一種基于不完全csi的分布式天線系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于不完全CSI的分布式天線系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制方法，屬于移動(dòng)通 信的自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的迅速曬起，移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)方面， 而各種無(wú)線通信業(yè)務(wù)對(duì)容量需求呈現(xiàn)爆炸性的增長(zhǎng)，已經(jīng)超過(guò)了已有技術(shù)所支持的數(shù)據(jù) 速率，一種使得數(shù)據(jù)速率得W有效增長(zhǎng)的重要技術(shù)就是在系統(tǒng)發(fā)送端和接收端安置多副天 線，即多輸入多輸出技術(shù)。研究表面，多輸入多輸出（MIM0)技術(shù)能夠充分利用空間資源，在 不增加系統(tǒng)帶寬和天線總發(fā)射功率的情況下，有效地對(duì)抗無(wú)線信道衰落的影響，大大地提 高系統(tǒng)的頻譜利用率和信道容量，是高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)選技術(shù)之一。然而，隨著頻譜資源 的日益緊張和用戶需求的持續(xù)增長(zhǎng)，傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)出現(xiàn)了切換頻繁、干擾增加、成本提高等 問(wèn)題，已經(jīng)無(wú)法滿足未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展要求。分布式天線系統(tǒng)作為一種新興技術(shù)引 起了學(xué)術(shù)界的關(guān)注，其不論在提高系統(tǒng)容量、降低發(fā)射功率、減少切換次數(shù)W及降低中斷概 率方面都顯示出傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)的理想替代方案。 目前，已有的研究表明與集中式MIM0相比，它具有更高的容量、小區(qū)平均覆蓋率及抗衰落 能力。
[0003] 自適應(yīng)調(diào)制（AM)技術(shù)可W根據(jù)無(wú)線通信環(huán)境和服務(wù)質(zhì)量（QoS)的要求，動(dòng)態(tài)地 改變發(fā)射端的各種參數(shù)來(lái)提高系統(tǒng)資源利用率，W獲得較高的系統(tǒng)吞吐量和容量，已廣泛 應(yīng)用于無(wú)線通信系統(tǒng)中作為提高傳輸系統(tǒng)頻譜的一種強(qiáng)有力技術(shù)。由于信道估計(jì)誤差的 存在，發(fā)射端很難獲得完全CSI(信道狀態(tài)信息），而天線選擇和AM技術(shù)很大程度上依賴于 CSI估計(jì)的準(zhǔn)確性。因此，研究分布式天線系統(tǒng)中基于不完全CSI的AM算法設(shè)計(jì)，W適應(yīng)匹 配無(wú)線信道的變化，有效提高系統(tǒng)吞吐量和數(shù)據(jù)傳輸率是非常必要的。
[0004] 現(xiàn)有的文獻(xiàn)對(duì)分布式天線系統(tǒng)在不完全CSI條件下進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)1(N. B.Zhang,G.X.Kang,Y.Y.Guo.Adaptivetransmitteddistributedantennaselection strategyindistributedantennasystemswithlimitedfeedbackbeamforming[J]. IE邸ElectronicsLetters，2009,45(21):1079 ~1081.)基于有限的反饋波束成型， 提出最大化系統(tǒng)容量的自適應(yīng)發(fā)送天線選擇方案。文獻(xiàn)2(StefanSchwarz,Robei't W.Heath,MarkusRupp.MultiuserMIMOindistributedantennasystemswithlimited feedback[C].IEEEInternationalWorkshoponHeterogeneousandSmallCell Networks, 2012, 546~551.)給出了多用戶分布式天線系統(tǒng)在有限反饋延時(shí)條件下的可行 '性分析。文獻(xiàn) 3(RamiroSamano民obles.Jointuserscheduling,linkadaptationand spacedivisionmultiplexingfortheuplinkofmulti-celldistributedantenna systemswithimperfectCSI[C].IEEEConstantinidesInternationalWorkshopon SignalProcessing, 2013, 1~4.)研究了多小區(qū)環(huán)境下分布式天線系統(tǒng)在不完全CSI條件 下的容量增益。然而，上述研究都沒有采用AM方案來(lái)優(yōu)化資源分配，也沒能給出相應(yīng)的性 能評(píng)估方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的；為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種針對(duì)不完全CSI下 的分布式天線系統(tǒng)，設(shè)計(jì)離散率AM方法與自適應(yīng)口限值，在目標(biāo)BER的約束下，利用所設(shè)計(jì) 的離散率am方法提高系統(tǒng)的平均有效傳輸效率SE。
