一种分配下行功率的方法、装置和系统与流程

本发明涉及长期演进系统的技术，特别是指一种分配下行功率的方法、装置和系统。

背景技术：

与传统的时分多址(TDMA，Time Division Multiple Access)、频分多址(FDMA，Frequency Division Multiple Access)、码分多址(CDMA，Code Division Multiple Access)接入技术类似，图样分割多址接入(PDMA，Patten Division Multiple Access)技术作为5G的关键技术，可以使得多用户在相同的时频域、空域资源上传输，并通过编码域和功率进行用户之间的区分，提高小区平均和边缘用户频谱效率，以及提升小区接入用户数。

长期演进(LTE，Long Term Evolution)系统下行链路采用功率分配技术，为保证LTE具有良好的前向兼容性，预期未来5G系统下行链路仍将沿用该技术。由于PDMA可以使多用户在编码域和功率域上叠加传输，因此，存在如何为多用户在相同的时频域和空域资源上进行功率分配的问题。

传统的LTE下行链路采用功率分配，功率分配决定下行发送每个资源要素(RE，Resource Element)的能量。首先，下行功率分配需要考虑系统覆盖的需求，为下行业务信道、广播信道、控制信道和参考信号分配合适的功率，以满足边缘用户的接收信号质量；其次，下行功率分配应尽量降低下行发射功率，以减轻系统干扰。对于下行链路设计而言，为保证功率放大器的效率，需要尽量保证不同正交频分复用技术(OFDM，Orthogonal Frequecy Devision Multiplexing)符号上的总功率一致。LTE下行链路资源分配的最小单位为物理资源块(PRB，Physical Resource Block)，按照每个资源承载用户和流数的不同，下行传输模式可分为单用户单流、单用户多流、多用户三类。对于单用户单流传输而言，每个PRB上的总下行发射功率即是该用户在该PRB上的下行发射 功率，而对于单用户多流或多用户传输，每个PRB上的总下行发射功率将会平均分给每个流或用户，以提升系统吞吐量性能。

现有技术存在如下问题：传统LTE系统下行链路功率分配虽然考虑了用户的位置特性，为不同用户配置不同的功率分配参数，以提升边缘用户的通信性能，也考虑了将功率平均分配给多流或多用户传输，但是LTE下行功率分配仍然没有充分利用编码域和功率域的特性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种分配下行功率的方法、装置和系统，解决现有技术中LTE下行功率分配仍然没有充分利用编码域和功率域的特性的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种分配下行功率的方法，应用于基站，方法包括：根据用户在小区内的位置，确定需要配对的用户；确定PDMA图样矩阵，为每个用户分配不同的PDMA图样矢量组，根据所述PDMA图样矢量组形成功率分配图样矩阵；根据所述功率分配图样矩阵确定一个配对中每个用户的功率分配因子，根据所述功率分配因子确定每个用户的下行发射功率。

所述的方法，确定PDMA图样矩阵，为每个用户分配不同的PDMA图样矢量组，根据所述PDMA图样矢量组形成功率分配图样矩阵具体包括：根据小区总的用户数和系统总的资源，选定PDMA下行的PDMA图样矩阵H_PDMA(M*N)，M是PDMA图样矩阵的行数，N是PDMA图样矩阵的列数；采用PDMA图样矩阵与功率分配因子矩阵计算出每个用户的PDMA图样矢量组，形成功率分配图样矩阵K表示下行配对的用 户数，N₁,N₂,…,N_K分别表示配对的用户1,2,…,K占用PDMA图样矩阵的列数，且N＝N₁+N₂+…+N_K，A₁,A₂,…,A_K分别表示用户1,2,…,K的功率分配图样矢量组，□表示矩阵之间的点乘。

