一種基于智能天線的綠色分布式天線系統(tǒng)通信方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于智能天線的綠色分布式天線系統(tǒng)通信方法，包括以下步驟：(1)選擇分布式天線端口；(2)系統(tǒng)對(duì)分布式天線端口的智能子天線進(jìn)行選擇調(diào)度；(3)對(duì)各個(gè)分布式天線端口進(jìn)行子載波分配；(4)通過(guò)粒子群算法對(duì)各個(gè)分布式天線端口的參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。本發(fā)明將智能天線技術(shù)應(yīng)用于圓形小區(qū)分布式天線系統(tǒng)中，通過(guò)有效的子載波分配和靈活的天線選擇策略，使之不僅能夠減輕系統(tǒng)內(nèi)部干擾，而且可以節(jié)約系統(tǒng)資源；并且中心處理單元根據(jù)外部環(huán)境需求可自適應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)各個(gè)分布式天線端口工作參數(shù)，通過(guò)粒子群算法對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，能夠在滿足用戶服務(wù)質(zhì)量的要求下，盡可能減少系統(tǒng)總的功耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的綠色智能通信。
【專利說(shuō)明】一種基于智能天線的綠色分布式天線系統(tǒng)通信方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于智能天線的綠色分布式天線系統(tǒng)通信方法，屬于無(wú)線通信技 術(shù)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 分布式天線系統(tǒng)（DAS)是指將基站天線分散放置在小區(qū)不同地理位置的天線系 統(tǒng)，在有些研究中也稱為DMIM0系統(tǒng)。由于分布式天線系統(tǒng)具有功率消耗低，頻譜利用率高 以及組網(wǎng)方式靈活等優(yōu)勢(shì)，因而引起了學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注；我國(guó)面向后四代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā) 展規(guī)劃的Future計(jì)劃就采用了分布式天線系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案。此外，相比于傳統(tǒng)的集 中式天線系統(tǒng)，分布式天線系統(tǒng)不僅可以充分利用宏分集增益有效地克服無(wú)線信號(hào)衰落的 影響，還可以縮短天線與用戶之間的平均接入距離，減少天線覆蓋區(qū)域內(nèi)的盲點(diǎn)，提高系統(tǒng) 覆蓋特性，改善系統(tǒng)性能。
[0003] 現(xiàn)有的分布式天線系統(tǒng)的通信方法系統(tǒng)內(nèi)部干擾嚴(yán)重，占用大量的系統(tǒng)資源，且 分布式天線系統(tǒng)總的功耗高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種基于智能天線的綠色分布式天 線系統(tǒng)通信方法，不僅能夠減輕系統(tǒng)內(nèi)部干擾，而且可以節(jié)約系統(tǒng)資源，同時(shí)，能夠在滿足 用戶服務(wù)質(zhì)量的要求下，盡可能減少分布式系統(tǒng)總的功耗。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0006] 本發(fā)明的一種基于智能天線的綠色分布式天線系統(tǒng)通信方法，系統(tǒng)包括中心處理 單元和分布于小區(qū)內(nèi)的多個(gè)分布式天線端口，多個(gè)所述分布式天線端口分別通過(guò)光纖或同 軸電纜與中心處理單元相連接，每個(gè)所述分布式天線端口由多根智能子天線組成智能天線 陣列，系統(tǒng)的通信方法包括以下幾個(gè)步驟：
