Semi-Stochastic传播模型的研究在蜂窝系统光束倾斜

文摘

基站天线下倾,缓解了干扰和提高下行无线系统的性能。semi-stochastic传播模型的研究和应用提出了基站光束倾斜的影响在细胞通讯。双线近似模型的分析描述。梁倾斜评估与基站天线辐射方向图,天线高度,传播环境,比特误码率和信噪比的接收机前端。分析推导出的表达式衰落信封,错误概率,最佳倾斜角度,WCDMA系统的下行容量。提供了理论分析和仿真结果显示模型的特点。这一数据与文献中证实其有效性。此外,梁倾斜的影响对系统下行的比特误码率性能和容量。

1。介绍

通信质量移动通信系统的下行强烈影响多路径失真(1]。提出技术、天线下倾角的基站(BS)天线给好的结果提供一种角度的多样性(2,3]。Maseng [4]分析了系统在移动多径信道比特率全反射BS及全向天线,显示的最大比特率取决于传播环境,交流范围,移动站(MS)接收机的复杂度。在[5),光束倾斜的影响研究的多路径失真下完美的和广泛地分散反射。下行的比特率的函数BS天线辐射模式,天线高度,移动接收机的灵敏度,多余的距离,传播介质的特点是检查(6,7]。此外,在[8- - - - - -10),最佳倾斜的BS天线特性、细胞功能分区,站点间距,信号路径的数量,交通量显示最佳倾斜取决于各种网络参数。最后,在[11),提出了一种自适应倾斜方法缓解和干扰能力增强在WCDMA系统中,揭示了光束倾斜在无线通信中的重要性。

本文在下行波束倾斜性能的影响细胞系统的调查。semi-stochastic传播模型,描述了建立移动广播频道。双线视距(LOS)近似模型的广泛的描述。分析推导出的表达式衰落信封,误比特率(BER),最佳倾斜角度,WCDMA系统的下行容量。模型的基本特征及其解释有效性确认。此外,系统的性能和最佳的倾斜的问题解决。

剩下的纸是组织如下。节2,给出了系统模型。节3,提出传播模型是描述和数学公式。提供了数值例子,仿真和讨论部分4。最后一节5,得出了结论。

2。系统模型

在图1移动系统的模型。的废话和女士之间的水平距离,天线之间的高度差(提到BS天线高度为简便起见),额外的路径长度(多余的距离)th反映路径相对于直接的路径(这是在哪里和的水平距离吗th路径反射点废话和MS,职责)。倾斜角度BS天线辐射模式的定义从一个轴方位平面平行;从《轴倾斜角度定义,也就是说, 不失一般性,假设机械下倾;进一步改善能取得BS天线波束电倾斜是由于改善干扰抑制(12]。

在这里给出的例子,BS天线的辐射方向图包含高程平面条款和表示(自然单位) 在哪里是半功率波束宽度的辐射模式,,。

3所示。数学公式

在无线信道,传输信号遭受多次反射。假设存在回波信号具有大振幅的外观影响总女士天线收到的信号电平。足够遥远的回声信号明显较小的振幅和排除。分配到每个雷概率(即,有效b辐射模式。,the pattern as seen at the receiver) is given [13), 在哪里 的表示的阶段th射线,传输信号的波长。变量和是独立同分布(先验知识)随机变量依赖于传播介质(指的是洛雷)。的路径损耗指数是一个不同地形因子;其范围从3到4.3在城市地区,接近3.9和4.4在郊区和开放空间(农村),分别,14]。这一比率 在哪里 是一个褪色的深度测量。使用身份 经过一些处理,(5)成为 在哪里

模型的准确性显著增加,当大量的数据对地形和天线增益特性以每一个可能的射线路径。然而,一个模型的主要缺点是它的复杂性。多径衰落信道的常用近似是一个双线近似;例如,参见[15- - - - - -20.]。

双线模型假定洛杉矶和地面反射发射机和接收机之间的传播路径将了。相等的概率分配给两个路径()。让我们考虑,,并设置,,。然后(8)简化为 在哪里均匀分布在随机变量(21,22]。

pdf的,计算(见附件一个对于一些细节) 在这个表达式,是旨在确保统一标准化因素累积分布函数。条款和是 在哪里其余分吗通过。一些操作之后,我们获得的期望值是 在哪里是不完整的第二类椭圆积分。