所述的方法，根据所述功率分配图样矩阵确定一个配对中每个用户的功率分配因子具体包括：选定下行功率分配优化方案；对于每一个用户当前的PDMA图样矢量组和功率分配因子组合，根据PF加权和吞吐量最大的准则是且满足||A||₁＝1进行调整，使多用户配对之后的PF加权和吞吐量最大，其中，T_k(SINR_k,A)表示用户k在功率分配图样矩阵为A时的传输速率，由用户k的SINR和占用资源映射得到的传输比特数计算而来，用户k的SINR取值与PDMA图样矩阵中的功率分配因子相关，BLER_k(SINR_k,A)表示用户k在功率分配图样矩阵为A时预估的误块率，由SINR和BLER映射关系得到，表示用户k在t时刻的历史平均速率，||A||₁＝1表示下行发射功率恒定，||·||₁表示对功率分配图样矩阵的元素求和；对于任意用户k，历史平均速率计算公式是表示用户k的当前时刻的统计得到的历史平均速率，表示用户k上一次统计得到的历史平均速率，R_k(t)表示用户k的当前速率，α表示遗忘因子，当取值为1时，表示PF加权和吞吐量仅与用户当前速率相关。

所述的方法，根据所述功率分配图样矩阵确定一个配对中每个用户的功率分配因子还包括：选定下行功率分配简化模式；通过参考信号接收功率或参考信号SINR区分出远端用户和近端用户；为远端用户分配第一功率，为近端用户分配第二功率，所述第一功率和第二功率均对应着功率分配因子，且第一功率大于第二功率。

所述的方法，根据所述功率分配图样矩阵确定一个配对中每个用户的功率分配因子包括：确定每个用户在PDMA图样矩阵内各PDMA图样矢量上的功率分配因子相等；以及，确定每个用户在PDMA图样矩阵内各PDMA图样矢量中各行的功率分配因子。

一种分配下行功率的装置，包括：配对单元，用于根据用户在小区内的位置，确定需要配对的用户；功率分配图样矩阵单元，用于确定PDMA图样矩 阵，为每个用户分配不同的PDMA图样矢量组，根据PDMA图样矢量组形成功率分配图样矩阵；下行发射功率单元，用于根据所述功率分配图样矩阵确定一个配对中每个用户的功率分配因子，根据所述功率分配因子确定每个用户的下行发射功率。

所述的装置，功率分配图样矩阵单元包括：PDMA图样矩阵模块，用于选定PDMA下行的PDMA图样矩阵H_PDMA(M*N)，M是PDMA图样矩阵的行数，N是PDMA图样矩阵的列数；功率分配图样矩阵选定模块，用于采用PDMA图样矩阵与功率分配因子矩阵计算出每个用户的PDMA图样矢量组，形成功率分配图样矩阵K表示下行配对的用户数，N₁,N₂,…,N_K分别表示配对的用户1,2,…,K占用PDMA图样矩阵的列数，且N＝N₁+N₂+…+N_K，A₁,A₂,…,A_K分别表示用户1,2,…,K的功率分配图样矢量组，□表示矩阵之间的点乘。

所述的装置，下行发射功率单元包括：下行模式选定模块，用于选定下行功率分配优化模式；优化模式模块，用于对于每一个用户当前的PDMA图样矢量组和功率分配因子组合，根据PF加权和吞吐量最大的准则是且满足||A||₁＝1进行调整，使多用户配对之后的PF加权和吞吐量最大，其中，T_k(SINR_k,A)表示用户k在功率分配图样矩阵为A时的传输速率，由用户k的SINR和占用资源映射得到的传输比特数计算而来，用户k的SINR取值与PDMA图样矩阵中的功率分配因子相关， BLER_k(SINR_k,A)表示用户k在功率分配图样矩阵为A时预估的误块率，由SINR和BLER映射关系得到，表示用户k在t时刻的历史平均速率，||A||₁＝1表示下行发射功率恒定，||·||₁表示对功率分配图样矩阵的元素求和；对于任意用户k，历史平均速率计算公式是表示用户k的当前时刻的统计得到的历史平均速率，表示用户k上一次统计得到的历史平均速率，R_k(t)表示用户k的当前速率，α表示遗忘因子，当取值为1时，表示PF加权和吞吐量仅与用户当前速率相关。

所述的装置，下行发射功率单元包括：所述下行模式选定模块，还用于选定下行功率分配简化模式；简化模式模块，用于通过参考信号接收功率或参考信号SINR区分远端用户和近端用户；为远端用户分配第一功率，近端用户分配第二功率；遍历所有的多用户功率分配因子组合，确定用户之间的功率分配因子。

