一种基于智能天线的绿色分布式天线系统通信方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于智能天线的绿色分布式天线系统通信方法，包括以下步骤：(1)选择分布式天线端口；(2)系统对分布式天线端口的智能子天线进行选择调度；(3)对各个分布式天线端口进行子载波分配；(4)通过粒子群算法对各个分布式天线端口的参数进行自适应调整。本发明将智能天线技术应用于圆形小区分布式天线系统中，通过有效的子载波分配和灵活的天线选择策略，使之不仅能够减轻系统内部干扰，而且可以节约系统资源；并且中心处理单元根据外部环境需求可自适应地调整系统各个分布式天线端口工作参数，通过粒子群算法对参数进行调整，能够在满足用户服务质量的要求下，尽可能减少系统总的功耗，实现节能环保的绿色智能通信。
【专利说明】一种基于智能天线的绿色分布式天线系统通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于智能天线的绿色分布式天线系统通信方法，属于无线通信技 术领域。
【背景技术】
[0002] 分布式天线系统（DAS)是指将基站天线分散放置在小区不同地理位置的天线系 统，在有些研究中也称为DMIM0系统。由于分布式天线系统具有功率消耗低，频谱利用率高 以及组网方式灵活等优势，因而引起了学术界广泛关注；我国面向后四代移动通信技术发 展规划的Future计划就采用了分布式天线系统作为网络架构方案。此外，相比于传统的集 中式天线系统，分布式天线系统不仅可以充分利用宏分集增益有效地克服无线信号衰落的 影响，还可以缩短天线与用户之间的平均接入距离，减少天线覆盖区域内的盲点，提高系统 覆盖特性，改善系统性能。
[0003] 现有的分布式天线系统的通信方法系统内部干扰严重，占用大量的系统资源，且 分布式天线系统总的功耗高。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于智能天线的绿色分布式天 线系统通信方法，不仅能够减轻系统内部干扰，而且可以节约系统资源，同时，能够在满足 用户服务质量的要求下，尽可能减少分布式系统总的功耗。
[0005] 为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
[0006] 本发明的一种基于智能天线的绿色分布式天线系统通信方法，系统包括中心处理 单元和分布于小区内的多个分布式天线端口，多个所述分布式天线端口分别通过光纤或同 轴电缆与中心处理单元相连接，每个所述分布式天线端口由多根智能子天线组成智能天线 阵列，系统的通信方法包括以下几个步骤：
[0007] (1)选择分布式天线端口 ：所述中央处理单元选择与某一移动台之间信道状态最 好的分布式天线端口，使之与移动台进行通信，用于实现定向通信服务；信道状态的好坏通 过接收到的定向波束信噪比来衡量；
[0008] (2)系统对所述分布式天线端口的智能子天线进行选择调度，用于节约系统资 源；
[0009] (3)对各个分布式天线端口进行子载波分配，使不同的移动台能够在不同的子载 波上进行通信，用于减轻系统内部用户之间的干扰；
[0010] (4)所述中心处理单元根据系统外部环境的需求，通过粒子群算法对各个分布式 天线端口的参数进行自适应调整，用于减少分布式天线系统的总功耗。
[0011] 步骤（1)中，所述分布式天线端口选择的具体方法如下：
[0012] (la)初始阶段，小区内所有的分布式天线端口以全向广播方式不定时地向处于小 区中不同区域的移动台发送公用测试信号；
[0013] (2a)需发起通信请求的移动台接收到该测试信号后，向相应分布式天线端口发出 应答响应，随后就会将当前的信道状态信息反馈给相应的分布式天线端口；
[0014] (3a)各个分布式天线端口根据反馈的信道信息调整天线阵列权重，构造赋型波束 指向需发起通信的移动台，移动台则计算各个分布式天线端口的定向波束信噪比，系统会 选择定向波束信噪比最大的分布式天线端口，选定的分布式天线端口就会进一步根据修正 的信道反馈信息进行加权处理（处理的方法为现有技术），形成最后的定向波束指向处于 特定位置的移动台。
[0015] 步骤（3a)中，假设设有5个分布式天线端口，移动台接收端的各个分布式天线端 口 DAUi的定向波束信噪比可以表示为：
[0016]
【权利要求】
1. 一种基于智能天线的绿色分布式天线系统通信方法，其特征在于，系统包括中心处 理单元和分布于小区内的多个分布式天线端口，多个所述分布式天线端口分别通过光纤或 同轴电缆与中心处理单元相连接，每个所述分布式天线端口由多根智能子天线组成智能天 线阵列，系统的通信方法包括以下几个步骤： (1) 选择分布式天线端口：所述中央处理单元选择与某一移动台之间信道状态最好的 分布式天线端口，使之与移动台进行通信，用于实现定向通信服务；信道状态的好坏通过接 收到的定向波束信噪比来衡量； (2) 系统对所述分布式天线端口的智能子天线进行选择调度，用于节约系统资源； (3) 对各个分布式天线端口进行子载波分配，使不同的移动台能够在不同的子载波上 进行通信，用于减轻系统内部用户之间的干扰； (4) 所述中心处理单元根据系统外部环境的需求，通过粒子群算法对各个分布式天线 端口的参数进行自适应调整，用于减少分布式天线系统的总功耗。
