CN102075223B - 一种分布式天线系统的发射天线位置布局的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布式天线系统的发射天线位置布局的方法，包括：确定基站系统部署分布式天线区域的结构，并提供分布式天线资源；获取影响分布式天线区域信道质量的参数，并选定发射天线位置布局准则，由此确定位置布局准则与影响分布式天线区域信道质量的参数的关系；根据移动终端在小区内的位置分布，通过计算使位置布局准则下的目标最优化，从而获得所对应的发射天线位置布局方案。本发明通过合理地布局发射天线的位置，能够达到提高小区平均遍历容量及减小小区平均误码率的目的。

Description

一种分布式天线系统的发射天线位置布局的方法

技术领域

本发明涉及通信基站系统发射天线布局技术，尤其涉及基站的分布式天线系统的发射天线位置布局方法。

背景技术

分布天线系统(DAS，Distributed Antenna System)的概念最早于1987年由Saleh等人提出，用于解决室内无线通信的覆盖问题。分布式天线系统作为下一代移动通信系统的主流方案，正受到越来越多的关注。分布式天线系统具有如下优点：

(1)在分布式天线系统中，由于基站天线分布于小区的不同地理位置，不同的基站天线的信号到移动终端可能会经历不同的阴影衰落，因此可利用宏分集改善链路性能；

(2)天线的分布式结构增加了通信链路间的独立性，有利于提高系统容量；

(3)天线结构从集中模式改为分布式，可有效地均匀化下行发送功率并缩短移动终端到基站天线的接入距离，降低了对移动终端发射功率的要求，从而减小上行发送功率，降低对人体的电磁辐射；

(4)分布式天线系统可以采用大量成本低、体积小、射频功率低的远程天线单元，系统部署由此变得简单而且容易进行集中升级，使网络规划周期缩短；

(5)中心处理器和分布式发射天线之间可使用光纤等低损耗、高带宽的传输媒介，从而加强天线布置的延伸性和灵活性。

分布式天线系统的架构如图1所示，主要包括移动终端天线1、移动终端2、基站天线3、传输媒质4以及基站系统的中心信号处理器5。其中，移动终端2和中心信号处理器5分别连接有多个移动终端天线1和多个基站天线3，中心信号处理器5用于实现数字信号处理和空时处理等功能。

该分布式天线系统的特点是基站天线3不再集中在一处，而是分布在小区中不同的地理位置；分布在不同地点的天线由传输媒质4与一个中心信号处理器5相连，如图2所示。

怎样合理地布置基站天线3，从而提高系统容量及改善覆盖质量，已成为分布式天线系统设计中所面临的关键问题。

目前，国内外涉及这方面的研究还非常少。已有的研究主要集中在蜂窝小区天线位置布局技术、室内无线通信系统的天线位置布局技术和特殊场景的天线位置布局技术。但这些方法具有下述局限性：

1)这些方法仅在覆盖范围(以能量衰减界定)、邻信道干扰方面考虑了基站天线的布局对蜂窝小区性能的影响，都只考虑到能量层面，而没有考虑到具体的信道容量及误码率等信号层面上；

2)这些方法考虑的蜂窝小区都只由一根天线进行覆盖；这不符合下一代移动通信系统将采用分布式天线技术的发展要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种分布式天线系统的发射天线位置布局方法，能够提高系统容量及改善覆盖质量。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种分布式天线系统的发射天线位置布局的方法，包括：

确定基站系统部署分布式天线区域的结构，并提供分布式天线资源；

获取影响分布式天线区域信道质量的参数，并选定发射天线位置布局准则，由此确定位置布局准则与影响分布式天线区域信道质量的参数的关系；

根据移动终端在小区内的位置分布，通过计算使位置布局准则下的目标最优化，从而获得所对应的发射天线位置布局方案。

进一步地，确定基站系统部署分布式天线区域的结构，并提供分布式天线资源，具体包括：

若基站系统部署分布式天线的区域是蜂窝小区，则确定该蜂窝小区的半径尺寸；基站系统部署分布式天线的区域是一个房间，则确定该房间的体积尺寸；

提供的分布式天线资源至少包括基站发射天线数目。

进一步地，获取影响分布式天线区域信道质量的参数，并选定发射天线位置布局准则，由此确定位置布局准则与所述影响分布式天线区域信道质量的参数的关系，具体包括：

通过测试或已有的信道模型获取路径损耗因子α和阴影衰落方差

若选择小区的平均遍历容量作为发射天线位置布局准则，则确定移动终端在不同位置下所述平均遍历容量与路径损耗因子α和阴影衰落方差的关系；若选择小区的平均误码率作为发射天线位置布局准则，则确定移动终端在不同位置下平均误码率与路径损耗因子α和阴影衰落方差的关系。