所述的装置，简化模式模块包括：列计算模块，用于确定每个用户在PDMA图样矩阵内各列的功率分配因子；发射功率模块，用于在确定用户总功率的基础上，保证每个用户的PDMA图样矩阵列间总下行发射功率相等。

一种分配下行功率的系统，包括：基站、接收端；所述基站包括一种分配下行功率的装置，装置包括：配对单元，用于根据用户在小区内的位置，确定需要配对的用户；功率分配图样矩阵单元，用于确定PDMA图样矩阵，为每个用户分配不同的PDMA图样矢量组，根据PDMA图样矢量组形成功率分配图样矩阵；下行发射功率单元，用于根据所述功率分配图样矩阵确定一个配对中每个用户的功率分配因子，根据所述功率分配因子确定每个用户的下行发射功率；接收端，用于作为远端用户，采用最小均方误差接收机检测；作为近端用户，使用串行干扰消除接收机检测，先将远端用户的干扰删除，然后再检测自身信号。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：考虑用户公平性的条件下， PDMA技术可以根据用户的位置为用户分配不同的PDMA图样矢量组和功率，充分利用编码域和功率域的差异进行接收，达到提升小区平均和边缘用户频谱效率，提高小区接入用户数的目的。

附图说明

图1表示一种在LTE系统中分配下行功率的方法的流程示意图；

图2表示PDMA技术应用于LTE下行链路进行功率分配的实现流程；

图3表示下行功率简化模式的实现方式。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

PDMA作为新型非正交多址接入技术，利用多用户信道的非对称性，通过设计多用户不等分集的稀疏编码矩阵和编码调制联合优化模式，实现时频域、码域、功率域和空域等多维度的非正交信号叠加传输，即在多维信号域上进行映射，形成区分多用户的非正交码本图样，以获得更高的多用户复用和分集增益。这一技术的设计思想在于：对于码域叠加传输，多用户在相同时频资源上利用PDMA图样矩阵的列来进行区分；对于功率域叠加传输，多用户在相同时频资源上利用不同的发射功率来进行区分；对于空域叠加传输，多用户在相同时频资源上利用空间中不同的数据流来进行区分。

本发明实施例针对下行链路不需要考虑功耗，因此，目标是确定用户的功率分配因子。对于下行链路，PDMA可以在发送端为边缘用户分配第一功率，为近端(位于中心区域)用户分配第二功率，并让二者叠加到相同的时频、空域资源上进行传输。本发明提供了PDMA应用于LTE系统下行链路时的功率分配技术，其设计思想为：考虑用户公平性的条件下，合理地在多个用户之间进行功率分配，以降低用户之间的干扰。

为了将PDMA应用于LTE下行链路为不同的用户分配功率，本发明实施例提供一种在LTE系统中分配下行功率的方法，应用于基站，如图1所示，方法包括：

步骤101，根据用户在小区内的位置，确定需要配对的用户；

步骤102，确定PDMA图样矩阵，为每个用户分配不同的PDMA图样矢量组，根据PDMA图样矢量组形成功率分配因子；

步骤103，根据功率分配图样矩阵A确定一个配对中每个用户的功率分配因子，输出每个用户的下行发射功率。

应用所提供的技术，考虑用户公平性的条件下，PDMA技术可以根据用户的位置为用户分配不同的PDMA图样矢量组和功率，充分利用编码域和功率域的差异进行接收，达到提升小区平均和边缘用户频谱效率，提高小区接入用户数的目的。

一个PDMA图样矩阵可支持多个用户配对传输，以典型的3,7PDMA图样矩阵为例，PDMA图样矩阵的一列是一个PDMA图样矢量，下行最大可支持7个用户配对传输。在PDMA图样矩阵中，在配对中，每个用户占用一个PDMA图样矢量组，一个PDMA图样矢量组可以是PDMA图样矩阵中的一列或多列，功率分配图样矩阵A与PDMA图样矩阵的行列相等。