[0007] (1)選擇分布式天線端口 ：所述中央處理單元選擇與某一移動(dòng)臺(tái)之間信道狀態(tài)最 好的分布式天線端口，使之與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信，用于實(shí)現(xiàn)定向通信服務(wù)；信道狀態(tài)的好壞通 過(guò)接收到的定向波束信噪比來(lái)衡量；
[0008] (2)系統(tǒng)對(duì)所述分布式天線端口的智能子天線進(jìn)行選擇調(diào)度，用于節(jié)約系統(tǒng)資 源；
[0009] (3)對(duì)各個(gè)分布式天線端口進(jìn)行子載波分配，使不同的移動(dòng)臺(tái)能夠在不同的子載 波上進(jìn)行通信，用于減輕系統(tǒng)內(nèi)部用戶之間的干擾；
[0010] (4)所述中心處理單元根據(jù)系統(tǒng)外部環(huán)境的需求，通過(guò)粒子群算法對(duì)各個(gè)分布式 天線端口的參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，用于減少分布式天線系統(tǒng)的總功耗。
[0011] 步驟（1)中，所述分布式天線端口選擇的具體方法如下：
[0012] (la)初始階段，小區(qū)內(nèi)所有的分布式天線端口以全向廣播方式不定時(shí)地向處于小 區(qū)中不同區(qū)域的移動(dòng)臺(tái)發(fā)送公用測(cè)試信號(hào)；
[0013] (2a)需發(fā)起通信請(qǐng)求的移動(dòng)臺(tái)接收到該測(cè)試信號(hào)后，向相應(yīng)分布式天線端口發(fā)出 應(yīng)答響應(yīng)，隨后就會(huì)將當(dāng)前的信道狀態(tài)信息反饋給相應(yīng)的分布式天線端口；
[0014] (3a)各個(gè)分布式天線端口根據(jù)反饋的信道信息調(diào)整天線陣列權(quán)重，構(gòu)造賦型波束 指向需發(fā)起通信的移動(dòng)臺(tái)，移動(dòng)臺(tái)則計(jì)算各個(gè)分布式天線端口的定向波束信噪比，系統(tǒng)會(huì) 選擇定向波束信噪比最大的分布式天線端口，選定的分布式天線端口就會(huì)進(jìn)一步根據(jù)修正 的信道反饋信息進(jìn)行加權(quán)處理（處理的方法為現(xiàn)有技術(shù)），形成最后的定向波束指向處于 特定位置的移動(dòng)臺(tái)。
[0015] 步驟（3a)中，假設(shè)設(shè)有5個(gè)分布式天線端口，移動(dòng)臺(tái)接收端的各個(gè)分布式天線端 口 DAUi的定向波束信噪比可以表示為：
[0016]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于智能天線的綠色分布式天線系統(tǒng)通信方法，其特征在于，系統(tǒng)包括中心處 理單元和分布于小區(qū)內(nèi)的多個(gè)分布式天線端口，多個(gè)所述分布式天線端口分別通過(guò)光纖或 同軸電纜與中心處理單元相連接，每個(gè)所述分布式天線端口由多根智能子天線組成智能天 線陣列，系統(tǒng)的通信方法包括以下幾個(gè)步驟： (1) 選擇分布式天線端口：所述中央處理單元選擇與某一移動(dòng)臺(tái)之間信道狀態(tài)最好的 分布式天線端口，使之與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信，用于實(shí)現(xiàn)定向通信服務(wù)；信道狀態(tài)的好壞通過(guò)接 收到的定向波束信噪比來(lái)衡量； (2) 系統(tǒng)對(duì)所述分布式天線端口的智能子天線進(jìn)行選擇調(diào)度，用于節(jié)約系統(tǒng)資源； (3) 對(duì)各個(gè)分布式天線端口進(jìn)行子載波分配，使不同的移動(dòng)臺(tái)能夠在不同的子載波上 進(jìn)行通信，用于減輕系統(tǒng)內(nèi)部用戶之間的干擾； (4) 所述中心處理單元根據(jù)系統(tǒng)外部環(huán)境的需求，通過(guò)粒子群算法對(duì)各個(gè)分布式天線 端口的參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，用于減少分布式天線系統(tǒng)的總功耗。