專利名稱：一種分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中的功率分配方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式天線系統(tǒng)，具體地說是一種分布式多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中基站端基于部分信道狀態(tài)信息(CSI)對(duì)天線單元進(jìn)行功率分配的方法和裝置。

背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)通信已經(jīng)不再局限于單純的話音通信，高數(shù)據(jù)速率的業(yè)務(wù)越來越受到人們的關(guān)注。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者就必須面對(duì)更高信道容量的挑戰(zhàn)。
在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，為適應(yīng)業(yè)務(wù)量需求的不斷增長(zhǎng)，一般采用小區(qū)分裂的方式來提高信道容量。但是不能說，無限制地減小小區(qū)面積可以無限度地增加用戶的數(shù)量，因?yàn)樵谛^(qū)分裂問題上不得不考慮兩個(gè)非常重要的影響因素第一，小區(qū)分裂使得相同面積的地區(qū)所需的小區(qū)基站數(shù)量增加，而小區(qū)基站的建立費(fèi)用是很昂貴的，特別是在城市區(qū)域中，占用房地產(chǎn)的費(fèi)用十分高，這是不能不考慮的實(shí)際問題；第二，小區(qū)半徑過小，會(huì)造成越區(qū)切換過于頻繁，這樣一方面增加了系統(tǒng)控制切換的難度，另一方面也會(huì)影響通信質(zhì)量。因此，基于以上考慮，不能依靠無限制地分裂小區(qū)來提高信道容量，必須考慮采用其他方式。
分布式MIMO系統(tǒng)是從小區(qū)分裂出發(fā)考慮的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分布式MIMO的分布式天線單元可以看作基站的多個(gè)扇區(qū)，每個(gè)天線單元配置了多根集中天線，天線單元之間可以很好地進(jìn)行協(xié)同，獲得聯(lián)合發(fā)送/接收增益。此外，天線單元內(nèi)的多天線還可以獲得更多的空間分集、復(fù)用增益。因此，分布式MIMO系統(tǒng)可以提供較大的信道容量。
分布式MIMO系統(tǒng)中，為發(fā)送天線進(jìn)行功率分配一直都是研究的熱點(diǎn)。當(dāng)基站獲取完美的CSI時(shí)，采用注水法功率分配可以獲得最大的信道容量，當(dāng)基站沒有獲取CSI時(shí)，通常采用平均分配功率的策略。但由于天線單元到達(dá)用戶的距離不同，平均分配功率會(huì)帶來較大的容量損失。此外，天線單元內(nèi)的多根集中式天線之間也存在著不同程度的相關(guān)性，這種天線之間的相關(guān)性也會(huì)給信道容量帶來損失。在實(shí)際系統(tǒng)中，基站很難得到完美的CSI，通常根據(jù)部分CSI進(jìn)行功率分配。因此，根據(jù)部分CSI計(jì)算分配功率并提高系統(tǒng)性能是分布式MIMO系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)問題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中的功率分配方法和裝置?？梢愿鶕?jù)部分CSI進(jìn)行功率分配，并提高系統(tǒng)性能。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中的功率分配方法，由基站根據(jù)移動(dòng)臺(tái)反饋的部分信道信息計(jì)算并分配功率值，包括以下步驟 接收移動(dòng)臺(tái)反饋的部分信道狀態(tài)信息，包括分布式天線單元的大尺度衰落信息、發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息、信道噪聲方差； 基于各天線單元的大尺度衰落信息以及信道噪聲方差，根據(jù)拉格朗日常數(shù)法計(jì)算每個(gè)天線單元的初次分配功率Pl，a，其中，(x)+＝max(x，0)，αl表示第l天線單元的大尺度衰落，σn為信道噪聲方差，ql為每個(gè)天線單元配置的集中式天線個(gè)數(shù)，M為移動(dòng)臺(tái)天線個(gè)數(shù)，L為分布式天線單元個(gè)數(shù)，P0為發(fā)射總功率； 判斷是否L個(gè)天線單元的初次分配功率都是正數(shù)，如果是，基于各天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息，計(jì)算得到第l天線單元的二次分配功率Pl，b，其中，rl為第l個(gè)天線單元反饋的秩信息； 將初次分配功率Pl，a和二次分配功率Pl，b相乘，再乘上一個(gè)常數(shù)系數(shù)，得到第l天線單元最終分配功率Pl，該常數(shù)系數(shù)使所有天線單元的功率之和等于總發(fā)送功率； Pl＝u3Pl，aPl，b， 將最終分配功率Pl平均分配給天線單元內(nèi)的多根發(fā)送天線。