进一步地，根据移动终端在小区内的位置分布，通过计算使位置布局准则下的目标最优化，从而获得所对应的发射天线位置布局方案，具体包括：

根据移动终端在小区内的位置分布，产生在小区内服从该种位置分布的点集合；

确定允许安装分布式天线的位置或区域的发射天线位置布局方案；

对于选定发射天线位置布局准则为小区的平均遍历容量，针对每一种位置布局方案并利用所述路径损耗因子α和阴影衰落方差计算点集合内每一允许安装分布式天线的位置或区域的遍历容量，通过对所有遍历容量取平均值得到小区的平均遍历容量；比较出最大平均遍历容量所对应的发射天线位置布局方案为发射天线位置布局方案。

进一步地，对于选定发射天线位置布局准则参数为小区的平均遍历容量，具体根据移动终端所获得的理想信道信息按照如下公式计算所述遍历容量C：

$C\≤{\log }_2\left[\frac{P}{M_T{N}_0}E\left({\left|\right|{\mathrm{\ξ}}_1\left|\right|}_2^2\right)\underset{n=1}{\overset{M_T}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left(\frac{{\mathrm{\σ}}_n^2{\ln }^{2}10}{200}\right)\frac{1}{d_n^{\mathrm{\α}}}\right]$

$={\log }_2\left[\frac{P}{M_T{N}_0}E\left({\left|\right|\mathrm{\ξ}\left|\right|}_2^2\right)\right]+{\log }_2\left[\underset{n=1}{\overset{M_T}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\σ}}_n^2{\ln }^{2}10}{200\·\ln 2}\frac{1}{d_n^{\mathrm{\α}}}\right]$

式中，

M_T代表所述小区发射天线数目；

P代表所述小区M_T根发射天线的总发射功率；

N₀代表所述小区加性复高斯白噪声的方差；

ξ_n代表所述小区第n根发射天线到所述移动终端经历的小尺度衰落；

d_n代表所述小区从第n根发射天线到所述移动终端的距离；

α代表路径损耗因子，代表阴影衰落方差。

进一步地，对于选定发射天线位置布局准则参数为小区的平均遍历容量，具体对于n个蜂窝小区每一蜂窝小区部署m根发射天线的分布式天线系统，根据移动终端所获得的理想信道信息按照如下公式计算遍历容量C：

$C\left(P\right)=\frac{1}{\ln 2}\underset{m=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_m\exp (-\underset{n=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\frac{L_m^{\left(n\right)}}{L_m^{\left(0\right)}})E_1\left(\underset{n=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\frac{L_m^{\left(n\right)}}{L_m^{\left(0\right)}}\right)$

式中，

P代表所述移动终端的给定位置；

S代表第m根发射天线发送信号矢量X₀的协方差矩阵；

L_m代表第m根发射天线到所述移动终端的路径损耗。

进一步地，根据移动终端在小区内的位置分布，通过计算使位置布局准则下的目标最优化，从而获得所对应的发射天线位置布局方案，具体包括：

根据移动终端在小区内的位置分布，产生在小区内服从该种位置分布的点集合；

确定允许安装分布式天线的位置或区域的发射天线位置布局方案；

对于选定发射天线位置布局准则为小区的平均误码率，针对每一种位置布局方案并利用路径损耗因子α和阴影衰落方差计算点集合内每一允许安装分布式天线的位置或区域的误码率，通过对所有误码率取平均值得到小区的平均误码率；比较出最小平均误码率所对应的发射天线位置布局方案为发射天线位置布局方案。

进一步地，对于选定发射天线位置布局准则参数为小区的平均误码率，具体对于一室内部署有两根发射天线的情况下按照如下公式计算所述误码率SER：

$\mathrm{SER}\≈{\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}^{-2}\exp [\frac{({\mathrm{\σ}}_1^2+{\mathrm{\σ}}_2^2){\ln }^{2}10}{200}-K_1-K_2]C(2,M)(1+K_1)(1+K_2)d_1^{\mathrm{\α}}{d}_2^{\mathrm{\α}}$