2. 根据权利要求1所述的基于智能天线的绿色分布式天线系统通信方法，其特征在 于， 步骤（1)中，所述分布式天线端口选择的具体方法如下： (la)初始阶段，小区内所有的分布式天线端口以全向广播方式不定时地向处于小区中 不同区域的移动台发送公用测试信号； (2a)需发起通信请求的移动台接收到该测试信号后，向相应分布式天线端口发出应答 响应，随后就会将当前的信道状态信息反馈给相应的分布式天线端口； (3a)各个分布式天线端口根据反馈的信道信息调整天线阵列权重，构造赋型波束指向 需发起通信的移动台，移动台则计算各个分布式天线端口的定向波束信噪比，系统会选择 定向波束信噪比最大的分布式天线端口，选定的分布式天线端口就会进一步根据修正的信 道反馈信息进行加权处理，形成最后的定向波束指向处于特定位置的移动台。
3. 根据权利要求2所述的基于智能天线的绿色分布式天线系统通信方法，其特征在 于， 步骤（3a)中，假设设有5个分布式天线端口，移动台接收端的各个分布式天线端口 DAUi的定向波束信噪比可以表示为：
其中，DAUi(i = l，2，L，5)，hi为分布式天线端口 DAUi(i = 1，2，L，5)与各自覆盖区域 内某一发起通信请求移动台之间的信道衰落系数，Η表示共轭转置，Wi(i = 1，2, L，5)表示 各个分布式天线端口对应的加权向量，Pi (i = 1，2, L，5)是对应的分布式天线端口发送功 率，σ为常数，系统会选择信噪比最大的ri =max{ri，r2，r3，r4，r 5}，所对应的分布式天线端 口 DAUi与移动台建立通信链路。
4. 根据权利要求3所述的基于智能天线的绿色分布式天线系统通信方法，其特征在 于， 步骤（2)中，假设分布式天线端口 DAU1由4,4，^，?，?，怂六根智能子天线组成单层 智能天线阵列，每根所述智能子天线可形成特定方向上的波束，假设系统正常工作时，系统 检测到移动台MSI和MS3与分布式天线端口 DAU1之间信道状态最好，故选择分布式天线端 口 DAU1与这两个移动台进行通信，此后系统会对分布式天线端口 DAU1的智能子天线进行 选择调度，具体天线选择调度机制如下： 假设某一时刻分布式天线端口 DAU1的智能子天线軋A3, A4, A6处于休眠状态，智能子天 线A2, A5处于激活状态，由于处于激活状态的智能子天线正在实施通信过程中，系统则会通 过选择激活智能子天线4和A 3分别与移动台MSI和MS3通信； 假设在某一通信阶段，当移动台MSI服务质量或数据传输量超过智能子天线&的工作 负荷时，系统就会将处于休眠状态的智能子天线A4激活，使之与智能子天线&同时为移动 台MSI提供服务；当移动台MSI数据传输量处于较小状态时，系统则会将智能子天线A 4重 新设置为休眠状态，从而通过这样的天线选择调度机制节约系统资源。
5. 根据权利要求4所述的基于智能天线的绿色分布式天线系统通信方法，其特征在 于， 步骤（3)中，系统正常工作时为每根激活的智能子天线分配单个不同的子载波，经过 天线端口选择与天线选择调度后，系统为分布式天线端口 DAU1处于激活状态下的智能子 天线軋A2, A3, A5分别分配f\，f2, f3, f5不同的子载波，而且为了减轻干扰，系统所分配的子 载波不被小区内其它分布式天线端口或相邻小区占用； 所述智能子天线Ai的子载波通信方式如下： (lb) 在下行链路中，智能子天线&通过智能天线技术定向地为移动台MSi提供服务； (2b)在上行链路中，所述移动台MSi也在系统分配好的固定子载波&上与智能子天线 化进行通信，与此同时其它的激活智能子天线也以相同的通信方式与对应的移动台建立通 信链路； 通过采用以上的通信方式可以使不同的移动台能够在不同的子载波上进行通信，从而 降低移动台之间的干扰。
6. 根据权利要求5所述的基于智能天线的绿色分布式天线系统通信方法，其特征在 于， 步骤（4)中，所述基于粒子群算法的参数自适应调整方法如下 (lc) 当k = 0时，随机产生二进制数4和4,其中4e{0,l}, 4E[-vmax,vmax]， 1彡d彡D，从而得到二进制序列χ,Α ,4]，1彡i彡Num，其中，Num为粒子群中粒 子群体个数，D为维数，vmax为粒子最大速度； (2c)依据粒子适应度衡量公式计算各个粒子的适应度，令Pik = Xik，并 ?/-=[/^1，/^2，1，/^〇]，其中13为具有最|^适应度的粒子索引； (3c)当k = k+1时，更新任意粒子i的速度，其表达式如下：
其中ω是惯性系数，cJPc2是学习因子，^和％为分布于[〇，1]之间的随机数，当
(4c)更新粒子i的位置，随机产生均匀分布于[0，1]之间的随机数，如果其值小于
(5c)依据粒子适应度衡量公式计算各个粒子的适应度值，对于粒子i，如果其适应度 大于pf^1的适应度，则令ρ? = χ?，否则pf = pi'如果其适应度大于pf1的适应度，则令 Pg=士如果其它粒子的适应度都小于！4-1的适应度，则令pj -1; (6c)重复步骤（2c)?步骤（5c)，直至达到所设置的最大迭代次数，获得最优解。
【文档编号】H04B7/04GK104158572SQ201410303091
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】李岳衡, 崔磊, 王莉, 付明浩, 羌佳林, 王飞, 居美艳, 黄平, 蒋德富 申请人:河海大学