進(jìn)一步，判斷是否L個(gè)天線單元的初次分配功率都是正數(shù)，如果不是，執(zhí)行以下步驟將初次分配功率小于0的天線單元功率置0后，重新計(jì)算其他天線單元的分配功率，直到非置0的所有天線單元的分配功率為正數(shù)為止。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提出一種用于分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中的功率分配裝置，其中 移動(dòng)臺(tái)包括 信道估計(jì)模塊，測(cè)量信道噪聲方差和各天線單元的大尺度衰落信息； 發(fā)送相關(guān)矩陣秩計(jì)算模塊，統(tǒng)計(jì)每個(gè)天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣，計(jì)算發(fā)送相關(guān)矩陣的秩； 反饋模塊，將發(fā)送相關(guān)矩陣的秩反饋給基站，并將信道噪聲方差和大尺度衰落信息通過上行反饋信道反饋給基站； 基站包括 接收模塊，接收移動(dòng)臺(tái)反饋的部分信道狀態(tài)信息，包括分布式天線單元的大尺度衰落信息、發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息、信道噪聲方差； 初次分配功率計(jì)算模塊，基于各天線單元的大尺度衰落信息以及噪聲方差，根據(jù)拉格朗日常數(shù)法計(jì)算每個(gè)天線單元初次分配的功率Pl，a，其中，(x)+＝max(x，0)，αl表示第l天線單元的大尺度衰落，σn為信道噪聲方差，ql為每個(gè)天線單元配置的集中式天線個(gè)數(shù)，M為移動(dòng)臺(tái)天線個(gè)數(shù)，L為分布式天線單元個(gè)數(shù)，P0為發(fā)射總功率； 判斷模塊，判斷是否L個(gè)天線單元的初次分配功率都是正數(shù)，如果是，通知二次分配功率計(jì)算模塊計(jì)算二次分配功率； 二次分配功率計(jì)算模塊，基于各天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息，計(jì)算得到第l天線單元的二次分配功率Pl，b，其中，rl為第l個(gè)天線單元反饋的秩信息； 最終分配功率計(jì)算模塊，將初次分配功率Pl，a和二次分配功率Pl，b相乘，再乘上一個(gè)常數(shù)系數(shù)，得到第l天線單元最終分配功率Pl，該常數(shù)系數(shù)使所有天線單元的功率之和等于總發(fā)送功率； Pl＝u3Pl，aPl，b， 分配模塊，將最終分配功率Pl平均分配給天線單元內(nèi)的多根發(fā)送天線。
進(jìn)一步，判斷模塊判斷不是所有L個(gè)天線單元的初次分配功率都是正數(shù)時(shí)，通知初次分配功率計(jì)算模塊重新計(jì)算；初次分配功率計(jì)算模塊將初次分配功率小于0的天線單元功率置0后，重新計(jì)算其他天線單元的分配功率，直到非置0的所有天線單元的分配功率為正數(shù)為止。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提出用于分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中功率分配的基站，包括 接收模塊，接收移動(dòng)臺(tái)反饋的部分信道狀態(tài)信息，包括分布式天線單元的大尺度衰落信息、發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息、信道噪聲方差； 初次分配功率計(jì)算模塊，基于各天線單元的大尺度衰落信息以及噪聲方差，根據(jù)拉格朗日常數(shù)法計(jì)算每個(gè)天線單元初次分配的功率Pl，a，其中，(x)+＝max(x，0)，αl表示第l天線單元的大尺度衰落，σn為信道噪聲方差，ql為每個(gè)天線單元配置的集中式天線個(gè)數(shù)，M為移動(dòng)臺(tái)天線個(gè)數(shù)，L為分布式天線單元個(gè)數(shù)，P0為發(fā)射總功率； 判斷模塊，判斷是否L個(gè)天線單元的初次分配功率都是正數(shù)，如果是，通知二次分配功率計(jì)算模塊計(jì)算二次分配功率； 二次分配功率計(jì)算模塊，基于各天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息，計(jì)算得到第l天線單元的二次分配功率Pl，b，其中，rl為第l個(gè)天線單元反饋的秩信息； 最終分配功率計(jì)算模塊，將初次分配功率Pl，a和二次分配功率Pl，b相乘，再乘上一個(gè)常數(shù)系數(shù)，得到第l天線單元最終分配功率Pl，該常數(shù)系數(shù)使所有天線單元的功率之和等于總發(fā)送功率； Pl＝u3Pl，aPl，b， 分配模塊，將最終分配功率Pl平均分配給天線單元內(nèi)的多根發(fā)送天線。
