CN107979397B - 一种分布式天线***的天线端口选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式天线***的天线端口选择方法，包括如下步骤：步骤1、对分布式天线***下行链路的移动台接收信号进行数学分析，确定***模型，其中，分布式天线***中各端口采用波束成型技术发送信号；步骤2、依据要选择的天线端口数目，留取设定的余量，对天线端口进行预选；步骤3、在预选结果中进行所需数量的天线端口的最优选择，并同时完成各天线端口发送功率的优化配置。在下行传输过程中，选择部分优势AP与移动台进行通信，使得在保证分布式天线***优势的同时，尽量节省功率及频率资源。

Description

一种分布式天线***的天线端口选择方法

技术领域

本发明涉及一种分布式天线***的天线端口选择方法。

背景技术

随着能源紧缺及环境恶化日益严重，分布式天线***，又称为分布式MIMO，引起了学者们的广泛兴趣。不同于传统的集中式MIMO***，分布式天线***在每个小区放置多个独立的天线端口(AP)，各个端口都与中央处理器通过光纤或电缆等相连，天线端口和移动用户之间形成分布式MIMO。

分布式天线***(DAS)通过将天线在地理位置上分开放置，拉近了移动台与接入天线之间的距离，可以降低发射功率、改善通信的稳定性、提升***容量和改善覆盖范围等，众多优势使其成为第五代移动通信***的热门候选技术之一。

目前，分布式天线***的下行传输，主要有两种方案：第一种方案是覆盖式传输，即所有的天线端口都与移动台进行通信；第二种方案是选择性传输，即选择部分天线端口与移动台进行通信，但目前大部分研究仅选择一个天线端口(AP)与移动台进行通信。第一种方案能取得好的性能，但浪费了资源，而第二种方案节省了资源，但无法保证性能的最佳。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种分布式天线***的天线端口选择方法，在下行传输过程中，选择部分优势AP与移动台进行通信，使得在保证分布式天线***优势的同时，尽量节省功率及频率资源。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种分布式天线***的天线端口选择方法，包括如下步骤：

步骤1、对分布式天线***下行链路的移动台接收信号进行数学分析，确定***模型，其中，分布式天线***中各端口采用波束成型技术发送信号；

步骤2、依据要选择的天线端口数目，留取设定的余量，对天线端口进行预选；

步骤3、在预选结果中进行所需数量的天线端口的最优选择，并同时完成各天线端口发送功率的优化配置。

优选，步骤1中，设一个单小区的分布式***有P个天线端口，某移动台要选择Q个天线端口与其通信，则此移动台的接收信号y为：

式中，L_i为小区内第i个天线端口AP_i到达移动台的大尺度衰落，假设一个端口上的所有发送天线到达移动台的大尺度衰落都相同；g_i为第i个天线端口AP_i上的各根天线到达移动台的小尺度衰落，为N×1的信道向量，N为每个天线端口的天线数，移动台为单天线，

为g_i的转置；w_i为第i个天线端口AP_i的波束成型矢量，其维度为N×1；x_i为第i个天线端口AP_i的发送信号，n为噪声，其方差为

则移动台的平均信噪比γ为：

其中，P_i为第i个天线端口AP_i发送符号的功率。

优选，步骤2中，根据L_i的取值，按从大到小的顺序选取K个天线端口，其中，Q＜K＜P。

优选，K＝Q+2。

优选，步骤3具体包括如下步骤：

301、将步骤2中预选的K个天线端口放入可选天线端口集合；

302、穷举从可选天线端口集合中可选取的Q个天线端口的组合；

303、针对每一种组合，以下行信道容量为优化目标，各天线端口发送功率最大值限制、Q个天线端口发送功率之和限制为约束条件，以各天线端口发送功率为变量，建立优化问题模型；

