[发明专利]一种全维度天线异构网垂直维度波束成形方法

说明书

本发明公开了一种配置全维度天线异构网中，最大化平均安全速率垂直维度的波束成形方法。该方法首次考虑了基站分布、合法用户分布以及窃听用户分布均采用立体随机分布，推导出了合法用户和窃听用户的信噪比累积分布函数，并根据累积分布函数得到了平均安全速率闭合表达式；从而根据此闭合表达式，计算垂直波束成形矩阵，最大化平均安全速率。

技术领域

本发明属于移动通信领域，尤其涉及一种全维度天线异构网垂直维度波束成形方法。

背景技术

目前异构网络分析研究通常是在二维随机分布模型下进行的，其主要适用于乡村或者近郊地区等场景，却不适用于分布密度大的城市中心区域环境。城市的中心区域，微基站和用户分布密度大，并且垂直维度分布所占比重大；以平面随机分布的异构网络模型已经无法准确的分析异构网络的部署。

一部分手机用户作为潜在窃听者，因为无线媒介的广播性质，未经授权的接收者位于传输范围是对合法用户能够窃听单播传输，在蜂窝系统和安全一直是一个至关重要的问题。在立体异构网络中，基站和用户的密度越来越大、在垂直方向的范围也越来越宽，在立体异构网络中物理层安全问题也面临着更严峻的挑战。

发明内容

为了提高配置全维度多天线的异构蜂窝网络物理层安全性能，本发明公开了一种提高微基站用户物理层平均安全速率的全维度天线垂直波束成形方法。

本发明实施例提供了如下技术方案：

一种全维度天线异构网垂直维度波束成形方法，所述方法包括：

全维度天线配置异构网络基于物理层性能的垂直维度波束成形算法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A，计算宏基站的分布密度λ_m，并建模为三维独立泊松点过程分布；

步骤B，计算宏基站和微基站信号与噪声干扰的比值；

步骤C，估计窃听者的分布密度λ_e，并建模为三维独立泊松点过程分布；

步骤D，计算微基站用户的平均安全速率；

步骤E，固定微基站和宏基站的密度，计算出全维度天线下倾角最优值。

其中，步骤A具体包括：

A1，在规划的异构范围之内，统计蜂窝小区中宏基站的个数，并根据异构网覆盖的体积，计算宏基站的分布密度λ_m；

A2，根据宏基站的分布密度λ_m，构建宏基站的分布函数，其符合三维独立泊松点分布。

其中，步骤B具体包括：

B1，建立全维度天线的垂直辐射模式，即下倾角与信道衰落幅值的关系，其中φ＜0是基站与接收机间的接收角，φ_tilt＞0是这个调整角，φ_3dB代表3dB波束宽度，A_dB是泄露目的小区以外信号的功率；

B2，计算微基站服务的合法用户u的信息干扰噪声比，即其中I_p＝∑_i∈Φp\{0}P_t|h_j,0|²G(r_j,0,φ_tilt)Kd_i^-(α+1)，I_m＝∑_k∈ΦmP_m|g_j,0|²Kl_j^-(α+1⁾，P_t是微基站的发射功率，P_m是宏基站的发射功率，δ²是噪声功率。

其中，步骤C具体包括：