進(jìn)一步，判斷模塊判斷不是所有L個(gè)天線單元的初次分配功率都是正數(shù)時(shí)，通知初次分配功率計(jì)算模塊重新計(jì)算；初次分配功率計(jì)算模塊將初次分配功率小于0的天線單元功率置0后，重新計(jì)算其他天線單元的分配功率，直到非置0的所有天線單元的分配功率為正數(shù)為止。
基站進(jìn)行的功率分配方式，可以減小大尺度衰落和天線相關(guān)性帶來的功率損耗，提高信道的分集/復(fù)用增益。這樣，移動(dòng)臺(tái)能夠得到較高的接收信噪比，有利于提高系統(tǒng)容量。
此外，對(duì)于通過反饋獲取CSI的統(tǒng)計(jì)信息的方式(大尺度衰落信息、信道噪聲方差及天線單元發(fā)送相關(guān)矩陣的秩)，還可以通過設(shè)置反饋周期來縮短反饋時(shí)間，相比現(xiàn)有技術(shù)中獲取CSI的實(shí)時(shí)信息的方式(SNR)，本發(fā)明還可以減小反饋開銷，進(jìn)一步提供了系統(tǒng)性能。



圖1為本發(fā)明分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中的功率分配方法流程圖。
圖2為本發(fā)明MIMO-DAS系統(tǒng)框圖。
圖3為本發(fā)明系統(tǒng)中移動(dòng)臺(tái)的示意圖。
圖4為本發(fā)明系統(tǒng)中基站的示意圖。
具體實(shí)現(xiàn)方式 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。
假定分布式MIMO系統(tǒng)由L個(gè)分布式天線單元，總共N根發(fā)射天線組成，每個(gè)天線單元配置ql根集中式天線，滿足移動(dòng)臺(tái)為M根天線。信道矩陣可以寫作H＝[α1h1…αlhl…αLhL]，其中，αl表示第l天線單元的大尺度衰落，hl表示第l天線單元的小尺度衰落，hl為M×ql矩陣。在天線單元內(nèi)，由于天線陣列的空間所限，多根集中式天線之間存在著不同的相關(guān)性。根據(jù)Kronecker相關(guān)性模型，小尺度衰落又可以表示為其中，hl，w服從均值為0，方差為1的獨(dú)立同分布的復(fù)高斯分布，Rtl為第l天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣。從信道矩陣中可以看出，分布式MIMO系統(tǒng)中決定信道質(zhì)量的主要因素為大尺度衰落和天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣。
大尺度衰落信息是反映路徑損耗的參數(shù)，與天線單元到移動(dòng)臺(tái)的距離有關(guān)，距離較近時(shí)，路徑損耗小，距離較遠(yuǎn)時(shí)，路徑損耗大。天線發(fā)送相關(guān)矩陣的秩是反映發(fā)送天線相關(guān)性的參數(shù)，當(dāng)該天線單元的相關(guān)矩陣滿秩時(shí)，說明該天線單元的天線之間相關(guān)性較小，多根天線可以形成相互獨(dú)立的并行信道；當(dāng)該天線單元的相關(guān)矩陣缺秩時(shí)，說明該天線單元的天線之間相關(guān)性較大，某些天線無法形成獨(dú)立的并行信道。
本發(fā)明利用移動(dòng)臺(tái)反饋給基站的大尺度衰落信息、噪聲方差及天線單元發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息對(duì)天線單元進(jìn)行功率分配，從而解決有限反饋條件下提高隨機(jī)信道容量的問題。下面說明基站如何利用這些信息進(jìn)行功率分配。
圖1為本發(fā)明分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中的功率分配方法流程圖。由基站根據(jù)移動(dòng)臺(tái)反饋的部分信道狀態(tài)信息計(jì)算并分配功率值，該方法包括以下步驟 在步驟101，接收移動(dòng)臺(tái)反饋的部分信道狀態(tài)信息，包括分布式天線單元的大尺度衰落信息、發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息、信道噪聲方差。
