一种大规模MIMO基站功率确定方法与流程

本发明属于无线通信技术领域，更具体地，涉及一种大规模mimo基站功率确定方法。

背景技术：

多输入多输出(multiple-inputmultiple-output，mimo)是一种在无线通信系统中采用多根天线收发数据的无线通信技术，它将所传输的信息经过空时编码形成多个子信息流，并由多根天线发射出去。大规模mimo技术在传统mimo系统的基础上，将收发天线增加到几十甚至上百根。大规模mimo系统作为一种新的无线通信技术，保留了传统mimo系统的优点，天线数量的增加，使得系统容量随之大大增加，决定了大规模mimo系统具有很好的发展前景。

与此同时，随着天线数量增多，带宽扩大，相较于mimo基站，大规模mimo基站用于线性处理等计算功能的功率显著增加：对于微小区基站，主要执行计算功能的基带所消耗的功率占总功率的40％以上，即使是宏基站，也占10％以上。因此采用传统mimo基站的功率确定方法将不能得到准确的大规模mimo基站总功率。

因此，在大规模mimo场景下，找到基站功率的确定方法是业界亟需解决的难题。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供了一种大规模mimo基站功率确定方法，由此解决使用传统mimo基站功率的确定方法得到的大规模mimo基站总功率不够合理的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种大规模mimo基站功率确定方法，包括：

(1)由功率放大器的功率以及射频链路的功率确定大规模mimo基站的通信功率；

(2)由信道估计的功率、信道编码的功率以及线性处理的功率确定大规模mimo基站的计算功率；

(3)由所述通信功率、所述计算功率以及大规模mimo基站的固定功率确定大规模mimo基站的总功率。

优选地，步骤(1)具体包括：

(1.1)由确定功率放大器的功率，其中，α为功率放大器的效率，brf为基站射频预编码矩阵，bbb,k为基站基带预编码矩阵bbb的第k列，k表示基站的基带数据流个数；

(1.2)由prf＝nrfprf_per_chain确定射频链路的功率，其中，nrf表示射频链路数量，prf_per_chain表示单个射频链路的功率；

(1.3)由功率放大器的功率ppa以及射频链路的功率prf确定大规模mimo基站的通信功率：pcommunication＝ppa+prf。

优选地，步骤(2)具体包括：

(2.1)由确定信道估计的功率，其中，nray表示子信道的数量，κ表示波束训练中每一阶段用到的基站预编码向量的数量，n表示发射角度量化时取的离散点的数量，表示平均信道信噪比，δ表示信道估计错误的概率，g^bs(s)表示波束训练中第s阶段的波束增益，且cs表示归一化常数，nt表示大规模mimo基站的天线数量；

(2.2)由确定信道编码的功率，其中，pcod为信道编码的效率，rk表示第k个用户能够达到的速率；

(2.3)由plp＝plp_bb+plp_rf确定线性处理的功率，其中，plp_bb表示基带预编码的功率，plp_rf表示射频预编码的功率；

(2.4)由所述信道估计的功率、所述信道编码的功率以及所述线性处理的功率确定大规模mimo基站的计算功率：pcomputation＝pce+pcd+plp。

优选地，在公式plp＝plp_bb+plp_rf中，plp_rf＝nshifterpshifter，其中，nrf为射频链路数量，lbs为基站计算效率，nshifter表示射频移相器的数量，pshifter表示单个射频移相器的功率。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：通过功率放大器和射频链路功率得到基站通信功率，然后通过信道估计功率、信道编码功率以及线性处理功率得到基站计算功率，最后加上固定功率，得到基站总功率。和现有基站总功率的确定方法相比，本发明考虑了计算功率，能够更合理地确定出大规模mimo基站总功率。

附图说明

图1为本发明实施例公开的一种大规模mimo系统的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种大规模mimo基站功率确定方法的流程示意图；

图3(a)表示子阵列结构的大规模mimo基站各个部分功率随天线数量的变化；

图3(b)表示全连接结构的大规模mimo基站各个部分功率随天线数量的变化；

图3(c)比较了全连接结构和子阵列结构基站通信功率随天线数量的变化；

图3(d)比较了全连接结构和子阵列结构基站计算功率随天线数量的变化。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示为本发明实施例公开的一种大规模mimo系统的结构示意图，考虑单小区多用户的大规模mimo系统，大规模mimo系统采用混合预编码。有k个活跃用户，每个用户都为单天线。基站有k个基带数据流流入，配备有nrf根射频链路。基站共有nt根天线。在本发明中，我们只考虑基站的下行链路。

