自適應(yīng)有源天線垂直扇區(qū)化方法研究

張新越，楊陽(yáng)，譚國(guó)平，李岳衡，李旭杰

（河海大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院通信與信息系統(tǒng)研究所，江蘇南京211100）

為了滿足數(shù)據(jù)速率的爆炸式增長(zhǎng)需求，運(yùn)營(yíng)商及研究人員提出了許多的可能解決方案，其中定向天線和MIMO[1-2]技術(shù)尤其受到各方的重視?？偟膩?lái)說(shuō)，有兩種類(lèi)型的定向天線：無(wú)源和有源天線，后者可以根據(jù)需求動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)天線方向圖而前者的參數(shù)一般是固定不變的[3]。無(wú)源天線系統(tǒng)具有固定的下傾角，此時(shí)，定向天線方向圖的設(shè)置需要實(shí)際的部署環(huán)境來(lái)決定。

有源天線系統(tǒng)在每一個(gè)傳輸時(shí)隙都能夠改變定向天線方向圖。在有源天線陣列情況下，所有天線單元都存在與之關(guān)聯(lián)的獨(dú)立收發(fā)器組件[4]，因此，通過(guò)控制相位，角度，和單個(gè)天線單元的延遲使得有源天線系統(tǒng)的波束在垂直面上實(shí)現(xiàn)電調(diào)。有源天線系統(tǒng)還能夠共用一套天線輻射單元并行方式形成不止一個(gè)波束[5]，使得在原扇區(qū)物理空間區(qū)域內(nèi)有不同波束在服務(wù)該扇區(qū)中用戶(hù)，從而完成垂直扇區(qū)分裂，把原小區(qū)分為內(nèi)、外子扇區(qū)，并且它們都有不同的小區(qū)ID。垂直扇區(qū)分裂后的子扇區(qū)都是相互獨(dú)立的，相當(dāng)于分裂后的內(nèi)、外子扇區(qū)復(fù)用了原小區(qū)的時(shí)頻資源，有效地提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量。

1 垂直扇區(qū)化技術(shù)

有源天線的1小區(qū)多波束與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共享技術(shù)類(lèi)似，多波束由同一個(gè)天線形成，因此，資源塊的功率總和等于天線總的發(fā)射功率，見(jiàn)式（1）。

其中，PRBm代表第m個(gè)資源塊的功率，Ptotal代表扇區(qū)天線的發(fā)射總功率。

利用有源天線形成多個(gè)波束可以實(shí)現(xiàn)垂直扇區(qū)分裂[6-8]。以?xún)刹ㄊ鵀槔?，圖1（a）所示兩個(gè)波束使用相同的帶寬，即兩個(gè)子扇區(qū)復(fù)用原扇區(qū)的頻帶資源，扇區(qū)分裂后內(nèi)、外扇區(qū)資源塊總和為原扇區(qū)資源塊的兩倍，見(jiàn)式（2），此時(shí)，內(nèi)、外扇區(qū)的發(fā)射功率滿足（3）式。目前大多數(shù)文獻(xiàn)研究側(cè)重點(diǎn)不在扇區(qū)的發(fā)射功率的分配上面，所以基本上都是將內(nèi)、外扇區(qū)發(fā)射功率設(shè)置為相同值，即為原扇區(qū)天線發(fā)射功率的1/2，見(jiàn)式（4）。圖1（a）方案中，資源塊總數(shù)為原扇區(qū)資源塊的兩倍，但是資源塊的平均發(fā)射功率降為原來(lái)的一半。

圖1（b）所示兩個(gè)波束使用不同的帶寬，且所使用的頻譜資源相互正交。內(nèi)、外扇區(qū)的發(fā)射功率相等，且值為原扇區(qū)天線發(fā)射功率，滿足式（5）。這種分裂方案的好處是內(nèi)、外扇區(qū)的用戶(hù)之間的用戶(hù)資源塊所在頻率不同，分裂后不會(huì)造成兩個(gè)子扇區(qū)之間的相互干擾，但資源塊總數(shù)與原扇區(qū)相比并沒(méi)有改變，且比方案一資源塊總數(shù)減少一半。本論文基于方案一情況下，進(jìn)行算法的仿真驗(yàn)證與對(duì)比。