移動(dòng)臺(tái)利用信道估計(jì)測(cè)量到噪聲方差和各天線單元的大尺度衰落信息，并將噪聲方差和大尺度衰落信息通過上行反饋信道反饋給基站。移動(dòng)臺(tái)統(tǒng)計(jì)每個(gè)天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣Rtl，計(jì)算發(fā)送相關(guān)矩陣Rtl的秩，并將其反饋給基站。
其中，統(tǒng)計(jì)每個(gè)天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣Rtl的方法如下 移動(dòng)臺(tái)利用信道估計(jì)得到信道矩陣H，取第l個(gè)天線單元的信道矩陣中的某一行記做

通過對(duì)大量采樣點(diǎn)進(jìn)行

運(yùn)算，并做平均運(yùn)算，可以得到第l個(gè)天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣Rtl。由于Rtl是在一定的統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)得到的，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于低速環(huán)境下時(shí)，可以認(rèn)為Rtl在一段時(shí)間內(nèi)保持不變。
在步驟102，基于各天線單元的大尺度衰落信息以及噪聲方差，根據(jù)拉格朗日常數(shù)法計(jì)算每個(gè)天線單元的初次分配功率Pl，a，功率Pl，a能夠保證隨機(jī)信道容量上限最大化。
MIMO-DAS系統(tǒng)中，隨機(jī)信道容量為 其中，P為天線單元的功率分配矩陣，σn為信道噪聲方差，det(·)為(·)的行列式運(yùn)算，(·)H為(·)的共軛轉(zhuǎn)置運(yùn)算。令(1)式可寫做 Ce＝EH(log2det(IM+TTH))＝EH(log2det(IN+THT)) (2) 因?yàn)門HT為正定矩陣，滿足 其中，[THT]j表示THT的第j個(gè)對(duì)角線元素。由簡(jiǎn)森不等式，可以得到隨機(jī)信道容量的上限為 其中，Pl，a為第l個(gè)天線單元基于大尺度衰落分配的功率，滿足P0為MIMO-DAS系統(tǒng)的發(fā)射總功率。利用拉格朗日乘數(shù)法，求得使隨機(jī)信道容量上限達(dá)到最大值的Pl，a，如(5)式所示。
其中，u1為拉格朗日乘數(shù)，(x)+＝max(x，0)。從上式可以看出，大尺度衰落較小的天線單元能夠獲得較多的發(fā)送功率，反之亦然。
在步驟103，判斷是否L個(gè)天線單元的初次分配功率都是正數(shù)，如果不是，執(zhí)行步驟104，否則直接執(zhí)行步驟105。
在步驟104，當(dāng)某個(gè)天線單元的分配功率為負(fù)數(shù)時(shí)，將該天線單元的功率置0，重新計(jì)算剩余天線單元的分配功率，直到非置0的所有天線單元的分配功率為正數(shù)為止，并繼續(xù)執(zhí)行步驟105。也就是說，在步驟103中，當(dāng)所有天線單元的初次分配功率都是正數(shù)時(shí)，不必執(zhí)行該步驟。
在步驟105，基于各天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息，對(duì)功率非0的天線單元的發(fā)送功率進(jìn)行二次分配，得到第l天線單元的二次分配功率Pl，b，每個(gè)天線單元獲得的功率與發(fā)送相關(guān)矩陣的秩成正比。
前面已提到，天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣的秩直接反映了該單元天線陣列之間的相關(guān)程度。當(dāng)該矩陣滿秩時(shí)，說明該天線單元能夠提供最大為ql的空間復(fù)用增益，從提高信道容量的角度看，應(yīng)該給該單元分配更多的發(fā)送功率；當(dāng)該矩陣缺秩時(shí)，說明該天線單元內(nèi)天線陣列之間的相關(guān)性較大，無法提供最大的空間復(fù)用增益，應(yīng)該分配較少的發(fā)送功率。因此，在這一步中，我們根據(jù)每個(gè)天線單元反饋的秩信息對(duì)發(fā)送功率進(jìn)行二次分配。在只考慮天線相關(guān)性情況下，第l天線單元分配的功率為Pl，b，則Pl，b滿足 其中，rl為第l個(gè)天線單元反饋的秩信息。上式表明每個(gè)單元獲得的分配功率應(yīng)與反饋的秩成正比。假設(shè)經(jīng)過功率分配后共有g(shù)(g≤L)個(gè)天線單元獲得非0的發(fā)送功率。
在步驟106，將上述兩次功率分配的結(jié)果Pl，a和Pl，b相乘，再乘上一個(gè)常數(shù)系數(shù)，得到第l天線單元的最終分配功率Pl，該常數(shù)系數(shù)使所有天線單元的功率之和等于總發(fā)送功率。
