多蜂窩環(huán)境下的分布式天線及基站協(xié)作技術研究.pdf

1、近年來隨著無線通信的迅猛發(fā)展，各種智能終端設備以及多媒體業(yè)務的相繼涌現(xiàn)，無線通信用戶數(shù)量急劇增加，對數(shù)據(jù)率的需求也日益加劇，這對頻譜資源提出了新的要求。頻譜資源是一種比較稀缺的資源，通常是由政府機構采取授權的方式進行管理。隨著多數(shù)的頻譜資源已經(jīng)分配給特定的用戶，給移動用戶再專門分配額外的頻譜資源已不現(xiàn)實。這樣就出現(xiàn)了急劇增加的數(shù)據(jù)率與有限的頻譜資源之間的矛盾，如何在不增加頻譜資源的前提下提高數(shù)據(jù)率是本文研究的重點。
　　 分布式

2、天線系統(tǒng)是超三代和第四代移動通信系統(tǒng)的關鍵技術之一，具有很好的應用前景。在單小區(qū)環(huán)境中，它能夠在不增加頻譜資源的前提下，有效地提高移動用戶的信道容量、降低中斷概率和誤碼率，已經(jīng)成為無線通信領域的一個研究熱點，受到研究人員越來越多的關注。分布式天線系統(tǒng)的基本原理是:小區(qū)（蜂窩）內(nèi)所有的天線模塊已不再集中于小區(qū)中心，而是分散在小區(qū)的各個位置，當移動用戶在小區(qū)內(nèi)運動時，移動用戶與天線模塊之間的接入距離將變短。干擾是影響無線通信系統(tǒng)性能的重要因

3、素，如何消除或利用干擾是學者們研究的重點，在本文中，我們提出了基站協(xié)作技術，不再把來自相鄰小區(qū)的干擾信號看作無用信號，而是把其看作有用信號，對提高系統(tǒng)性能具有很大的幫助。
　　 另一方面，隨著全球范圍內(nèi)自然環(huán)境的惡化和溫室效應，人們開始更加關注無線通信系統(tǒng)的能效問題，并且能耗直接影響著移動運營商的收益和移動終端的電池壽命。在新一代無線通信系統(tǒng)中，我們研究分布式天線系統(tǒng)在能耗方面給移動運營商帶來的好處。
　　 學者們針對分

4、布式天線系統(tǒng)進行了大量的研究，他們主要采用中心極限定理方法，把干擾加噪聲項看作是具有固定方差的高斯隨機變量。此種分析方法的前提條件是干擾項足夠多，而當干擾項比較少時，采用中心極限定理方法分析的分布式天線系統(tǒng)性能存在誤差，對精度要求比較高的系統(tǒng)來說，我們要盡量消除誤差，獲得準確值。
　　 本文主要針對分布式天線系統(tǒng)的上述問題展開研究。首先，在前兩章中介紹了無線通信的發(fā)展歷程、分布式天線系統(tǒng)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，并對無線通信信道模型、分

5、布式天線模型、無線通信流程進行了詳細的說明。在本文中，我們提出了“根”的概念，即各個分布式天線的發(fā)射功率與移動用戶到相應發(fā)射天線的路徑損耗的乘積稱之為根，如果根相等，則稱存在“重根”。然后，針對中心極限定理方法的限制條件，我們提出了非中心極限定理方法，并根據(jù)移動用戶接收信號中期望信號和干擾信號是否存在重根的情形，對分布式天線系統(tǒng)進行分析;針對能耗問題，提出了新的分布式遠端天線單元選擇標準;針對干擾問題，提出了基站協(xié)作技術。
　　

6、 論文在以下幾個方面的研究取得重要進展:
　　 1)期望信號無重根干擾信號存在重根的分布式天線系統(tǒng)性能:當移動用戶運動到參考小區(qū)內(nèi)的某些位置時，移動用戶接收端的期望信號中不存在重根而干擾信號中存在重根。以前對分布式天線系統(tǒng)的分析主要采用中心極限定理方法，把干擾加噪聲項看作是高斯隨機變量并且其方差是固定的常數(shù)，因而不需要考慮分母存在重根的情形，這樣其分析過程比較簡單。在第三章中我們主要運用非中心極限定理方法，把干擾加噪聲項看作是隨