[0006] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種基于不完全CSI的分布式天線系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制方法，包括如下步驟：
[0008]1)、采用若干根遠(yuǎn)程發(fā)射天線搭建分布式天線系統(tǒng)模型，根據(jù)搭建的分布式天線 系統(tǒng)模型構(gòu)造瑞利衰落信道模型；對(duì)瑞利衰落信道模型的小尺度快衰落進(jìn)行信道估計(jì)，得 到遠(yuǎn)程天線和移動(dòng)終端之間的估計(jì)信噪比；
[0009]2)、采用天線選擇技術(shù)，選擇估計(jì)信噪比最大的遠(yuǎn)程發(fā)射天線進(jìn)行信號(hào)發(fā)送；
[0010] 3)、采用步驟2)選擇的遠(yuǎn)程發(fā)射天線進(jìn)行傳輸，根據(jù)最大化平均頻譜效率設(shè)計(jì)離 散率AM方法；利用加性高斯白噪聲信道下精確M-QAM調(diào)制方式的BER公式，計(jì)算自適應(yīng)調(diào) 制切換口限；
[0011] 4)、根據(jù)步驟3)中的離散率AM方法W及自適應(yīng)調(diào)制切換口限，計(jì)算離散率AM方 法中的平均有效傳輸效率SE和平均誤比特率肥R。
[0012] 進(jìn)一步的，步驟1)具體為：在小區(qū)單元搭建分布式天線系統(tǒng)模型，將Nt根天線 RAi(i=l，2，....，Nt)分布式放置在小區(qū)的不同地理位置上，每個(gè)天線通過(guò)同軸電纜或光 纖分別與小區(qū)的中央處理器相連；假設(shè)移動(dòng)終端裝備有Nf根接收天線，第i根遠(yuǎn)程天線RAi 發(fā)射信號(hào)，移動(dòng)終端（MT)的接收信號(hào)為：
[0013]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于不完全CSI的分布式天線系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制方法，其特征在于：包括如下步 驟： 1) 、采用若干根遠(yuǎn)程發(fā)射天線搭建分布式天線系統(tǒng)模型，根據(jù)搭建的分布式天線系統(tǒng) 模型構(gòu)造瑞利衰落信道模型；對(duì)瑞利衰落信道模型的小尺度快衰落進(jìn)行信道估計(jì)，得到遠(yuǎn) 程天線和移動(dòng)終端之間的估計(jì)信噪比； 2) 、采用天線選擇技術(shù)，選擇估計(jì)信噪比最大的遠(yuǎn)程發(fā)射天線進(jìn)行信號(hào)發(fā)送； 3) 、采用步驟2)選擇的遠(yuǎn)程發(fā)射天線進(jìn)行傳輸，根據(jù)最大化平均頻譜效率設(shè)計(jì)離散率 AM方法；利用加性高斯白噪聲信道下精確M-QAM調(diào)制方式的BER公式，計(jì)算自適應(yīng)調(diào)制切 換門限； 4) 、根據(jù)步驟3)中的離散率AM方法以及自適應(yīng)調(diào)制切換門限，計(jì)算離散率AM方法中 的平均有效傳輸效率SE和平均誤比特率BER。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不完全CSI的分布式天線系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制方法， 其特征在于：步驟1)具體為：在小區(qū)單元搭建分布式天線系統(tǒng)模型，將Nt根天線RAi(i= 1，2, ....，Nt)分布式放置在小區(qū)的不同地理位置上，每個(gè)天線通過(guò)同軸電纜或光纖分別與 小區(qū)的中央處理器相連；假設(shè)移動(dòng)終端裝備有凡根接收天線，第i根遠(yuǎn)程天線RAi發(fā)射信 號(hào)，移動(dòng)終端（MT)的接收信號(hào)為： 其中y, =R(l)，?…
Yjj)表示移動(dòng)終端第j根接收天線的接收信號(hào)（j= 1~ 隊(duì))，Pt為發(fā)射功率，Hi(j)為第i根遠(yuǎn)程天線RAi和移動(dòng)終端第j根接收天線的復(fù)合信道系 數(shù)；x為第i根遠(yuǎn)程天線RAi發(fā)送的信號(hào)且能量歸一化為1 ;噪聲矩陣zi服從均值為0方差 為隊(duì)的復(fù)高斯分布，平均信噪比7 ;根據(jù)搭建的分布式天線系統(tǒng)模型，建立瑞利衰 落信道模型：
式甲KJj)為弟i很迦程天線RAi和移動(dòng)終端第j根接收天線之間的小尺度快衰落； 表示第i根遠(yuǎn)程天線隊(duì)和移動(dòng)終端之間的路徑損耗邛，表示第i根遠(yuǎn)程天 線RAi的路徑損耗指數(shù)，d^為天線遠(yuǎn)場(chǎng)的參考距離，d,為第i根遠(yuǎn)程天線RA,和MT之間的 距離；對(duì)瑞利衰落信道模型的小尺度快衰落進(jìn)行信道估計(jì)，將產(chǎn)生的誤差信道進(jìn)行建模，相 應(yīng)的估計(jì)信道響應(yīng)與實(shí)際信道響應(yīng)h之間的關(guān)系為：
