[发明专利]一种全维度天线异构网微基站部署方法

说明书

技术领域

本发明属于移动通信领域，尤其涉及一种全维度天线异构网微基站部署方法。

背景技术

大规模天线作为第五代移动通信的关键技术，能够有效提高频谱利用率；同时异构网能够提高系统的覆盖范围，并且可以提高整个网络的吞吐量。故异构网络中宏基站和微基站均配置大规模天线，以提高系统的传输速率。大规模天线在部署中，受尺寸限制，一般采用矩形天线阵列，称之为全维度天线阵列；全维度天线阵列除了可以调节水平维度外，还能够调节垂直维度角度，从而消除微蜂窝之间信号的干扰，提高系统的容量。

异构蜂窝网络中部署全维度天线可以动态调整用户信号垂直到达方向(DOAs,Direction of Arrivals)，增加垂直维度的空间自由度，从而有利于波束对准异构网络中的用户。然而，正是增加了垂直维度的空间自由度，也为窃听用户得到合法信息提供了方便，从而影响异构网络的物理层安全性能。若微基站部署密度过大，则会带来更多被窃听的风险，而密度过小，则会导致整个异构网络的吞吐量下降，影响用户的服务质量。因此研究全维度天线异构网络的基站部署问题，以提高整个网络的物理层安全性能是十分必要的。

配置多天线的无线系统中，主要通过波束成形算法、发送人工噪声以及天线选择算法等技术来优化物理层安全性能；配置多天线的异构网采用随机几何的方法，分析异构网络的能效问题以及吞吐量问题，通过基站休眠等手段，提高系统的能效和中断容量；相关研究采用随机几何的分析方法，分析了无线传感器网络的物理层安全性能，通过增加接入点的个数提高系统的平均安全速率。然而在以上的研究中，均未考虑配置全维度天线异构网络的安全性能问题。

发明内容

为了提高配置全维度多天线的异构蜂窝网络物理层安全性能，本发明公开了一种提高微基站用户物理层安全连接概率的微基站部署方法。

本发明实施例提供了如下技术方案：

一种全维度天线异构网络微基站部署方法，包括如下步骤：

步骤A，计算宏基站的分布密度λ_m，并建模为泊松点过程分布；

步骤B，计算宏基站和微基站的波束成形矩阵；

步骤C，估计窃听者的分布密度λ_e，并建模为泊松点过程分布；

步骤D，计算微基站合法用户的物理层安全最大互信息；

步骤E，计算微基站合法用户的物理层安全连接概率，并确定微基站分布密度与宏基站分布密度比，最终确定微基站分布。

其中，步骤A具体包括：

A1，异构网规划范围内，统计宏基站的数目，并根据异构网覆盖的面积，计算宏基站的分布密度λ_m；

A2，根据宏基站的分布密度λ_m，构建宏基站的分布函数，其符合独立泊松点分布。

其中，步骤B具体包括：

B1，将全维度天线的三维信道分解为其中R_V,k和R_H,k分别为垂直维度信道和水平维度信道相关矩阵；

B2，对相关矩阵R_V,k和R_H,k进行分解，得到其中和对角元素由奇异值组成，U_H,k和U_V,k是酉矩阵；

B3，当M＞＞1,N＞＞1，则采用离散傅里叶变换均值近似，则分解为和其中和

B4，计算最优波束成形矩阵为

其中，步骤C具体包括：

C1，根据历史时间数据，估计异构网的窃听者的分布密度λ_e；

C2，根据窃听者的分布密度λ_e，构建宏基站的分布函数，其符合独立泊松点分布。

其中，步骤D具体包括：

D1，计算合法用户的最大互信息

D2，计算窃听用户能够接收到的传输信息为

D3，计算物理层安全最大互信息

其中，步骤E具体包括：

E1，定义用户物理层安全连接概率，其为Pr(R_s＞δ)＝Ρ{R_m-R_e＞δ}，其中安全传输速率门限值为δ(δ≥0)；

E2，计算R_e的均值，其计算方法为

其中α为信道衰减系数；

E3，计算Ρr{SINR_m＞β}，其中

E4，计算用户物理层安全连接概率为