[发明专利]多小区分布式MIMO系统基站侧天线端口位置优化方法

摘要

本发明公开了多小区分布式MIMO系统基站侧天线端口位置优化方法，包括以下步骤(1)设定多小区分布式MIMO系统的基本条件，建立多小区分布式MIMO系统复合信道模型，得出系统的小区结构和系统信号模型；(2)对多小区分布式MIMO系统中的中断概率进行数学分析，得出与小区半径和天线位置有关的系统中断概率及系统平均中断概率；(3)根据迭代搜索算法计算系统平均中断概率最小值，系统平均中断概率最小值所对应的系统天线位置便是多小区分布式MIMO系统天线端口的最优位置。本发明提高了多小区分布式MIMO系统的中断概率性能，实现端口天线的最优覆盖，有助于实现分布式天线系统的节能环保和减少布网的成本开销。

主权项

1.多小区分布式MIMO系统基站侧天线端口位置优化方法，其特征在于，包括以下几个步骤：(1)设定多小区分布式MIMO系统的基本条件，建立多小区分布式MIMO系统复合信道模型，得出多小区分布式MIMO系统的小区结构，并且得到系统在复合衰落影响下接收信号的分析模型；(2)对多小区分布式MIMO系统中的中断概率进行数学分析，得出与小区半径和天线位置有关的系统中断概率及系统平均中断概率；(3)根据迭代搜索算法计算系统平均中断概率最小值，系统平均中断概率最小值所对应的系统天线位置便是多小区分布式MIMO系统天线端口的最优位置；步骤(1)中，多小区分布式MIMO系统的基本条件设定方法如下：设在半径为R的小区中有7根分布式天线端口，其中一个分布式天线端口固定在0号小区中心，其他6根分布式天线端口均匀地分布在距0号小区中心距离为r的圆周上；步骤(1)中，在0号小区中移动用户的天线接收来自该小区中第j根分布式天线端口的信号，可以表示为： y 0 , j = E g 0 , j S 0 , j x 0 + E Σ i = 1 6 g i , j S i , j x i + z ]]>其中，为待检测的信号，为邻小区同频干扰信号，z表示移动台天线接收到的加性复高斯噪声，xi表示来自小区i的能量归一化信号，x0表示来自小区0的能量归一化信号，E为天线端口的通信功率，gi,j表示天线端口APi,j与移动台天线之间的小尺度衰落，Si,j表示天线端口APi,j与移动台天线之间的大尺度衰落，将其取对数后近似处理可得均值为μi,j，标准差为σi,j；Si,j服从对数正态分布，其概率密度函数服从其中，和分别为对数10lgSi,j的均值与标准差，ξ＝10/ln10，x为随机变量Si,j在实数轴上的取值；μi,j有如下表达式：μi,j＝10lg(d0/di,j)β,di,j>d0其中，d0为参考距离，β为路径损耗指数，di,j表示天线端口APi,j与移动台天线之间的距离，在极坐标下，该距离可表示为： d i , j = ρ 2 + ρ i , j 2 - 2 ρρ i , j c o s ( θ - θ i , j ) ]]>上式中，移动台的极坐标位置记为(ρ,θ)，天线端口APi,j的极坐标位置记为(ρi,j,θi,j)；步骤(2)中，对多小区分布式MIMO系统中的中断概率进行数学分析的方法如下：首先，要对多小区分布式MIMO系统的输出信干噪比进行分析：当0号小区中外围的6根分布式发射天线均匀分布在以r为半径的圆周上，根据中心极限定理，将邻近小区干扰加噪声建模为高斯噪声时，可得到信干噪比γ的累积分布函数为： F γ ( X , r , ρ , θ ) = Π j = 0 6 F γ j ( X , r , ρ , θ ) = Π j = 0 6 [ 1 - 1 2 e r f c ( 10 lg X - μ j ( r , ρ , θ ) 2 σ j ) ] ]]>其中，erfc为互补误差函数，上式中γj表示所在研究小区内移动台接收到所在小区天线端口为j的信干噪比，γ为多小区分布式MIMO最终输出的信干噪比，μj(r,ρ,θ)和σj分别代表在研究小区中当外围的6根分布式发射天线分布在以r为半径的圆周上时，10lgγj的均值和标准差，且都以dB为单位，通过近似处理μj(r,ρ,θ)是关于r和移动台位置(ρ,θ)的表达式，μj(r,ρ,θ)可由μi,j中i取0计算得到，为描述方便起见，省略下标0而为μj(r,ρ,θ)；X为随机变量γ在实轴上的取值；在特定的多小区环境下，当天线端口位置发生变化时，均值μj(r,ρ,θ)将要发生相应的改变，而标准差σj则不发生变化，Fγ表示对信干噪比γ求分布函数；然后，通过上式能表征多小区分布式MIMO系统中移动台接收信号信干噪比γ的累积分布函数，进一步可以得到多小区分布式MIMO系统中断概率，中断概率即为当信干噪比γ低于某一即定信干噪比门限值γth的概率，多小区分布式MIMO系统中断概率表达式为：步骤(2)中，多小区分布式MIMO系统的平均中断概率的计算方法如下：将小区内移动台分布函数记作f(ρ,θ)，则多小区分布式MIMO系统平均中断概率为： P ‾ o u t ( r ) = E ρ , θ [ P o u t ( r , ρ , θ ) ] = ∫ 0 2 π ∫ 0 R P o u t ( r , ρ , θ ) f ( ρ , θ ) ρ d ρ d θ ]]>上式中(ρ,θ)表示在极坐标下小区中移动台的坐标，R是小区半径，当0号小区中外围的6根分布式发射天线均匀分布在以r为半径的圆周上时，Eρ,θ[o]表示对变量ρ和θ求数学期望运算；步骤(3)中，根据迭代搜索算法计算系统平均中断概率最小值，得到多小区分布式MIMO系统天线端口的最优位置的方法如下：A对多小区参数进行初始化，包括确定小区的半径、复合衰落信道模型，复合衰落信道模型分别包括含有路径损耗和阴影衰落的大尺度衰落模型和含有服从Nakagami分布的小尺度衰落模型；设0号小区内天线端口AP0,j(j＝1,2,3,......,6)分布在半径为r的圆周上且呈均匀分布，并将在设定迭代步长为s的条件下，得到在半径为R的0号小区内取不同r时所对应的天线分布圆周，天线分布圆周所处的圆周半径的集合记为Ω＝{r1,r2,r3,.....,rN}，其中rl(l＝1,2,3......,N)表示外围6根分布式发射天线所在的第l个圆周的半径，N为最大圆周半径的序号；B设定小区平均中断概率初始值为0，设定迭代次数初始值m＝1；C当迭代次数m<N，符合循环条件时，一直执行下面的循环体；D循环体内容是：根据μi,j＝10lg(d0/di,j)β和计算小区0内在半径为rm的圆周上，第j(j＝1,2,......,6)根分布式发射天线的路径损耗μj(r,ρ,θ)，μj(r,ρ,θ)可由μi,j中i取0计算得到；其次，根据平均中断概率公式计算出该点的并在计算机仿真程序中进一步执行运算的中断概率修正，然后再对迭代次数指针执行增量操作m＝m+1，再返回C步骤，当达到迭代次数最大值N时，终止系统的平均中断概率的计算，得到相应位置的平均中断概率；E确定最优天线位置：比较取其中最小的平均中断概率值最小的平均中断概率值所对应的r的天线位置，便是多小区分布式MIMO系统天线端口的最优位置。