專利名稱：一種功率分配的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種功率分配的方法及裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)于下一代蜂窩通信系統(tǒng)中，尤其是基于CDMA ( Code Division Multiple Access,碼分多址)的蜂窩系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)射功率和系統(tǒng)中總的干擾電平是影 響系統(tǒng)容量的決定性因素，功率控制就成為資源分配和干擾管理的關(guān)鍵技術(shù)之 一。有效的功率控制算法能夠降低用戶間的相互干擾，增加系統(tǒng)容量，對(duì)于移 動(dòng)用戶而言，還能延長(zhǎng)手機(jī)的待機(jī)時(shí)間。
功率控制所要解決的基本問(wèn)題是在業(yè)務(wù)QoS( Quality of Service,服務(wù)質(zhì) 量)要求確定的情況下，如何有效地為移動(dòng)用戶分配發(fā)射功率，使系統(tǒng)能為 更多用戶服務(wù);功率控制問(wèn)題的研究分為兩大類一大類是從系統(tǒng)資源分配的角 度出發(fā)，研究功率控制算法的設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)容量性能的影響；另外一大類是從物 理鏈路傳輸性能的角度出發(fā)，研究功率控制算法的設(shè)計(jì)對(duì)接收機(jī)誤碼率性能在 不同的無(wú)線衰落信道下的影響。
兩跳中繼系統(tǒng)下行鏈路的信道容量與各跳鏈路分配的功率資源密切相關(guān)。 在系統(tǒng)總發(fā)射功率^受限的前提下，采用平均功率分配方案，每跳使用相同的 發(fā)射功率，即尸'+^=/5,《=尸'.，尸、是第一跳鏈路的發(fā)射功率，尸,是第二跳鏈 路的發(fā)射功率，將在很大程度上降低功率效率和系統(tǒng)性能?，F(xiàn)有方案根據(jù)信道 狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整，可優(yōu)化功率分配，并在一定程度上彌補(bǔ)由于重復(fù)傳輸造成的頻
語(yǔ)效率的損失，但是《在基站的各天線間和C在各中繼間依然采用平均分配， 依然不能合理有效的利用功率分配來(lái)完全提高系統(tǒng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本專利方案提出一種在無(wú)法用Lagrange求解時(shí)采用遺傳算法合理分配兩 跳之間功率的方法，能更好地提高中繼系統(tǒng)的容量。
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種功率分配的方法，包括隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)功率分配 的種群；對(duì)種群中的個(gè)體進(jìn)行編碼；計(jì)算種群中的個(gè)體的適應(yīng)度；在種群中隨 機(jī)選擇兩個(gè)個(gè)體進(jìn)行交叉；對(duì)種群中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行變異；計(jì)算并比較新種群 中適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體與舊種群適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體，得出當(dāng)前適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè) 體；通過(guò)迭代得出適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體。
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種功率分配的裝置，包括產(chǎn)生種群?jiǎn)卧?，用于隨 機(jī)產(chǎn)生一個(gè)功率分配的種群；編碼單元，用于對(duì)種群中的個(gè)體進(jìn)行編碼；選擇 交叉單元，用于在種群中隨機(jī)選擇兩個(gè)個(gè)體進(jìn)行交叉；變異單元，用于對(duì)種群 中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行變異；計(jì)算比較適應(yīng)度單元，用于計(jì)算并比較新種群中適應(yīng) 度最優(yōu)的個(gè)體與舊種群適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體，得出當(dāng)前適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體；迭代 單元，用于通過(guò)迭代得出適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體。
本發(fā)明以系統(tǒng)容量最大化為準(zhǔn)則，通過(guò)迭代搜索最佳的功率分配方案，與 現(xiàn)有方案相比，能獲得更高的系統(tǒng)容量。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例里兩跳中繼系統(tǒng)下行鏈路模型示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例里功率分配的方法示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例里功率分配的裝置示意圖4是本發(fā)明實(shí)施例里功率分配方法與功率平均分配方法性能比較示意圖。
