一種多小區(qū)多用戶mimo系統(tǒng)的上下行功率分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉一種使用多個(gè)發(fā)送/接收天線來傳輸高速數(shù)據(jù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)，尤其涉 及一種在多小區(qū)多用戶的多天線系統(tǒng)中適用的上下行鏈路功率分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求增長(zhǎng)迅猛，無線傳輸資源日趨緊張，為了充分利用頻譜 資源，多天線發(fā)送/接收（MIM0)系統(tǒng)成了無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。相比較單天線傳輸， MM0系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)明顯。通過并行數(shù)據(jù)流的傳輸，MM0可以獲得與發(fā)送和接收天線數(shù)成線性 增長(zhǎng)關(guān)系的系統(tǒng)容量，同時(shí)還有傳輸分集以及更高的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。為了進(jìn)一步減少小區(qū) 間干擾，提高頻譜利用率，令MM0系統(tǒng)的一個(gè)基站在同一時(shí)頻資源上同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶， 即形成了多用戶MM0技術(shù)。相比較傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)MM0技術(shù)，多用戶MM0可提供更高的空 間復(fù)用增益，且其系統(tǒng)終端可以只配備廉價(jià)的單天線，同時(shí)資源分配也相對(duì)簡(jiǎn)單，因此多用 戶MM0成為了近期的研宄熱點(diǎn)。
[0003] 在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)總功率是受限的，簡(jiǎn)單的平均功率分配往往不能充分利用系 統(tǒng)能量資源，使總?cè)萘繜o法達(dá)到最優(yōu)，因此找到一個(gè)高效可行的功率分配方案是提高系統(tǒng) 容量的關(guān)鍵。每個(gè)用戶都有不同的信道狀況，若已知每個(gè)用戶的信道特征，利用注水算法即 可獲得最大的信道容量。然而，由于無線信道的時(shí)變性，很難獲得信道的準(zhǔn)確瞬時(shí)特性。所 以一般的做法是假設(shè)信道是各態(tài)歷經(jīng)的，用一段時(shí)間內(nèi)的信道平均值來代替瞬時(shí)值進(jìn)行研 宄。功率分配的關(guān)鍵就是要在此各態(tài)歷經(jīng)信道中找到每個(gè)用戶的信道特征表征量，既要簡(jiǎn) 單可行又要接近真實(shí)的信道特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種適用于多小區(qū)多用 戶MM0系統(tǒng)的上下行功率分配方法，只需要信道大尺度衰落信息，在總功率不增加的前提 下，能以較低的復(fù)雜度獲得逼近信道容量的系統(tǒng)傳輸速率，有效地提高系統(tǒng)容量，獲得較高 的傳輸速率。
[0005] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] 一種多小區(qū)多用戶MM0系統(tǒng)的上下行功率分配方法，包括如下步驟：
[0007] (1)該多小區(qū)多用戶MM0系統(tǒng)中，小區(qū)數(shù)為L(zhǎng)，每個(gè)小區(qū)都有一個(gè)天線數(shù)為M的基 站和N個(gè)隨機(jī)分布的單天線用戶；通過基站估計(jì)出每個(gè)信道的統(tǒng)計(jì)特性，即大尺度衰落信 息表示第12個(gè)小區(qū)第n個(gè)用戶到第1i個(gè)小區(qū)基站的大尺度衰落系數(shù)；
[0008] (2)以第i個(gè)小區(qū)作為功率分配考慮對(duì)象，其他小區(qū)的分配功率已知；在上行鏈路 中，根據(jù)大尺度衰落信息及基站天線數(shù)M和小區(qū)用戶數(shù)N，得到第i個(gè)小區(qū)第n個(gè)用戶的上 行信道狀況表征量C:
[0009]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多小區(qū)多用戶MMO系統(tǒng)的上下行功率分配方法，其特征在于：包括如下步驟： (1) 該多小區(qū)多用戶MMO系統(tǒng)中，小區(qū)數(shù)為L(zhǎng)，每個(gè)小區(qū)都有一個(gè)天線數(shù)為M的基站 和N個(gè)隨機(jī)分布的單天線用戶；通過基站估計(jì)出每個(gè)信道的統(tǒng)計(jì)特性，即大尺度衰落信息 A+，表示第12個(gè)小區(qū)第η個(gè)用戶到第I i個(gè)小區(qū)基站的大尺度衰落系數(shù)； (2) 以第i個(gè)小區(qū)作為功率分配考慮對(duì)象，其他小區(qū)的分配功率已知；在上行鏈路中， 根據(jù)大尺度衰落信息及基站天線數(shù)M和小區(qū)用戶數(shù)N，得到第i個(gè)小區(qū)第η個(gè)用戶的上行信 道狀況表征量G :