式中，

E_b代表每根天线的发射功率；

N₀代表加性复高斯白噪声的方差；

$C(2,M)=\frac{1}{{\sin }^4(\mathrm{\π}/M)}[\frac{3(M-1)}{8M}-\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\sin (2\mathrm{\πm}/M)}{4\mathrm{\πm}}];$

K_m(m＝1，2)代表第m根发射天线到所述移动终端的莱斯因子；

M表示相移键控调制的阶数。

进一步地，该方法还包括：

针对使位置布局准则下的目标最优化对应的发射天线位置布局方案，对允许安装天线的位置或区域进行发射天线位置布局。

按照本发明的方法，通过合理地布局发射天线的位置，可达到提高小区平均遍历容量及减小小区平均误码率的目的。

附图说明

图1是现有的分布式天线系统架构示意图；

图2是体现图1所示的分布式天线系统特点的示意图；

图3是本发明的分布式天线系统的发射天线位置布局方法实施例的流程图；

图4是本发明的方法应用于室内分布式天线系统发射天线布局的实施例示意图；

图5是本发明的方法应用于多小区分布式天线系统发射天线布局的实施例示意图。

具体实施方式

以下结合附图和优选实施例对本发明的技术方案进行详细地阐述。以下例举的实施例仅用于说明和解释本发明，而不构成对本发明技术方案的限制。

本发明的分布式天线系统的发射天线位置布局方法实施例，其流程如图3所示，包括如下步骤：

110：确定基站部署分布式天线区域的结构，并提供分布式天线资源；

如果需要部署分布式天线的区域是传统的蜂窝小区，则需要确定小区的半径；如果需要部署分布式天线的区域是一个房间，则需要确定房间的长、宽及高。

提供需要部署的基站天线；如图2所示，假定有4根基站天线3分布在小区中不同的地理位置，它们之间通过光纤或者同轴电缆等4与中心处理器5相连。

120：获取影响分布式天线区域信道质量的参数；

在此，影响分布式天线区域信道质量的参数包括路径损耗因子α和阴影衰落方差

首先测试需要部署分布式天线区域信道情况，将信道衰落因子表示为

$h_n=\sqrt{S_n{L}_n}\×{\mathrm{\ξ}}_n---\left(1\right)$

其中ξ_n代表第n根发射天线到移动终端2经历的小尺度衰落；

代表第n根发射天线到移动终端2经历的大尺度衰落，其中：

L_n(n＝1，2，…M_T)代表以dB为单位的从第n根发射天线到移动终端的路径损耗，表示为

$L_n=\frac{1}{d_n^{\mathrm{\α}}}---\left(2\right)$

式中d_n代表从第n根发射天线到移动终端2的距离，α代表路径损耗因子。

S_n(n＝1，2，…M_T)代表从第n根发射天线到移动终端2的阴影衰落，服从对数正态分布，即

通过数据拟合得到路径损耗因子α和阴影衰落方差

130：选定发射天线位置布局准则，由此确定布局准则与影响天线区域信道质量的参数的关系；

选定的发射天线位置布局准则可以是小区的平均遍历容量，也可以是小区的平均误码率。如果选定小区的平均遍历容量作为布局准则，那么需要确定移动终端在不同位置的遍历容量与路径损耗因子α和阴影衰落方差的关系；如果选定小区的平均误码率作为布局准则，那么需要确定移动终端在不同位置的误码率与路径损耗因子α和阴影衰落方差的关系。

140：根据移动终端在小区内的分布产生出其在小区内服从该种分布的点集合，通过计算使天线位置布局准则下的目标最优化，从而获得对应的发射天线位置布局方案。

上述步骤具体包括：

根据移动终端在小区内的分布，产生在小区内服从该种分布的点集合，记为P_MS＝{ω₁，ω₂，…ω_K}；该点集合是指移动终端在小区内服从某种分布的位置集合；

确定不允许安装天线的某些位置或区域，在允许安装天线的位置或区域确定可能的发射天线位置布局方案；

针对每一种发射天线位置的布局方案计算布局准则，即利用得到的路径损耗因子α和阴影衰落方差根据天线位置布局准则计算该点集合内的遍历容量或误码率，之后通过对所有的点取平均得到小区的平均遍历容量或小区的平均误码率；