使用(10)- (13),误差概率的近似表达式和最佳倾斜角度推导(见附录B)。不失一般性,连贯的映BPSK调制方案假设[23]。在拟议的双线通道模型b光束倾斜一个角度错误的概率是 在哪里女士是一位energy-to-noise功率谱密度在接收机前端。最佳倾斜角度发现预期最大误差概率在一个角度在哪里是该行业优势区(显然最大的主瓣指向所需的细胞,也就是说,)。定义的BS天线辐射方向图,天线高度、间距,最大可接受的误比特率,目标信噪比女士接收机前端,传播渠道特点,给出的解决方案 在哪里是反向互补的误差函数。在天线辐射模式(2),的最佳倾斜角度

BS的近似表达式,描述了影响天线倾斜的下行容量WCDMA手机网络的可交付的总比特率也已获得(参见附录C)。主要的假设是下行速率分配的平等活跃用户,固定信道带宽,无限的BS传动功率。总交付下行目标比特率满足特定的误比特率成反比的目标位energy-to-noise功率谱密度在每个用户的接收机前端(24- - - - - -26]。用户是均匀分布在细胞内近似为圆半径。每个用户分配一个唯一的渠道化的代码假定用户之间的正交。避免浪费的权力,误比特率是固定在最大允许的服务质量(QoS)需求。不失一般性,目标信噪比在每个用户接收机前端和误码率QoS目标被假定为所有用户。在这些假设下,最大可交付的比特率之间的比率当BS天线辐射模式是倾斜的没有倾斜角度和相应的速度是由 (在哪里24- - - - - -26] 在哪里是由于褪色,失去正交性因素取决于传播环境和移动的速度和位置9]。必须提到BS天线下倾提高信号电平计算单元内由于更好的能力目标光束向优势区域,同时减少干扰对其他细胞(9]。一个最优的天线下倾角角度权衡注液电池干扰缓解和报道阈值。然而,在无限的BS传动功率的假设下,cochannel干扰从邻近的细胞可以忽略不计25]。在这种情况下,产能造成的改进是提高信号电平只(27]。

4所示。结果和讨论

在这一节中,双线传播信道模型的基本特征。BS天线下倾的影响系统性能和最佳的选择倾斜。最后,验证该模型的有效性,这一数据与文献中。在下面的例子中,BS位于中心的细胞,由几个部门。(描述的BS天线辐射方向图2)。如果不指定,系统参数公里,米,,,,m。

数据2和3描绘了褪色的信封和作为多余的距离函数。在图2,范围从0到5公里。作为增加,的值的范围减少了。在图3,它是四个信号波长的范围内。在这种情况下,褪色的信封是周期函数重复每一个传输信号的波长。在实践中,接收信号的衰落代表信封强度由于慢(图2(图)和快3)衰落1,23]。它必须被注意到取决于不同的系统参数,如系统几何、路径损耗指数,BS天线辐射方向图,和比特率(例如,[6,7,12])和过度延迟成正比的通道。在考虑中的系统,典型的价值观从半到2公里。

的依赖在分析了系统参数图4。的曲线代表情况下前面提到的例子(设置多余的距离等于1公里);在,,,它是公里,m,m,分别。最后在和,和是翻了一倍。几乎对称对pdf文档。pdf减少传播和减少,或,,增加,导致一种改进系统性能。

让我们考虑女士的边缘细胞。错误概率对BPSK调制和各种BS天线下倾角度(从《轴测量)如图5()。请注意,3 dB波束天线下倾角可以提高系统性能。最佳倾斜角度,,范围从1到2度(同一角度测量从一个轴方位平面平行,(见图1)位于2和3度之间)。当一个数据包传输,一个典型的值(23),而,(16)给出了一个最佳倾斜角度。用这个值(1),是细胞优势区域的大小28),一个与图中发现,协议5。注意,对倾斜角度在一定程度上,一个移动站的边缘细胞b辐射主瓣内的模式。然而,当BS天线波束进一步倾斜的,其主瓣并不指向所需的用户。由于大倾斜角度系统性能降低。

方程(16与BS)表明,最佳倾斜角度增加天线高度和间距随网站,一些energy-to-noise女士接收机前端功率谱密度,和最大可接受的方方面面。然而,它依赖的BS天线半功率波束宽度更为复杂。最优角增加而倾斜点。分化的16)对表明,最佳倾斜角度是最大化的半功率波束宽度b天线辐射模式的解决方案 进一步增加半功率波束宽度减少了最佳倾斜角度。

