一种基于不完全csi的分布式天线系统自适应调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于不完全CSI的分布式天线系统自适应调制方法，属于移动通 信的自适应调制技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着移动网络的迅速晒起，移动通信技术已经广泛应用于社会生活的各个方面， 而各种无线通信业务对容量需求呈现爆炸性的增长，已经超过了已有技术所支持的数据 速率，一种使得数据速率得W有效增长的重要技术就是在系统发送端和接收端安置多副天 线，即多输入多输出技术。研究表面，多输入多输出（MIM0)技术能够充分利用空间资源，在 不增加系统带宽和天线总发射功率的情况下，有效地对抗无线信道衰落的影响，大大地提 高系统的频谱利用率和信道容量，是高速率数据传输的优选技术之一。然而，随着频谱资源 的日益紧张和用户需求的持续增长，传统蜂窝系统出现了切换频繁、干扰增加、成本提高等 问题，已经无法满足未来无线通信系统的发展要求。分布式天线系统作为一种新兴技术引 起了学术界的关注，其不论在提高系统容量、降低发射功率、减少切换次数W及降低中断概 率方面都显示出传统蜂窝系统不可比拟的优势，被认为是传统蜂窝系统的理想替代方案。 目前，已有的研究表明与集中式MIM0相比，它具有更高的容量、小区平均覆盖率及抗衰落 能力。
[0003] 自适应调制（AM)技术可W根据无线通信环境和服务质量（QoS)的要求，动态地 改变发射端的各种参数来提高系统资源利用率，W获得较高的系统吞吐量和容量，已广泛 应用于无线通信系统中作为提高传输系统频谱的一种强有力技术。由于信道估计误差的 存在，发射端很难获得完全CSI(信道状态信息），而天线选择和AM技术很大程度上依赖于 CSI估计的准确性。因此，研究分布式天线系统中基于不完全CSI的AM算法设计，W适应匹 配无线信道的变化，有效提高系统吞吐量和数据传输率是非常必要的。
[0004] 现有的文献对分布式天线系统在不完全CSI条件下进行了研究。文献1(N. B.Zhang,G.X.Kang,Y.Y.Guo.Adaptivetransmitteddistributedantennaselection strategyindistributedantennasystemswithlimitedfeedbackbeamforming[J]. IE邸ElectronicsLetters，2009,45(21):1079 ~1081.)基于有限的反馈波束成型， 提出最大化系统容量的自适应发送天线选择方案。文献2(StefanSchwarz,Robei't W.Heath,MarkusRupp.MultiuserMIMOindistributedantennasystemswithlimited feedback[C].IEEEInternationalWorkshoponHeterogeneousandSmallCell Networks, 2012, 546~551.)给出了多用户分布式天线系统在有限反馈延时条件下的可行 '性分析。文献 3(RamiroSamano民obles.Jointuserscheduling,linkadaptationand spacedivisionmultiplexingfortheuplinkofmulti-celldistributedantenna systemswithimperfectCSI[C].IEEEConstantinidesInternationalWorkshopon SignalProcessing, 2013, 1~4.)研究了多小区环境下分布式天线系统在不完全CSI条件 下的容量增益。然而，上述研究都没有采用AM方案来优化资源分配，也没能给出相应的性 能评估方法。
【发明内容】
[0005] 发明目的；为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种针对不完全CSI下 的分布式天线系统，设计离散率AM方法与自适应口限值，在目标BER的约束下，利用所设计 的离散率am方法提高系统的平均有效传输效率SE。
[0006] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] -种基于不完全CSI的分布式天线系统自适应调制方法，包括如下步骤：
[0008]1)、采用若干根远程发射天线搭建分布式天线系统模型，根据搭建的分布式天线 系统模型构造瑞利衰落信道模型；对瑞利衰落信道模型的小尺度快衰落进行信道估计，得 到远程天线和移动终端之间的估计信噪比；
[0009]2)、采用天线选择技术，选择估计信噪比最大的远程发射天线进行信号发送；
[0010] 3)、采用步骤2)选择的远程发射天线进行传输，根据最大化平均频谱效率设计离 散率AM方法；利用加性高斯白噪声信道下精确M-QAM调制方式的BER公式，计算自适应调 制切换口限；
[0011] 4)、根据步骤3)中的离散率AM方法W及自适应调制切换口限，计算离散率AM方 法中的平均有效传输效率SE和平均误比特率肥R。
[0012] 进一步的，步骤1)具体为：在小区单元搭建分布式天线系统模型，将Nt根天线 RAi(i=l，2，....，Nt)分布式放置在小区的不同地理位置上，每个天线通过同轴电缆或光 纤分别与小区的中央处理器相连；假设移动终端装备有Nf根接收天线，第i根远程天线RAi 发射信号，移动终端（MT)的接收信号为：