通过比较获得实现布局准则目标最优化所对应的发射天线位置的布局方案。

如果选定小区的平均遍历容量作为布局准则，则针对所有发射天线位置的布局方案计算点集合的平均遍历容量最大的值所对应的发射天线位置布局方案，作为实现布局准则目标最优化的发射天线位置的布局方案；如果选定小区的平均误码率作为布局准则参数，计算点集合的平均误码率最大的值所对应的发射天线位置布局方案，作为实现布局准则目标最优化的发射天线位置的布局方案。

上述方法还包括：

通过计算获得使位置布局准则下的目标最优化对应的发射天线位置布局方案，然后对允许安装天线的位置或区域进行发射天线位置布局。

以下针对上述方法实施例，给出几个具体的应用实例，由此可进一步体会和理解本发明的技术方案。

应用实例1：

步骤1：确定部署分布式天线的区域及其拓扑结构，是如图2所示的一个半径r为1000m的圆型小区；提供分布式天线的资源，包括4根发射天线3分布在小区中不同的地理位置，它们均由光纤或者同轴电缆4与一个中心信号处理器5相连。

步骤2：测试分布式天线区域信道情况获取影响信道质量的参数，假设通过测试获取到阴影衰落标准差σ_n＝8dB，路径损耗因子α＝4；

步骤3：确定小区的平均遍历容量作为布局准则参数，假设基站没有获得信道状态信息，移动终端能够获得理想信道信息，其遍历容量为

$C=E\left[{\log }_2(1+\frac{P}{M_T{N}_0}{\mathrm{HH}}^H)\right]$    (3)

$=E\left[{\log }_2(1+\frac{P}{M_T{N}_0}\underset{n=1}{\overset{M_T}{\mathrm{\Σ}}}{h}_n{h}_n^H)\right]$

其中P代表M_T根发射天线的总发射功率，所有天线的发射功率相等，每一个天线的发射功率为 代表M_T根发射天线与移动终端之间的信道；N₀代表加性复高斯白噪声的方差。当信噪比较大的时候，遍历容量近似表示为

$C=E\left[{\log }_2(1+\frac{P}{M_T{N}_0}\underset{n=1}{\overset{M_T}{\mathrm{\Σ}}}{S}_n{L}_n{\mathrm{\ξ}}_n{\mathrm{\ξ}}_n^H)\right]$

$=E\left[{\log }_2(1+\frac{P}{M_T{N}_0}\underset{n=1}{\overset{M_T}{\mathrm{\Σ}}}{S}_n{L}_n{\left|\right|{\mathrm{\ξ}}_n\left|\right|}_2^2)\right]---\left(4\right)$

$\≈E\left[{\log }_2\left(\frac{P}{M_T{N}_0}\underset{n=1}{\overset{M_T}{\mathrm{\Σ}}}{S}_n{L}_n{\left|\right|{\mathrm{\ξ}}_n\left|\right|}_2^2\right)\right]$

其中代表矩阵2-范数的平方。利用Jensen不等式

$C\≤{\log }_2\left(\frac{P}{M_T{N}_0}\underset{n=1}{\overset{M_T}{\mathrm{\Σ}}}E\left(S_n{L}_n{\left|\right|{\mathrm{\ξ}}_n\left|\right|}_2^2\right)\right)$       (5)

$={\log }_2\left(\frac{P}{M_T{N}_0}\underset{n=1}{\overset{M_T}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{n}E\left(S_n\right)E\left({\left|\right|{\mathrm{\ξ}}_n\left|\right|}_2^2\right)\right)$

根据 ${10\log }_{10}\left(S_n\right)~N(0,{\mathrm{\σ}}_n^2),$ 可得 $E\left(S_1\right)=E\left(S_2\right)=...=E\left(S_N\right)=\exp \left(\frac{{\mathrm{\σ}}_n^2{\ln }^{2}10}{200}\right).$ 对于小尺度衰落， $E\left({\left|\right|{\mathrm{\ξ}}_1\left|\right|}_2^2\right)=E\left({\left|\right|{\mathrm{\ξ}}_2\left|\right|}_2^2\right)=...=E\left({\left|\right|{\mathrm{\ξ}}_{M_T}\left|\right|}_2^2\right),$