PDMA技术应用于LTE下行链路进行功率分配的过程中，关键在于为在同一个配对中的用户选择功率分配图样矩阵A来实现最佳的功率配比和确定用户下行发射功率。

在一个优选实施例中，确定PDMA图样矩阵，为每个用户分配不同的PDMA图样矢量组，根据所述PDMA图样矢量组形成功率分配图样矩阵具体包括：

根据小区总的用户数和系统总的资源，选定PDMA下行的PDMA图样矩阵H_PDMA(M*N)，M是PDMA图样矩阵的行数，N是PDMA图样矩阵的列数；

采用PDMA图样矩阵与功率分配因子矩阵点乘计算出每个用户的PDMA图样矢量组，形成功率分配图样矩阵K表示下行配对的用户数，N₁,N₂,…,N_K分别表示配对的用户1,2,…,K占用PDMA图样矩阵的列数，且N＝N₁+N₂+…+N_K，A₁,A₂,…,A_K分别表示用户1,2,…,K的功率分配图样矢量组，□表示矩阵之间的点乘。

将PDMA技术应用于LTE下行链路进行功率分配的过程中，根据选择功率分配图样矩阵A和确定用户下行发射功率的复杂度的不同，下行功率分配存在优化模式和简化模式两种，在一个优选实施例中，PDMA应用于LTE下行链路进行功率分配的过程中，采用优化模式。遍历各配对的用户，按照配对的用户在小区中所处的位置不同，为每个用户的PDMA图样矢量组分配所有可能不同的功率分配因子，使用户配对之后的正比(PF，Proportional Fair)加权和吞吐量最大。功率分配图样矩阵A与PDMA图样矩阵对应，功率分配因子与PDMA图样矢量组对应，一个PDMA图样矢量组可以是PDMA图样矩阵的一列或多列，功率分配因子指的是PDMA图样矢量组元素之和。

则这一过程中，根据所述功率分配图样矩阵A确定一个配对中每个用户的功率分配因子具体包括：

选定下行功率分配优化方案；

对于每一个用户当前的PDMA图样矢量组和功率分配因子组合，根据PF加权和吞吐量最大的准则是且满足||A||₁＝1进行调整，使多用户配对之后的PF加权和吞吐量最大，其中，T_k(SINR_k,A)表示用户k在功率分配图样矩阵为A时的传输速率，由用户k的SINR和占用资源映射得到的传输比特数计算而来，用户k的SINR取值与PDMA图样矩阵中的功率分配因子相关，BLER_k(SINR_k,A)表示用户k在功率分配图样矩阵为A时预估的误块率，由SINR和BLER映射关系得到，表示用户k在t时刻的历史平均速率，||A||₁＝1表示下行发射功率恒定，||·||₁表示对功率分配图样矩阵的元素求和；

对于任意用户k，历史平均速率计算公式是表示用户k的当前时刻的统计得到的历史平均速率，表示用户k上一次统计得到的历史平均速率，R_k(t)表示用户k的当前速率，α表示遗忘因子，当取值为1时，表示PF加权和吞吐量仅与用户当前速率相关。

在一个应用场景中，如图2所示，PDMA技术应用于LTE下行链路，基于优化模式分配下行功率的流程包括：

步骤201，根据用户在小区内的的位置，确定需要配对的用户。

步骤202，根据小区中的总用户数和系统的总资源，确定PDMA图样矩阵。PDMA图样矩阵在确定了之后是固定的，不发生改变，因此，PDMA图样矩阵中的PDMA图样矢量也是不发生改变的。

步骤203，根据功率分配因子矩阵为每个用户分配与之前不同的PDMA图样矢量组，根据PDMA图样矢量组形成功率分配图样矩阵，以及，根据功率分配图样矩阵确定每个用户的下行发射功率。这里描述了一次分配PDMA图样矢量组和功率分配因子的情形，重新分配不同的PDMA图样矢量组和功率分配因子与第一次的分配流程是相同的，其中，功率分配因子矩阵在每一次调整中是变化的。