綜合考慮大尺度衰落信息、噪聲方差及天線單元發(fā)送相關(guān)矩陣的因素，第l個(gè)天線單元的功率為 Pl＝u3Pl，aPl，b， 基站在分配功率時(shí)，將更多的發(fā)送功率分配給大尺度衰落較小、天線空間相關(guān)性小、并行信道多的天線單元，可以減小功率損耗，提高信道的分集/復(fù)用增益。這樣，移動(dòng)臺(tái)能夠得到較高的接收信噪比，有利于提高系統(tǒng)容量。
在步驟107，將該天線單元得到的功率值Pl平均分配給天線單元內(nèi)的多根發(fā)送天線。
本發(fā)明還能夠根據(jù)部分CSI進(jìn)行功率分配，并提高系統(tǒng)性能。對(duì)于不同系統(tǒng)獲取CSI的方式不同，比如，時(shí)分雙工(TDD)系統(tǒng)中，基站可以根據(jù)上下行信道的互異性或者根據(jù)移動(dòng)臺(tái)反饋獲得CSI，頻分雙工(FDD)系統(tǒng)中，基站通過反饋信道獲得CSI。
對(duì)于通過反饋獲取CSI的方式，本發(fā)明還能夠在減小反饋開銷的情況下獲得較大的信道容量。反饋周期是影響反饋開銷的關(guān)鍵參數(shù)，反饋周期短，反饋開銷大；反饋周期長(zhǎng)，反饋開銷小。由于大尺度衰落屬于慢時(shí)變分量，在低速環(huán)境下，可以認(rèn)為大尺度衰落在一定時(shí)間內(nèi)保持不變。天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣是在一段時(shí)間內(nèi)的統(tǒng)計(jì)值，也可以認(rèn)為在一定時(shí)間內(nèi)是不變的。因此，不需要頻繁地進(jìn)行信道狀態(tài)信息的反饋，反饋周期可以設(shè)置得比較長(zhǎng)，這大大降低了系統(tǒng)的反饋開銷，而且不會(huì)影響反饋信息的精度，獲得較大的信道容量。
現(xiàn)有技術(shù)中基于部分CSI進(jìn)行功率分配的方法主要是根據(jù)反饋的信道質(zhì)量信息(SNR)進(jìn)行的，基站根據(jù)移動(dòng)臺(tái)實(shí)時(shí)反饋的SNR進(jìn)行功率分配。而在本發(fā)明中，反饋的部分CSI(大尺度衰落信息、信道噪聲方差及天線單元發(fā)送相關(guān)矩陣的秩)都是統(tǒng)計(jì)信息，與實(shí)時(shí)的SNR不同。因此，本發(fā)明在反饋部分CSI時(shí)，可以設(shè)置較長(zhǎng)的反饋周期，從而減小了系統(tǒng)開銷，同時(shí)提高了系統(tǒng)性能。
圖2為本發(fā)明MIMO-DAS系統(tǒng)框圖，包括基站和移動(dòng)臺(tái)?；究刂撇煌乩砦恢蒙系姆植际教炀€單元與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行下行數(shù)據(jù)傳輸，移動(dòng)臺(tái)通過上行反饋信道將部分CSI反饋給基站。本發(fā)明需要反饋的部分CSI包括大尺度衰落信息，天線單元相關(guān)矩陣的秩信息及噪聲方差?；靖鶕?jù)這些部分CSI對(duì)每個(gè)分布式天線單元進(jìn)行功率分配。
圖3為本發(fā)明系統(tǒng)中移動(dòng)臺(tái)的示意圖。移動(dòng)臺(tái)包括信道估計(jì)模塊、發(fā)送相關(guān)矩陣秩計(jì)算模塊、以及反饋模塊。
信道估計(jì)模塊，測(cè)量信道噪聲方差和各天線單元的大尺度衰落信息。
發(fā)送相關(guān)矩陣秩計(jì)算模塊，統(tǒng)計(jì)每個(gè)天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣，計(jì)算發(fā)送相關(guān)矩陣的秩。
取第l個(gè)天線單元的信道矩陣H中的某一行記做

通過對(duì)大量采樣點(diǎn)進(jìn)行

運(yùn)算，并做平均運(yùn)算，可以得到第l個(gè)天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣Rtl，計(jì)算發(fā)送相關(guān)矩陣Rtl的秩。由于Rtl是在一定的統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)得到的，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于低速環(huán)境下時(shí)，可以認(rèn)為Rtl在一段時(shí)間內(nèi)保持不變。
反饋模塊，將發(fā)送相關(guān)矩陣的秩反饋給基站，并將信道噪聲方差和大尺度衰落信息通過上行反饋信道反饋給基站。
圖4為本發(fā)明系統(tǒng)中基站的示意圖?；景ń邮漳K、初次分配功率計(jì)算模塊、判斷模塊、二次分配功率計(jì)算模塊、最終分配功率計(jì)算模塊以及分配模塊。