$C\≤{\log }_2\left[\frac{P}{M_T{N}_0}E\left({\left|\right|{\mathrm{\ξ}}_1\left|\right|}_2^2\right)\underset{n=1}{\overset{M_T}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left(\frac{{\mathrm{\σ}}_n^2{\ln }^{2}10}{200}\right)\frac{1}{d_n^{\mathrm{\α}}}\right]$     (6)

$={\log }_2\left[\frac{P}{M_T{N}_0}E\left({\left|\right|\mathrm{\ξ}\left|\right|}_2^2\right)\right]+{\log }_2\left[\underset{n=1}{\overset{M_T}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\σ}}_n^2{\ln }^{2}10}{200\·\ln 2}\frac{1}{d_n^{\mathrm{\α}}}\right]$

步骤4：根据移动终端在小区内的分布产生点集合：假设移动终端在小区内均匀分布，移动终端的位置用极坐标表示为(r，θ)，即小区(移动终端所处的)(r，θ)的概率密度函数为

$f(r,\mathrm{\θ})=\frac{r}{\mathrm{\π}{R}^2},0\≤r\≤R,0\≤\mathrm{\θ}\≤2\mathrm{\π}---\left(7\right)$

根据上述概率密度函数产生10000个点集合： $\begin{array}{c}\mathrm{fora}=0.005:0.01:1\\ r=\sqrt{a}\×1000\\ \mathrm{for\θ}=\frac{\mathrm{\π}}{100}:\frac{\mathrm{\π}}{50}:2\mathrm{\π}\\ \mathrm{\ω}=(r,\mathrm{\θ})\end{array};$

确定可能的位置方案：第n根发射天线的位置P_n用极坐标表示为(r_n，θ_n)，发射天线在半径为ρ的圆上均匀摆放，即r₁＝r₂＝…r₄＝ρ，同时

针对每一种可能的发射天线位置方案，利用得到的路径损耗因子α和阴影衰落方差计算小区的平均遍历容量；比较针对所有可能的发射天线位置方案计算出的小区的平均遍历容量，得到最大的一项平均遍历容量所对应的位置值ρ＝594m即是找出的发射天线位置。

应用实例2：

步骤1：确定部署分布式天线的区域及其拓扑结构为如图4所示的一个长α＝30m，宽b＝10m的房间；给出需要部署的分布式天线的资源，包括分布在该房间顶部不同位置的两根发射天线3，它们均由光纤或者同轴电缆4与一个中心信号处理器5相连，两根分布式发射天线采用Alamouti的空时分组编码(STBC)；

步骤2：测试分布式天线区域信道情况获取影响信道质量的参数，假设获取到的阴影衰落标准差σ_n＝3dB，路径损耗因子α＝2；

步骤3：确定小区的平均误码率作为布局准则。假设每根天线的发射功率为E_b，从而移动终端2接收到的第m根发射天线的瞬时信噪比(SNR，signal-to-noise ratio)和平均SNR分别为：

${\mathrm{\γ}}_m=\frac{E_b{\mathrm{\ξ}}_m^2{S}_m{L}_m}{N_0},$

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_m=\frac{E_b{S}_m{L}_m}{N_0}---\left(8\right)$

在M-PSK调制的条件下，对于较大的基于本地平均的符号误码率(SER，Symbol Error Rate)近似表示为

$\mathrm{SER}({\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_1,{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_2)\≈\frac{(1+K_1)(1+K_2)\exp (-K_1-K_2)C(2,M)}{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_1{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_2}---\left(9\right)$

其中K_m(m＝1，2)代表第m根发射天线到移动台的莱斯因子。SER可以进一步表示成

$\mathrm{SER}(S_1,L_1,S_2,L_2)\≈{\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}^{-2}\frac{(1+K_1)(1+K_2)\exp (-K_1-K_2)C(2,M)}{S_1{L}_1{S}_2{L}_2}---\left(10\right)$

S_m(m＝1，2)服从对数正态分布，同样服从对数正态分布，假设S₁和S₂相互独立，从而对阴影衰落求统计平均，可以得到：

$E\left(\frac{1}{S_1{S}_2}\right)=\exp \left[\frac{({\mathrm{\σ}}_1^2+{\mathrm{\σ}}_2^2){\ln }^{2}10}{20}\right]---\left(11\right)$