步骤204，计算多用户配对之后的PF加权和吞吐量。

步骤205，判断当前的PF加权和吞吐量与之前的PF加权和吞吐量相比是否最大，若当前的PF加权和吞吐量与之前的结果相比不是最大，则返回步骤23，若当前的PF加权和吞吐量是最大，转步骤206；

步骤206，经过上述遍历所有配对的用户的不同PDMA图样矢量组和功率分配因子组合，若找到了使PF加权和吞吐量最大的组合，则输出此时每个用户的下行发射功率。

优化模式下，查找最优的功率分配图样矩阵时，首先要选择配对用户，然后为配对用户分配不同的功率分配因子矩阵，并结合PDMA图样矩阵得到功率分配图样矩阵，进一步判定该功率分配图样矩阵是否PF加权和吞吐量最大， 直到找到使得PF加权和吞吐量最大的功率分配图样矩阵。

由于下行过程中的总下行发射功率受限，为进一步降低PDMA技术应用于LTE下行链路进行功率分配的复杂度，下行功率分配简化模式的设计思想是保证每个用户在其已分配PDMA图样矢量组的各列中的下行发射功率相等。在一个优选实施例中，分配下行发射功率的简化模式包括：

通过参考信号接收功率或参考信号SINR区分远端用户和近端用户；为远端用户分配第一功率，近端用户分配第二功率，第一功率大于第二功率；

遍历所有用户的PDMA图样矢量组和功率分配因子组合，确定用户的功率分配因子，这包括：在确定总下行发射功率的基础上，确定每个用户在PDMA图样矩阵内各列的功率分配因子相等。

在确定每个用户的各列功率分配因子的基础上，由于PDMA技术各列中每行元素发送相同信息，因此，需要保证每个用户在每列中各行上的功率分配因子相等，因此在一个优选实施例中，还包括：确定每个用户在PDMA图样矩阵内每列中各行的功率分配因子。

在一个应用场景中，设定下行总下行发射功率为1，存在两个配对的用户：第一用户和第二用户，如图3所示，以PDMA图样矩阵[3,7]为例，PDMA图样矩阵是第一用户位于小区边缘，占用PDMA图样矩阵的第2～4列，第二用户位于小区中心，占用PDMA图样矩阵的第5～7列。采用简化模式为第一用户和第二用户分配下行功率包括：

步骤1，第一用户位于小区边缘，因此，分配第一功率0.8，而第二用户位于小区中心，分配第二功率0.2；

步骤2，由于第一用户和第二用户各占三列，因此，第一用户各列的功率均为0.8/3，第二用户各列的功率均为0.2/3；

步骤3，由于PDMA技术各列中每行元素功率分配因子相等，因此，第一用户各列中每行元素的功率分配因子平均为0.8/3/2，第二用户各列中每行元素的功率分配因子均为0.2/3/1。

在一个优选实施例中，还包括：步骤104，将多个用户在相同的时频域和 空域上实现叠加传输。合理地在远端用户和近端用户之间进行功率分配，PDMA相当于多用户在功率域上叠加传输，从系统角度，由于多用户叠加传输后，每个用户的调度次数增加，而且边缘用户由于功率降低带来的影响很小，因此，小区平均和边缘用户频谱效率将会得到极大的提升。

本发明提供的PDMA应用于LTE系统下行链路时的功率分配技术中，无论对于优化模式还是简化模式，在一个优选实施例中，在接收端，对于远端用户，采用最小均方误差(MMSE，Minimum Mean Square Error)接收机检测；

对于近端用户，使用串行干扰消除(SIC，Successive Interference Cancellation)接收机制检测；先将远端用户的干扰删除，然后再检测自身信号。

在接收端，由于边缘用户功率较高，可采用最小均方误差(MMSE，Minimum Mean Square Error)接收机检测，而中心用户则可以使用连续干扰消除(SIC，Successive Interference Cancellation)接收机制检测，先删除第一功率发送的边缘用户，然后再检测自身信号。这样可充分利用编码域和功率域特性，增加在相同的时频、空域资源上同时调度的用户数，进而提升小区平均和边缘用户频谱效率，提高小区接入用户的频谱效率，提高小区接入用户数。

