CN101990213B - 发射天线位置的获取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种发射天线位置的获取方法及装置，其中方法包括：获取所述移动台在所处位置接收所有发射天线的信号的误码率；根据所述移动台在所处位置的误码率以及所述移动台在所述位置的概率密度函数，获取所述移动台所在小区的区域平均误码率；通过最小化所述区域平均误码率，得到发射天线的位置。本发明实施例可以解决二维小区中如何布置发射天线以达到***性能最优的问题，且本发明实施例考虑到移动台的移动性。

Description

发射天线位置的获取方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及通信领域，尤其涉及一种发射天线位置的获取方法及装置。

背景技术

分布式天线***作为下一代移动通信***的主流方案，正受到越来越多的关注。在分布式天线***中，连接于同一个基站的多根发射天线分布于小区中的不同地理位置。如何通过合理布置这些发射天线，提高***容量和改善覆盖质量，成为分布式天线***设计中所面临的关键问题。

现有技术提供了一种通过随机理论对发射天线进行布置的方法。在该方法中，每根发射天线的布置均被视为一个独立的均匀分布过程，该方法从***容量的角度对随机布置发射天线的方案进行了评估。但是，在评估过程中，假设用户设备固定在小区的中心，考虑到实际环境中用户设备的移动性，这一假设过于苛刻。

现有技术还提供了一种通过最小化线型小区平均误码率对发射天线进行布置的方法。该方法针对线型小区，其适用的分布式天线***的发射天线被限制在两根，但大多数小区的形状一般为圆形或正六边形，发射天线也多于两根，因此该方法并不适用实际情况下的大多数小区。

发明内容

本发明实施例提供了一种发射天线位置的获取方法及装置，用以解决二维小区中如何布置发射天线以达到***性能最优的问题，并且能考虑到移动台的移动性。

本发明实施例提供了一种发射天线位置的获取方法，包括：

获取移动台在所处位置接收所有发射天线的信号的误码率；

根据所述移动台在所处位置的误码率以及所述移动台在所述位置的概率密度函数，获取所述移动台所在小区的区域平均误码率；

通过最小化所述区域平均误码率，得到发射天线的位置。

本发明实施例提供了一种发射天线位置的获取装置，包括：

误码率获取模块，用于获取移动台在所处位置接收所有发射天线的信号的误码率；

区域平均误码率获取模块，用于根据所述误码率获取模块获取的移动台在所处位置的误码率以及所述移动台在所述位置的概率密度函数，获取所述移动台所在小区的区域平均误码率；

位置获取模块，用于通过最小化所述区域平均误码率获取模块获取的区域平均误码率，得到发射天线的位置。

本发明实施例可以解决二维小区中如何布置发射天线以达到***性能最优的问题，具体地，首先假设移动台位置固定，获取移动台在该假定位置接收所有发射天线的信号的误码率；进而根据该误码率和移动台在该假定位置的概率密度函数，获取移动台所在小区的区域平均误码率，即本发明实施例考虑到移动台的移动性，对移动台的位置取平均而得到区域平均误码率；由于区域平均误码率反映了***通信性能的统计特性，通过最小化区域平均误码率，得到发射天线的最佳位置，可以提高***容量，也可以降低发射功率，并减少***成本。