SER可以表示为

$\mathrm{SER}\≈{\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}^{-2}\exp [\frac{({\mathrm{\σ}}_1^2+{\mathrm{\σ}}_2^2){\ln }^{2}10}{200}-K_1-K_2]C(2,M)(1+K_1)(1+K_2)d_1^{\mathrm{\α}}{d}_2^{\mathrm{\α}}---\left(12\right);$

式中，

M表示相移键控(PSK，Phase Shift Keying)调制的阶数。

步骤4：根据移动终端在小区内的分布产生点集合：假设忽略房间高度的影响，移动终端2在整个区域内均匀分布；确定可能的位置方案：两根天线分布在屋顶沿着房间长方向的中轴线上，并且关于房间中心对称，以房间中心为原点建立坐标系，两根分布发射天线的位置分别为(l，0)和(-l，0)，移动终端2的坐标设为(x，y)，从而有

$\left\{\begin{array}{c}{d}_1^2={(x-l)}^2+y^2\\ d_2^2={(x+l)}^2+y^2\end{array}\right.---\left(13\right)$

针对每一种可能的发射天线位置方案，利用得到的路径损耗因子α和阴影衰落方差计算小区的平均误码率；比较针对所有可能的发射天线位置方案计算出的平均误码率，得到最小的一项所对应的值l＝8m即是找出的发射天线位置。

应用实例3：

步骤1：确定部署分布式天线的区域及其拓扑结构如图5所示的边长为R的多蜂窝小区分布式天线系统，假设频率复用因子为1且不同小区间的天线布置方式相同；给出需要部署基站分布式天线资源，包括每个小区都有6根分布式发射天线3，它们均由相应的光纤或者同轴电缆4与一个中心信号处理器5相连；

步骤2：测试分布式天线区域信道情况获取影响信道质量的参数，假设获取到的阴影衰落标准差σ_n＝8dB，路径损耗因子α＝4；

步骤3：确定小区的平均遍历容量作为布局准则参数，假设第n(n＝0，…6)个小区的发射信号为其中代表第n个小区第m根发射天线发射的信号，满足n＝0代表中心小区。移动终端只有一根接收天线，接收到的信号为

$r=H_0{X}_0+\underset{n=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{H}_n{X}_n+w=H_0{X}_0+\underset{n=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{h}_m^{\left(n\right)}{x}_m^{\left(n\right)}+w---\left(14\right)$

其中 代表第n个小区第m根发射天线到移动终端的信道，w代表均值为0，方差为的加性复高斯白噪声。由于干扰源的数目足够大，而且是相互独立的，根据中心极限定理，干扰加噪声项可以看做一个复高斯随机变量z，其方差为

${\mathrm{\σ}}_z^2=\underset{n=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_m^{\left(n\right)}\right|}^2{P}_m^{\left(n\right)}+{\mathrm{\σ}}_n^2=\underset{n=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{L}_m^{\left(n\right)}{P}_m^{\left(n\right)}+{\mathrm{\σ}}_n^2---\left(15\right)$

假设基站没有获得信道状态信息，移动台能够获得信道状态信息，那么对于移动终端2在一个给定的位置P的情况，其遍历容量可以写成

$C=E_{H_0}\left[{\log }_2(1+\frac{H_{0}S{H}_0^H}{{\mathrm{\σ}}_z^2})\right]---\left(16\right)$

其中S是发送信号矢量X₀的协方差矩阵，假设6根发射天线的发射功率相等，为

$P_m^{\left(n\right)}=P_T(m\∈\{\mathrm{1,2},...,6\},n\∈\{\mathrm{0,1},...,6\left\}\right)---\left(17\right)$

可得

$C\left(P\right)=E_{H_0}\left[{\log }_2(1+\frac{P_T}{{\mathrm{\σ}}_z^2}\underset{m=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\tilde{h}}_m^{\left(0\right)}\right|}^2{S}_m^{\left(0\right)})\right]=E_{H_0}\left[{\log }_2(1+\mathrm{\γ})\right]---\left(18\right)$

其中是一个加权χ²的随机变量，概率密度函数(PDF)为：

$f_{\mathrm{\γ}}\left(\mathrm{\γ}\right)=\underset{m=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\σ}}_z^2{\mathrm{\β}}_m}{S_m^{\left(0\right)}{P}_T}\exp (-\frac{{\mathrm{\σ}}_z^2\mathrm{\γ}}{S_m^{\left(0\right)}{P}_T})---\left(19\right)$