圖1 3*2小區(qū)分裂方式

2 基于權(quán)值的自適應(yīng)方案

固定下傾角及垂直的半功率點(diǎn)波束寬度（Half-Power Beam Width，HPBW）[9]方案的優(yōu)點(diǎn)是組網(wǎng)方式簡(jiǎn)單，但也有著一定的弊端。隨著用戶(hù)分布、場(chǎng)景的變化，固定方案并不會(huì)根據(jù)小區(qū)中用戶(hù)的實(shí)際分布進(jìn)行天線參數(shù)的優(yōu)化。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，有源天線的每個(gè)陣子都有獨(dú)立的收發(fā)單元，天線的下傾角，波束水平半功率波瓣寬度和垂直半功率波瓣寬度都可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)[10-11]。因此，可以根據(jù)實(shí)際的需求實(shí)現(xiàn)小區(qū)的動(dòng)態(tài)分裂。本節(jié)針對(duì)天線下傾角和垂直HPBW提出了新的調(diào)節(jié)方案，方案中包括下傾角調(diào)節(jié)和垂直HPBW的調(diào)節(jié)。方案以3*2的小區(qū)結(jié)構(gòu)作說(shuō)明。

2.1 基于權(quán)值的下傾角調(diào)節(jié)方法

基于權(quán)值的下傾角調(diào)節(jié)方法在固定下傾角及垂直HPBW方案的基礎(chǔ)上通過(guò)計(jì)算用戶(hù)的信干噪比確定權(quán)值對(duì)內(nèi)、外扇區(qū)的下傾角進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，使得波束更加對(duì)準(zhǔn)中心用戶(hù)，同時(shí)邊緣用戶(hù)也會(huì)賦予一定的權(quán)值。該方法具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1）扇區(qū)劃分，下傾角和垂直HPBW初始化。

選擇適當(dāng)?shù)膬?nèi)、外扇區(qū)用戶(hù)歸屬劃分方法將原小區(qū)分為獨(dú)立的內(nèi)、外子扇區(qū)，天線的兩個(gè)下傾角和垂直HPBW的初值由固定方案給出。

2）計(jì)算用戶(hù)俯仰角。

計(jì)算用戶(hù)的俯仰角值θm，n，見(jiàn)式（6）。其中，θm，n為第m個(gè)扇區(qū)的第n個(gè)用戶(hù)的俯仰角值，m=1為內(nèi)扇區(qū)，m=2為外扇區(qū)。dm，n為m扇區(qū)的第n個(gè)用戶(hù)到基站的距離。

3）計(jì)算用戶(hù)SINR。

分別計(jì)算子扇區(qū)的用戶(hù)信干噪比，見(jiàn)式（7）。式中SINRm，n為扇區(qū)m中第n個(gè)用戶(hù)的信干噪比。Pm為扇區(qū)m的天線發(fā)射功率，Gm，n為扇區(qū)m到用戶(hù)n的大尺度信道增益。扇區(qū)總數(shù)為M，干擾信號(hào)為簡(jiǎn)化模型只考慮分裂后同一小區(qū)各子扇區(qū)之間的干擾，其他的干擾都忽略。

4）分配加權(quán)因子。

為了使得波束更加對(duì)準(zhǔn)中心用戶(hù)，將用戶(hù)的信干噪比取對(duì)數(shù)作為加權(quán)系數(shù)，根據(jù)公式k=log10（SINRm，n）確定每個(gè)用戶(hù)對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)。

5）計(jì)算波束下傾角。

由公式（8）求得各子扇區(qū)波束下傾角。

得到的μ1，μ2作為內(nèi)、外扇區(qū)的下傾角。

2.2 垂直HPBW調(diào)節(jié)方法

有源天線的垂直半功率波瓣寬度是動(dòng)態(tài)可調(diào)的，在文獻(xiàn)[12]中給出了兩個(gè)垂直HPBW值，分別為6.5°和 10°。單波束采用 10°作為垂直 HPBW 值，多波束則采用6.5°。然而，垂直扇區(qū)分裂后的子扇區(qū)覆蓋區(qū)域面積并不相等，且垂直維度內(nèi)扇區(qū)和外扇區(qū)的跨度也相差很大，3*2小區(qū)分裂中，如圖2所示，雖然內(nèi)扇區(qū)的覆蓋半徑只有160 m，但是θ1=11.3°，θ1=11.3°，即內(nèi)扇區(qū)在垂直方向上跨越的角度更大，因此分裂后內(nèi)、外扇區(qū)使用相同的垂直HPBW不一定帶來(lái)最好的系統(tǒng)性能。本節(jié)考慮適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)內(nèi)、外扇區(qū)的垂直HPBW。首先找出內(nèi)、外扇區(qū)邊界俯仰角，然后根據(jù)文獻(xiàn)[13]介紹的計(jì)算公式得到內(nèi)、外扇區(qū)的垂直HPBW。

