文档介绍：东南大学
博士学位论文
分布式MIMO系统基站侧多天线最优分布研究
姓名:王新征
申请学位级别:博士
专业:通信与信息系统
指导教师:陈明
20091125
摘要的问题——如何最优分布基站侧多天线等,则缺乏足够的研究。从现有蜂窝小区无线传输技术可以在不增加系统带宽的情况下成倍地提高信道容量,因而成为近十年来移动通信领域的一个研究热点。对于信息论以及基带信号处理层面的问题,目前已经有了较多的研究成果,而对于组网技术层面规划的研究结果来看,基站天线的分布会极大地影响整个网络的频谱效率。本文研究如何将多根基站天线最优地分散在小区内以最大化小区平均遍历容量。具体说来,本文的工作集中在以下三点:第一,单用户场景线形小区基站侧多天线最优分布问题研究。线形小区的具体背景是用天线来覆盖一条道路。假设基站有若干天线端口,每个端口放置若干独立的发射或接收天线单元,移动台配置一根接收或发射天线。无线信道被假定具有三种衰落:大尺度衰落、阴影衰落和平坦瑞利快衰落。在下行链路中,假设基站从所有天线中选择若干个天线进行最大比发送Q芯恐泻雎愿鞲龇射天线的信号到达用户的时延差。在上行链路中,基站选择若干根天线采用最大比合并接收移动台的发送信号。在上述场景下,本文推导了上下行小区平均遍历容量的数学表达式,然后应用不等式得到容量的一个下界函数,通过最大化该下界函数得到了基站侧多天线所应遵循的“最小平方距离准则”。当用户在线形小区内均匀分布时,本文给出了天线“最小平方距离植嫉慕馕鼋狻仿真结果表明此解与最优解极为接近。当用户在线形小区内非均匀分布时,本文应用惴标量量化中的码本设计算法玫搅颂煜摺白钚∑椒骄嗬分布的数值解。仿真结果表明由惴ǖ玫降奶煜摺白钚∑椒骄嗬搿狈植忌晕偏离最优分布,但是所对应的容量接近最优值。本文该部分的研究结果为利用多天线覆盖道路型小区提供了理论依据。第二,单用户场景圆形小区基站侧多天线最优分布问题的研究。圆形小区是对传统六边形小区的近似。本文将上一部分所述的线形小区的基站侧多天线最优分布问题推广到圆形小区。仍假设基站侧有若干端口,每个端口放置若干独立的发射或接收天线单元。移动台配置一根天线,用以接收或发送信号。无线信道仍被假定具有大尺度衰落、阴影衰落和平坦瑞利快衰落。在下行链路中,同样假设基站从所有天线中选择若干天线进行Q芯恐腥匀缓雎愿鞲龇⑸涮煜叩男藕到达用户的时延差。在上行链路中,基站选择若干根天线采用邮找贫的发送信号。在上述场景下,本文推导了上下行小区平均遍历容量的数学表达式,然后应用不等式得到小区平均遍历容量的一个下界函数,最大化该下界函数同样得到基站侧多天线所应遵循的“最小平方距离准则5庇没г谛∏诰分布,基站侧多天线按照圆形布局柑煜叨丝谥荒芫确胖迷谝桓鲇胄∏
心的圆周和可选的圆心位置上桨阜植际保疚耐频汲觥白钚∑椒骄嗬搿狈植的摆放半径的解析表达式。仿真表明该半径接近最优半径。此外,在用户均匀分布,天线一般布局柑煜叨丝诳梢栽谛∏谌我夥胖条件下,本文应用广义惴矢量量化中的码本设计算法隽颂煜叨丝诘摹白钚∑椒骄嗬搿分布。仿真表明当天线端数小于时,相比于圆心放置天线的圆形布局,经过广义惴ㄓ呕囊话悴季种换竦貌淮蟮娜萘吭鲆妗U馑得髟残尾季质且恢次优天线布局。该部分研究为常规的六边形小区的天线最优分布提供了理论依据。第三,多用户场景线形小区的下行覆盖基站侧天线的最优分布问题研究。假设基站侧有若干端口且每个端口只有一根天线苋菀淄乒愕蕉喔煜叩那榭,移动台只配置一根天线。基站的每根天线被预先分配若干互不相同的子载波。小区内的多个用户同时接收下行信号。用户的个数等于基站能够同时服务的用户数。基站通过调度为小区内的每个用户分配基站天线和予载波。每根基站天线的总发射功率固定。本文假设每根天线上的不同子载波有相等的发射功率,并采用穷举算法为用户分配天线和子载波。在此假设下本文给出多用户下行小区平均遍历容量之和,通过两次应用不等式得到容量和的下界函数,并通过最大化该下界函数得到基站侧多天线的次优分布。当用户位置相互独立且都为均匀分布时,本文给出天线次优分布的解析解。研究表明,多用户场景下基站侧多天线次优分布不仅与天线端口数目和用户分布有关,还与分配给每根天线的子载波的数目有关。仿真结果表明本文推导出的多用户场景下基站侧多天线次优分布位置接近在贪婪算法和最优资源分配算法下计算机搜索到的最优分布。此外,当每根天线分配的子载波足够多时,多用户场景中的天线次优分布就趋于单用户场景中的天线“最小平方距离”分布。关键词:分布式—钣欧植迹∏骄槔萘浚咝涡∏圆形小区,资源分配东南大学博士学位论文
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