接收模塊，接收移動(dòng)臺(tái)反饋的部分信道狀態(tài)信息，包括分布式天線單元的大尺度衰落信息、發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息、信道噪聲方差。
初次分配功率計(jì)算模塊，基于各天線單元的大尺度衰落信息以及噪聲方差，根據(jù)拉格朗日常數(shù)法計(jì)算每個(gè)天線單元初次分配的功率Pl，a，其中，(x)+＝max(x，0)，αl表示第l天線單元的大尺度衰落，σn為信道噪聲方差，ql為每個(gè)天線單元配置的集中式天線個(gè)數(shù)，M為移動(dòng)臺(tái)天線個(gè)數(shù)，L為分布式天線單元個(gè)數(shù)，P0為發(fā)射總功率。
判斷模塊，判斷是否L個(gè)天線單元的初次分配功率都是正數(shù)，如果是，通知二次分配功率計(jì)算模塊計(jì)算二次分配功率。
進(jìn)一步，判斷模塊判斷不是所有L個(gè)天線單元的初次分配功率都是正數(shù)時(shí)，通知初次分配功率計(jì)算模塊重新計(jì)算。初次分配功率計(jì)算模塊將初次分配功率小于0的天線單元功率置0后，重新計(jì)算其他天線單元的分配功率，直到非置0的所有天線單元的分配功率為正數(shù)為止。
二次分配功率計(jì)算模塊，基于各天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息，計(jì)算得到第l天線單元的二次分配功率Pl，b，其中，rl為第l個(gè)天線單元反饋的秩信息。
最終分配功率計(jì)算模塊，將初次分配功率Pl，a和二次分配功率Pl，b相乘，再乘上一個(gè)常數(shù)系數(shù)，得到第l天線單元最終分配功率Pl，該常數(shù)系數(shù)使所有天線單元的功率之和等于總發(fā)送功率。
Pl＝u3Pl，aPl，b， 分配模塊，將最終分配功率Pl平均分配給天線單元內(nèi)的多根發(fā)送天線。
基站進(jìn)行的功率分配方式，可以減小大尺度衰落和天線相關(guān)性帶來的功率損耗，提高信道的分集/復(fù)用增益。這樣，移動(dòng)臺(tái)能夠得到較高的接收信噪比，有利于提高系統(tǒng)容量。
本發(fā)明僅需要移動(dòng)臺(tái)反饋天線單元的大尺度衰落信息、信道噪聲方差及發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息，由于這些信息是慢變的，可以設(shè)置較長(zhǎng)的反饋周期，這大大減小了反饋開銷。進(jìn)一步，本發(fā)明能夠用較小的反饋開銷合理地分配發(fā)送功率，較大幅度地提高了信道容量。
為使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
考慮MIMO-DAS系統(tǒng)下基站由4個(gè)分布式天線單元組成，每個(gè)單元配置3根集中式天線，移動(dòng)臺(tái)配備4根接收天線，發(fā)射總功率為P0＝20。按照如下步驟實(shí)現(xiàn)上述功率分配方案。
在移動(dòng)臺(tái)，首先估計(jì)出四個(gè)分布式天線單元的大尺度衰落，假定估計(jì)的大尺度衰落為α1＝0.0957，α2＝0.0485，α3＝0.08，α4＝0.0142。
移動(dòng)臺(tái)估計(jì)出每個(gè)分布式天線單元的信道矩陣，取出其中一行記為

并保存下來。移動(dòng)臺(tái)保存一段時(shí)間內(nèi)的

對(duì)保存的多個(gè)，比如100個(gè)

進(jìn)行

運(yùn)算，并做平均運(yùn)算，得到每個(gè)分布式天線單元的發(fā)送天線相關(guān)矩陣。
移動(dòng)臺(tái)求出每個(gè)分布式天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣的秩，并將該信息反饋給基站，假設(shè)反饋的秩為r1＝3，r2＝3，r3＝2，r4＝2。
移動(dòng)臺(tái)估計(jì)出信道噪聲方差反饋給基站，假設(shè)方差為1。
基站將反饋的大尺度衰落信息、秩信息和噪聲方差代入(5)中，得u1＝0.1138，P1，a＝18.5362，P2，a＝10.9093，P3，a＝16.9982，P4，a＝-26.4437。
因?yàn)镻4，a＜0，刪除第四個(gè)分布式天線單元，重新計(jì)算u1及P1，a，P2，a，P3，a，得 u1＝0.1709，P1，a＝9.7216，P2，a＝2.0947，P3，a＝8.1836。
基站將反饋的秩信息代入(6)中，得P1，b＝7.5，P2，b＝7.5，P3，b＝5。
基站根據(jù)P1，a，P2，a，P3，a和P1，b，P2，b，P3，b計(jì)算u3，并將u3代入(7)中求出P1，P2，P3。
u3＝0.1544，P1＝11.2570，P2＝2.4255，P3＝6.3174。