圖2 3*2扇區(qū)分裂參數(shù)選擇

公式（9）為天線的垂直增益計(jì)算公式，單從公式來(lái)看，θ3dB的值越大，用戶(hù)的垂直衰落越大，但是垂直HPBW的增加會(huì)給鄰扇區(qū)帶來(lái)干擾，因此，需要適當(dāng)限制垂直HPBW。垂直HPBW大小調(diào)節(jié)的主要思想：本扇區(qū)波束不對(duì)鄰扇區(qū)造成強(qiáng)烈干擾，并且對(duì)扇區(qū)內(nèi)邊緣用戶(hù)保證覆蓋。因此，本扇區(qū)邊界與鄰扇區(qū)邊界處，天線的垂直增益應(yīng)該達(dá)到最小值，即AV（θ）=-SLAV，SLVA是天線旁瓣的最大衰落值[14]。下面介紹內(nèi)、外扇區(qū)垂直HPBW的計(jì)算公式。

1）內(nèi)、外扇區(qū)臨界處俯仰角。

為內(nèi)扇區(qū)用戶(hù)俯仰角最大和最小值，為外扇區(qū)用戶(hù)俯仰角最大和最小值。兩扇區(qū)的覆蓋臨界處通過(guò)俯仰角劃分，如式（10）選擇內(nèi)扇區(qū)俯仰角最小值和外扇區(qū)俯仰角最大值取平均，這里使用加權(quán)平均，因?yàn)樵娇拷緜?cè)俯仰角值相對(duì)變化越大，直接取平均兩扇區(qū)的覆蓋臨界區(qū)會(huì)偏向外扇區(qū)，造成對(duì)外扇區(qū)的干擾。得到的θmid作為內(nèi)扇區(qū)覆蓋的右邊界，外扇區(qū)的左邊界。

2）內(nèi)扇區(qū)左邊界和外扇區(qū)右邊界俯仰角。

未分裂時(shí)小區(qū)覆蓋的最小和最大距離對(duì)應(yīng)的俯仰角分別為θleft和θright。內(nèi)扇區(qū)波束覆蓋左邊界俯仰角設(shè)為θleft，1，外扇區(qū)波束覆蓋右邊界俯仰角設(shè)為θright，2。如式（11）所示，內(nèi)扇區(qū)左邊界由內(nèi)扇區(qū)用戶(hù)最大俯仰角和小區(qū)能夠覆蓋的最大俯仰角θleft取平均；外扇區(qū)右邊界由外扇區(qū)用戶(hù)最小俯仰角和小區(qū)能夠覆蓋的最小俯仰角θright取平均。

內(nèi)扇區(qū)覆蓋范圍：θleft，1～θmid；外扇區(qū)覆蓋范圍：θmid～θright，2。

根據(jù)上面的分析，θleft，1、θmid作為邊界值，垂直增益應(yīng)該最小，即滿足式（12）。

解得，內(nèi)扇區(qū)的垂直HPBW：

同理，得到外扇區(qū)的垂直HPBW：

3 基于信道增益的用戶(hù)分簇方案

前面介紹的方法是對(duì)用戶(hù)已經(jīng)分配好扇區(qū)，調(diào)節(jié)天線下傾角和垂直HPBW，這種用戶(hù)分配方式不一定是最優(yōu)化的，并且天線參數(shù)調(diào)節(jié)之后邊緣用戶(hù)所在的服務(wù)小區(qū)提供的服務(wù)質(zhì)量不一定最好。本節(jié)方案先給用戶(hù)劃定歸屬再進(jìn)行天線參數(shù)調(diào)節(jié)，結(jié)合2節(jié)中下傾角和垂直HPBW調(diào)節(jié)方法提出基于信道增益的用戶(hù)分簇方案。方案中小區(qū)用戶(hù)動(dòng)態(tài)地通過(guò)某個(gè)特征值聚成兩類(lèi)，使得整個(gè)小區(qū)用戶(hù)吞吐量最大化。方案的主要思想是：根據(jù)聚類(lèi)算法[15]思想，以最大化吞吐量為目標(biāo)函數(shù)來(lái)分配用戶(hù)歸屬，同時(shí)確定天線下傾角以及垂直HPBW。

