專利名稱：廣義分布式mimo系統(tǒng)中基站最優(yōu)擺放位置的選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于廣義分布式MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中基站擺放位置的選擇方法，屬于無線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著手機(jī)等移動通信技術(shù)設(shè)備的普及，用戶需求不斷提高，通訊網(wǎng)絡(luò)需要能夠提供更快的數(shù)據(jù)傳輸速率，更穩(wěn)定的語音、數(shù)據(jù)服務(wù)以及多樣化的服務(wù)等。MIMO技術(shù)可以有效的提高系統(tǒng)容量和頻譜利用效率，成為當(dāng)前移動通信研究的熱點(diǎn)，目前已經(jīng)在LTE(Long Term Evolution)、IEEE 802. 11系列標(biāo)準(zhǔn)中采用。MIMO技術(shù)在點(diǎn)對點(diǎn)鏈路方面的研究已經(jīng)比較成熟，但是在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和無線資源管理方面還比較薄弱。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃上，天線的布置主要有兩種方式集中式或分布式，二者在覆蓋性能、信道容量性能和功率使用效率性能方面存在差異。目前，對分布式MMO系統(tǒng)的研究主要集中在信道容量方面，在天線的最優(yōu)放置問題上尚處在起步階段。在實際環(huán)境當(dāng)中，天線的放置受限于地理條件、通話業(yè)務(wù)分布等因素，不同的分布情況對系統(tǒng)的整體性能會產(chǎn)生很大的影響。廣義的分布式MIM0,也稱為 GDAS (Generalized Distributed Antenna System)。在GDAS中，小區(qū)基站可以連接多個AP (Antenna Port，有時也稱為RRU，即Remote RadioUnit)，這些AP分布式的擺放在小區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)，通過光纖或者同軸電纜與基站處理器相連。不同的AP擺放方案極大影響系統(tǒng)的覆蓋性能。參考文獻(xiàn)“W. Choi and J. Andrews,Downlink performance and capacity of distributed antenna systems in a multicellenvironment, IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 6, pp.69-73，2007，，(多小區(qū)分布式天線系統(tǒng)的下行性能和容量研究)和“J. Zhang and J. Andrews, DistributedAntenna Systems with Randomness, IEEE Transactions on Wireless Communications,vol. 7, pp. 3636-3646,2008”(隨機(jī)性對分布式天線系統(tǒng)的影響)的研究結(jié)果表明，相對于集中式的AP擺放方案(AP集中擺放在小區(qū)的中心)，分布式的擺放方案可以極大地提高小區(qū)覆蓋性能。參考文獻(xiàn) “Y. Shen, et al. , Optimal antenna location for STBC-0FDMdownlink with distributed transmit antennas in linear cells,IEEE CommunicationsLetters, vol. 11, pp. 387-389，2007”(線形小區(qū)分布式天線系統(tǒng)下行鏈路采用STBC-0FDM時的最優(yōu)天線擺放位置研究)研究了線性小區(qū)下最優(yōu)的天線擺放位置，參考文獻(xiàn)“X. Wang, etal. , Antenna location design for generalized distributed antenna systems, IEEECommunications Letters, vol. 13，pp. 315-317, 2009”(廣義分布式天線系統(tǒng)中的天線位置設(shè)計)和 “Y. Qian, et al. , Antenna Location Design for Distributed antennaSystems with Selective Transmission, International Conference on WirelessCommunications&Signal Processing, 2009”(采用選擇傳輸方式的分布式天線系統(tǒng)中的天線位置設(shè)計)研究了圓形小區(qū)的場景，并提出了基于最大化下行鏈路小區(qū)平均遍歷容量的天線擺放方法。