304、针对每一种组合，求解优化问题模型并获得优化问题解，记录各组合获得的信道容量值及各天线端口的发送功率分配；

305、选择最大信道容量的Q个天线端口为最终的天线端口，并按其功率分配情况发送信号。

优选，步骤1中用到的信道信息是理想的信道信息，或是利用信道估计方法或反馈方法得到的信道信息。

本发明的有益效果是：

本发明采用的分布式天线***的天线端口选择方法，适用于小区内天线端口任意分布的情形。根据要选择的天线端口数量，利用大尺度衰落的情况预选具有一定冗余数量的天线端口，然后在这些端口中利用容量作为优化目标在功率约束条件下进行容量和功率分配情况的求解，遍历所有可能的端口组合后找出使得容量最大的天线端口选择方案和功率配置，以实现分布式天线***中资源与性能折中的选择性传输方案。在下行传输过程中，选择部分优势AP与移动台进行通信，使得在保证分布式天线***优势的同时，尽量节省功率及频率资源。

附图说明

图1是本发明分布式天线***的结构示意图；

图2是本发明一种分布式天线***的天线端口选择方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种分布式天线***的天线端口选择方法，包括如下步骤：

步骤1、对分布式天线***下行链路的移动台接收信号进行数学分析，确定***模型，其中，分布式天线***中各端口采用波束成型技术发送信号。

步骤2、依据要选择的天线端口数目，留取设定的余量，对天线端口进行预选。

步骤3、在预选结果中进行所需数量的天线端口的最优选择，并同时完成各天线端口发送功率的优化配置。

下面结合图1和图2进行详细描述。

其中，***结构图如图1所示，设一个单小区的分布式***有P个天线端口，各端口之间通过光纤或电缆等与中央处理器相连，移动用户采用单根天线，各天线端口使用多根天线，实现下行链路中兼顾资源与性能的基站侧天线端口的选择传输过程。分布式天线***的天线端口选择方法的流程图如图2所示，则：

步骤1中，对分布式天线***下行链路的移动台接收信号进行数学分析，确定***模型：设定分布式天线***的基本条件及下行传输方式，如小区内的天线端口数、每个端口的天线数、信道模型等，各天线端口采用波束成形技术，即各端口根据信道情况选择合适的波束成形矢量发送信号。用到的信道信息可以是理想的信道信息，或是利用信道估计方法或反馈方法得到的信道信息。

分布式天线***中各端口采用波束成型技术发送信号，设某移动台要选择Q个天线端口与其通信，则此移动台的接收信号y为：

式中，L_i为小区内第i个天线端口AP_i到达移动台的大尺度衰落，假设一个端口上的所有发送天线到达移动台的大尺度衰落都相同；g_i为第i个天线端口AP_i上的各根天线到达移动台的小尺度衰落，为N×1的信道向量，N为每个天线端口的天线数，移动台为单天线，

为g_i的转置；w_i为第i个天线端口AP_i的波束成型矢量，其维度为N×1；x_i为第i个天线端口AP_i的发送信号，n为噪声，其方差为

则移动台的平均信噪比γ为：

其中，P_i为第i个天线端口AP_i发送符号的功率。

步骤2中，根据小区内各AP到达移动台的大尺度衰落情况，留取一定的余量，对AP进行预选：根据L_i的取值，按从大到小的顺序选取K个天线端口，其中，Q＜K＜P。预选时留取的余量不宜过大，以减少计算复杂度，比如，K＝Q+2。

优选，步骤3具体包括如下步骤：

301、将步骤2中预选的K个天线端口放入可选天线端口集合；

302、穷举从可选天线端口集合中可选取的Q个天线端口的组合；

303、针对每一种组合，以下行信道容量为优化目标，各天线端口发送功率最大值限制、Q个天线端口发送功率之和限制为约束条件，以各天线端口发送功率为变量，建立优化问题模型；

304、针对每一种组合，求解优化问题模型并获得优化问题解，记录各组合获得的信道容量值及各天线端口的发送功率分配，直至所有可能的天线端口组合都已遍历；

305、选择最大信道容量的Q个天线端口为最终的天线端口，并按其功率分配情况发送信号。

具体的，从K个可选端口中随机或有序选取Q个天线端口，对于选定的K个AP，先以{AP₁,…,AP_Q}为所选的Q个AP，计算此情形下的下行链路容量，并考虑功率约束条件，建立优化问题模型：