本方案兩個(gè)波束的下傾角動(dòng)態(tài)配置，根據(jù)用戶(hù)分簇結(jié)果動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。方案中用戶(hù)的分簇方法基于經(jīng)典的K-means聚類(lèi)算法[16-17]思想，由于K-means聚類(lèi)算法中初始質(zhì)心點(diǎn)通過(guò)隨機(jī)得到，而天線下傾角的初值直接影響到分簇結(jié)果，因此需要根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際分布進(jìn)行初始點(diǎn)的設(shè)置，以信道增益作為判斷相似度的依據(jù)，具體描述如下：

1）初始中心點(diǎn)的選取。

首先利用公式（15）得到小區(qū)中所有用戶(hù)的俯仰角平均值:

其次，初始分類(lèi)簇中心點(diǎn)，θmid為中心點(diǎn)用戶(hù)俯仰角，在所有俯仰角值小于θmid的小區(qū)用戶(hù)中，選取俯仰角值最小的用戶(hù)對(duì)應(yīng)的俯仰角θmin，在所有俯仰角值大于θmid的用戶(hù)中，選取俯仰角最大的用戶(hù)對(duì)應(yīng)的俯仰角θmax。將小區(qū)用戶(hù)分為兩簇，簇A和簇B中心點(diǎn)俯仰角分別為μ1，μ2，初始值設(shè)置公式如下：

2）目標(biāo)函數(shù)建立。

以系統(tǒng)用戶(hù)吞吐量最大化建立關(guān)于μ1，μ2的目標(biāo)函數(shù)，見(jiàn)式（18），SINRm，n為扇區(qū)m的第n個(gè)用戶(hù)的信干噪比。

3）用戶(hù)歸類(lèi)。

將小區(qū)中所有用戶(hù)歸類(lèi)到以俯仰角μ1，μ2為下傾角時(shí)，得到的信道增益最大時(shí)對(duì)應(yīng)的下傾角所代表的扇區(qū)，如式（19）。

其中，Gm，k表示第k個(gè)波束到第m個(gè)用戶(hù)之間的信道增益，即用戶(hù)m以俯仰角μk的值作為下傾角時(shí)得到的信道增益；index=1代表用戶(hù)m屬于內(nèi)扇區(qū)，index=2代表用戶(hù)m屬于外扇區(qū)。

4）吞吐量和值計(jì)算。

根據(jù)μ1，μ2值，分別計(jì)算內(nèi)、外扇區(qū)用戶(hù)的信干噪比，求得內(nèi)、外扇區(qū)吞吐量總和：

5）下傾角調(diào)節(jié)。

利用2.1節(jié)提出的基于權(quán)值的下傾角調(diào)節(jié)方法，計(jì)算ν1，ν2，如式（21），重新確定內(nèi)、外扇區(qū)的下傾角，其中Nm為簇m中用戶(hù)數(shù)。θm，k是第m個(gè)扇區(qū)第n個(gè)用戶(hù)對(duì)應(yīng)俯仰角值，SINRm，n則是扇區(qū)m的第n個(gè)用戶(hù)的信干噪比。

6）吞吐量和值更新。

將得到的ν1，ν2值作為新的內(nèi)、外扇區(qū)的下傾角，重新計(jì)算內(nèi)、外扇區(qū)信干噪比，求得新的內(nèi)、外扇區(qū)吞吐量總和T2，判斷T1與T2的大小，如果T2小于T1則跳到8）。

7）μ1，μ2更新。

當(dāng)|T2-T1|＞σ，σ為預(yù)設(shè)閾值，μ1=ν1，μ2=ν2，返回3）繼續(xù)循環(huán)。K次后沒(méi)有得到分簇結(jié)果，則退出循環(huán)并根據(jù)用戶(hù)俯仰角將用戶(hù)分為兩簇。

8）垂直HPBW調(diào)節(jié)。

內(nèi)、外扇區(qū)垂直HPBW按照2.2節(jié)介紹的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4 不同方案的仿真對(duì)比

本節(jié)主要對(duì)提出的下傾角及垂直HPBW調(diào)節(jié)方案進(jìn)行仿真與分析，并與固定下傾角及垂直HPBW分配方案進(jìn)行對(duì)比，得到不同方案對(duì)系統(tǒng)總體性能的影響。仿真中采用的天線參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 天線參數(shù)配置表

