王玉磊

【摘要】 現(xiàn)階段，在現(xiàn)有室內(nèi)分布覆蓋系統(tǒng)上改造實現(xiàn)TD-LTE的MIMO雙通道室內(nèi)分布覆蓋，面臨改造成本較高、施工周期較長和物業(yè)協(xié)調(diào)難度較大等困難。本文通過建立一路合路、一路新建方式的MIMO雙通道室分系統(tǒng)模型，并基于該模型設(shè)計了組合優(yōu)化的求解算法，為TD-LTE雙通道室分系統(tǒng)的智能化設(shè)計提供了一種新思路和解決方案。

【關(guān)鍵詞】 MIMO雙通道 TD-LTE 室內(nèi)分布系統(tǒng)

隨著第四代移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展，全球范圍內(nèi)已開始大規(guī)模部署4G TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。依據(jù)大量現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，高速下載業(yè)務(wù)的70%都是在室內(nèi)進行的，因此，研究和規(guī)劃TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的時候，室內(nèi)分布覆蓋系統(tǒng)的建設(shè)和改造就變得十分重要。

為了保護通信運營商的前期投資，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)分布建設(shè)要盡量基于現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)進行改造。 TD-LTE系統(tǒng)的一個重要技術(shù)是多天線技術(shù)，即MIMO技術(shù)。而現(xiàn)有的室分系統(tǒng)為單饋線系統(tǒng)，無法實現(xiàn)TD-LTE系統(tǒng)的MIMO特性，對TD-LTE系統(tǒng)的容量和傳輸速率都有很大影響。本文提出了一種基于一路合路/一路新建的MIMO雙通道室內(nèi)分布系統(tǒng)模型，通過組合優(yōu)化算法的求解，在保證TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)雙通道功率平衡的前提下，實現(xiàn)了無源器件的組合成本最低、功率損耗最小的最優(yōu)改造目標(biāo)。

一、TD-LTE雙通道室內(nèi)分布系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

依據(jù)室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計的基本規(guī)范需求，設(shè)計一路新建和一路合路的雙通道MIMO無源室內(nèi)分布系統(tǒng)。以所合路天線口的實際功率為基礎(chǔ)，作為新建一路相應(yīng)天線口的輸入功率，并限定兩個通道的每對MIMO天線功率差在一定范圍之內(nèi)。根據(jù)工程應(yīng)用經(jīng)驗，兩條通道存在5dB功率差的時候會降低30%容量，兩條通道存在3dB功率差的時候會降低8%容量，因此本系統(tǒng)約束功率差在3dB以內(nèi)。

1.1新建通道模型描述

新建通道共分四級模式，由主干和平層組成，主干處于一二級，平層處于三四級。以合路一路的天線布放位置和功率作為新建一路的輸入，并限制兩條通道的天線口功率差在3dB范圍內(nèi)。一級和三級由若干功分器組成虛擬功分器，二級和四級則使用耦合器來對平層或天線分配功率。

1.2新建通道的數(shù)學(xué)模型

模型的輸入和已知條件為：合路一路信息（天線實際位置，功率）、室內(nèi)基站信息（位置，輸出功率）、建筑物信息（層數(shù)，樓層高度）、耦合器、饋線、損耗、功分器類型。

模型變量：

其中，樓層總數(shù)k=1，2....，第i層天線總數(shù)i=1，2，...。Hi，k屬于相對比較復(fù)雜的公式。平層和主干中所有饋線和器件成本最小和實際上就是最低總成本。平層和主干中所有饋線和器件損耗功率最小，實際上就是最低總功率。MIMO雙通道平衡功率約束實際上就是合路一路和新建一路天線之間具備3dB范圍內(nèi)的功率差，選擇性約束實際上就是說有且只有一種所有饋線和器件選擇，以此來確保具備良好的系統(tǒng)性能。

二、求解算法

本文主要依據(jù)電纜價格和成本以及功分器、耦合器等成本和價格建立符合情況的目標(biāo)函數(shù)，并且上述模型主要就是有效優(yōu)化組合目標(biāo)中整數(shù)規(guī)劃現(xiàn)象，屬于一種線性特殊規(guī)劃形似，上述現(xiàn)象存在比較大解空間，很少Pareto最優(yōu)解，以及復(fù)雜的尋優(yōu)過程，依據(jù)模型設(shè)計過程中的實際特征，建立基于M2M種群分解策略算法，此算法可以確保具備多樣性的種群，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)有效解。M2M算法基本理念實際上就是分解復(fù)雜做目標(biāo)優(yōu)化問題形成一些相對比較簡單多目標(biāo)子集來達到求解的目的，另外還可以有效解決上述問題。操作的時候，種群可以被分為很多子種群，每一個子問題都和一個子種群對應(yīng)，利用相互協(xié)作的方式來對子種群求解子問題，以便于達到求解多目標(biāo)優(yōu)化問題的目的。M2M算法分解種群的時候主要應(yīng)用方向向量，在目標(biāo)向量空間中首先給出K個單位方向向量V1，V2，....VK，對方向向量以及個體夾角進行計算，個體需要適當(dāng)分配到具備最小方向向量的方向向量夾角代表子區(qū)域中。基本計算M2M算法的步驟是：

第一步，初始化。種群初始化以后，適當(dāng)分配把種群合理到K個子區(qū)域中，形成子種群P1，P2，...PK。

第二步，雜交變異。所有子區(qū)域中都會形成新個體。

第三步，選擇。在所有子區(qū)域中依據(jù)選擇策略合理選擇新子種群。

依據(jù)整數(shù)編碼形式來初始化種群個體，每一種元素實際上都代表一種饋線或者耦合器應(yīng)用型號，假設(shè)需要確定n條饋線m個耦合器的類型，饋線、耦合器分別具備N、M種類型，個體右邊N個元素實際上就是相對應(yīng)饋線位置類型，右邊M個元素實際上就是相對應(yīng)耦合器位置類型。如果具備個體V個，V=（v1，v2，vm，...，vn），其中vi是整數(shù)，M≥vi≥1，當(dāng)i大于m的時候，vi是第i-m條饋線類型，當(dāng)i小于等于m的時候，vi是第i個耦合器類型。M2M算法框架方式分解種群十分有效并且簡單，僅僅只需要方向向量一組就能夠?qū)嶋H分解種群，從上述研究可以發(fā)現(xiàn)，更新子種群個體的時候可以依據(jù)不同選擇策略。

三、仿真實驗

本文主要應(yīng)用M2M種群分解策略算法來提出模型計算，仿真實驗在Matlab2007B上實施，在實際設(shè)計室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用上述算法，假設(shè)設(shè)計對象為八層樓宇，8、6、8、6、8、 6、8、8是第1～8層天線數(shù)目。設(shè)計中合理應(yīng)用多目標(biāo)優(yōu)化計算方式，所以可以獲得Pareto最優(yōu)解，即得出1個具有一定代表性的解的室內(nèi)分布系統(tǒng)。

仿真結(jié)果顯示，任一樓層新建一路和合路一路天線之間均具備3dB以內(nèi)的功率差，符合實際性能需求和成本優(yōu)化的設(shè)計目標(biāo)。

四、結(jié)束語

綜上所述，本文通過建立一路合路、一路新建方式的MIMO雙通道室分系統(tǒng)模型，并基于該模型設(shè)計了組合優(yōu)化的求解算法，該模型和算法經(jīng)仿真實驗，能夠有效解決TDLTE雙通道改造方案中性能和成本的優(yōu)選問題，為TD-LTE雙通道室分系統(tǒng)的智能化設(shè)計提供了一種新思路和解決方案。

參 考 文 獻

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