具體實(shí)施例方式
在虛擬MIMO ( Multiple Input Multiple Output,多輸入多輸出)中繼網(wǎng)絡(luò)中，基站設(shè)置丄根天線，移動(dòng)臺(tái)設(shè)置單天線，中間設(shè)置M個(gè)單天線中繼站，它 們通過(guò)協(xié)作傳輸形成一個(gè)虛擬的天線陣提供分集增益。這樣不考慮直傳路徑，
對(duì)于從基站發(fā)出的信號(hào)，通過(guò)M個(gè)中繼站以AF ( Amplify-and-Forward，放大 轉(zhuǎn)發(fā))或者DF ( Decode-and-Forward。譯碼轉(zhuǎn)發(fā))的方式轉(zhuǎn)發(fā)至移動(dòng)臺(tái)。兩跳 中繼系統(tǒng)下行鏈路模型如圖1所示，假設(shè)基站知道兩跳的CSI ( Channel State Information,信道質(zhì)量信息)，采用集中式功率分配，由基站發(fā)送消息并控制中 繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率。根據(jù)中繼器返回的信道狀態(tài)信息自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整功率分配 策略。
第1跳信道可以用的矩陣化=W'D,("')"'"《，)7', 其中《'」( ,…人,，…,U
第2跳正交信道用的對(duì)角矩陣& = ^"g^ ，…A,，…,\,} 1、在AF中繼才莫式下
<formula>formula see original document page 7</formula>
表示第 m個(gè)RS 的放大因子，
ms處的輸出信號(hào)向量= # ^(ax + "' ) + "2
可以表示為= H義+ "，其中// = //2J^ ， M = H^", + M2
AF中繼方式下的容量可以表示為
/^是m+i階單位矩陣，e,是輸入信號(hào)x的協(xié)方差矩陣，區(qū)是等效接收
噪聲n的協(xié)方差矩陣。
則功率最優(yōu)化問(wèn)題可以表示成max(C,) = max(~^~-力 d M + l
log {det + f仏-']})
0S化〈P(/二l，2，…,i) 0《gm 〈尸(m-l,2,…，M)
2、在DF中繼才莫式下
中繼處的接收信號(hào)厶=《)x + w' ， MS處的接收信號(hào)^' =i/J+"2
第一跳容量 M +
CT 乂
,^是信道矩陣"'^H的特征值:
(2)——
log
第二跳容量
DF中繼模式下的系統(tǒng)容量Ccmin
則功率最優(yōu)化問(wèn)題可以表示成
max (C朋)=max (min[C);:., C))，])
S丄
0化< W-l,2，…,丄) 0^尸2 : 〈P(m-l，2,…，M)
本發(fā)明實(shí)施例提供了 一種功率分配的方法。 如圖2所示，功率分配的方法主要包括如下步驟
21、 隨^/L產(chǎn)生一個(gè)功率分配的種群；
22、 對(duì)種群中的個(gè)體進(jìn)行編碼；
23、 計(jì)算種群中的個(gè)體的適應(yīng)度；
24、 在種群中隨機(jī)選4奪兩個(gè)個(gè)體進(jìn)行交叉；
25、 對(duì)種群中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行變異；
26、 計(jì)算并比較新種群中適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體與舊種群適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體:
8得出當(dāng)前適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體；
27、通過(guò)迭代得出適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體。
如圖3所示，功率分配的裝置主要包括產(chǎn)生種群?jiǎn)卧?1、編碼單元32、 選擇交叉單元33、變異單元34、計(jì)算比較適應(yīng)度單元35、迭代單元36。 產(chǎn)生種群?jiǎn)卧?1，用于隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)功率分配的種群； 編碼單元32,用于對(duì)種群中的個(gè)體進(jìn)行編碼； 選#^交叉單元33，用于在種群中隨機(jī)選"l奪兩個(gè)個(gè)體進(jìn)行交叉； 變異單元34，用于對(duì)種群中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行變異；
計(jì)算比較適應(yīng)度單元35,用于計(jì)算并比較新種群中適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體與舊 種群適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體，得出當(dāng)前適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體； 迭代單元36,用于通過(guò)迭代得出適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體。 例如，取各參數(shù)為種群個(gè)體數(shù)目為100,最大迭代次數(shù)&r為2000,交
叉概率《為0.25,變異概率尸"'為0.08。
選擇M二I^4，不考慮路損，在確定的信道矩陣時(shí)，
.0.0181 + 0.3831/ 0.6192 + 0.7001/ 0.3947 + 0.0031/ 0.1194 + 0.3266/.