4.1 3種方案對(duì)比

仿真中基于權(quán)值的自適應(yīng)方案簡(jiǎn)稱(chēng)為權(quán)值自適應(yīng)方案，基于信道增益的用戶(hù)分簇方案簡(jiǎn)稱(chēng)為用戶(hù)分簇方案，固定分配方案下傾角采用17°/9°組合，垂直HPBW為6.5°。基于權(quán)值的自適應(yīng)方案中天線下傾角和垂直HPBW自適應(yīng)調(diào)節(jié)。基于信道增益的用戶(hù)分簇方案中，通過(guò)信道增益大小來(lái)劃分用戶(hù)，每一次迭代過(guò)程天線的下傾角和垂直HPBW都會(huì)根據(jù)用戶(hù)歸屬自適應(yīng)改變。仿真結(jié)果如下。

圖3 不同方案用戶(hù)信干噪比CDF圖

圖3為固定分配方案、基于權(quán)值的自適應(yīng)方案以及基于信道增益的用戶(hù)分簇方案仿真得到的信干噪比CDF圖。由圖可知，基于信道增益的用戶(hù)分簇方案和基于權(quán)值的自適應(yīng)方案都提升了系統(tǒng)的SINR性能。提出的兩種方案的邊緣用戶(hù)性能比固定分配方案性能差，圖中累積概率小于0.12時(shí)，固定分配方案的性能優(yōu)于提出的兩種方案。基于權(quán)值的自適應(yīng)方案根據(jù)用戶(hù)的SINR調(diào)整下傾角，使得波束更加對(duì)準(zhǔn)中心用戶(hù)，而減少分裂后的子扇區(qū)之間的干擾，所以邊緣用戶(hù)性能有所下降；基于信道增益的用戶(hù)分簇方案動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)用戶(hù)的扇區(qū)歸屬以及天線參數(shù)使得小區(qū)整體吞吐量達(dá)到最大化，其每一次迭代過(guò)程下傾角的選取仍然采用了基于權(quán)值的下傾角調(diào)節(jié)方法，同時(shí)根據(jù)下傾角值計(jì)算用戶(hù)增益，對(duì)分裂后兩扇區(qū)的邊界用戶(hù)調(diào)整歸屬，與基于權(quán)值的自適應(yīng)方案相比邊緣用戶(hù)性能提升不明顯，與固定分配方案相比邊緣用戶(hù)性能仍有待改善。

圖4對(duì)比了3種不同方案的小區(qū)吞吐量，由圖中數(shù)據(jù)可知：

圖4 不同方案小區(qū)吞吐量對(duì)比圖

1）提出的基于權(quán)值的自適應(yīng)方案的用戶(hù)平均吞吐量比固定分配方案提升了10.7%，基于信道增益的用戶(hù)分簇方案比固定分配方案用戶(hù)平均吞吐量提升了14.1%，比基于權(quán)值的自適應(yīng)方案提升了3.1%，但是基于信道增益的用戶(hù)分簇方案的復(fù)雜度要高于基于權(quán)值的自適應(yīng)方案，分簇時(shí)一般要迭代3～7次才能收斂，因此適合比較穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，在用戶(hù)初始接入時(shí)，劃分用戶(hù)的歸屬，并且根據(jù)聚類(lèi)結(jié)果調(diào)節(jié)天線的下傾角和垂直HPBW。

2）基于信道增益的用戶(hù)分簇方案的邊緣用戶(hù)吞吐量與固定分配方案比，下降了6.2%，與基于權(quán)值的自適應(yīng)方案相比提升了2.8%。此方案應(yīng)用聚類(lèi)的方式劃分用戶(hù)的歸屬，改善了邊緣用戶(hù)的性能，但是由于垂直HPBW以及下傾角的調(diào)整的最終目的都是改善中心用戶(hù)性能使得用戶(hù)平均吞吐量的最大化，因此對(duì)邊緣用戶(hù)的性能有一定的犧牲?？梢酝ㄟ^(guò)已存在的有源天線干擾協(xié)調(diào)方案，進(jìn)行邊緣用戶(hù)性能的改善。文獻(xiàn)[18-19]介紹的方案能夠有效提高邊緣用戶(hù)的性能。

4.2 用戶(hù)數(shù)對(duì)基于信道增益的用戶(hù)分簇方案性能影響

圖5給出了用戶(hù)數(shù)分別為20、40和80時(shí)的CDF圖，由圖可知，

1）以40個(gè)用戶(hù)為基準(zhǔn)，增加到80個(gè)用戶(hù)和減少到20個(gè)用戶(hù)時(shí)，CDF曲線與40個(gè)用戶(hù)數(shù)基本重合，說(shuō)明提出的基于信道增益的用戶(hù)分簇方案能夠適應(yīng)用戶(hù)數(shù)的變化，無(wú)論是隨著小區(qū)內(nèi)用戶(hù)數(shù)的增加或者減少，均能自適應(yīng)的將用戶(hù)聚為兩簇，分裂為兩個(gè)子扇區(qū)，并有很好的性能表現(xiàn)。