其中 ${\mathrm{\β}}_m=\underset{k=1,k\≠m}{\overset{6}{\mathrm{\Π}}}\frac{S_m^{\left(0\right)}}{S_m^{\left(0\right)}-S_k^{\left(0\right)}}.$

从而遍历容量可以写成

$C\left(P\right)=\frac{1}{\ln 2}\underset{m=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_m\exp (-\frac{{\mathrm{\σ}}_z^2}{S_m^{\left(0\right)}{P}_T})E_1\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_z^2}{S_m^{\left(0\right)}{P}_T}\right)---\left(20\right)$

其中 $E_1\left(x\right)={\∫}_x^{\∞}\frac{e^{-t}}{t}\mathrm{dt}.$

对于一个干扰受限系统噪声可以忽略，则(20)式可以写成

$C\left(P\right)=\frac{1}{\ln 2}\underset{m=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_m\exp (-\underset{n=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\frac{L_m^{\left(n\right)}}{L_m^{\left(0\right)}})E_1\left(\underset{n=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\frac{L_m^{\left(n\right)}}{L_m^{\left(0\right)}}\right)---\left(21\right)$

式中，

L_m为第m根天线到移动终端的路径损耗。

步骤4：根据移动终端在小区内的分布产生点集合：假设移动终端在小区内服从均匀分布；

在产生的点集合内确定可能的位置方案：6根天线关于小区的中心对称放置，每根到小区中心的距离为r；

针对每一种可能的发射天线位置方案利用得到的路径损耗因子α和阴影衰落方差计算小区的平均遍历容量；比较针对所有可能的发射天线位置方案得到的平均遍历容量数值，最大的一项所对应的值r＝450m即是找出的发射天线位置。

Claims (9)

1.一种分布式天线系统的发射天线位置布局的方法，包括：

确定基站系统部署分布式天线区域的结构，并提供分布式天线资源；

获取影响分布式天线区域信道质量的参数，并选定发射天线位置布局准则，所述影响分布式天线区域信道质量的参数包括路径损耗因子α和阴影衰落方差所述发射天线位置布局准则包括小区的平均遍历容量或小区的平均误码率，由此确定所述位置布局准则与所述影响分布式天线区域信道质量的参数的关系；

根据移动终端在小区内的位置分布，通过计算使所述位置布局准则下的目标最优化，从而获得所对应的发射天线位置布局方案。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，确定基站系统部署分布式天线区域的结构，并提供分布式天线资源，具体包括：

若所述基站系统部署分布式天线的区域是蜂窝小区，则确定该蜂窝小区的半径尺寸；所述基站系统部署分布式天线的区域是一个房间，则确定该房间的体积尺寸；

提供的所述分布式天线资源至少包括基站发射天线数目。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，获取影响分布式天线区域信道质量的参数，并选定发射天线位置布局准则，由此确定所述位置布局准则与所述影响分布式天线区域信道质量的参数的关系，具体包括：

通过测试或已有的信道模型获取路径损耗因子α和阴影衰落方差

若选择小区的平均遍历容量作为所述发射天线位置布局准则，则确定移动终端在不同位置下所述平均遍历容量与路径损耗因子α和阴影衰落方差的关系；若选择小区的平均误码率作为所述发射天线位置布局准则，则确定移动终端在不同位置下所述平均误码率与路径损耗因子α和阴影衰落方差的关系。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，根据移动终端在小区内的位置分布，通过计算使所述位置布局准则下的目标最优化，从而获得所对应的发射天线位置布局方案，具体包括：

根据移动终端在小区内的位置分布，产生在小区内服从该种位置分布的点集合；

确定允许安装所述分布式天线的位置或区域的发射天线位置布局方案；

对于选定发射天线位置布局准则为小区的平均遍历容量，针对每一种所述位置布局方案并利用路径损耗因子α和阴影衰落方差计算所述点集合内每一允许安装所述分布式天线的位置或区域的遍历容量,通过对所有所述遍历容量取平均值得到小区的平均遍历容量；比较出最大平均遍历容量所对应的发射天线位置布局方案为所述发射天线位置布局方案。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，对于选定发射天线位置布局准则参数为小区的平均遍历容量，具体根据所述移动终端所获得的理想信道信息按照如下公式计算所述遍历容量C：