參考文獻(xiàn)“C. Zhang, et al. , Optimal Locations of Remote Radio Unitsin CoMP Systems for Energy Efficiency, in 2010 IEEE 72nd Vehicular TechnologyConference - Fall, 2010” (CoMP系統(tǒng)下優(yōu)化能量效率的遠(yuǎn)端射頻單元擺放位置設(shè)計)研究了圓形小區(qū)下，基于優(yōu)化功率效率的天線擺放方案，并得到了與X. Wang和Y. Qian相同的結(jié)論。目前，前人的工作主要集中在特定的小區(qū)類型下，以小區(qū)平均遍歷容量、中斷概率和功率效率等位指標(biāo)，優(yōu)化天線的擺放位置。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對GDAS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中AP的擺放方案問題，本發(fā)明提出一種廣義分布式MIMO系統(tǒng)中基站最優(yōu)擺放位置的選擇方法，該方法簡單可 行，適應(yīng)于GDAS的AP擺放位置搜索算法，能夠解決任意凸的小區(qū)覆蓋范圍、以上行鏈路平均遍歷容量為優(yōu)化指標(biāo)給出任意用戶分布下的AP最優(yōu)擺放問題。技術(shù)方案一種廣義分布式MMO系統(tǒng)中基站最優(yōu)擺放位置的選擇方法，設(shè)小區(qū)的規(guī)劃覆蓋范圍為S，S為二維平面上的一個連通的凸集。設(shè)S上用戶位置坐標(biāo)(x，y)滿足一定概率分布P(x,y)。該MMO系統(tǒng)中AP的個數(shù)為K,其位置坐標(biāo)分別為(xk,yk),k= I,…，K0下面介紹本方案中采用的路徑損耗分析模型。設(shè)收、發(fā)信機(jī)間距離為d (m)，則其間路勁損耗為L (d) = Ccfa其中Cf = dQa / {Ando / A) d0通常取20m，入為載波波長，a為路徑損耗因子，通
常取值為2.0到5.0，需要根據(jù)小區(qū)的實際覆蓋環(huán)境(如城市、郊區(qū)等)確定。位于(x，y)處的用戶到K個AP的路徑損耗可以分別表示為Li = C[ (xi-x)2+(yi-y)2+h2]_a/2, i = I, ...,K其中h表示AP天線距離地面的高度，通常在5-20m (市區(qū))。該方案的實施主要包含以下三個步驟第一步生成用戶位置。根據(jù)S上用戶位置滿足的概率分布p (x，y)，生成N個用戶的位置坐標(biāo)，設(shè)這些位置的集合為U。用戶個數(shù)N需要足夠大，以體現(xiàn)用戶的位置分布特征，建議平均用戶密度不小于0. 01/m2 ；第二步生成AP擺放的初始位置P其中元素下標(biāo)k表示
，
第k個AP的X坐標(biāo)或者y坐標(biāo)，k = I,…，K ; ( )T表示矩陣或者向量的轉(zhuǎn)置；第三步對1(°)進(jìn)行局部搜索，搜索最優(yōu)AP擺放位置P = af )，y{*\ …,X(K)
o下面對算法的第二、三步進(jìn)行詳細(xì)的介紹。在以上AP擺放位置搜索算法中，第二步采用的具體方法如下①任意給定AP的起始位置矢量1(°)，對1(°)進(jìn)行排序操作1(°) =TI (1(°))，該排序操作將I(0)中的K個坐標(biāo)，首先按照X坐標(biāo)從小到大排序，若X坐標(biāo)相同，則按照y坐標(biāo)從小到大排序。設(shè)定算法收斂判決條件e = 1(T2。定義AP擺放位置矢量I = [x1； y1； xK,yK]T和 I' = [x' 1； Y1 1； ...,X1 K, J1 K]T之間的距離為
權(quán)利要求