附图说明

图1为本发明实施例一发射天线位置的获取方法的流程图；

图2为本发明实施例二发射天线位置的获取方法中分布式天线***的示意图；

图3为本发明实施例二发射天线位置的获取方法的流程图；

图4A为本发明实施例二中发射天线数为2、阴影衰落参数的标准差为4的发射天线最佳位置的示意图；

图4B为本发明实施例二中发射天线数为3、阴影衰落参数的标准差为4的发射天线最佳位置的示意图；

图4C为本发明实施例二中发射天线数为4、阴影衰落参数的标准差为4的发射天线最佳位置的示意图；

图5A为本发明实施例二中发射天线数为2、阴影衰落参数的标准差为6的发射天线最佳位置的示意图；

图5B为本发明实施例二中发射天线数为3、阴影衰落参数的标准差为6的发射天线最佳位置的示意图；

图5C为本发明实施例二中发射天线数为4、阴影衰落参数的标准差为6的发射天线最佳位置的示意图；

图6A为本发明实施例二中发射天线数为2、阴影衰落参数的标准差为8的发射天线最佳位置的示意图；

图6B为本发明实施例二中发射天线数为3、阴影衰落参数的标准差为8的发射天线最佳位置的示意图；

图6C为本发明实施例二中发射天线数为4、阴影衰落参数的标准差为8的发射天线最佳位置的示意图；

图7为本发明实施例发射天线位置的获取装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明实施例一发射天线位置的获取方法的流程图。如图1所示，本实施例具体包括如下步骤：

步骤101、获取移动台在所处位置接收所有发射天线的信号的误码率；

步骤102、根据移动台在所处位置的误码率以及移动台在该位置的概率密度函数，获取移动台所在小区的区域平均误码率；

步骤103、通过最小化区域平均误码率，得到发射天线的位置。

本实施例采用区域平均误码率(Area Averaged Symbol Error Rate，简称：AASER)作为衡量分布式天线***的性能的指标，通过最小化AASER来确定一个二维小区中发射天线的最佳位置。其中二维小区是指区别于如铁路等一维的小区，即常规意义上的小区。AASER具体是指在小区内均匀分布的所有用户采用某种调制编码方式进行通信所获得的误码率的平均值，该AASER反映了***通信性能的统计特性。

本实施例可以解决二维小区中如何布置发射天线以达到***性能最优的问题，具体地，首先假设移动台(Mobile Station，简称：MS)位置固定，获取MS在该假定位置接收所有发射天线的信号的误码率；进而根据该误码率和MS在该假定位置的概率密度函数，获取MS所在小区的AASER，即本实施例考虑到MS的移动性，对MS的位置取平均而得到AASER；通过最小化AASER，得到发射天线的最佳位置。

在发射功率不变的情况下，AASER越小，***容量越大；在***容量需求不变的情况下，AASER越小，发射功率越小。所以，本实施例通过最小化AASER，得到发射天线的最佳位置，可以提高***容量，也可以降低发射功率。如果分布式天线***的发射功率降低，则发射天线所需元器件的成本可以降低，进而减少***成本。

图2为本发明实施例二发射天线位置的获取方法中分布式天线***的示意图。本实施例以圆形小区、采用正交空时分组编码(Orthogonal Space TimeBlock Code，简称：OSTBC)的分布式天线***为例进行说明。如图2所示，该***的小区为半径为R的圆形小区，其中共有n_T根发射天线分布在小区中不同的地理位置，它们之间通过光纤或同轴电缆等通信设备与中心处理单元相连。第m根发射天线的位置用极坐标表示为(r_m，θ_m)，其中m＝1，…n_T。

MS在整个小区内均匀分布，设其位置为(r，θ)，(r，θ)的概率密度函数为：

$f(r,\mathrm{\θ})=\frac{r}{{\mathrm{\πR}}^2},0\≤r\≤R,0\≤\mathrm{\θ}\≤2\mathrm{\π}---\left(1\right)$

从MS到第m根发射天线的距离d_m为：

$d_m=\sqrt{r^2+r_m^2-2{\mathrm{rr}}_m\cos (\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_m)}---\left(2\right)$

第i根发射天线到第j根发射天线之间的距离d_i，j为：

$d_{i,j}=\sqrt{r_i^2+r_j^2-2r_i{r}_j\cos ({\mathrm{\θ}}_i-{\mathrm{\θ}}_j)}---\left(3\right)$