式中ei為信道估計(jì)所帶來(lái)的誤差，kJPei的元素設(shè)定為獨(dú)立同分布的復(fù)高斯隨機(jī)變 量，均值為〇,方差分別為1和〇e2,第i根遠(yuǎn)程天線RAjPMT之間的估計(jì)信噪比f(wàn),.為：
其中I表示為有估計(jì)誤差的信道，<(./)表示為估計(jì)信道矢量中第i根發(fā)射天線與第j 根接收天線之間的估計(jì)信道； 根據(jù)貝葉斯定理得到估計(jì)信噪比A和有效信噪比y的概率密度函數(shù)roF:
其中1AW為修正貝塞爾函數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不完全CSI的分布式天線系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制方法，其 特征在于：步驟2)中：采用天線選擇技術(shù)，選取估計(jì)信噪比A最大的那根遠(yuǎn)程天線來(lái)發(fā)送 信號(hào)，確立遠(yuǎn)程發(fā)送天線后，可以得到移動(dòng)終端的接收信號(hào)以及最大估計(jì)信噪比的累 積分布函數(shù);根據(jù)步驟2)中得到的估計(jì)信噪比；?,的TOF以及元_的累積分布函 數(shù)，得到最大估計(jì)信噪比Lax的概率密度函數(shù)：
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不完全CSI的分布式天線系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制方法，其 特征在于：步驟3)具體為：在瞬時(shí)BER滿足目標(biāo)BER條件下，通過(guò)最大化平均頻譜效率設(shè) 計(jì)離散率AM方法：設(shè)定目標(biāo)BER為BER^，將最大瞬時(shí)估計(jì)信噪比f(wàn)max劃分為若干個(gè)區(qū)間 [Yn.Yn+1]，n= 0, 1，2，...N，其中Y(l= 0,Yn+1 =°°，N為系統(tǒng)調(diào)制方式的總數(shù)目；當(dāng)最大 瞬時(shí)估計(jì)信噪比瓦^(guò)介于第n個(gè)區(qū)間時(shí)，選擇具有星座圖尺寸為的調(diào)制方式；在加性高斯 噪聲信道下，精確M-QAM調(diào)制方式的BER公式為：
erfc(?)為互補(bǔ)誤差函數(shù)，[、，％.,是與調(diào)制方式n有關(guān)的系數(shù)；令fi/Tl(7)=W^".V，得到相應(yīng)的第n個(gè)調(diào)制方式的門限：
杓反函數(shù)；采用精確BER公式的第一項(xiàng)進(jìn)行計(jì)算，得到改進(jìn)門限：
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不完全CSI的分布式天線系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制方法， 其特征在于：步驟4)具體為：根據(jù)步驟3離散率AM方法以及自適應(yīng)切換門限的設(shè)定，求解 不完全CSI的分布式天線系統(tǒng)平均有效傳輸效率SE和不完全CSI的分布式天線系統(tǒng)平均 BER，最大瞬時(shí)估計(jì)信噪比f(wàn)max落入[Yn，Yn+1)的概率表示為：
結(jié)合步驟3)中的改進(jìn)門限值，平均有效傳輸效率SE為：
平均BER為：
其中遠(yuǎn)瓦為基于不完全CSI的分布式天線系統(tǒng)處于第n個(gè)區(qū)間的平均萬(wàn)豆，數(shù)據(jù)傳輸 速率為bn=log2Mnbit/s,bQ= 0。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于不完全CSI的分布式天線系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制方法，采用若干根遠(yuǎn)程發(fā)射天線搭建分布式天線系統(tǒng)模型，構(gòu)造瑞利衰落信道模型，對(duì)瑞利衰落信道模型的小尺度快衰落進(jìn)行信道估計(jì)，得到遠(yuǎn)程天線和MT之間的估計(jì)信噪比；采用天線選擇技術(shù)，選擇估計(jì)信噪比最大的遠(yuǎn)程發(fā)射天線進(jìn)行信號(hào)發(fā)送；根據(jù)最大化平均頻譜效率設(shè)計(jì)自適應(yīng)調(diào)制方法以及自適應(yīng)切換門限設(shè)定；利用加性高斯白噪聲信道下精確M-QAM調(diào)制方式的BER公式，計(jì)算自適應(yīng)調(diào)制切換門限；利用積分變換公式和數(shù)值分析方法計(jì)算平均有效傳輸效率SE和平均誤比特率BER。本發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)制方法和自適應(yīng)切換門限保證滿足目標(biāo)BER要求下，提高系統(tǒng)SE。
【IPC分類】H04B7-06, H04L25-02, H04L27-36
【公開號(hào)】CN104702557
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510089976
【發(fā)明人】吳彬彬, 虞湘賓, 王瑩
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年2月27日