1.一種廣義分布式MIMO系統(tǒng)中基站最優(yōu)擺放位置的選擇方法，其特征在于，包含以下步驟 步驟I :根據(jù)輸入的用戶分布特征，生成N個用戶位置坐標(biāo)，設(shè)這些坐標(biāo)集合為U ； 步驟2 :利用所述步驟I中生成的用戶位置坐標(biāo)，迭代搜索K個基站的初始擺放位置；步驟3 :利用所述步驟2中獲得的基站初始擺放位置，以容量為優(yōu)化目標(biāo)，迭代搜索最優(yōu)的擺放位置。
2.如權(quán)利要求I所述的廣義分布式MIMO系統(tǒng)中基站最優(yōu)擺放位置的選擇方法，其特征在于所述步驟2中使用用戶位置坐標(biāo)，搜索較優(yōu)的初始擺放位置，具體步驟包括 步驟201，任意給定AP的起始位置矢量1(°)，對1(°)進(jìn)行排序操作1(°) =TI (1(°))，該排序操作將1(°)中的K個坐標(biāo)，首先按照X坐標(biāo)從小到大排序，若X坐標(biāo)相同，則按照y坐標(biāo)從小到大排序；設(shè)定算法收斂判決條件e = 10_2;定義AP擺放位置矢量I = [X1, Y1,…，xK, yK]T (其中Xi和Ji分別表示第i個AP的位置坐標(biāo)，( )T表示矢量或者矩陣的轉(zhuǎn)置)和I' = [x' 1； y' 1； ...,X1 K, J1 Jt 之間的距離為 步驟202，將集合U中的N個用戶位置坐標(biāo)分成K組，分別記為G1, -,Gk； 分組方法為對每個用戶的位置坐標(biāo)(x，y)，計算其到K個AP的距離dk =」(.4m-xf+(y(k0)-yf ^k= I,…，K ;令與用戶距離最近的AP的序號k* = arg并將該用戶的位置坐標(biāo)分到第k*組用戶位置坐標(biāo)的集合.JI 步驟203,更新K個AP的位置矢量,記為I' = [X'1； ...,X' K,y' K]T，計算方法如下， 1 = X] x,卜料，k=l，…，K ^ = — E y, I ^rk ( : ) 其中I Gk I表示Gk中元素的個數(shù)；將第k個AP的新位置看作Gk中所有用戶的位置的平均值； 步驟 204，令 I' =Ti (r )，計算 iii(°)-r Ii2;若 Ii i(°)-r ||2<e，則算法收斂，且AP的初始擺放位置矢量為1(°) = r ;否則令1(°) = I'，重新執(zhí)行步驟202到204。
3.如權(quán)利要求I所述的廣義分布式MIMO系統(tǒng)中基站最優(yōu)擺放位置的選擇方法，其特征在于步驟3中，利用步驟2搜索的初始擺放位置進(jìn)行局部最優(yōu)搜索，其每次迭代的具體步驟如下，其中 則=E ln—x)2 + 鉍—y,f +h2]a/2 Y 和 c 為輸入?yún)?shù)，需 u (^ I iV； ,要根據(jù)實際小區(qū)覆蓋條件確定。h為天線擺放的垂直高度，a為路徑損耗因子，令f(l)為 iT優(yōu)化指標(biāo)，其梯度為A/fc(0=^ o步驟 301，令 l(n) = I(n_1)，a = 0.5，b = 0.5，t= I; 步驟302，對于k = 1，…，K，執(zhí)行如下操作， a)令 )=產(chǎn))+[口胸Omxn表示M行、N列的全0矩陣； L b)若/(f))< f(lin)) + at[Afk(l)f (Al)貝 1J|W = f)否則令 t 一 bt，重新執(zhí)行步驟 a)； 9O計算Il I(M)-Iw Il 2，若IlI2^ e，則停止迭代，1W = l(n);否則重新執(zhí)行步驟 302。
全文摘要
本發(fā)明公開一種廣義分布式MIMO系統(tǒng)中基站最優(yōu)擺放位置的選擇方法，首先，根據(jù)輸入的用戶分布特征，生成若干個用戶位置坐標(biāo)；然后，利用用戶位置坐標(biāo)，迭代搜索基站的初始擺放位置；最后，利用基站初始擺放位置，以容量為優(yōu)化目標(biāo)，迭代搜索最優(yōu)的擺放位置。本發(fā)明能夠解決任意凸的小區(qū)覆蓋范圍、任意用戶分布下的基站最優(yōu)擺放問題，可以應(yīng)用于小區(qū)覆蓋范圍為二維平面上的任意聯(lián)通凸集的場景，快速收斂到最優(yōu)AP擺放位置，方案以優(yōu)化小區(qū)的平均遍歷容量為目標(biāo)，有效地提高小區(qū)平均吞吐量。
文檔編號H04W16/18GK102761882SQ20121026071
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者張文策, 陳明 申請人:東南大學(xué)