基于系统中断概率的天线端口位置优化方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于系统中断概率的天线端口位置优化方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)对分布式MIMO系统中的中断概率进行数学分析，得出与天线端口(AP)位置有关的中断概率表达式；(2)根据粒子群算法，以系统中断概率为适应度函数，对分布式MIMO系统的AP位置进行优化；(3)对步骤(2)得到的结果进行一定的拟合，确定最终分布位置。提高了系统的中断概率性能，优化了天线分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，尤其涉及分布式MIMO系统中的基于系统中断概率的基站侧天线端口最优位置设计问题。 
技术介绍
随着移动通信系统以及Internet的迅猛发展，未来移动通信系统的设计目标不仅要求通信速率的提高，还要求实现更大的系统容量和更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括语音、数据和图像等的多媒体业务。如何实现这个目标已成为世界通信和信息科学学术界研究的热点。为了在有限的频谱资源上提高传输速率，MIMO技术已成为一种重要的物理层传输技术。 随着能源紧缺及环境恶化日益严重，分布式MIMO逐渐引起了学者的广泛关注。分布式天线系统(DAS)由于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、提升系统容量等，众多优势使其成为第五代移动通信系统的热门候选技术之一。 对于分布时MIMO系统中的最优天线端口位置分布问题，在已有的研究中，主要侧重基于系统容量来进行天线最优位置的设计以提高系统性能，或者是从误码率角度出发研究天线的最优位置分布，中断概率作为反映用户会话接入性能的重要指标，有着重要的研究意义，但由于中断概率理论研究的复杂性，目前的研究主要侧重在中断概率的理论分析方面，并在此方面取得了一些进展。基于这些进展，进一步以中断概率为目标优化基站侧天线端口位置正是本专利技术的出发点。本专利技术针对单天线用户的分布式MIMO系统下行链路设计了基站侧各天线端口采用波束成型和选择式发送方案的情况下以系统中断概率为准则通过粒子群智能算法进行天线端口位置的优化。此方案仅利用了信道的先验信息，不需要信息反馈等环节、以降低用户掉线率为出发点，提高了系统性能。 
技术实现思路
鉴于上述现有技术所存在的问题，本专利技术的目的是提供一种基于系统中断概率的天线端口位置优化方法，此算法提高了MIMO系统的中断概率性能。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的： 本专利技术公开的基于系统中断概率的天线端口位置优化方法，包括如下步骤： (1)对分布式MIMO系统中的中断概率进行数学分析，得出与天线端口(AP)位置有关的中断概率表达式； (2)根据粒子群算法，以系统中断概率为适应度函数，对分布式MIMO系统的AP位置进行优化； (3)对步骤(2)得到的结果进行一定的拟合，确定最终分布位置。 所述步骤(1)包括： 设定系统的基本条件，如小区半径、AP数目、每个天线端口的天线数目、用户天线数目、信道模型等，并依据发送、接收方案，分析建立与AP分布位置有关的系统中断概率表达式，作为适应度函数，中断概率表达式为： P‾out(ρ,θ)=∫02π∫0RPout(ρ,θ)f(ρ,θ)dρdθ---(1)]]>为了便于计算，采用数值方法进行计算，如下式所示： P‾out(ρ,θ)≅hk9Σb=0BΣc=0Cab,cPout(ρb,θc)f(ρb,θc)---(2)]]>μi(ρ,θ)=10log10(E/N0)+10log10((d0di(ρ,θ))αi)---(4)]]>di(ρ,θ)=ρ2+ρi2-2ρρicos(θ-θi)---(5)]]>其中，公式(1)中B＝C＝20，h＝R/B，k＝2π/C，R为小区半径，ρb＝bh(b＝0,1,…,B)，θc＝ck(c＝0,1,…,C)，ab,c∈A， 公式(3)中Γ(N)是gamma函数，公式(4)中d0为一定值，αi为一定值。 所述步骤(2)包括： A根据AP数目把一个小区分成相应数目的扇形区域，对每个区域进行参数的初始化设置； B设定各粒子的初始运动速度，且初始运动速度不超过最大速度，将各粒子的初始位置设定为初始局部最优位置，利用中断概率公式计算适应度值，适应度值最小时为粒子群的全局最优位置； C更新各粒子的位置及运动速度； D根据当前位置计算，对每个粒子计算适应度值，如果当前粒子的适应度值更小，则用当前位置更新该粒子的局部最佳位置； E比较所有粒子的适应度值，根据最佳的适应度值确定粒子群的全局最优位置 其中适应度值最小为最佳适应度值； F重复执行上述步骤C、D和E，达到迭代终止条件时，结束迭代，得到最优位置。 