证实了该模型的有效性与文献中的数据。在[9),Niemela等人研究了机械天线下倾的影响在macrocellular WCDMA网络的性能。在模拟执行,假定six-sectored配置。BS天线高度。BS天线辐射图半功率波束宽度和显示的相似之处(2)。目标在讲话中下行energy-to-noise比特率服务8分贝。他们的研究表明,最佳倾斜角度和分别为站点间距1.5公里和2公里。为了比较这些结果与那些来自该模型,被设置为站点间距的一半。一个错误的概率被认为是足够的语音服务(23]。为了计算蒙特卡罗模拟执行。双线模型预测的最佳倾斜角度和为m和分别接近的报道(9]。从比较结果得出相似的结论10]。例如,让我们考虑一个三部门细胞,,BS天线半功率波束宽度和高度和分别。的语音服务据报道。设置和的解决方案(16)给。

在图6的能力增强macrocellular WCDMA系统的下行总比特率。用户是均匀分布在细胞和被分配相同的比特率(其余在前一节中提到的假设)。显著改善的最大可交付的下行比特率时观察到的BS天线辐射模式下倾。注意能力增加辐射模式时倾斜点。进一步倾斜会降低系统性能(类似的行为研究中观察到的比特误码率)。较小的显著能力增强网站优势区域。在这种情况下,最佳倾斜角度较高。类似的结果导出的BS天线高度增加。最后,半功率波束宽度的增加会降低系统的性能。派生的结论类似于[派生的9,28]。

5。结论

摘要BS光束倾斜向下链路性能的影响细胞系统的调查。提出了semi-stochastic传播模型。双线模型的近似进行了广泛的描述。近似表达式的衰落信封,错误概率和细胞系统的最佳倾斜角度,和下行能力增强的WCDMA无线网络。结果表现出模型的特点和治疗的选择最佳倾斜角度考虑基站到移动用户posistion、天线高度、网站优势区域,BS天线辐射模式,多余的距离,信号能量,误比特率。模拟显示的强大影响,瓷砖在无线系统的性能和倾斜角度的关键作用。这一数据与文献中表现出模型的有效性。该模型是一种低复杂度和足够的无线网络性能研究和优化的工具。

附录

答:一个随机变量的函数的Pdf

假设是一个随机变量,是一个真正的函数变量。表达式是一个新的随机变量。为了找到pdf为一个特定的,我们解决了方程。表示其真正的根源,也就是说,,pdf给出了(29日), 在哪里的pdf和的导数是

b .错误概率和最佳倾斜角度的表达式

在这个附件,错误概率的近似表达式和最佳倾斜角度。连贯的映BPSK调制的误差概率毫无防备的AWGN信道的衰落是(23] 在哪里一些能源和吗噪声功率谱密度在接收机前端女士。在拟议的双线通道模型,如果b梁不倾斜,一些能量在一个角度大约是(见(5)) 在哪里表示预期的价值。当BS梁倾斜一个角度使用(5)前面的表达式 考虑到 和使用(责任)和(B.3),(14)是派生的。

估计的倾斜角度优化系统性能之间权衡其他细胞干扰缓解和覆盖的阈值,并取决于每个网络的要求。它的值是受各种因素影响,如系统几何,BS天线辐射模式,传播媒介,比特率的关系,细胞功能分区。直觉上,所需的下倾角度增加与BS天线高度。相应地,细胞与小优势区域需要一个大的下倾角度。然而,该系统几何定义最优的天线下倾角角度是不够的。已经提到,在目前建议最佳倾斜角度发现预期最大误差概率的边缘细胞。注意到的期望描述了传播介质,不取决于光束倾斜。因此,它认为。基于前面的分析和使用(14),很容易发现的最佳倾斜角度是来自解决方案(15)。在天线辐射模式(2),它认为 用(B.5)(15),(16)很容易。

c .下行吞吐量提高光束倾斜

在本附录,制定下行容量的改善由于光束倾斜在WCDMA手机网络的可交付的总比特率下节已经提到的假设3提出了。固定和,总交付比特率正比于一些能量在每个用户的接收机前端当信噪比QoS的目标也是固定的24,25]。因此,(B.3)之间的比率和是 (这是提醒)。由于用户的均匀分布在圆形细胞,pdf的距离从b (30.] 在哪里,(是细胞的半径)。

使用(. 1),pdf可以找到。在一些操作 从(C.1)和(C.3),(17)很容易。

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