專利名稱：聯(lián)合設(shè)置基站接收機和用戶設(shè)備發(fā)射功率的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)，尤其涉及移動通信網(wǎng)絡(luò)中的功率控制方法及基站。
背景技術(shù)：
在3GPP LTE-A 系統(tǒng)中，針對頻分復(fù)用(Frequency Division Duplex, FDD)和時分復(fù)用(Time Division Duplex,TDD)系統(tǒng)，每個基站(Base Station,BS)分別可以采用4和8根天線。相對于LTE系統(tǒng)而言，這種增強了的天線配置能夠切實改進多用戶多輸入多輸出(Multi-User Multiple-Input Mu 11 ip I e-output, MU-MIMO)系統(tǒng)的上行傳輸性能及其靈活性。在實際系統(tǒng)中為了便于實現(xiàn)MU-MM0，接收端一般傾向于采用線性或基于迭代干擾消除(Successive Interference Cancellation, SIC)的最小均方誤差(Minimum MeanSquare Error,MMSE)接收機,利用其代替最大似然(Maximal Likelihood,ML)接收機。另 夕卜，MU-MIMO系統(tǒng)中的功率控制(優(yōu)化)作為一種不可或缺的重要手段有其獨特的特點，其通過調(diào)節(jié)在空間維度上相互配對用戶的發(fā)射功率，由此獲得最高的總吞吐量或最大的速率加權(quán)和，同時平衡小區(qū)間干擾(Inter-Cell Interference, ICI)強度。從系統(tǒng)的整體設(shè)計來看，期望這些功率控制的優(yōu)化目標(biāo)和MU-MMO調(diào)度器所追求的目標(biāo)保持相互一致。因此，需要合適的多用戶功率優(yōu)化策略來步調(diào)一致的提高MU-MIMO系統(tǒng)的最終效用。MMSE接收機是一種最優(yōu)的線性處理結(jié)構(gòu),其濾波器結(jié)構(gòu)依賴于發(fā)射功率大小、信道信息以及噪聲和干擾的二階統(tǒng)計特性。正由于這一相互依賴的特點，多用戶功率優(yōu)化問題和MU-MMO系統(tǒng)中MMSE接收機的最佳設(shè)計問題兩者之間具有天然的耦合特性。該耦合特性決定了上述多用戶功率聯(lián)合優(yōu)化過程是一個復(fù)雜的非線性優(yōu)化問題。目前，針對MU-MIMO系統(tǒng)的最佳功率優(yōu)化方案是多用戶迭代注水方法。然而，多用戶迭代注水是一種僅僅適用于理想MU-MMO接收機(即ML接收機)的理論方法。相比于配置麗SE接收機的MU-MMO系統(tǒng)而言，配置ML接收機的MU-MMO系統(tǒng)中的多用戶功率優(yōu)化問題是一個較為容易處理的凸優(yōu)化問題。在實際應(yīng)用中，由于ML接收機的復(fù)雜度大大高于MMSE接收機，所以一般不大采用ML接收機，因此多用戶迭代注水方法的應(yīng)用范圍受到嚴(yán)重限制。同時，現(xiàn)有的多用戶功率優(yōu)化方法通常單純追求容量/吞吐量最大化。在多用戶傳輸場景中，容量/吞吐量只是一個較為簡單的度量，其未能體現(xiàn)一般網(wǎng)絡(luò)效用目標(biāo)中關(guān)于用戶優(yōu)先級別的特性。因此，在配置MMSE接收機的MU-MMO系統(tǒng)中，追求網(wǎng)絡(luò)效用最大化的多用戶功率優(yōu)化是一個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點，本發(fā)明提出了一種新的聯(lián)合設(shè)置基站接收機和用戶設(shè)備發(fā)射功率的方法及裝置。根據(jù)本發(fā)明，通過均方誤差(Mean Square Error, MSE)這一物理量將MMO通信系統(tǒng)的系統(tǒng)效用、用戶設(shè)備的發(fā)射功率和基站接收機三者納入一個統(tǒng)一的優(yōu)化框架。在該基于MSE的優(yōu)化框架下，以系統(tǒng)效用最優(yōu)化為準(zhǔn)則，通過多用戶功率分配和接收機設(shè)計兩者的重復(fù)優(yōu)化，可以持續(xù)不斷地改善系統(tǒng)效用；并得到最優(yōu)化的系統(tǒng)效用，以及系統(tǒng)效用最優(yōu)化時的用戶設(shè)備功率分配和基站接收機設(shè)置。