其中(r_i，θ_i)是第i根发射天线的极坐标，(r_j，θ_j)是第j根发射天线的极坐标。

本实施例中，基站采用OSTBC和多相移键控(Multiple Phase ShiftKeying，简称：M-PSK)调制。在每一次编码操作中，将一组km(m＝log₂M)个信息比特映射到信号星座，以选择k个调制信号x₁，x₂，…x_k，其中每组m个信息比特选择一个信号星座。采用空时分组编码器将k个调制信号进行编码，根据传输矩阵X生成n_T个长度为p的并行信号序列，将这些序列在p个时间周期内同时通过n_T根发射天线进行发射。

针对图2所示的圆形小区的分布式天线***，本实施例的目的在于获取使该***性能最好的发射天线的位置。

图3为本发明实施例二发射天线位置的获取方法的流程图。如图3所示，本实施例具体包括如下步骤：

步骤201、在MS的位置固定的情况下，获取MS在所处位置接收每一个发射天线的信号的平均信噪比。

本步骤可以具体为：根据发射天线的发射功率以及发射天线到MS的阴影衰落参数和路径损耗参数，获取MS在所处位置接收每一个发射天线的信号的平均信噪比。

设基站总发射功率为P^t，则每根发射天线的发射功率为P^t/n_T。处于某一位置的MS接收到的第m根发射天线的信号的瞬时功率P_m ^r为：

$P_m^r=\frac{P^t}{n_T}{\left|{\tilde{h}}_{m,t}\right|}^2{\mathrm{\ξ}}_m{S}_m---\left(4\right)$

其中

表示第m根发射天线到MS的小尺度瑞利衰落参数，ξ_m表示第m根发射天线到MS的阴影衰落参数，S_m表示第m根发射天线到MS的路径损耗参数。

根据P_m ^r与MS接收到的第m根发射天线的信号的瞬时信噪比(Signal toNoise Ratio，简称：SNR)γ_m的关系： ${\mathrm{\γ}}_m=\frac{P_m^r}{{\mathrm{\σ}}_n^2},$ 其中σ_n ²是高斯白噪声的方差，可以得到：

${\mathrm{\γ}}_m=\frac{P^t{\left|{\tilde{h}}_{m,t}\right|}^2{\mathrm{\ξ}}_m{S}_m}{n_T{\mathrm{\σ}}_n^2}---\left(5\right)$

根据γ_m可以得到MS接收到的第m根发射天线的信号的平均SNRγ_m为：

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_m=\frac{P^t{\mathrm{\ξ}}_m{S}_m}{n_T{\mathrm{\σ}}_n^2}---\left(6\right)$

步骤202、在MS的位置固定的情况下，根据MS接收到的每一根发射天线的信号的平均SNR，获取MS在所处位置接收所有发射天线的信号的误码率(Symbol Error Rate，简称：SER)。

在M-PSK调制的条件下，根据上述平均SNRγ_m获得的MS在所处位置接收所有发射天线的信号的SER可以表示为：

$\mathrm{SER}({\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_1,{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_2,...{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_{n_T})=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\∫}_0^{(M-1)\mathrm{\π}/M}\underset{m=1}{\overset{n_T}{\mathrm{\Π}}}\frac{1}{1+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_m{\sin }^2(\mathrm{\π}/M){\sin }^{-2}\mathrm{\φ}}\mathrm{d\φ}---\left(7\right)$

其中M为调制阶数。

对于较大的γ_m，SER可以近似表示为：

$\mathrm{SER}({\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_1,{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_2,...{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_{n_T})\≈\frac{C(n_T,M)}{\underset{m=1}{\overset{n_T}{\mathrm{\Π}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_m}=\frac{C(n_T,M)}{\underset{m=1}{\overset{n_T}{\mathrm{\Π}}}\frac{P^t{\mathrm{\ξ}}_m{S}_m}{n_T{\mathrm{\σ}}_n^2}}=C(n_T,M){\left(\frac{n_T{\mathrm{\σ}}_n^2}{P^t}\right)}^{n_T}\underset{m=1}{\overset{n_T}{\mathrm{\Π}}}\frac{1}{{\mathrm{\ξ}}_m}\underset{m=1}{\overset{n_T}{\mathrm{\Π}}}\frac{1}{S_m}---\left(8\right)$