大规模mimo场景中，计算功率无法再被忽略或设为常数。本发明将基站的功率分为用于通信的功率，用于计算的功率和其他固定功率。

ptotal＝pcommunication+pcomputation+pfix(1)

其中，ptotal表示基站总功率，pcommunication表示基站通信功率，pcomputation表示基站计算功率，pfix表示基站固定功率。

如图2所示为本发明实施例公开的一种大规模mimo基站功率确定方法的流程示意图，包括以下步骤：

s1、由功率放大器的功率以及射频链路的功率确定大规模mimo基站的通信功率；

其中，大规模mimo基站的通信功率pcommunication可以由功率放大器的功率ppa以及射频链路的功率prf确定：

pcommunication＝ppa+prf(2)

功率放大器上的功率可以由下式确定：

其中，α为功率放大器的效率，brf为基站射频预编码矩阵，bbb,k为基站基带预编码矩阵bbb的第k列；

射频链路上的功率可以由下式确定：

prf＝nrfprf_per_chain(4)

其中，nrf表示射频链路数量，prf_per_chain表示单个射频链路的功率。

则大规模mimo基站的通信功率可以表示为：

s2、由信道估计的功率、信道编码的功率以及线性处理的功率确定大规模mimo基站的计算功率；

考虑到功率的用途，本发明实施例将信道估计的功率，信道编码的功率和线性处理的功率作为大规模mimo基站的计算功率：

pcomputation＝pce+pcd+plp(6)

其中，pce表示信道估计的功率，pcd表示信道编码的功率，plp表示线性处理的功率。

本发明采用波束训练的信道估计方法，信道估计的功率可以表示成为子信道的数量乘以单径信道估计的功率，信道估计的功率可以由下式确定：

其中，nray表示子信道的数量，κ表示波束训练中每一阶段用到的基站预编码向量的数量，n表示发射角度量化时取的离散点的数量，表示平均信道信噪比，δ表示信道估计错误的概率，g^bs(s)表示波束训练中第s阶段的波束增益，且cs表示归一化常数，nt表示大规模mimo基站的天线数量。

在下行信道，基站进行信道编码。信道编码的功率应和速率成正比，信道编码的功率可以表示为：

其中，pcod为信道编码的效率，rk表示第k个用户能够达到的速率。

在本发明实施例中，线性处理是指发送端的预编码，分为基带预编码和射频预编码两部分来计算，可以表示为：

plp＝plp_bb+plp_rf(9)

其中，plp_bb表示基带预编码的功率，plp_rf表示射频预编码的功率。

对于基带预编码，其功率可以表示为1秒里用于基带预编码的浮点运算数γprecoding除以基站计算效率lbs，即：

(10)式中的浮点运算数γprecoding可以表示成一次基带预编码所进行的浮点运算数ο乘以单位时间进行的预编码的次数νprecoding，即：

γprecoding＝ονprecoding(11)

其中，ο表示一次基带预编码所进行的浮点运算数，νprecoding表示单位时间进行的预编码的次数。

在本发明实施例中，一次基带预编码可以同时处理k个字符，为了达到总速率每秒基带预编码运算次数νprecoding可以表示为：

(11)式中的ο，是在基带预编码矩阵与信号向量的乘法中产生的。在基带端，nrf×k的基带预编码矩阵乘以k×1的基带信号向量所需的浮点运算数为2nrfk。所以ο可以写为：

ο＝2nrfk(13)

综合(10)(11)(12)(13)，可得基带预编码的功率：

对于射频预编码，都是由射频端的射频移相器完成的。因此，射频预编码的功率可以表示为一个射频移相器的功率乘以天线数量。让pshifter表示一个射频移相器的功率，nshifter表示射频移相器的数量，则射频预编码的功率可以表示为：

plp_rf＝nshifterpshifter(15)

因此，总的线性处理功率可以表示为：

由式(7)(8)(16)可以得到计算功率为：

s3、由通信功率、计算功率以及大规模mimo基站的固定功率确定大规模mimo基站的总功率。

其中，由公式(1)(5)(17)可以得到大规模mimo基站的总功率：

如图3(a)表示子阵列结构的大规模mimo基站各个部分功率随天线数量的变化，图3(b)表示全连接结构的大规模mimo基站各个部分功率随天线数量的变化，图3(c)比较了全连接结构和子阵列结构基站通信功率随天线数量的变化，图3(d)比较了全连接结构和子阵列结构基站计算功率随天线数量的变化。可以看到，计算功率所占总功率的比重不容忽视，且随天线数量的变化而变化。因此，在基站总功率的计算中，考虑计算功率是很有必要的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。