WO2012100499A1 - 一种分布式天线系统的发射天线位置布局的方法 - Google Patents
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- WO2012100499A1 WO2012100499A1 PCT/CN2011/076546 CN2011076546W WO2012100499A1 WO 2012100499 A1 WO2012100499 A1 WO 2012100499A1 CN 2011076546 W CN2011076546 W CN 2011076546W WO 2012100499 A1 WO2012100499 A1 WO 2012100499A1
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- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
- H04B7/0413—MIMO systems
Definitions
- the present invention relates to a transmitting base station system transmitting antenna layout technique, and more particularly to a transmitting antenna position layout method of a base station distributed antenna system.
- DAS Distributed Antenna System
- the antenna structure is changed from centralized mode to distributed, which can effectively combine the downlink transmission power and shorten the access distance of the mobile terminal to the base station antenna, and reduce the transmission power requirement of the mobile terminal, thereby reducing the uplink transmission power. , to reduce the electromagnetic radiation to the human body; (4) distributed antenna system can use a large number of remote antenna units with low cost, small size, and low radio frequency power, the system deployment becomes simple and easy to carry out centralized upgrade, network planning Shortened cycle;
- FIG. 1 The architecture of the distributed antenna system is shown in FIG. 1. It mainly includes a mobile terminal antenna 1, a mobile terminal 2, a base station antenna 3, a transmission medium 4, and a central signal processor 5 of the base station system.
- the mobile terminal 2 and the central signal processor 5 are respectively connected to a plurality of mobile terminal antennas 1 and a plurality of base station days.
- Line 3 the central signal processor 5 is used to implement functions such as digital signal processing and space time processing.
- the distributed antenna system is characterized in that the base station antennas 3 are no longer concentrated in one place, but are distributed in different geographical locations in the cell; the antennas distributed in different places are connected by the transmission medium 4 and a central signal processor 5, as shown in the figure. 2 is shown.
- How to properly arrange the base station antenna 3 to improve system capacity and improve coverage quality has become a key issue in the design of distributed antenna systems.
- the existing research mainly focuses on the cell antenna position layout technology, the antenna position layout technology of the indoor wireless communication system, and the antenna position layout technology of the special scene.
- the inventors of the present application found that these methods have the following limitations:
- the present invention provides a method for deploying a position of a transmitting antenna of a distributed antenna system, the method comprising: determining a structure of a distributed antenna area in a base station system, and providing distributed antenna resources; a parameter of the antenna region channel quality, selecting a transmit antenna position layout criterion, and determining a relationship between the location layout criterion and the parameter affecting the channel quality of the distributed antenna region; and calculating according to the location distribution of the mobile terminal in the cell Making the position layout criteria The target is optimized, and the corresponding transmit antenna position layout scheme is obtained.
- the determining, by the base station system, the structure of the distributed antenna area is: if the area where the distributed antenna is deployed by the base station system is a cell, determining a radius of the cell; if the base station system is deployed and distributed The area of the antenna is a room, and the size of the room is determined.
- the distributed antenna resources provided include at least the number of base station transmit antennas.
- the step of obtaining parameters affecting the channel quality of the distributed antenna region, selecting the transmit antenna position layout criterion, and determining the relationship between the location layout criterion and the parameter affecting the channel quality of the distributed antenna region include:
- the method includes: generating, according to a location distribution of the mobile terminal in the cell, a set of points that are distributed in the cell to the location; determining a location of the transmit antenna that allows the location or area of the distributed antenna to be installed; and selecting a transmit antenna location
- the layout criterion is the average traversal capacity of the cell, for each of the described a location layout scheme and using the path loss factor and the shadow fading variance ⁇ admir 2 to calculate an ergodic capacity of each location or region within the set of points that allows the distributed antenna to be installed, by averaging all of the traversal capacities The value obtains the average traversal capacity of the cell; the transmit antenna position layout scheme corresponding to the maximum average ergodic capacity is the transmit antenna position layout scheme.
- the selected transmit antenna position layout criterion parameter is the average traversal capacity of the cell.
- the antenna position layout criterion parameter is an average traversal capacity of the cell, and in the step of calculating the traversal capacity of each position or region in the set of points in which the distributed antenna is allowed to be installed, m roots are deployed for each cell of the n cells.
- a distributed antenna system of the transmitting antenna calculates the traversal capacity C according to the ideal channel information obtained by the mobile terminal according to the following formula:
- the P represents a given location of the mobile terminal;
- The ⁇ ( 0): (o), the S represents the mth transmit antenna transmit signal vector X.