$\begin{array}{c}C\≤{\log }_2\left[\frac{P}{M_T{N}_0}E\left({\left|\right|{\mathrm{\ξ}}_1\left|\right|}_2^2\right)\underset{n=1}{\overset{M_T}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left(\frac{{\mathrm{\σ}}_n^2{\ln }^{2}10}{200}\right)\frac{1}{d_n^{\mathrm{\α}}}\right]\\ ={\log }_2\left[\frac{P}{M_T{N}_0}E\left({\left|\right|{\mathrm{\ξ}}_n\left|\right|}_2^2\right)\right]+{\log }_2\left[\underset{n=1}{\overset{M_T}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\σ}}_n^2{\ln }^{2}10}{200\·\ln 2}\frac{1}{d_n^{\mathrm{\α}}}\right]\end{array}$

式中，n＝1,2，..,M_T；

所述M_T代表所述小区发射天线数目；

所述P代表所述小区M_T根发射天线的总发射功率；

所述N₀代表所述小区加性复高斯白噪声的方差；

所述ξ_n代表所述小区第n根发射天线到所述移动终端经历的小尺度衰落；

所述d_n代表所述小区从第n根发射天线到所述移动终端的距离；

所述α代表所述路径损耗因子，所述代表所述阴影衰落方差；

所述ζ₁代表所述小区第1根发射天线到所述移动终端经历的小尺度衰落。

6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，对于选定发射天线位置布局准则参数为小区的平均遍历容量，具体对于n个蜂窝小区每一蜂窝小区部署m根发射天线的分布式天线系统，根据所述移动终端所获得的理想信道信息按照如下公式计算所述遍历容量C：

$C\left(P\right)=\frac{1}{\ln 2}\underset{m=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_m\exp (-\underset{n=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\frac{L_m^{\left(n\right)}}{L_m^{\left(0\right)}})E_1\left(\underset{n=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}\frac{L_m^{\left(n\right)}}{L_m^{\left(0\right)}}\right)$

式中，

所述P代表所述移动终端的给定位置；

所述所述S代表第m根发射天线发送信号矢量X₀的协方差矩阵；

所述L_m代表第m根发射天线到所述移动终端的路径损耗。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，根据移动终端在小区内的位置分布，通过计算使所述位置布局准则下的目标最优化，从而获得所对应的发射天线位置布局方案，具体包括：

根据移动终端在小区内的位置分布，产生在小区内服从该种位置分布的点集合；

确定允许安装所述分布式天线的位置或区域的发射天线位置布局方案；

对于选定发射天线位置布局准则为小区的平均误码率，针对每一种所述位置布局方案并利用路径损耗因子α和阴影衰落方差计算所述点集合内每一允许安装所述分布式天线的位置或区域的误码率，通过对所有所述误码率取平均值得到小区的平均误码率；比较出最小平均误码率所对应的发射天线位置布局方案为所述发射天线位置布局方案。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，对于选定发射天线位置布局准则参数为小区的平均误码率，具体对于一室内部署有两根发射天线的情况下按照如下公式计算所述误码率SER：

$\mathrm{SER}\≈{\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}^{-2}\exp [\frac{({\mathrm{\σ}}_1^2+{\mathrm{\σ}}_2^2){\ln }^{2}10}{200}-K_1-K_2]C(2,M)(1+K_1)(1+K_2)d_1^{\mathrm{\α}}{d}_2^{\mathrm{\α}}$

式中，

所述E_b代表每根天线的发射功率；

所述N₀代表加性复高斯白噪声的方差；

所述 $C(2,M)=\frac{1}{{\sin }^4(\mathrm{\π}/M)}[\frac{3(M-1)}{8M}-\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\sin (2\mathrm{\πm}/M)}{4\mathrm{\πm}}];$

所述K_m,m＝1,2代表第m根发射天线到所述移动终端的莱斯因子；

所述M表示相移键控调制的阶数；

所述σ₁ ²表示第1根发射天线到移动终端阴影衰落方差；

所述σ₂ ²表示第2根发射天线到移动终端阴影衰落方差；

所述d₁代表从第1根发射天线到移动终端的距离，

所述d₂代表从第2根发射天线到移动终端的距离，

所述α代表路径损耗因子。

9.按照权利要求4至8任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

针对使所述位置布局准则下的目标最优化对应的发射天线位置布局方案，对允许安装天线的位置或区域进行所述发射天线位置布局。