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于智能天線的綠色分布式天線系統(tǒng)通信方法，其特征在 于， 步驟（1)中，所述分布式天線端口選擇的具體方法如下： (la)初始階段，小區(qū)內(nèi)所有的分布式天線端口以全向廣播方式不定時(shí)地向處于小區(qū)中 不同區(qū)域的移動(dòng)臺(tái)發(fā)送公用測(cè)試信號(hào)； (2a)需發(fā)起通信請(qǐng)求的移動(dòng)臺(tái)接收到該測(cè)試信號(hào)后，向相應(yīng)分布式天線端口發(fā)出應(yīng)答 響應(yīng)，隨后就會(huì)將當(dāng)前的信道狀態(tài)信息反饋給相應(yīng)的分布式天線端口； (3a)各個(gè)分布式天線端口根據(jù)反饋的信道信息調(diào)整天線陣列權(quán)重，構(gòu)造賦型波束指向 需發(fā)起通信的移動(dòng)臺(tái)，移動(dòng)臺(tái)則計(jì)算各個(gè)分布式天線端口的定向波束信噪比，系統(tǒng)會(huì)選擇 定向波束信噪比最大的分布式天線端口，選定的分布式天線端口就會(huì)進(jìn)一步根據(jù)修正的信 道反饋信息進(jìn)行加權(quán)處理，形成最后的定向波束指向處于特定位置的移動(dòng)臺(tái)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于智能天線的綠色分布式天線系統(tǒng)通信方法，其特征在 于， 步驟（3a)中，假設(shè)設(shè)有5個(gè)分布式天線端口，移動(dòng)臺(tái)接收端的各個(gè)分布式天線端口 DAUi的定向波束信噪比可以表示為：
其中，DAUi(i = l，2，L，5)，hi為分布式天線端口 DAUi(i = 1，2，L，5)與各自覆蓋區(qū)域 內(nèi)某一發(fā)起通信請(qǐng)求移動(dòng)臺(tái)之間的信道衰落系數(shù)，Η表示共軛轉(zhuǎn)置，Wi(i = 1，2, L，5)表示 各個(gè)分布式天線端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)向量，Pi (i = 1，2, L，5)是對(duì)應(yīng)的分布式天線端口發(fā)送功 率，σ為常數(shù)，系統(tǒng)會(huì)選擇信噪比最大的ri =max{ri，r2，r3，r4，r 5}，所對(duì)應(yīng)的分布式天線端 口 DAUi與移動(dòng)臺(tái)建立通信鏈路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于智能天線的綠色分布式天線系統(tǒng)通信方法，其特征在 于， 步驟（2)中，假設(shè)分布式天線端口 DAU1由4,4，^，?，?，慫六根智能子天線組成單層 智能天線陣列，每根所述智能子天線可形成特定方向上的波束，假設(shè)系統(tǒng)正常工作時(shí)，系統(tǒng) 檢測(cè)到移動(dòng)臺(tái)MSI和MS3與分布式天線端口 DAU1之間信道狀態(tài)最好，故選擇分布式天線端 口 DAU1與這兩個(gè)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信，此后系統(tǒng)會(huì)對(duì)分布式天線端口 DAU1的智能子天線進(jìn)行 選擇調(diào)度，具體天線選擇調(diào)度機(jī)制如下： 假設(shè)某一時(shí)刻分布式天線端口 DAU1的智能子天線軋A3, A4, A6處于休眠狀態(tài)，智能子天 線A2, A5處于激活狀態(tài)，由于處于激活狀態(tài)的智能子天線正在實(shí)施通信過(guò)程中，系統(tǒng)則會(huì)通 過(guò)選擇激活智能子天線4和A 3分別與移動(dòng)臺(tái)MSI和MS3通信； 假設(shè)在某一通信階段，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)MSI服務(wù)質(zhì)量或數(shù)據(jù)傳輸量超過(guò)智能子天線&的工作 