分布式MIMO系統(tǒng)網絡側多天線的最優(yōu)覆蓋.pdf

1、MIMO技術可以在不增加頻譜的情況下，極大提高頻譜利用率，因而近十年得到了廣泛的研究，并在LTE以及IMT-ADVANCED等系統(tǒng)中得到應用?？谇埃P于MIMO的研究主要還是側重在物理層和無線資源分配方面，而關于MIMO系統(tǒng)網絡規(guī)劃方面的研究工作還不是很多。本論文將研究MIMO系統(tǒng)網絡規(guī)劃中的一個重要問題——網絡側多天線的最優(yōu)覆蓋問題。
　　 全文主要工作如下：
　　 (1)比較了集中式MIMO與分布式MIMO系統(tǒng)的中斷

2、概率性能、誤比特率性能、遍歷容量性能。首先，對復合衰落信道提出了幾種簡化的近似模型，并利用所提出的簡化信道模型，推導了分布式MIMO系統(tǒng)的中斷概率、誤比特率性能以及遍歷容量的表達式，用Monte-Carlo仿真驗證了所推導的理論表達式的正確性。在此基礎上，對比了多小區(qū)環(huán)境下集中式和分布式MIMO系統(tǒng)在小區(qū)平均中斷概率、平均遍歷容量以及平均誤比特率這三個性能方面的差異。對比發(fā)現，分布式MIMO系統(tǒng)的這三個性能指標比集中式MIMO系統(tǒng)要好，

3、這就說明分布式MIMO系統(tǒng)能夠增強通信鏈路的穩(wěn)定性(平均中斷概率性能和平均誤比特性能)，提高系統(tǒng)容量(平均遍歷容量性能)。
　　 (2)研究了分布式MIMO系統(tǒng)網絡側(也即基站側)多天線位置的最優(yōu)分布問題。分別以最大化小區(qū)平均遍歷容量以及最小化小區(qū)平均誤符號率為優(yōu)化目標，給出了計算分布式MIMO系統(tǒng)網絡側多天線最優(yōu)位置的算法。這部分工作基于一般的用戶分布模型，而且考慮的是廣義分布式MIMO系統(tǒng)，也即每個分散在小區(qū)中的天線端口都配

4、置多個收發(fā)天線。
　　 論文利用Wishart矩陣的分布性質、Jensen不等式以及兩重積分的Simpson近似推導了小區(qū)下行平均遍歷容量的解析表達式和下界，并給出分布式MIMO系統(tǒng)網絡側多天線最優(yōu)位置選擇所對應的最優(yōu)化問題。針對該優(yōu)化問題，論文給出基于拉格朗日乘子的最優(yōu)解搜索算法，以及基于遺傳算法的次最優(yōu)解搜索算法。拉格朗日乘子的最優(yōu)解搜索算法的計算復雜度較高，而基于遺傳算法的次最優(yōu)解搜索算法的計算復雜度較低。
　　

5、采用正交空時編碼方案，以最小化小區(qū)平均誤符號率為優(yōu)化目標，研究分布式MIMO系統(tǒng)網絡側多天線的最優(yōu)分布。論文首先推導了在高信噪比下誤符號率的表達式，然后進一步利用Simpson近似，推導了小區(qū)平均誤符號率的表達式。論文在給出基于拉格朗口乘子的最優(yōu)解搜索算法的基礎上，為了加快算法收斂速度，提出了一種基于粒子群算法的次優(yōu)搜索方案。數值結果表明，本文所提出的基于粒子群算法的次優(yōu)搜索算法，能接近最優(yōu)值，且計算復雜度較低。
　　 (3)研

6、究了分布式MIMO系統(tǒng)的天線選擇算法與功率分配算法。
　　 首先，在單用戶場景下，假設每個傳輸天線等功率發(fā)送的前提下，研究了分布式MIMO系統(tǒng)的天線選擇策略。論文利用lognormal近似，推導了下行歸一化遍歷容量和歸一化中斷概率的表達式，給出了最優(yōu)天線選擇方案所對應的優(yōu)化問題。根據此優(yōu)化問題，提出了自適應天線選擇算法，并推導了最優(yōu)天線選擇下最小歸一化中斷概率的表達式。仿真結果表明，最優(yōu)的天線選擇并非所有的天線都用于傳輸，而是根

7、據信道條件的變化選擇部分天線用于發(fā)送信號。
　　 其次，在多用戶場景下，考慮了天線選擇與功率分配方案。為了更廣泛地討論分布式MIMO系統(tǒng)的功率分配，假設各個天線端口都有獨立的功率約束。論文假設所有基站側天線都可以用于傳輸信號，當某個天線被分配零功率時，就等效于未被使用，當所分配的功率非零時，就等效于天線被選擇。這樣就將天線選擇與功率分配的聯合優(yōu)化問題轉化為全天線使用條件下的多用戶功率分配問題。論文給出了多用戶場景中天線選擇與功率