_ 0.3174 + 0.6482/ 0.6865 + 0.0917,' 0.3724 + 0.5942/ 0.4891 + 0.4538/
"1 一 0.3192 + 0.6268/ 0.4089 + 0.1844/ 0.0679 + 0.1610/ 0.1744 + 0.5741/
0.3138 + 0.3200,. 0.1491 + 0.1420!' 0.1241 + 0.1205/ 0.2694 + 0.2791i
仿真性能如圖4所示，從圖中可以看出，最優(yōu)功率分配下的信道容量一直 高于平均功率分配下的信道容量。并且，DF中繼模式的容量一直都高于AF 中繼模式的容量。此外，隨著SNR( Signal Noise Ratio,信噪比)的不斷增大， DF模式的容量增益也越來(lái)越明顯。通過(guò)遺傳算法可從全局出發(fā)優(yōu)化功率分配， 最大化虛擬MIMO中繼系統(tǒng)容量，更好的提高系統(tǒng)性能。
離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利
0.1685 + 0.2950/ 0 0 0
0.5495 + 0.6983/ 0 0
0 0
0.0826 + 0.0637!' 0
0 0 0
0.4477 + 0.0395/
9要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種功率分配的方法，其特征在于，包括隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)功率分配的種群；對(duì)種群中的個(gè)體進(jìn)行編碼；計(jì)算種群中的個(gè)體的適應(yīng)度；在種群中隨機(jī)選擇兩個(gè)個(gè)體進(jìn)行交叉；對(duì)種群中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行變異；計(jì)算并比較新種群中適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體與舊種群適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體，得出當(dāng)前適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體；通過(guò)迭代得出適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體。
2、 如權(quán)利要求1所示，其特征在于，種群是功率分配方案的集合，種群 中的個(gè)體是功率分配方案。
3、 如權(quán)利要求1所示，其特征在于，功率分配是為/"艮基站天線和M個(gè)單天線中繼站分配功率，功率分配方案是向量(Cn，…，4，A'，A"…，Aw)， ^是為第/根基站天線分配的功率，4'是為第附個(gè)基站分配的功率，"l，u,w = l,2,.."M
4、 如權(quán)利要求3所示，其特征在于，向量W"S2,…'^,尸2"A2'…,AM)必須滿 足條件丄 M§ 1'+§尸2"'=/>, oq,〈尸，05;4,〈尸，尸是z根基站天線和M個(gè)單天線中繼站的總的功率，"1,2，…，丄，附",2，…,M。
5、 如權(quán)利要求1所示，其特征在于，對(duì)種群中的個(gè)體進(jìn)行編碼是將向量(尸"，4，…，^L，A"A2，…,P2AJ的每一個(gè)數(shù)從十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為其他進(jìn)制。
6、 如權(quán)利要求1所示，其特征在于，種群中的個(gè)體的適應(yīng)度是此個(gè)體對(duì)應(yīng)的功率分配方案下系統(tǒng)的容量。
7、 如權(quán)利要求1所示，其特征在于，進(jìn)行交叉的兩個(gè)個(gè)體是根據(jù)輪盤(pán)賭選擇方法選擇出來(lái)的，輪盤(pán)賭選擇方法的基本思想是每個(gè)個(gè)體被選中的概率與 其適應(yīng)度的大小成正比。
8、 如權(quán)利要求1所示，其特征在于，交叉是在選擇出來(lái)的兩個(gè)個(gè)體的向量里，隨機(jī)選取一個(gè)交叉點(diǎn)，按交叉概率A,把這兩個(gè)向量第一個(gè)點(diǎn)到交叉點(diǎn) 的編碼進(jìn)行調(diào)換，交叉點(diǎn)之后的編碼保持原樣。
9、 如權(quán)利要求1所示，其特征在于，變異是在種群中的每個(gè)個(gè)體的向量 里，隨機(jī)選擇變異位數(shù)，按變異概率《"，對(duì)變異點(diǎn)元素進(jìn)行求反。
10、 如權(quán)利要求1所示，其特征在于，迭代有最大迭代次數(shù)^^，迭代次 數(shù)超過(guò)&r時(shí)，則停止迭代。
11、 一種功率分配的裝置，其特征在于，包括 產(chǎn)生種群?jiǎn)卧?，用于隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)功率分配的種群； 編碼單元，用于對(duì)種群中的個(gè)體進(jìn)行編碼； 選擇交叉單元，用于在種群中隨機(jī)選擇兩個(gè)個(gè)體進(jìn)行交叉； 變異單元，用于對(duì)種群中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行變異；計(jì)算比較適應(yīng)度單元，用于計(jì)算并比較新種群中適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體與舊種 群適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體，得出當(dāng)前適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體；迭代單元，用于通過(guò)迭代得出適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種功率分配的方法，包括隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)功率分配的種群；對(duì)種群中的個(gè)體進(jìn)行編碼；計(jì)算種群中的個(gè)體的適應(yīng)度；在種群中隨機(jī)選擇兩個(gè)個(gè)體進(jìn)行交叉；對(duì)種群中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行變異；計(jì)算并比較新種群中適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體與舊種群適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體，得出當(dāng)前適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體；通過(guò)迭代得出適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體。本發(fā)明還公開(kāi)了一種功率分配的裝置，包括產(chǎn)生種群?jiǎn)卧?、編碼單元、選擇交叉單元、變異單元、計(jì)算比較適應(yīng)度單元、迭代單元。采用本發(fā)明方案，能提高系統(tǒng)的容量。
文檔編號(hào)H04W52/34GK101562882SQ200910084989
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者旻 任, 倩 李, 楊大成, 王亞峰, 飛 董 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)