具體地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供一種在通信系統(tǒng)中聯(lián)合設(shè)置基站接收機和用戶設(shè)備發(fā)射功率的方法，所述通信系統(tǒng)為多輸入多輸出系統(tǒng)，所述接收機為最小均方誤差接收機，所述方法包括， 步驟I :基站進行初始化設(shè)置，設(shè)置信道參數(shù)，設(shè)定系統(tǒng)效用和系統(tǒng)效用目標(biāo)值，設(shè)定一功率初始值；步驟2 :根據(jù)信道參數(shù)和功率初始值，計算得到一個最小均方誤差接收機的濾波矩陣；設(shè)定一功率變量，針對最小均方誤差接收機的濾波矩陣，計算歸一化均方誤差，并利用所述歸一化均方誤差表示系統(tǒng)效用，以最優(yōu)化系統(tǒng)效用為準(zhǔn)則，計算得到所述功率變量和系統(tǒng)效用；并將功率初始值設(shè)為所述計算得到的功率變量；步驟3 :比較系統(tǒng)效用和系統(tǒng)效用目標(biāo)值，如果系統(tǒng)效用收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值，執(zhí)行步驟4，如果系統(tǒng)效用未收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值，返回步驟2 ；步驟4:將系統(tǒng)效用收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值時的功率變量作為用戶設(shè)備發(fā)射功率；并根據(jù)信道參數(shù)和所述系統(tǒng)效用收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值時的功率變量計算得到一個最小均方誤差接收機的濾波矩陣并將所述最小均方誤差接收機的濾波矩陣作為基站接收機的最小均方誤差接收機的濾波矩陣。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述系統(tǒng)效用為系統(tǒng)吞吐量，或者是速率加權(quán)和。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述接收機為線性最小均方誤差接收機或者基于迭代干擾消除的最小均方誤差接收機。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供一種在通信系統(tǒng)中聯(lián)合設(shè)置基站接收機和用戶設(shè)備發(fā)射功率的裝置，所述通信系統(tǒng)為多輸入多輸出系統(tǒng)，所述接收機為最小均方誤差接收機，所述裝置包括初始化單元，用于設(shè)置信道參數(shù)，設(shè)定系統(tǒng)效用和系統(tǒng)效用目標(biāo)值，設(shè)定一個功率初始值；系統(tǒng)效用最優(yōu)化單元，用于根據(jù)信道參數(shù)和功率初始值，計算得到一個最小均方誤差接收機的濾波矩陣；并設(shè)定一功率變量，針對濾波矩陣，計算歸一化均方誤差，并利用所述歸一化均方誤差表示系統(tǒng)效用，以最優(yōu)化系統(tǒng)效用為準(zhǔn)則，計算得到所述功率變量和系統(tǒng)效用；并將功率初始值設(shè)為所述計算得到的功率變量；比較單元，用于比較系統(tǒng)效用和系統(tǒng)效用目標(biāo)值，如果系統(tǒng)效用收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值，將系統(tǒng)效用最優(yōu)化單元得到的功率初始值輸出到輸出值設(shè)置單元，如果系統(tǒng)效用未收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值，則通知系統(tǒng)效用最優(yōu)化單元繼續(xù)進行系統(tǒng)效用優(yōu)化；輸出值設(shè)置單元，用于當(dāng)比較單元得到系統(tǒng)效用收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值時，將系統(tǒng)效用最優(yōu)化單元得到的功率變量值作為用戶設(shè)備發(fā)射功率；并將系統(tǒng)效用收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值時濾波矩陣計算單元得到的濾波矩陣作為基站接收機的最小均方誤差接收機的濾波矩陣。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述系統(tǒng)效用為系統(tǒng)吞吐量，或者為速率加權(quán)和。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述接收機為線性最小均方誤差接收機或者基于迭代干擾消除的最小均方誤差接收機。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式,提供一種基站,包括上行發(fā)射功率基本開環(huán)工作點單元和接收機濾波器單元，進一步還包括權(quán)利要求4-6中任一項所述的聯(lián)合設(shè)置基站接收機和用戶設(shè)備發(fā)射功率的裝置，所述聯(lián)合設(shè)置基站接收機和用戶設(shè)備發(fā)射功率的裝置向上行發(fā)射功率基本開環(huán)工作點單兀輸出用戶設(shè)備發(fā)射功率，向接收機濾波器單兀輸出濾波矩陣。