其中，W表示第1個(gè)小區(qū)第c個(gè)用戶的發(fā)射功率； 已知第i個(gè)小區(qū)的用戶上行發(fā)射總功率最大值為r，則根據(jù)第i個(gè)小區(qū)中每個(gè)用戶不 同的上行信道狀況，得到最優(yōu)上行功率分配方案如下：
的常數(shù)，max( ·)表示?。āぃ┲械淖畲笾?； (3) 在下行鏈路中，基站利用上行信道信息進(jìn)行下行預(yù)編碼傳輸，根據(jù)上行信道得到的 大尺度衰落信息及基站天線數(shù)和小區(qū)用戶數(shù)，得到第i個(gè)小區(qū)第η個(gè)用戶的下行信道狀況 表征量4 :
%表示第1個(gè)小區(qū)基站向本小區(qū)第c個(gè)用戶的 發(fā)射功率； 已知第i個(gè)小區(qū)的用戶下行發(fā)射總功率最大值為<，則根據(jù)第i個(gè)小區(qū)中每個(gè)用戶不 同的下行信道狀況，得到最優(yōu)下行功率分配方案如下：
的常數(shù)，max( ·)表示?。āぃ┲械淖畲笾?。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多小區(qū)多用戶MMO系統(tǒng)的上下行功率分配方法，其特征在 于：所述步驟（2)中，最優(yōu)上行功率分配方案的具體方法如下： (21)初始化用戶集合indexN = {1，2,…，N}; (23) 使用B計(jì)算 同時(shí)將η從集 (22) 統(tǒng)計(jì)集合indexN中的元素個(gè)數(shù)為Q，計(jì);I
司時(shí)初始化用戶 索引值η = 1，標(biāo)記變量f lag = 1 ;
Mi ， 合indexN中刪除，flag = 0, η = η+1，返回步驟（23);若/C為非負(fù)值，η = η+1，返回步驟 (23);若n>max(indexN)，貝丨」進(jìn)入步驟（24); (24) 若flag = 1，計(jì)算完成；若flag = 0,進(jìn)入步驟（22)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多小區(qū)多用戶MMO系統(tǒng)的上下行功率分配方法，其特征在 于：所述步驟（3)中，最優(yōu)下行功率分配方案的具體方法如下： (31) 初始化用戶集合indexN = {1，2,…，N}; (32) 統(tǒng)計(jì)集合indexN中的元素個(gè)數(shù)為Q，計(jì)算：，同時(shí)初始化用戶 索引值η = 1，標(biāo)記變量f lag = 1 ;
(33) 使用，計(jì)i
若d為負(fù)值，則令同時(shí)將η從集 合indexN中刪除，flag = 0, η = n+1，返回步驟（33);若/^為非負(fù)值，η = n+1，返回步驟 (33);若n>max(indexN)，貝丨」進(jìn)入步驟（34); (34) 若flag = 1，計(jì)算完成；若flag = 0,進(jìn)入步驟（32)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多小區(qū)多用戶MIMO系統(tǒng)的上下行功率分配方法，根據(jù)信道統(tǒng)計(jì)信息為每個(gè)用戶分配上下行功率，使得系統(tǒng)總?cè)萘窟_(dá)到最優(yōu)。步驟如下：基站估計(jì)出信道的統(tǒng)計(jì)特性，利用大尺度信息以及基站天線數(shù)和用戶數(shù)，計(jì)算出每個(gè)用戶的上行信道狀況表征量，繼而根據(jù)上行系統(tǒng)發(fā)射總功率的限制條件和每個(gè)用戶不同的信道特征，進(jìn)行功率分配?；靖鶕?jù)上行鏈路信道信息進(jìn)行下行預(yù)編碼傳輸，利用大尺度信息及基站天線數(shù)和用戶數(shù)，計(jì)算出每個(gè)用戶的下行信道狀況表征量，繼而根據(jù)下行系統(tǒng)發(fā)射總功率的限制和每個(gè)用戶不同的信道特征進(jìn)行下行功率分配。本發(fā)明提供的功率分配方案復(fù)雜度低，簡(jiǎn)單可行，且獲得的信道容量與最優(yōu)功率分配獲得信道容量非常接近。
【IPC分類】H04W52-34
【公開號(hào)】CN104684064
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510134899
【發(fā)明人】金石, 張琦, 朱洪波
【申請(qǐng)人】東南大學(xué), 南京郵電大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年3月25日