分布式天線系統(tǒng)的性能分析與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃.pdf

1、隨著多樣化的無線業(yè)務(wù)和稀缺的頻譜資源之間的矛盾日益突出，基于傳統(tǒng)蜂窩小區(qū)的通信體制已無法適應(yīng)未來無線通信系統(tǒng)高速率、大容量通信的發(fā)展要求。近年來，分布式天線系統(tǒng)引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，已成為未來無線通信極具發(fā)展前景的方向之一。本論文針對(duì)分布式天線系統(tǒng)中的性能分析和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題展開研究。
　　 本論文主要基于國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)的最優(yōu)覆蓋理論與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究”和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)理論與關(guān)鍵技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放

2、課題“高鐵LTE-RoF寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量分析與優(yōu)化”，重點(diǎn)研究了三個(gè)創(chuàng)新性問題：
　　 第一，分析了分布式天線系統(tǒng)的系統(tǒng)性能。系統(tǒng)性能分析在無線通信中占有重要地位，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等問題的研究具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。本論文針對(duì)分布式天線系統(tǒng)的下行中斷概率、各態(tài)歷經(jīng)容量和中斷容量問題展開研究。首先建立了包含路徑損耗、陰影衰落和瑞利衰落的復(fù)合信道模型；然后，基于該信道模型，分別對(duì)系統(tǒng)的中斷概率、各態(tài)歷經(jīng)容量和中斷容量進(jìn)行了分析，

3、并推導(dǎo)了給定移動(dòng)臺(tái)位置時(shí)的信噪比?？紤]到小區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)的分布特點(diǎn)，在選擇分集傳輸策略下，推導(dǎo)了中斷概率、各態(tài)歷經(jīng)容量和中斷容量的近似理論表達(dá)式。仿真結(jié)果表明，所推導(dǎo)的三個(gè)近似理論表達(dá)式的結(jié)果與仿真結(jié)果十分吻合，因而均能準(zhǔn)確地評(píng)估分布式天線系統(tǒng)的系統(tǒng)性能。
　　 第二，研究了分布式天線系統(tǒng)在傳統(tǒng)小區(qū)中的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題。在分布式天線系統(tǒng)中，通過將天線在地理位置上分布式放置來提高系統(tǒng)性能，然而天線在小區(qū)覆蓋區(qū)域內(nèi)的不同分布方式會(huì)造成系統(tǒng)性

4、能的顯著差異，因此如何在覆蓋區(qū)域內(nèi)最優(yōu)擺放分布式天線以形成高效覆蓋，是目前亟待解決的關(guān)鍵問題之一。本論文以系統(tǒng)性能分析為研究基礎(chǔ)，研究了分布式天線系統(tǒng)在傳統(tǒng)小區(qū)中的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題。首先，根據(jù)所建立的復(fù)合信道模型，提出一個(gè)最優(yōu)天線擺放問題。在此優(yōu)化問題中，以系統(tǒng)性能分析的理論表達(dá)式作為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題的目標(biāo)函數(shù)，從而取代耗時(shí)的仿真，以降低計(jì)算復(fù)雜度。然后，基于智能優(yōu)化理論，提出了一個(gè)基于遺傳算法的優(yōu)化策略對(duì)所提優(yōu)化問題求解；接著，分析了所提優(yōu)化

5、策略的計(jì)算復(fù)雜度(包括計(jì)算時(shí)間復(fù)雜度和存儲(chǔ)空間復(fù)雜度)；最后，論文對(duì)該優(yōu)化問題進(jìn)行了仿真與性能分析，仿真結(jié)果表明所提基于遺傳算法的優(yōu)化策略具有非常好的性能。
　　 第三，研究了分布式天線系統(tǒng)在高速鐵路中的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題。近年來，高速鐵路建設(shè)的迅猛發(fā)展給高速鐵路移動(dòng)通信帶來了前所未有的發(fā)展契機(jī)。然而，當(dāng)前鐵路通信系統(tǒng)中的硬件設(shè)備和軟件算法均已無法適應(yīng)高速鐵路環(huán)境下較高的技術(shù)需求(如用戶終端的高速移動(dòng)、頻繁的越區(qū)切換等)，因而使得系統(tǒng)

6、性能嚴(yán)重下降。因此，著眼于未來高速鐵路移動(dòng)通信的發(fā)展需求，本論文將分布式天線技術(shù)運(yùn)用于高速鐵路中，并研究高速鐵路場景下的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題。首先，基于分布式天線技術(shù)，建立了高速鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)的系統(tǒng)模型，并將網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題建模為一個(gè)最小化問題，即在滿足數(shù)據(jù)傳輸速率需求和切換時(shí)間需求的前提下最小化分布式天線的數(shù)目。然后，提出一個(gè)基于粒子群算法的優(yōu)化策略來求解該優(yōu)化問題。接著，計(jì)算復(fù)雜度分析(包括計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)空間分析)表明所提優(yōu)化策略為計(jì)算有效性