- k ⁇ m S m ⁇ S k
- the step of optimizing the target under the location layout criterion by calculating, and obtaining the corresponding transmit antenna location layout scheme includes: according to the location distribution of the mobile terminal in the cell Generating a set of points that are subject to the location distribution within the cell; determining a transmit antenna location layout scheme that allows placement of the location or region of the distributed antenna; and an average bit error rate for the selected transmit antenna location layout criteria for the cell, Calculating a bit error rate of each position or region in the set of points in which the distributed antenna is allowed to be installed for each of the location layout schemes and using the path loss factor and the shadow fading variance ⁇ ⁇ 2 All the bit error rates are averaged to obtain an average bit error rate of the cell; comparing the minimum average bit error rate corresponding to the transmit antenna position layout scheme is the transmit antenna position layout scheme.
- the location layout criterion parameter is an average error rate of the cell, and each permission in the set of points is calculated.
- the bit error rate SER is calculated according to the following formula for the case where two transmit antennas are deployed indoors:
- the ⁇ intend 1, 2;) represents a Rice factor of the wth transmit antenna to the mobile terminal;
- the M represents the order of phase shift keying modulation.
- the method further includes: performing a transmit antenna position layout on a location or region where the antenna is allowed to be installed for a transmit antenna position layout scheme that optimizes a target under the location layout criterion.
- the present invention can achieve the purpose of improving the average ergodic capacity of the cell and reducing the average bit error rate of the cell.
- FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional distributed antenna system architecture
- FIG. 2 is a schematic diagram showing the features of the distributed antenna system shown in FIG. 1.
- FIG. 3 is a schematic diagram of a transmitting antenna position layout of a distributed antenna system according to an embodiment of the present invention
- FIG. 4 is a schematic diagram of a method for applying a method according to an embodiment of the present invention to a transmitting antenna of an indoor distributed antenna system
- FIG. 5 is a schematic diagram of a method for applying a transmitting antenna of a multi-cell distributed antenna system according to an embodiment of the present invention; schematic diagram.
- FIG. 3 A flow chart of a method for arranging a transmitting antenna position of a distributed antenna system according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 3, and the method includes the following steps:
- the base station antennas to be deployed are provided. As shown in FIG. 2, it is assumed that four base station antennas 3 are distributed in different geographical locations in the cell, and they are connected to the central processing unit 5 through optical fibers or coaxial cables.
- the channel fading factor is expressed as ⁇ (1) where (1) represents the small-scale fading experienced by the ⁇ th transmit antenna to the mobile terminal 2; represents the nth transmit antenna The large-scale fading experienced by the mobile terminal 2, where:
- Equation (2) The distance from the nth transmit antenna to the mobile terminal 2 in equation (2) represents the path loss factor.
- ⁇ 1, 2,.. ⁇ ⁇ ) represents the shadow fading from the "root transmit antenna to the mobile terminal 2, obeying the lognormal distribution, ie 101. ( ) ⁇ (0,0.
- ⁇ 1, 2,.. ⁇ ⁇ ) represents the shadow fading from the "root transmit antenna to the mobile terminal 2, obeying the lognormal distribution, ie 101. ( ) ⁇ (0,0.
- the selected transmit antenna position layout criterion may be an average traversal capacity of the cell, or may be an average error of the cell. rate. If the average traversal capacity of the selected cell is used as the layout criterion, then it needs to be The relationship between the traversal capacity of the mobile terminal at different locations and the path loss factor and the shadow fading variance ⁇ réelle 2 ; if the average BER of the selected cell is used as the layout criterion, then the BER of the mobile terminal at different locations needs to be determined. The relationship between the path loss factor and the shadow fading variance ⁇ vine 2 .
- the set of points that are subject to the distribution in the cell is generated, and the target under the antenna position layout criterion is optimized by calculation, thereby obtaining a corresponding transmit antenna position layout scheme.
- Calculating the layout criterion for each layout scheme of the transmitting antenna position that is, using the obtained path loss factor a and the shadow fading variance ⁇ ⁇ 2 , calculating the traversal capacity or the bit error rate in the point set according to the antenna position layout criterion, and then passing The average traversal capacity of the cell or the average error rate of the cell is obtained by averaging all the points; the layout scheme of the transmitting antenna position corresponding to the optimization of the layout criterion target is obtained by comparison.