基站將分布式天線單元分配的功率均勻地分配給單元內(nèi)的每根發(fā)射天線，參與發(fā)送的3個(gè)天線單元每根發(fā)射天線分配的功率分別為3.7523，0.8085，2.1058。
將上述功率分配結(jié)果帶入(1)中，取大量的采樣點(diǎn)進(jìn)行仿真，得到隨機(jī)信道容量為6.4046bit/s/Hz。如果采用平均分配功率的方法，即發(fā)射功率均勻地分配給4個(gè)分布式天線單元，取大量的采樣點(diǎn)進(jìn)行仿真，得到的隨機(jī)信道容量?jī)H為4.3459bit/s/Hz。
需要說明的是，以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可以理解。
本發(fā)明是一種MIMO-DAS系統(tǒng)下基于部分CSI的功率分配方法。但請(qǐng)理解，無論通過何種方法(TDD系統(tǒng)通過信道互異性，F(xiàn)DD系統(tǒng)通過反饋信道)得到大尺度衰落信息、天線單元相關(guān)矩陣的秩信息及噪聲方差，利用這些信道信息進(jìn)行功率分配的方法均適用于本發(fā)明。凡在本發(fā)明的上述精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中的功率分配方法，由基站根據(jù)移動(dòng)臺(tái)反饋的部分信道信息計(jì)算并分配功率值，包括以下步驟
接收移動(dòng)臺(tái)反饋的部分信道狀態(tài)信息，包括分布式天線單元的大尺度衰落信息、發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息、信道噪聲方差；
基于各天線單元的大尺度衰落信息以及信道噪聲方差，根據(jù)拉格朗日常數(shù)法計(jì)算每個(gè)天線單元的初次分配功率Pl，a，其中，(x)+＝max(x，0)，αl表示第l天線單元的大尺度衰落，σn為信道噪聲方差，ql為每個(gè)天線單元配置的集中式天線個(gè)數(shù)，M為移動(dòng)臺(tái)天線個(gè)數(shù)，L為分布式天線單元個(gè)數(shù)，P0為發(fā)射總功率；
判斷是否L個(gè)天線單元的初次分配功率都是正數(shù)，如果是，基于各天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息，計(jì)算得到第l天線單元的二次分配功率Pl，b，其中，rl為第l個(gè)天線單元反饋的秩信息；
將初次分配功率Pl，a和二次分配功率Pl，b相乘，再乘上一個(gè)常數(shù)系數(shù)，得到第l天線單元最終分配功率Pl，該常數(shù)系數(shù)使所有天線單元的功率之和等于總發(fā)送功率；
Pl＝u3Pl，aPl，b，
將最終分配功率Pl平均分配給天線單元內(nèi)的多根發(fā)送天線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率分配方法，其中，判斷是否L個(gè)天線單元的初次分配功率都是正數(shù)，如果不是，執(zhí)行以下步驟
將初次分配功率小于0的天線單元功率置0后，重新計(jì)算其他天線單元的分配功率，直到非置0的所有天線單元的分配功率為正數(shù)為止。
3.一種用于分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中的功率分配裝置，其中
移動(dòng)臺(tái)包括
信道估計(jì)模塊，測(cè)量信道噪聲方差和各天線單元的大尺度衰落信息；
發(fā)送相關(guān)矩陣秩計(jì)算模塊，統(tǒng)計(jì)每個(gè)天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣，計(jì)算發(fā)送相關(guān)矩陣的秩；
反饋模塊，將發(fā)送相關(guān)矩陣的秩反饋給基站，并將信道噪聲方差和大尺度衰落信息通過上行反饋信道反饋給基站；
基站包括
接收模塊，接收移動(dòng)臺(tái)反饋的部分信道狀態(tài)信息，包括分布式天線單元的大尺度衰落信息、發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息、信道噪聲方差；
初次分配功率計(jì)算模塊，基于各天線單元的大尺度衰落信息以及噪聲方差，根據(jù)拉格朗日常數(shù)法計(jì)算每個(gè)天線單元初次分配的功率Pl，a，其中，(x)+＝max(x，0)，αl表示第l天線單元的大尺度衰落，σn為信道噪聲方差，ql為每個(gè)天線單元配置的集中式天線個(gè)數(shù)，M為移動(dòng)臺(tái)天線個(gè)數(shù)，L為分布式天線單元個(gè)數(shù)，P0為發(fā)射總功率；
判斷模塊，判斷是否L個(gè)天線單元的初次分配功率都是正數(shù)，如果是，通知二次分配功率計(jì)算模塊計(jì)算二次分配功率；