負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)將處于休眠狀態(tài)的智能子天線A4激活，使之與智能子天線&同時(shí)為移動(dòng) 臺(tái)MSI提供服務(wù)；當(dāng)移動(dòng)臺(tái)MSI數(shù)據(jù)傳輸量處于較小狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)則會(huì)將智能子天線A 4重 新設(shè)置為休眠狀態(tài)，從而通過(guò)這樣的天線選擇調(diào)度機(jī)制節(jié)約系統(tǒng)資源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于智能天線的綠色分布式天線系統(tǒng)通信方法，其特征在 于， 步驟（3)中，系統(tǒng)正常工作時(shí)為每根激活的智能子天線分配單個(gè)不同的子載波，經(jīng)過(guò) 天線端口選擇與天線選擇調(diào)度后，系統(tǒng)為分布式天線端口 DAU1處于激活狀態(tài)下的智能子 天線軋A2, A3, A5分別分配f\，f2, f3, f5不同的子載波，而且為了減輕干擾，系統(tǒng)所分配的子 載波不被小區(qū)內(nèi)其它分布式天線端口或相鄰小區(qū)占用； 所述智能子天線Ai的子載波通信方式如下： (lb) 在下行鏈路中，智能子天線&通過(guò)智能天線技術(shù)定向地為移動(dòng)臺(tái)MSi提供服務(wù)； (2b)在上行鏈路中，所述移動(dòng)臺(tái)MSi也在系統(tǒng)分配好的固定子載波&上與智能子天線 化進(jìn)行通信，與此同時(shí)其它的激活智能子天線也以相同的通信方式與對(duì)應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)建立通 信鏈路； 通過(guò)采用以上的通信方式可以使不同的移動(dòng)臺(tái)能夠在不同的子載波上進(jìn)行通信，從而 降低移動(dòng)臺(tái)之間的干擾。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于智能天線的綠色分布式天線系統(tǒng)通信方法，其特征在 于， 步驟（4)中，所述基于粒子群算法的參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整方法如下 (lc) 當(dāng)k = 0時(shí)，隨機(jī)產(chǎn)生二進(jìn)制數(shù)4和4,其中4e{0,l}, 4E[-vmax,vmax]， 1彡d彡D，從而得到二進(jìn)制序列χ,Α ,4]，1彡i彡Num，其中，Num為粒子群中粒 子群體個(gè)數(shù)，D為維數(shù)，vmax為粒子最大速度； (2c)依據(jù)粒子適應(yīng)度衡量公式計(jì)算各個(gè)粒子的適應(yīng)度，令Pik = Xik，并 ?/-=[/^1，/^2，1，/^〇]，其中13為具有最|^適應(yīng)度的粒子索引； (3c)當(dāng)k = k+1時(shí)，更新任意粒子i的速度，其表達(dá)式如下：
其中ω是慣性系數(shù)，cJPc2是學(xué)習(xí)因子，^和％為分布于[〇，1]之間的隨機(jī)數(shù)，當(dāng)
(4c)更新粒子i的位置，隨機(jī)產(chǎn)生均勻分布于[0，1]之間的隨機(jī)數(shù)，如果其值小于
(5c)依據(jù)粒子適應(yīng)度衡量公式計(jì)算各個(gè)粒子的適應(yīng)度值，對(duì)于粒子i，如果其適應(yīng)度 大于pf^1的適應(yīng)度，則令ρ? = χ?，否則pf = pi'如果其適應(yīng)度大于pf1的適應(yīng)度，則令 Pg=士如果其它粒子的適應(yīng)度都小于！4-1的適應(yīng)度，則令pj -1; (6c)重復(fù)步驟（2c)?步驟（5c)，直至達(dá)到所設(shè)置的最大迭代次數(shù)，獲得最優(yōu)解。
【文檔編號(hào)】H04B7/04GK104158572SQ201410303091
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】李岳衡, 崔磊, 王莉, 付明浩, 羌佳林, 王飛, 居美艷, 黃平, 蔣德富 申請(qǐng)人:河海大學(xué)