所述步骤A中对每个区域进行初始设定的参数包括：区域的边界位置：半径和角度范围、粒子的最大速度Vρmax、Vθmax以及粒子数目N。 所述步骤C中，根据vi,nk=wvi,nk-1+c1rand1(pbesti,n-xi,nk-1)+c2rand2(gbesti-xi,nk-1)]]>和更新各区域i粒子n的运动速度及位置，判断粒子位置是否在区域i的范围内，如超出范围，继续更新，直至粒子回到区域i范围内。 所述步骤F中的迭代终止条件为达到设定的迭代次数。 所述的步骤(3)包括： 基于步骤2得到最终各粒子的位置之后，对各区域的最优位置进行曲线拟合，得到AP的最优分布位置。 本专利技术的基于系统中断概率的天线端口位置优化方法，适用于各类调制系统。 由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术采用的基于系统中断概率的天线端口位置优化方法，充分利用信道的先验信息，依据理论推导的中断概率函数作为准则，采用粒子群算法求解最优天线端口位置，提高了系统的中断概率性能，优化了天线分布。 附图说明图1是本专利技术适用系统的结构示意图； 图2是本专利技术中基于系统中断概率的天线端口位置优化方法的原理框图。 具体实施方式本专利技术所述的方法是一种基于系统中断概率的天线端口位置优化方法，本专利技术中， 移动用户采用单根天线，实现下行链路中基于系统中断概率的天线端口位置优化设计过程。为实现本专利技术，首先要建立关于天线端口位置的中断概率表达式，然后以中断概率函数为适应度采用粒子群算法得到天线端口优化位置，最后对优化位置进行一定的拟合。 现对本专利技术所述的方法的具体实施方式结合附图进行说明： 系统结构图参见图1，小区中心可以设一个AP，其他AP分布在以小区中心为圆心的圆上；也可以小区中心不设AP，所有AP都分布以小区中心为圆心的圆上。 本专利技术所述的基于系统中断概率的天线端口位置优化方法的具体实现过程参见附图2，叙述如下： (1)对分布式MIMO系统中的中断概率进行数学分析，得出与天线端口(AP)位置有关的中断概率表达式； (2)根据粒子群算法，以系统中断概率为适应度函数，对分布式MIMO系统的AP位置进行优化； (3)对步骤(2)得到的结果进行一定的拟合，确定最终分布位置。 步骤(1)：基于分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于系统中断概率的天线端口位置优化方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)对分布式MIMO系统中的中断概率进行数学分析，得出与天线端口(AP)位置有关的中断概率表达式；(2)根据粒子群算法，以系统中断概率为适应度函数，对分布式MIMO系统的AP位置进行优化；(3)对步骤(2)得到的结果进行一定的拟合，确定最终分布位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于系统中断概率的天线端口位置优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)对分布式MIMO系统中的中断概率进行数学分析，得出与天线端口(AP)位置有关
的中断概率表达式；
(2)根据粒子群算法，以系统中断概率为适应度函数，对分布式MIMO系统的AP位
置进行优化；
(3)对步骤(2)得到的结果进行一定的拟合，确定最终分布位置。
2.根据权利要求1所述的基于系统中断概率的天线端口位置优化方法，其特征在于：
所述步骤(1)包括：
设定系统的基本条件，如小区半径、AP数目、每个天线端口的天线数目、用户天线
数目、信道模型等，并依据发送、接收方案，分析建立与AP分布位置有关的系统中断
概率表达式，并将中断概率表达式作为适应度函数，中断概率表达式为：
P‾out(ρ,θ)=∫02π∫0RPout(ρ,θ)f(ρ,θ)dρdθ----(1)]]>为了便于计算，采用数值方法进行计算，如下式所示：
P‾out(ρ,θ)≅hk9Σb=0BΣc=0Cab,0Pout(ρb,θc)f(ρb,θc)---(2)]]>Pout(ρ,θ)=Πi=0P-11Γ(N)∫0+∞ξ2πσiΩexp[-(10log10Ω-μi(ρ,θ))2]2σi2×∫0γthγN-1ΩNexp(γΩ)dγdΩ---(3)]]>μi(ρ,θ)10log10(E/N0)+10log10((d0di(ρ,θ))αi)---(4)]]>di(ρ,θ)=ρ2+ρi2-2ρρicos(θ-θi)---(5)]]>其中，公式(1)中B＝C＝2...

【专利技术属性】
技术研发人员：居美艳，李岳衡，黄平，李黎，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32