圖5 不同用戶(hù)個(gè)數(shù)信干噪比CDF圖

2）用戶(hù)數(shù)為20時(shí)，進(jìn)行扇區(qū)垂直分裂后，大約有40%的中心用戶(hù)與用戶(hù)數(shù)分別為40和80時(shí)相比SINR性能稍有減弱，平均降低了約0.6 dB。用戶(hù)數(shù)很少時(shí)，由于內(nèi)扇區(qū)覆蓋區(qū)域小于外扇區(qū)，進(jìn)行分簇之后，內(nèi)扇區(qū)分配的用戶(hù)將更少，扇區(qū)中邊緣用戶(hù)較多時(shí)通過(guò)加權(quán)方式得到的下傾角將更多的照顧邊緣用戶(hù)，造成中心部分用戶(hù)性能的下降。

表2 固定分配方案下行鏈路吞吐量

表3 基于信道增益的用戶(hù)分簇方案下行鏈路吞吐量

表2和3分別記錄了兩種方案下，下行鏈路小區(qū)的吞吐量，對(duì)比分析如下：

1）基于信道增益的用戶(hù)分簇方案在不同用戶(hù)數(shù)情況下與固定分配方案比較，增益分別為12.4%、14.1%、14.5%。說(shuō)明基于信道增益的用戶(hù)分簇方案對(duì)小區(qū)吞吐量有很大的提升。用戶(hù)數(shù)很少時(shí)，例如20個(gè)用戶(hù)，提出的方案對(duì)小區(qū)平均吞吐量的提升能力不如用戶(hù)數(shù)為40和80時(shí)強(qiáng)，只有12.3%。當(dāng)用戶(hù)數(shù)比較多時(shí)，提出方案的性能基本不受用戶(hù)變化的影響。

2）當(dāng)用戶(hù)數(shù)增加時(shí)，邊緣用戶(hù)吞吐量隨之減少。因?yàn)? MHz帶寬下，最大可用資源塊只有25個(gè)，用戶(hù)數(shù)越多，一個(gè)TTI時(shí)隙用戶(hù)被調(diào)度到的機(jī)會(huì)也越小，吞吐量會(huì)隨之下降，因此，小區(qū)邊緣用戶(hù)吞吐量會(huì)在用戶(hù)數(shù)增加時(shí)而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

3）基于信道增益的用戶(hù)分簇方案在20、40、80個(gè)用戶(hù)時(shí)，邊緣用戶(hù)吞吐量分別減少了4.7%、6.2%、6.9%。所以，提出的算法在邊緣用戶(hù)的吞吐量表現(xiàn)上基本不受用戶(hù)數(shù)變化影響。

以上分析說(shuō)明，提出的基于信道增益的用戶(hù)分簇方案能夠動(dòng)態(tài)的根據(jù)用戶(hù)位置、數(shù)量的變化改變天線參數(shù)，使得小區(qū)中用戶(hù)的總體性能得到提升。

5 結(jié)論

本文提出了一種基于信道增益的自適應(yīng)用戶(hù)分簇方案，用于優(yōu)化傳統(tǒng)有源天線垂直扇區(qū)化過(guò)程的性能。其中主要介紹了天線垂直分裂后的3*2小區(qū)結(jié)構(gòu)中，內(nèi)、外扇區(qū)天線波束下傾角與垂直HPBW的選擇與調(diào)節(jié)方法。首先介紹已有文獻(xiàn)中對(duì)原小區(qū)用戶(hù)的歸屬劃分方法以及固定下傾角及垂直HPBW的方案，針對(duì)固定參數(shù)方案的不足，提出了基于權(quán)值的自適應(yīng)方案。最后，將聚類(lèi)算法與下傾角及垂直HPBW調(diào)節(jié)方法結(jié)合，給出了基于信道增益的用戶(hù)分簇方案。本方案將波束對(duì)準(zhǔn)中心用戶(hù)，減少對(duì)鄰扇區(qū)的干擾，根據(jù)用戶(hù)的分布變化動(dòng)態(tài)優(yōu)化天線參數(shù)，使小區(qū)吞吐量與固定分配方案相比，有很大的提升。研究結(jié)果顯示，本方案下，小區(qū)中用戶(hù)的總體性能得到了顯著提升。

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