- the transmission antenna position layout scheme corresponding to the value of the maximum traversal capacity of the point set is calculated for the layout scheme of all the transmitting antenna positions, as the transmitting antenna optimized for the layout criterion target.
- Position layout scheme If the average error rate of the selected cell is used as the layout criterion parameter, the transmit antenna position layout scheme corresponding to the value of the largest bit error rate of the point set is calculated, and the transmit antenna position optimized as the target of the layout criterion is optimized.
- Layout scheme If the average traversal capacity of the selected cell is used as the layout criterion, the transmission antenna position layout scheme corresponding to the value of the maximum traversal capacity of the point set is calculated for the layout scheme of all the transmitting antenna positions, as the transmitting antenna optimized for the layout criterion target.
- the above method further includes: obtaining, by calculation, a transmit antenna position layout scheme that optimizes the target under the position layout criterion, and then performing a transmit antenna position layout on a position or an area where the antenna is allowed to be installed.
- Application Example 1 Step 1: Determine the area where the distributed antenna is deployed and its topology, which is a circular cell with a radius of 1000m as shown in Figure 2; Provide distributed antenna resources, including 4 transmit antennas 3 They are each connected to a central signal processor 5 by fiber or coaxial cable 4 in different geographical locations in the cell.
- Step 2 Test the channel condition of the distributed antenna area to obtain the parameters affecting the channel quality.
- Step 3 Determine the average traversal capacity of the cell as the layout criterion. Parameters, 4, the base station does not obtain the channel state information, the mobile terminal can obtain the ideal channel information, and its traversal capacity is
- Equation (3) P represents the total transmit power of the root transmit antenna, and the transmit power of all antennas is equal.
- N Represents the variance of additive complex Gaussian white noise. When the signal to noise ratio is relatively large, the ergodic capacity is approximately expressed as
- Step 4 Generate a set of points according to the distribution of the mobile terminal in the cell: 4.
- the mobile terminal is evenly distributed in the cell, and the position of the mobile terminal is represented by polar coordinates (r, ⁇ , that is, the cell (where the mobile terminal is located) ( The probability density function of r» is
- SNR signal
- Table w transmits the antenna to the mobile station's Rice factor.
- SER can be further expressed as
- Step 4 Generate a set of points according to the distribution of the mobile terminal in the cell: 4 ⁇ Ignore the influence of the height of the room, the mobile terminal 2 is evenly distributed throughout the area; Determine the possible location scheme: Two antennas are distributed on the roof along the length of the room On the central axis of the direction, and symmetric about the center of the room, the coordinate system is established with the center of the room as the origin. The positions of the two distributed transmitting antennas are (/, ⁇ ) and (-/, ⁇ ), and the coordinates of the mobile terminal 2 are set. (x, _y) so there is
- Step 1 Determine the area where the distributed antenna is deployed and its topology structure.
- the mobile terminal has only one receiving antenna, and the received signal is
- Hrift (/3 ⁇ 4("), .. ⁇ ")), represents The "first cell" transmits the antenna to the mobile terminal channel
- Step 4 Generate a set of points according to the distribution of the mobile terminal in the cell: 4.
- the present invention can achieve the purpose of improving the average ergodic capacity of a cell and reducing the average bit error rate of a cell by reasonably arranging the position of the transmitting antenna.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
本发明公开了一种分布式天线系统的发射天线位置布局的方法,该方法包括: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,选定发射天线位置布局准则,并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;以及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,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,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。
