分布式MIMO系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)多天線的最優(yōu)覆蓋.pdf

1、MIMO技術(shù)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(yīng)用?？谇埃P(guān)于MIMO的研究主要還是側(cè)重在物理層和無(wú)線資源分配方面，而關(guān)于MIMO系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的一個(gè)重要問(wèn)題——網(wǎng)絡(luò)側(cè)多天線的最優(yōu)覆蓋問(wèn)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(duì)復(fù)合衰落信道提出了幾種簡(jiǎn)化的近似模型，并利用所提出的簡(jiǎn)化信道模型，推導(dǎo)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(dá)式，用Monte-Carlo仿真驗(yàn)證了所推導(dǎo)的理論表達(dá)式的正確性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)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(gè)性能方面的差異。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，分布式MIMO系統(tǒng)的這三個(gè)性能指標(biāo)比集中式MIMO系統(tǒng)要好，

3、這就說(shuō)明分布式MIMO系統(tǒng)能夠增強(qiáng)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(wǎng)絡(luò)側(cè)(也即基站側(cè))多天線位置的最優(yōu)分布問(wèn)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(hào)率為優(yōu)化目標(biāo)，給出了計(jì)算分布式MIMO系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)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(gè)分散在小區(qū)中的天線端口都配

4、置多個(gè)收發(fā)天線。
　　 論文利用Wishart矩陣的分布性質(zhì)、Jensen不等式以及兩重積分的Simpson近似推導(dǎo)了小區(qū)下行平均遍歷容量的解析表達(dá)式和下界，并給出分布式MIMO系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)多天線最優(yōu)位置選擇所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化問(wèn)題。針對(duì)該優(yōu)化問(wèn)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(jì)算復(fù)雜度較高，而基于遺傳算法的次最優(yōu)解搜索算法的計(jì)算復(fù)雜度較低。
　　

5、采用正交空時(shí)編碼方案，以最小化小區(qū)平均誤符號(hào)率為優(yōu)化目標(biāo)，研究分布式MIMO系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)多天線的最優(yōu)分布。論文首先推導(dǎo)了在高信噪比下誤符號(hào)率的表達(dá)式，然后進(jìn)一步利用Simpson近似，推導(dǎo)了小區(qū)平均誤符號(hào)率的表達(dá)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(chǔ)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(shù)值結(jié)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(jì)算復(fù)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(chǎng)景下，假設(shè)每個(gè)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(dǎo)了下行歸一化遍歷容量和歸一化中斷概率的表達(dá)式，給出了最優(yōu)天線選擇方案所對(duì)應(yīng)的優(yōu)化問(wèn)題。根據(jù)此優(yōu)化問(wèn)題，提出了自適應(yīng)天線選擇算法，并推導(dǎo)了最優(yōu)天線選擇下最小歸一化中斷概率的表達(dá)式。仿真結(jié)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(jù)信道條件的變化選擇部分天線用于發(fā)送信號(hào)。
　　 其次，在多用戶場(chǎng)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(shè)各個(gè)天線端口都有獨(dú)立的功率約束。論文假設(shè)所有基站側(cè)天線都可以用于傳輸信號(hào)，當(dāng)某個(gè)天線被分配零功率時(shí)，就等效于未被使用，當(dāng)所分配的功率非零時(shí)，就等效于天線被選擇。這樣就將天線選擇與功率分配的聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為全天線使用條件下的多用戶功率分配問(wèn)題。論文給出了多用戶場(chǎng)景中天線選擇與功率