7、小尺度衰落變化的隨機變量，當給定發(fā)射功率和路徑損耗時，干擾加噪聲項的方差依然是隨機變量而不是中心極限定理中的常數(shù)。在非陰影衰落模式下，采用非中心極限定理方法推導了分布式天線系統(tǒng)各個性能指標的閉式表達式，并與中心極限定理方法進行了比較;在系統(tǒng)經(jīng)歷陰影衰落時，采用非中心極限定理方法推導出系統(tǒng)性能指標的近似表達式。大量仿真實驗證明采用非中心極限定理方法的分析結果能夠充分體現(xiàn)小尺度衰落對分布式天線系統(tǒng)性能的影響，并且能夠精確地反映系統(tǒng)的性能。<

8、br>　　 2)期望信號干擾信號都存在重根時分布式天線系統(tǒng)的性能:當移動用戶在參考小區(qū)內(nèi)運動時，移動用戶接收端的期望信號和干擾信號中會出現(xiàn)同時存在重根的情況。在此種情形下，采用非中心極限定理方法如何對分布式天線系統(tǒng)的性能進行分析是我們研究的重點。在第四章中，針對期望信號和干擾信號同時存在重根的情形，根據(jù)條件期望和分部積分等數(shù)學知識，采用新方法對分布式天線系統(tǒng)的性能指標進行分析，推導了非陰影衰落時系統(tǒng)性能的閉式表達式和陰影衰落時的近似表

9、達式，此種分析方法更具有普適性。非中心極限定理去除了中心極限定理的限制條件，把干擾加噪聲項看作隨小尺度衰落變化的隨機變量，與中心極限定理方法相比更能精確反映系統(tǒng)的性能，我們通過仿真實驗驗證了理論推導過程的正確性。
　　 3)基于遠端天線單元選擇的多小區(qū)分布式天線系統(tǒng)性能分析:在分布式天線系統(tǒng)中，我們可以通過選擇不同的遠端天線單元與移動用戶之間進行數(shù)據(jù)通信，在第五章中，我們提出了兩種選擇標準:基于最小距離和基于最大信干噪比的選擇標

10、準。推導了采用中心極限定理時基于最大信干噪比選擇標準的系統(tǒng)性能的閉式表達式和采用非中心極限定理時基于最小距離標準的系統(tǒng)性能的閉式表達式。通過實驗仿真驗證基于選擇傳輸模式的分布式天線系統(tǒng)具有選擇增益和節(jié)省發(fā)射功率的優(yōu)點，這符合當今社會所倡導的“綠色通信”標準。
　　 4)多小區(qū)協(xié)作的分布式天線系統(tǒng)信道容量分析:在前面幾章對于多蜂窩分布式天線系統(tǒng)的性能分析中各個小區(qū)之間是相互獨立的，相鄰小區(qū)之間的信號視為干擾。在第六章中，提出了分布

11、式多小區(qū)協(xié)作技術，它是指每個小區(qū)內(nèi)的中心單元通過光纖或?qū)Ｓ面溌愤B接到中心單元控制器，通過中心單元控制器完成各個小區(qū)內(nèi)分布式天線模塊的調(diào)度和管理。在多小區(qū)協(xié)作的分布式天線系統(tǒng)中，小區(qū)之間的信號不能再簡單的看作干擾信號，因為中心單元控制器可以把接收到來自相鄰小區(qū)的信號中的有用信號提取出來，因此，多小區(qū)協(xié)作中不存在純粹的干擾。在本章中，我們提出了新的系統(tǒng)模型，并對其信道容量進行了分析。
　　 本文最后，我們對所做的工作進行了總結，并就