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(Distributed Antenna System, DAS ) 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, 因此分布式 天线系统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,可有效地均勾化下行发送功率并 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釆用大量成本低、体积小、且射频功率低的远 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、且高带宽 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。 本申请发明人发现, 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)和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 移动通信系统将釆用分布式天线技术的发展要求。
发明内容 本发明的目的是提供一种分布式天线系统的发射天线位置布局方法, 以 解决如何能够提高系统容量及改善覆盖质量的问题。 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, 该方法包括: 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 ,选定发射天线位置布局准则, 并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; 以及 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, 获得所对应的发射天线位置布局方案。 上述方法中, 确定基站系统部署分布式天线区域的结构的步骤包括: 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; 若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; 提供分布式天线资源的步骤中, 提供的所述分布式天线资源至少包括基 站发射天线数目。 上述方法中, 获取影响分布式天线区域信道质量的参数, 选定发射天线 位置布局准则, 并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 量的参数的关系的步骤包括:
通过测试或已有的信道模型获取路径损耗因子 "和阴影衰落方差 ση 2; 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 "和阴影衰落方差 σ„2 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 "和阴影衰落方差 σ„2 的关系。 上述方法中, 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,获得所对应的发射天线位置布局方案的步骤包括: 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所述路径损耗因子 "和阴影衰落方差 σ„2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。 上述方法中, 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, 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 量的步骤中, 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:
式中,
所述 Mr代表所述小区发射天线数目; 所述 P代表所述小区 根发射天线的总发射功率; 所述 N。代表所述小区加性复高斯白噪声的方差; 所述 代表所述小区第 η 根发射天线到所述移动终端经历的小尺度衰 落;
所述 代表所述小区任意一根发射天线到所述移动终端经历的小尺度衰
所述 代表所述小区从第《根发射天线到所述移动终端的距离; 以及 所述 代表所述路径损耗因子, 所述 σ„2代表所述阴影衰落方差。 上述方法中, 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, 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 量的步骤中,对于 η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:
式中,
所述 P代表所述移动终端的给定位置;
所述 = Π (0): (o), 所述 S代表第 m根发射天线发送信号矢量 X。的 k= ≠m Sm ~ Sk
协方差矩阵; 以及 所述 ra代表第 m根发射天线到所述移动终端的路径损耗。 上述方法中, 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,获得所对应的发射天线位置布局方案的步骤包括: 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; 以及 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所述路径损耗因子"和阴影衰落方差 ση 2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。 上述方法中,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, 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的步 骤中, 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:
SER
式中,
所述 代表每根天线的发射功率; 所述 N。代表加性复高斯白噪声的方差 所述 C (2,M) :
所述 ^„ = 1, 2;)代表第 w根发射天线到所述移动终端的莱斯因子; 以及
所述 M表示相移键控调制的阶数。 所述方法还包括: 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。
本发明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。
附图概述 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是本发明实施例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是本发明实施例的方法应用于室内分布式天线系统发射天线布局的 示意图; 图 5是本发明实施例的方法应用于多小区分布式天线系统发射天线布局 的示意图。
本发明的较佳实施方式 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白, 以下结合附图对本 发明的实施例进行详细地阐述。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。 需要说明的是, 在不冲突的情况下, 本 申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。 本发明实施例的分布式天线系统的发射天线位置布局方法的流程如图 3 所示, 该方法包括如下步骤:
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、 覔及高。 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 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 = β ( 1 ) 式( 1 ) 中, 代表第 η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:
J„(« = 1, 2,...MJ代表以 dB为单位的从第 "根发射天线到移动终端的路径 损耗, 表示为
Ln ~ ~^ ( 2 ) 式( 2 )中 代表从第 n根发射天线到移动终端 2的距离, 代表路径损 耗因子。
^ = 1, 2,.. ·ΜΤ )代表从第 "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101。 。( ) ~ (0,0。 通过数据拟合得到路径损耗因子"和阴影衰落方差 ση 2。
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"和阴影衰落方差 σ„2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"和阴影衰落方差 σ„2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 PMS = { , iy2, - - - ^ }; 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 a和阴影衰落方差 ση 2 , 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朴结构, 是如图 2所示的一 个半径 为 1000m的圓型小区; 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以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" = 8dB , 路径损耗因子 = 4; 步骤 3 : 确定小区的平均遍历容量作为布局准则参数, 4叚设基站没有获 得信道状态信息, 动终端能够获得理想信道信息, 其遍历容量为
式(3 ) 中 P代表 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 Η = [/ .·,/^]代表 根发射天线与移动 终端之间的信道; N。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
其中 I 代表矩阵 2-范数的平方。 利用 Jensen不等式
于小
所述 代表所述小区任意一根发射天线到所述移动终端经历的小尺度衰
步骤 4: 根据移动终端在小区内的分布产生点集合: 4叚设移动终端在小 区内均匀分布, 移动终端的位置用极坐标表示为(r,^, 即小区 (移动终端所 处的) (r»的概率密度函数为