二次分配功率計(jì)算模塊，基于各天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息，計(jì)算得到第l天線單元的二次分配功率Pl，b，其中，rl為第l個(gè)天線單元反饋的秩信息；
最終分配功率計(jì)算模塊，將初次分配功率Pl，a和二次分配功率Pl，b相乘，再乘上一個(gè)常數(shù)系數(shù)，得到第l天線單元最終分配功率Pl，該常數(shù)系數(shù)使所有天線單元的功率之和等于總發(fā)送功率；
Pl＝u3Pl，aPl，b，
分配模塊，將最終分配功率Pl平均分配給天線單元內(nèi)的多根發(fā)送天線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率分配裝置，其中
判斷模塊判斷不是所有L個(gè)天線單元的初次分配功率都是正數(shù)時(shí)，通知初次分配功率計(jì)算模塊重新計(jì)算；
初次分配功率計(jì)算模塊將初次分配功率小于0的天線單元功率置0后，重新計(jì)算其他天線單元的分配功率，直到非置0的所有天線單元的分配功率為正數(shù)為止。
5.用于分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中功率分配的基站，包括
接收模塊，接收移動(dòng)臺(tái)反饋的部分信道狀態(tài)信息，包括分布式天線單元的大尺度衰落信息、發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息、信道噪聲方差；
初次分配功率計(jì)算模塊，基于各天線單元的大尺度衰落信息以及噪聲方差，根據(jù)拉格朗日常數(shù)法計(jì)算每個(gè)天線單元初次分配的功率Pl，a，其中，(x)+＝max(x，0)，αl表示第l天線單元的大尺度衰落，σn為信道噪聲方差，ql為每個(gè)天線單元配置的集中式天線個(gè)數(shù)，M為移動(dòng)臺(tái)天線個(gè)數(shù)，L為分布式天線單元個(gè)數(shù)，P0為發(fā)射總功率；
判斷模塊，判斷是否L個(gè)天線單元的初次分配功率都是正數(shù)，如果是，通知二次分配功率計(jì)算模塊計(jì)算二次分配功率；
二次分配功率計(jì)算模塊，基于各天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息，計(jì)算得到第l天線單元的二次分配功率Pl，b，其中，rl為第l個(gè)天線單元反饋的秩信息；
最終分配功率計(jì)算模塊，將初次分配功率Pl，a和二次分配功率Pl，b相乘，再乘上一個(gè)常數(shù)系數(shù)，得到第l天線單元最終分配功率Pl，該常數(shù)系數(shù)使所有天線單元的功率之和等于總發(fā)送功率；
Pl＝u3Pl，aPl，b，
分配模塊，將最終分配功率Pl平均分配給天線單元內(nèi)的多根發(fā)送天線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中功率分配的基站，其中
判斷模塊判斷不是所有L個(gè)天線單元的初次分配功率都是正數(shù)時(shí)，通知初次分配功率計(jì)算模塊重新計(jì)算；
初次分配功率計(jì)算模塊將初次分配功率小于0的天線單元功率置0后，重新計(jì)算其他天線單元的分配功率，直到非置0的所有天線單元的分配功率為正數(shù)為止。
全文摘要
本發(fā)明提出一種分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中的功率分配方法和裝置。由基站根據(jù)移動(dòng)臺(tái)反饋的部分信道信息計(jì)算并分配功率值，包括以下步驟接收移動(dòng)臺(tái)反饋的部分信道狀態(tài)信息；基于各天線單元的大尺度衰落信息以及信道噪聲方差，根據(jù)拉格朗日常數(shù)法計(jì)算每個(gè)天線單元的初次分配功率Pl，a；基于各天線單元的發(fā)送相關(guān)矩陣的秩信息，計(jì)算得到第l天線單元的二次分配功率Pl，b；將初次分配功率Pl，a和二次分配功率Pl，b相乘，再乘上一個(gè)常數(shù)系數(shù)，得到第l天線單元最終分配功率Pl，該常數(shù)系數(shù)使所有天線單元的功率之和等于總發(fā)送功率；將最終分配功率Pl平均分配給天線單元內(nèi)的多根發(fā)送天線。本發(fā)明可以根據(jù)部分CSI進(jìn)行功率分配，并提高系統(tǒng)性能。
文檔編號(hào)H04B7/04GK101635590SQ200910090630
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月2日
發(fā)明者康桂霞, 張寧波, 鑫 桂, 平 張 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)