其中：

$C(n_T,M)=\frac{1}{{\left[2\sin (\mathrm{\π}/M)\right]}^{2n_T}}[\left(\begin{array}{c}2n_T\\ n_T\end{array}\right)\frac{M-1}{M}-\underset{m=1}{\overset{n_T}{\mathrm{\Σ}}}\left(\begin{array}{c}{2n}_T\\ n_T-1\end{array}\right){(-1)}^{n_T}\frac{\sin (2\mathrm{\πm}/M)}{\mathrm{\πm}}]---\left(9\right)$

由于服从对数正态分布，即 ${10\log }_{10}\left(\underset{m=1}{\overset{n_T}{\mathrm{\Π}}}\frac{1}{{\mathrm{\ξ}}_m}\right)~N(0,\underset{i=1}{\overset{n_T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n_T}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{i,j}{\mathrm{\σ}}_i{\mathrm{\σ}}_j),$ 其中ρ_i，j为10log₁₀(ξ_i)和10log₁₀(ξ_j)之间的相关系数，σ_i为10log₁₀(ξ_i)的标准差，σ_j为10log₁₀(ξ_j)的标准差。

将ρ_i，j建模为：

ρ_i，j＝Acosθ_i，j+B            (10)

其中A和B是两个正实数，满足A+B≤1，θ_i，j为第i根发射天线与MS的连线和第j根发射天线与MS的连线之间的夹角，进一步，则有：

${\mathrm{\ρ}}_{i,j}=A\cos {\mathrm{\θ}}_{i,j}+B=A\frac{d_i^2+d_j^2-d_{i,j}^2}{{2d}_i{d}_j}+B---\left(11\right)$

对阴影衰落参数进行统计平均，则有：

$E\left(\underset{m=1}{\overset{n_T}{\mathrm{\Π}}}\frac{1}{{\mathrm{\ξ}}_m}\right)=\exp \left[\frac{\left(\underset{i=1}{\overset{n_T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n_T}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{i,j}{\mathrm{\σ}}_i{\mathrm{\σ}}_j\right){\ln }^{2}10}{200}\right]---\left(12\right)$

根据式(8)和(12)可以得到只与距离有关的SER：

$\mathrm{SER}(d_1,...d_{n_T},d_{\mathrm{1,2}},...d_{n_T-1,n_T})\≈C(n_T,M){\left(\frac{n_T{\mathrm{\σ}}_n^2}{P^t}\right)}^{n_T}\exp \left[\frac{\left(\underset{i=1}{\overset{n_T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n_T}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{i,j}{\mathrm{\σ}}_i{\mathrm{\σ}}_j\right){\ln }^{2}10}{200}\right]\underset{m=1}{\overset{n_T}{\mathrm{\Π}}}\frac{1}{S_m}---\left(13\right)$

当然，也可以通过不通过计算SNR，而根据信道参数通过仿真，获得SER。

步骤203、根据MS在所处位置的SER以及MS在该位置的概率密度函数，获取MS所在小区的区域平均误码率。

本步骤具体为：根据上述只与距离有关的SER以及MS在所处位置的概率密度函数，对MS的位置取平均，得到MS所在小区的AASER：

$\mathrm{AASER}({\mathrm{\θ}}_1,r_1,...{\mathrm{\θ}}_{n_T},r_{n_T})\≈{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^R\mathrm{SER}(d_1,...d_{n_T},d_{\mathrm{1,2}},...d_{n_T-1,n_T})\frac{r}{\mathrm{\π}{R}^2}\mathrm{drd\θ}---\left(14\right)$

