基于阵列天线波束赋形的蜂窝移动通信网络覆盖控制技术研究

摘要

在蜂窝移动通信网络中，公共控制信号强度、信干噪比均不低于门限的区域构成了小区的实际覆盖范围。根据传播环境及其变化，进行覆盖控制是蜂窝网络设计时和运营中的一项重要任务。
　　本文针对蜂窝移动通信网络，研究基于阵列天线波束赋形的的覆盖控制技术。
　　针对网络设计阶段全网无缝覆盖和小区间低干扰的要求，提出相应的阵列天线激励权值向量求解算法。我们引入弱覆盖面积比和过覆盖面积比这两个覆盖效果评价指标，将蜂窝网络分为许多个扇区簇，对每个扇区簇建立以弱覆盖面积比最小为优化目标，过覆盖面积比为约束条件的数学模型，通过近似、松弛等方法将其转化为凸优化问题，进而求出最优的阵列激励权值向量，并得出相应的弱覆盖面积比和过覆盖面积比。将上述方法以扇区簇为单位推广到全网，即可实现全网的无缝覆盖。仿真结果证实提出的算法可以使弱覆盖区域最小，过覆盖区域不存在。
　　针对网络运营阶段局部区域传播环境、季节的变化导致的覆盖质量下降，提出阵列天线激励权值向量的多扇区联合求解算法。将覆盖质量下降的区域称为待优化区域，建立以待优化区域最小SINR最大化为优化目标，相邻区域的SINR为约束条件的数学模型。为了使非凸的优化问题转化为易求解的凸优化问题，提出迭代算法，在迭代过程中逐步提升待优化区域内的最小SINR。仿真结果表明提出的算法得到的覆盖效果优于已有的扇区覆盖更新和联合波束赋形算法和功率穷举算法。
　　针对随着城市中高架桥、立交桥、高层建筑的增多而出现的立体覆盖需求，提出了用面阵天线波束赋形来进行立体覆盖控制的基本思路，重点阐述了天线立体方向图的数学表达以及最小二乘法综合天线立体方向图原理，并结合仿真进行了分析。

目录

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致谢

摘要

图目录

表目录

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基于阵列天线波束赋形的覆盖控制

1．2．2 网络设计阶段的覆盖控制

1．2．3 网络运营阶段的覆盖控制

1．2．4 立体场景下的覆盖控制

1．3 课题研究内容和意义

1．4 本文的结构安排

2 网络设计阶段的覆盖控制

2．1 网络模型

2．2 数学建模及求解算法

2．3 全网覆盖控制

2．4 性能仿真

2．4．1 仿真设置

2．4．2 对比算法

2．4．3 仿真结果和分析对比

2．5 本章小结

3 网络运营阶段的覆盖控制

3．1 网络模型

3．2 数学建模

3．3 迭代算法

3．3．1 算法的步骤

3．3．2 收敛性证明

3．4 全网覆盖控制

3．5 性能仿真

3．5．1 仿真设置

3．5．2 信干噪比和发射功率

3．5．3 信干噪比分布

3．5．4 迭代算法的收敛性

3．6 本章小结

4 立体场景下的覆盖控制

4．1 立体覆盖控制的基本思路

4．2 天线面阵三维方向图的数学表达

4．3 立体覆盖需求的获取和表达

4．4 三维覆盖效果的评价指标

4．5 逼近期望覆盖效果的天线方向图综合算法

4．6 本章小结

5 总结与展望

参考文献

在读期间参与的科研项目和主要研究成果