[0013]
【主权项】
1. 一种基于不完全CSI的分布式天线系统自适应调制方法，其特征在于：包括如下步 骤： 1) 、采用若干根远程发射天线搭建分布式天线系统模型，根据搭建的分布式天线系统 模型构造瑞利衰落信道模型；对瑞利衰落信道模型的小尺度快衰落进行信道估计，得到远 程天线和移动终端之间的估计信噪比； 2) 、采用天线选择技术，选择估计信噪比最大的远程发射天线进行信号发送； 3) 、采用步骤2)选择的远程发射天线进行传输，根据最大化平均频谱效率设计离散率 AM方法；利用加性高斯白噪声信道下精确M-QAM调制方式的BER公式，计算自适应调制切 换门限； 4) 、根据步骤3)中的离散率AM方法以及自适应调制切换门限，计算离散率AM方法中 的平均有效传输效率SE和平均误比特率BER。
2. 根据权利要求1所述的一种基于不完全CSI的分布式天线系统自适应调制方法， 其特征在于：步骤1)具体为：在小区单元搭建分布式天线系统模型，将Nt根天线RAi(i= 1，2, ....，Nt)分布式放置在小区的不同地理位置上，每个天线通过同轴电缆或光纤分别与 小区的中央处理器相连；假设移动终端装备有凡根接收天线，第i根远程天线RAi发射信 号，移动终端（MT)的接收信号为： 其中y, =R(l)，?…
Yjj)表示移动终端第j根接收天线的接收信号（j= 1~ 队)，Pt为发射功率，Hi(j)为第i根远程天线RAi和移动终端第j根接收天线的复合信道系 数；x为第i根远程天线RAi发送的信号且能量归一化为1 ;噪声矩阵zi服从均值为0方差 为队的复高斯分布，平均信噪比7 ;根据搭建的分布式天线系统模型，建立瑞利衰 落信道模型：
式甲KJj)为弟i很迦程天线RAi和移动终端第j根接收天线之间的小尺度快衰落； 表示第i根远程天线队和移动终端之间的路径损耗邛，表示第i根远程天 线RAi的路径损耗指数，d^为天线远场的参考距离，d,为第i根远程天线RA,和MT之间的 距离；对瑞利衰落信道模型的小尺度快衰落进行信道估计，将产生的误差信道进行建模，相 应的估计信道响应与实际信道响应h之间的关系为：
式中ei为信道估计所带来的误差，kJPei的元素设定为独立同分布的复高斯随机变 量，均值为〇,方差分别为1和〇e2,第i根远程天线RAjPMT之间的估计信噪比f,.为：
其中I表示为有估计误差的信道，<(./)表示为估计信道矢量中第i根发射天线与第j 根接收天线之间的估计信道； 根据贝叶斯定理得到估计信噪比A和有效信噪比y的概率密度函数roF:
其中1AW为修正贝塞尔函数。
3. 根据权利要求1所述的一种基于不完全CSI的分布式天线系统自适应调制方法，其 特征在于：步骤2)中：采用天线选择技术，选取估计信噪比A最大的那根远程天线来发送 信号，确立远程发送天线后，可以得到移动终端的接收信号以及最大估计信噪比的累 积分布函数;根据步骤2)中得到的估计信噪比；?,的TOF以及元_的累积分布函 数，得到最大估计信噪比Lax的概率密度函数：
4. 根据权利要求1所述的一种基于不完全CSI的分布式天线系统自适应调制方法，其 特征在于：步骤3)具体为：在瞬时BER满足目标BER条件下，通过最大化平均频谱效率设 计离散率AM方法：设定目标BER为BER^，将最大瞬时估计信噪比fmax划分为若干个区间 [Yn.Yn+1]，n= 0, 1，2，...N，其中Y(l= 0,Yn+1 =°°，N为系统调制方式的总数目；当最大 瞬时估计信噪比瓦^介于第n个区间时，选择具有星座图尺寸为的调制方式；在加性高斯 噪声信道下，精确M-QAM调制方式的BER公式为：
erfc(?)为互补误差函数，[、，％.,是与调制方式n有关的系数；令fi/Tl(7)=W^".V，得到相应的第n个调制方式的门限：
杓反函数；采用精确BER公式的第一项进行计算，得到改进门限：
5. 根据权利要求1所述的一种基于不完全CSI的分布式天线系统自适应调制方法， 其特征在于：步骤4)具体为：根据步骤3离散率AM方法以及自适应切换门限的设定，求解 不完全CSI的分布式天线系统平均有效传输效率SE和不完全CSI的分布式天线系统平均 BER，最大瞬时估计信噪比fmax落入[Yn，Yn+1)的概率表示为：
结合步骤3)中的改进门限值，平均有效传输效率SE为：
平均BER为：
其中远瓦为基于不完全CSI的分布式天线系统处于第n个区间的平均万豆，数据传输 速率为bn=log2Mnbit/s,bQ= 0。
【专利摘要】本发明公开了一种基于不完全CSI的分布式天线系统自适应调制方法，采用若干根远程发射天线搭建分布式天线系统模型，构造瑞利衰落信道模型，对瑞利衰落信道模型的小尺度快衰落进行信道估计，得到远程天线和MT之间的估计信噪比；采用天线选择技术，选择估计信噪比最大的远程发射天线进行信号发送；根据最大化平均频谱效率设计自适应调制方法以及自适应切换门限设定；利用加性高斯白噪声信道下精确M-QAM调制方式的BER公式，计算自适应调制切换门限；利用积分变换公式和数值分析方法计算平均有效传输效率SE和平均误比特率BER。本发明的自适应调制方法和自适应切换门限保证满足目标BER要求下，提高系统SE。
【IPC分类】H04B7-06, H04L25-02, H04L27-36
【公开号】CN104702557
【申请号】CN201510089976
【发明人】吴彬彬, 虞湘宾, 王莹
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月27日