综上所述，根据式(11)、(13)和(14)可以得到AASER与发射天线的位置的关系式。

步骤204、通过最小化AASER，得到发射天线的最佳位置。

本步骤的数学模型为：

根据式(15)所示的模型，即可得到发射天线的最佳位置。具体可以采用的数值搜索的方法得到的最优的天线位置，其中数值搜索方法很多，例如穷举的方法，还有现有的优化的搜索算法。

下面通过附图示出几个具体的例子，提供通过本实施例的方法获取到的发射天线的最佳位置。在这几个例子中，圆形小区的半径为1000m，阴影衰落参数的标准差为固定值。以下各图中括号内的数字为用于表示发射天线的位置的直角坐标。

图4A为本发明实施例二中发射天线数为2、阴影衰落参数的标准差为4的发射天线最佳位置的示意图，图4B为本发明实施例二中发射天线数为3、阴影衰落参数的标准差为4的发射天线最佳位置的示意图，图4C为本发明实施例二中发射天线数为4、阴影衰落参数的标准差为4的发射天线最佳位置的示意图。

图5A为本发明实施例二中发射天线数为2、阴影衰落参数的标准差为6的发射天线最佳位置的示意图，图5B为本发明实施例二中发射天线数为3、阴影衰落参数的标准差为6的发射天线最佳位置的示意图，图5C为本发明实施例二中发射天线数为4、阴影衰落参数的标准差为6的发射天线最佳位置的示意图。

图6A为本发明实施例二中发射天线数为2、阴影衰落参数的标准差为8的发射天线最佳位置的示意图，图6B为本发明实施例二中发射天线数为3、阴影衰落参数的标准差为8的发射天线最佳位置的示意图，图6C为本发明实施例二中发射天线数为4、阴影衰落参数的标准差为8的发射天线最佳位置的示意图。

本实施例可以解决二维小区中如何布置发射天线以达到***性能最优的问题，具体地，首先假设移动台(Mobile Station，简称：MS)位置固定，获取MS在该假定位置接收每一个发射天线的信号的平均信噪比；然后，根据平均信噪比获取MS在该假定位置接收所有发射天线的信号的误码率；进而根据该误码率和MS在该假定位置的概率密度函数，获取MS所在小区的AASER，即本实施例考虑到MS的移动性，对MS的位置取平均而得到AASER；由于AASER反映了***通信性能的统计特性，通过最小化AASER，得到发射天线的最佳位置，可以提高***容量，也可以降低发射功率，并减少***成本。进一步的，本实施例考虑到无线信道的特性，如阴影衰落参数和路径损耗参数等，更为准确地确定发射天线的最佳位置。总之，对于下一代分布式通信网络的设计和规划，本发明实施例具有一定的参考价值。

图7为本发明实施例发射天线位置的获取装置的结构示意图。如图7所示，本实施例具体包括：误码率获取模块11、区域平均误码率获取模块12和位置获取模块13，其中，误码率获取模块11用于获取移动台在所处位置接收所有发射天线的信号的误码率；区域平均误码率获取模块12用于根据误码率获取模块11获取的移动台在所处位置的误码率以及移动台在该位置的概率密度函数，获取移动台所在小区的区域平均误码率；位置获取模块13用于通过最小化区域平均误码率获取模块12获取的区域平均误码率，得到发射天线的位置。

本实施例还可以包括平均信噪比获取模块14，该平均信噪比获取模块14用于获取移动台在所处位置接收每一个发射天线的信号的平均信噪比。上述误码率获取模块11具体用于根据平均信噪比获取模块14获取的移动台在所处位置接收每一个发射天线的信号的平均信噪比，获取误码率。

进一步的，上述平均信噪比获取模块14可以具体用于根据发射天线的发射功率以及发射天线到移动台的阴影衰落参数和路径损耗参数，获取移动台在所处位置接收每一个发射天线的信号的平均信噪比。