C＝log₂(1+γ)

s.t.0<P_i≤P₀,i＝1～Q

其中，P₀为各AP的最大发送功率限制(设各AP的最大发送功率限制相同)，P_max为Q个AP发送功率和的限制。解此优化问题，得到容量C的最大值以及此时各AP的发送功率，将此时的容量值设为当前最大容量值。然后，从可选天线端口集合中选取另一组Q个天线端口的组合(即此次的Q个天线端口与之前所有的组合都不完全相同)，比如再以{AP₁,…,AP_Q-1，AP_Q+1}为所选的Q个AP，同样，建立以上的优化问题模型并求解，得出容量C的最大值及各AP的发送功率，并将容量与当前最大容量值进行比较，如果此次的容量值更大，则以此结果更新当前最大容量值；如果此次的容量值较小，则舍弃，继续下一组Q个AP的计算与比较。直至所有可能的Q个AP的组合都遍历过后，得到使得当前容量值最大的那组AP组合及各AP的发送功率，即选择相应的Q个AP按所得的功率分配情况与移动台进行通信。

本发明采用的分布式天线***的天线端口选择方法，适用于小区内天线端口任意分布的情形。根据要选择的天线端口数量，利用大尺度衰落的情况预选具有一定冗余数量的天线端口，然后在这些端口中利用容量作为优化目标在功率约束条件下进行容量和功率分配情况的求解，遍历所有可能的端口组合后找出使得容量最大的天线端口选择方案和功率配置，以实现分布式天线***中资源与性能折中的选择性传输方案。在下行传输过程中，选择部分优势AP与移动台进行通信，使得在保证分布式天线***优势的同时，尽量节省功率及频率资源。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种分布式天线***的天线端口选择方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、对分布式天线***下行链路的移动台接收信号进行数学分析，确定***模型，其中，分布式天线***中各端口采用波束成型技术发送信号；

步骤2、依据要选择的天线端口数目，留取设定的余量，对天线端口进行预选；

步骤3、在预选结果中进行所需数量的天线端口的最优选择，并同时完成各天线端口发送功率的优化配置；

步骤1中，设一个单小区的分布式***有P个天线端口，某移动台要选择Q个天线端口与其通信，则此移动台的接收信号y为：

式中，L_i为小区内第i个天线端口AP_i到达移动台的大尺度衰落，假设一个端口上的所有发送天线到达移动台的大尺度衰落都相同；g_i为第i个天线端口AP_i上的各根天线到达移动台的小尺度衰落，为N×1的信道向量，N为每个天线端口的天线数，移动台为单天线，

为g_i的转置；w_i为第i个天线端口AP_i的波束成型矢量，其维度为N×1；x_i为第i个天线端口AP_i的发送信号，n为噪声，其方差为

则移动台的平均信噪比γ为：

其中，P_i为第i个天线端口AP_i发送符号的功率；

步骤3具体包括如下步骤：

301、将步骤2中预选的K个天线端口放入可选天线端口集合；

302、穷举从可选天线端口集合中可选取的Q个天线端口的组合；

303、针对每一种组合，以下行信道容量为优化目标，各天线端口发送功率最大值限制、Q个天线端口发送功率之和限制为约束条件，以各天线端口发送功率为变量，建立优化问题模型；

304、针对每一种组合，求解优化问题模型并获得优化问题解，记录各组合获得的信道容量值及各天线端口的发送功率分配；

305、选择最大信道容量的Q个天线端口为最终的天线端口，并按其功率分配情况发送信号；

具体的，从K个可选端口中随机或有序选取Q个天线端口，对于选定的K个AP，先以{AP₁,…,AP_Q}为所选的Q个AP，计算此情形下的下行链路容量，并考虑功率约束条件，建立优化问题模型：

C＝log₂(1+γ)

s.t.0<P_i≤P₀,i＝1～Q

其中，P₀为各AP的最大发送功率限制(设各AP的最大发送功率限制相同)，P_max为Q个AP发送功率和的限制。

2.根据权利要求1所述的一种分布式天线***的天线端口选择方法，其特征在于，步骤2中，根据L_i的取值，按从大到小的顺序选取K个天线端口，其中，Q＜K＜P。

3.根据权利要求2所述的一种分布式天线***的天线端口选择方法，其特征在于，K＝Q+2。

4.根据权利要求1所述的一种分布式天线***的天线端口选择方法，其特征在于，步骤1中用到的信道信息是理想的信道信息，或是利用信道估计方法或反馈方法得到的信道信息。

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