本发明实施例提供一种在LTE系统中分配下行功率的装置，包括：

配对单元，用于根据用户在小区内的位置，确定需要配对的用户；

功率分配图样矩阵单元，用于确定PDMA图样矩阵，为每个用户分配不同的PDMA图样矢量组，根据PDMA图样矢量组形成功率分配图样矩阵A；

下行发射功率单元，用于根据所述功率分配图样矩阵A确定一个配对中每个用户的功率分配因子，根据所述功率分配因子确定每个用户的下行发射功率。

在一个优选实施例中，功率分配图样矩阵单元包括：

PDMA图样矩阵模块，用于选定PDMA下行的PDMA图样矩阵H_PDMA(M*N)，M是PDMA图样矩阵的行数，N是PDMA图样矩阵的列数；

功率分配图样矩阵选定模块，用于采用PDMA图样矩阵与功率分配因子 矩阵计算出每个用户的PDMA图样矢量组，形成功率分配图样矩阵K表示下行配对的用户数，N₁,N₂,…,N_K分别表示配对的用户1,2,…,K占用PDMA图样矩阵的列数，且N＝N₁+N₂+…+N_K，A₁,A₂,…,A_K分别表示用户1,2,…,K的功率分配图样矢量组，□表示矩阵之间的点乘。

在一个优选实施例中，功率分配图样矩阵单元包括：

下行模式选定模块，用于选定下行功率分配优化模式；

优化模式模块，用于对于每一个用户当前的PDMA图样矢量组和功率分配因子组合，根据PF加权和吞吐量最大的准则是且满足||A||₁＝1进行调整，使多用户配对之后的PF加权和吞吐量最大，其中，T_k(SINR_k,A)表示用户k在功率分配图样矩阵为A时的传输速率，由用户k的SINR和占用资源映射得到的传输比特数计算而来，用户k的SINR取值与PDMA图样矩阵中的功率分配因子相关，BLER_k(SINR_k,A)表示用户k在功率分配图样矩阵为A时预估的误块率，由SINR和BLER映射关系得到，表示用户k在t时刻的历史平均速率，||A||₁＝1表示下行发射功率恒定，||·||₁表示对功率分配图样矩阵的元素求和；

对于任意用户k，历史平均速率计算公式是表示用户k的当前时刻的统计得到的历史平均速率，表示用户k上一次统计得到的历史平均速率，R_k(t)表示用户k的当前速率，α表示遗忘因子，当取值为1时，表示PF加权和吞吐量仅与用户当前速率相关。

在一个优选实施例中，功率分配图样矩阵单元包括：

下行模式选定模块，用于选定下行功率分配简化模式；

简化模式模块，用于通过参考信号接收功率或参考信号SINR区分远端用 户和近端用户；为远端用户分配第一功率，近端用户分配第二功率；遍历所有的多用户功率分配因子组合，确定用户之间的功率分配因子。

在一个优选实施例中，简化模式模块包括：

列计算模块，用于确定每个用户在PDMA图样矩阵内各列的功率分配因子；

发射功率模块，用于在确定用户总功率的基础上，保证每个用户的PDMA图样矩阵列间总下行发射功率相等。

本发明实施例提供一种分配下行功率的系统，包括：基站、接收端；所述基站包括一种分配下行功率的装置，装置包括：

配对单元，用于根据用户在小区内的位置，确定需要配对的用户；

功率分配图样矩阵单元，用于确定PDMA图样矩阵，为每个用户分配不同的PDMA图样矢量组，根据PDMA图样矢量组形成功率分配图样矩阵；

下行发射功率单元，用于根据所述功率分配图样矩阵确定一个配对中每个用户的功率分配因子，根据所述功率分配因子确定每个用户的下行发射功率；

接收端，用于作为远端用户，采用最小均方误差接收机检测；作为近端用户，使用串行干扰消除接收机检测，先将远端用户的干扰删除，然后再检测自身信号。

采用本方案之后的优势是：多用户下行传输过程中，利用PDMA技术在编码域和功率域上进行区分，在相同的时频域、空域资源上进行叠加传输，通过合理的分配下行功率，不仅可以提升小区接入用户数，而且有效提高了小区平均和边缘用户频谱效率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。