/( ) = 0≤τ≤ 0≤ θ≤2π (7)
R2
根据上述概率密度函数产生 10000个点集合: π π ;
for θ =——:— :2π
100 50
ω = (Γ,θ) 确定可能的位置方案: 第《根发射天线的位置 用极坐标表示为(r„, ), 发射天线在半径为 的圓上均匀摆放, 即 r ^^.^:^ 同时 =^lli。 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"和阴 影衰落方差 σ„2, 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 p = 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朴结构为如图 4所示的一个 长 a = 30m, 宽 6 = 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釆用 Alamouti的空时分组 编码 (Space Time Block Code, 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„ = 3dB, 路径损耗因子 = 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 £¾ , 从而移动终端 2 接收到的第 根发射天线的瞬时信噪比 ( signal-to-noise ratio , SNR ) ym和平均 SNR ym分别为:
γ = EbSmLm ( 8 )
N
在 A/-PSK调制的条件下,对于较大的 = 1,2) ,基于本地平均 SNR fm 的符号误码率( Symbol Error Rate, SER )近似表示为
SER( ill il t^H^ ( 9 ) 式(9) 中, C(2 K (m = l2
SER可以表示为 «
Μ表示相移键控 ( Phase Shift Keying, PSK )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: 4叚设忽略房间高度 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(/, Ο)和 (-/, Ο) , 移动 终端 2的坐标设为(x,_y) , 从而有
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"和阴 影衰落方差 σ„2 , 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 / = 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朴结构如图 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 ση = 8dB , 路径损耗因子 = 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 个小区的发射信号为 X ,… X6 , 其中 x")代表第《个小区第 根发射天 线发射的信号, 满足 £ ■■pi" « = o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
6 6
= H0X0 +∑H„X„+W = H0X0 +∑∑ + w ( 14) 式(14 )中, H„ = (/¾("), ..· ")), 代表第 "个小区第 根发射天线到移动 终端的信道, w代表均值为 0, 方差为 £ [丽 Η] = σ„2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 !: ") + w可以看作一个复高斯随机变量 z , 其方差为
4叚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
其中 S是发送信号矢量 X。的协方差矩阵, 假设 6根发射天线的发射功率 相等, 为
=PT (me{l,2,---,6},«e{0,l,---,6}) ( 17 )
式(19 ) 中, π丄丄 (0) _ 0) 从而遍历容量可以写成
( 20 ) 式(20 ) 中,
对于一个干扰受限系统噪声可以忽略, 则 (20 ) 式可以写成
式中, ∞为第 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: 4叚设移动终端在小 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 "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 = 450m即是找出的发 射天线位置。
工业实用性 本发明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。
Claims
1、 一种分布式天线系统的发射天线位置布局的方法, 该方法包括: 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 ,选定发射天线位置布局准则, 并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; 以及 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, 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, 其中, 确定基站系统部署分布式天线区 域的结构的步骤包括: 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; 若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; 提供分布式天线资源的步骤中, 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, 其中, 获取影响分布式天线区域信道质 量的参数, 选定发射天线位置布局准则, 并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的步骤包括:
通过测试或已有的信道模型获取路径损耗因子 "和阴影衰落方差 ση 2; 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 "和阴影衰落方差 σ„2 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 "和阴影衰落方差 σ„2 的关系。
4、按照权利要求 1所述的方法, 其中, 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, 获得所对应的发射天线 位置布局方案的步骤包括: 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所述路径损耗因子 "和阴影衰落方差 σ„2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, 其中, 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, 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的步骤中, 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:
式中,
所述 Mr代表所述小区发射天线数目; 所述 P代表所述小区 根发射天线的总发射功率; 所述 N。代表所述小区加性复高斯白噪声的方差; 所述 代表所述小区第 η 根发射天线到所述移动终端经历的小尺度衰
所述 代表所述小区任意一根发射天线到所述移动终端经历的小尺度衰 所述 代表所述小区从第《根发射天线到所述移动终端的距离; 以及 所述 代表所述路径损耗因子, 所述 σ„2代表所述阴影衰落方差。
6、按照权利要求 4所述的方法, 其中, 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, 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的步骤中, 对于 η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 述遍历容量 C: 式中, 所述 P代表所述移动终端的给定位置; 所述 = Π (0): (0), 所述 S代表第 m根发射天线发送信号矢量 X。的 k= ≠m Sm ~ Sk
协方差矩阵; 以及 所述 ra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, 其中, 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, 获得所对应的发射天线 位置布局方案的步骤包括: 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; 以及 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所述路径损耗因子"和阴影衰落方差 ση 2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, 其中, 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, 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的步骤中, 对于一室内部署有两根发射天线的情况下 按照如下
SER
式中,
所述 代表每根天线的发射功率; 所述 N。代表加性复高斯白噪声的方差 所述 C (2,M) :
所述^„ = 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。
9、 按照权利要求 4至 8中任一项所述的方法, 所述方法还包括: 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。
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