通過以下結(jié)合附圖的說明，并且隨著對本發(fā)明的更全面了解，本發(fā)明的其他目的和效果將變得更加清楚和易于理解，其中圖I表示LTE-A系統(tǒng)中的上行MU-MMO傳輸。圖2表示配置了麗SE接收機的MU-MMO系統(tǒng)的等效信道結(jié)構(gòu)。圖3表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的聯(lián)合設(shè)置基站接收機和用戶設(shè)備發(fā)射功率的 流程圖。圖4表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的聯(lián)合設(shè)置基站接收機和用戶設(shè)備發(fā)射功率的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的包含聯(lián)合設(shè)置基站接收機和用戶設(shè)備發(fā)射功率的裝置的基站結(jié)構(gòu)示意圖。圖6a，6b分別表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的以系統(tǒng)吞吐量最大化為目標(biāo)的優(yōu)化過程中的吞吐量示意圖和功率分配示意圖。圖7a，7b分別表示根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的以系統(tǒng)吞吐量最大化為目標(biāo)的優(yōu)化過程中的吞吐量示意圖和功率分配示意圖。在所有的上述附圖中，相同的標(biāo)號表示具有相同、相似或相應(yīng)的特征或功能。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖具體描述本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明所提出的功率迭代優(yōu)化方法，通過均方誤差(Mean Square Error, MSE)這一物理量建立聯(lián)系，藉此將系統(tǒng)效用、發(fā)射功率和接收機設(shè)計三者納入一個統(tǒng)一的優(yōu)化框架。在該基于MSE的優(yōu)化框架下，系統(tǒng)效用可視為一個關(guān)于MSE的正項函數(shù)(posynominalfunction)。這個正項函數(shù)可以通過多用戶功率分配和接收機設(shè)計兩者的重復(fù)優(yōu)化，以迭代的過程最小化。換而言之，通過迭代優(yōu)化功率分配，可以持續(xù)不斷地改善系統(tǒng)效用。由此，針對配置MMSE接收機的MMO系統(tǒng)，可最終得到一個滿足所需精確度要求的功率分配方案。下面，將從數(shù)學(xué)形式上描述基于MSE的優(yōu)化框架，并詳細(xì)說明功率優(yōu)化的迭代計算過程，由此闡述本發(fā)明的基本思想和算法。這里考慮LTE-A系統(tǒng)中的上行MU-MIM0傳輸。如圖I所不，Hk表不一個從第k個用戶終端(User Equipment,UE)到BS的MX 2MM0信道矩陣。在每一個調(diào)度間隔，BS從總共K個UE中選擇D個，并允許其在同一時頻資源上發(fā)送數(shù)據(jù)。該D個UE的選擇遵循調(diào)度度量(系統(tǒng)效用)最大化的準(zhǔn)則，其一般形式可以描述為最大化多用戶速率加權(quán)和，即問題I
權(quán)利要求
1.一種在通信系統(tǒng)中聯(lián)合設(shè)置基站接收機和用戶設(shè)備發(fā)射功率的方法，所述通信系統(tǒng)為多輸入多輸出系統(tǒng)，所述接收機為最小均方誤差接收機，所述方法包括， 步驟I:基站進行初始化設(shè)置，設(shè)置信道參數(shù)，設(shè)定系統(tǒng)效用和系統(tǒng)效用目標(biāo)值，設(shè)定一功率初始值； 步驟2 :根據(jù)信道參數(shù)和功率初始值，計算得到一個最小均方誤差接收機的濾波矩陣；設(shè)定一功率變量，針對最小均方誤差接收機的濾波矩陣，計算歸一化均方誤差，并利用所述歸一化均方誤差表示系統(tǒng)效用，以最優(yōu)化系統(tǒng)效用為準(zhǔn)則，計算得到所述功率變量和系統(tǒng)效用；并將功率初始值設(shè)為所述計算得到的功率變量； 步驟3 :比較系統(tǒng)效用和系統(tǒng)效用目標(biāo)值，如果系統(tǒng)效用收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值，執(zhí)行步驟4，如果系統(tǒng)效用未收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值，返回步驟2 ； 步驟4 :將系統(tǒng)效用收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值時的功率變量作為用戶設(shè)備發(fā)射功率；并根據(jù)信道參數(shù)和所述系統(tǒng)效用收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值時的功率變量計算得到一個最小均方誤差接收機的濾波矩陣并將所述最小均方誤差接收機的濾波矩陣作為基站接收機的最小均方誤差接收機的濾波矩陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)效用為系統(tǒng)吞吐量，或者是速率加權(quán)和。