷, 黃平
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月9日