上述误码率获取模块11可以具体用于通过对阴影衰落参数进行统计平均，根据平均信噪比获取模块14获取的平均信噪比，获取移动台在所处位置接收所有发射天线的信号的与距离有关的误码率。

本实施例可以解决二维小区中如何布置发射天线以达到***性能最优的问题，具体地，首先假设移动台(Mobile Station，简称：MS)位置固定，平均信噪比获取模块获取MS在该假定位置接收每一个发射天线的信号的平均信噪比；然后，误码率获取模块根据平均信噪比获取MS在该假定位置接收所有发射天线的信号的误码率；进而区域平均误码率获取模块根据该误码率和MS在该假定位置的概率密度函数，获取MS所在小区的AASER，即本实施例考虑到MS的移动性，对MS的位置取平均而得到AASER；由于AASER反映了***通信性能的统计特性，位置获取模块通过最小化AASER，得到发射天线的最佳位置，可以提高***容量，也可以降低发射功率，并减少***成本。进一步的，本实施例考虑到无线信道的特性，如阴影衰落参数和路径损耗参数等，更为准确地确定发射天线的最佳位置。总之，对于下一代分布式通信网络的设计和规划，本发明实施例具有一定的参考价值。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤，而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种发射天线位置的获取方法，其特征在于，包括：

获取移动台在所处位置接收所有发射天线的信号的误码率；

根据所述移动台在所处位置的误码率以及所述移动台在所述位置的概率密度函数，获取所述移动台所在小区的区域平均误码率；

通过最小化所述区域平均误码率，得到发射天线的位置；

其中，在所述获取移动台在所处位置接收所有发射天线的信号的误码率之前还包括：获取所述移动台在所处位置接收每一个发射天线的信号的平均信噪比；

所述获取所述移动台在所处位置接收所有发射天线的信号的误码率包括：根据所述移动台在所处位置接收每一个发射天线的信号的平均信噪比，获取所述误码率。

2.根据权利要求1所述的发射天线位置的获取方法，其特征在于，所述获取所述移动台在所处位置接收每一个发射天线的信号的平均信噪比包括：根据所述发射天线的发射功率以及所述发射天线到所述移动台的阴影衰落参数和路径损耗参数，获取所述移动台在所处位置接收每一个发射天线的信号的平均信噪比。

3.根据权利要求2所述的发射天线位置的获取方法，其特征在于，所述获取所述移动台在所处位置接收所有发射天线的信号的误码率包括：通过对所述阴影衰落参数进行统计平均，获取所述移动台在所处位置接收所有发射天线的信号的与距离有关的误码率。

4.一种发射天线位置的获取装置，其特征在于，包括：

误码率获取模块，用于获取移动台在所处位置接收所有发射天线的信号的误码率；

区域平均误码率获取模块，用于根据所述误码率获取模块获取的移动台在所处位置的误码率以及所述移动台在所述位置的概率密度函数，获取所述移动台所在小区的区域平均误码率；

位置获取模块，用于通过最小化所述区域平均误码率获取模块获取的区域平均误码率，得到发射天线的位置；

平均信噪比获取模块，用于获取所述移动台在所处位置接收每一个发射天线的信号的平均信噪比；

所述误码率获取模块具体用于根据所述平均信噪比获取模块获取的移动台在所处位置接收每一个发射天线的信号的平均信噪比，获取所述误码率。

5.根据权利要求4所述的发射天线位置的获取装置，其特征在于，所述平均信噪比获取模块具体用于根据所述发射天线的发射功率以及所述发射天线到所述移动台的阴影衰落参数和路径损耗参数，获取所述移动台在所处位置接收每一个发射天线的信号的平均信噪比。

6.根据权利要求5所述的发射天线位置的获取装置，其特征在于，所述误码率获取模块具体用于通过对所述阴影衰落参数进行统计平均，根据所述平均信噪比获取模块获取的平均信噪比，获取所述移动台在所处位置接收所有发射天线的信号的与距离有关的误码率。

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