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述接收機為線性最小均方誤差接收機或者基于迭代干擾消除的最小均方誤差接收機。
4.一種在通信系統(tǒng)中聯(lián)合設(shè)置基站接收機和用戶設(shè)備發(fā)射功率的裝置，所述通信系統(tǒng)為多輸入多輸出系統(tǒng)，所述接收機為最小均方誤差接收機，所述裝置包括 初始化單元，用于設(shè)置信道參數(shù)，設(shè)定系統(tǒng)效用和系統(tǒng)效用目標(biāo)值，設(shè)定一個功率初始值； 系統(tǒng)效用最優(yōu)化單元，用于根據(jù)信道參數(shù)和功率初始值，計算得到一個最小均方誤差接收機的濾波矩陣；并設(shè)定一功率變量，針對濾波矩陣，計算歸一化均方誤差，并利用所述歸一化均方誤差表示系統(tǒng)效用，以最優(yōu)化系統(tǒng)效用為準(zhǔn)則，計算得到所述功率變量和系統(tǒng)效用；并將功率初始值設(shè)為所述計算得到的功率變量； 比較單元，用于比較系統(tǒng)效用和系統(tǒng)效用目標(biāo)值，如果系統(tǒng)效用收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值，將系統(tǒng)效用最優(yōu)化單元得到的功率初始值輸出到輸出值設(shè)置單元，如果系統(tǒng)效用未收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值，則通知系統(tǒng)效用最優(yōu)化單元繼續(xù)進行系統(tǒng)效用優(yōu)化； 輸出值設(shè)置單元，用于當(dāng)比較單元得到系統(tǒng)效用收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值時，將系統(tǒng)效用最優(yōu)化單元得到的功率變量值作為用戶設(shè)備發(fā)射功率；并將系統(tǒng)效用收斂到系統(tǒng)效用目標(biāo)值時濾波矩陣計算單元得到的濾波矩陣作為基站接收機的最小均方誤差接收機的濾波矩陣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)效用為系統(tǒng)吞吐量，或者為速率加權(quán)和。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述接收機為線性最小均方誤差接收機或者基于迭代干擾消除的最小均方誤差接收機。
7.一種基站，包括上行發(fā)射功率基本開環(huán)工作點單元和接收機濾波器單元，進一步還包括權(quán)利要求4-6中任一項所述的聯(lián)合設(shè)置基站接收機和用戶設(shè)備發(fā)射功率的裝置，所述聯(lián)合設(shè)置基站接收機和用戶設(shè)備發(fā)射功率的裝置向上行發(fā)射功率基本開環(huán)工作點單元輸出用戶設(shè)備發(fā)射功率，向接收機濾波器單元輸出濾 波矩陣。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種新的聯(lián)合設(shè)置基站接收機和用戶設(shè)備發(fā)射功率的方法及裝置。根據(jù)本發(fā)明，通過均方誤差(Mean Square Error，MSE)這一物理量將MIMO通信系統(tǒng)的系統(tǒng)效用、用戶設(shè)備的發(fā)射功率和基站接收機三者納入一個統(tǒng)一的優(yōu)化框架。在該基于MSE的優(yōu)化框架下，以系統(tǒng)效用最優(yōu)化為準(zhǔn)則，通過多用戶功率分配和接收機設(shè)計兩者的重復(fù)優(yōu)化，可以持續(xù)不斷地改善系統(tǒng)效用；并得到最優(yōu)化的系統(tǒng)效用，以及系統(tǒng)效用最優(yōu)化時的用戶設(shè)備功率分配和基站接收機設(shè)置。
文檔編號H04B7/08GK102761359SQ20111011223
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者朱旭東, 郭海友 申請人:上海貝爾股份有限公司