一种多小区多用户mimo系统的上下行功率分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉一种使用多个发送/接收天线来传输高速数据的移动通信系统，尤其涉 及一种在多小区多用户的多天线系统中适用的上下行链路功率分配方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，无线数据业务需求增长迅猛，无线传输资源日趋紧张，为了充分利用频谱 资源，多天线发送/接收（MIM0)系统成了无线通信系统的关键技术。相比较单天线传输， MM0系统的优势明显。通过并行数据流的传输，MM0可以获得与发送和接收天线数成线性 增长关系的系统容量，同时还有传输分集以及更高的稳定性等优点。为了进一步减少小区 间干扰，提高频谱利用率，令MM0系统的一个基站在同一时频资源上同时服务多个用户， 即形成了多用户MM0技术。相比较传统的点对点MM0技术，多用户MM0可提供更高的空 间复用增益，且其系统终端可以只配备廉价的单天线，同时资源分配也相对简单，因此多用 户MM0成为了近期的研宄热点。
[0003] 在实际网络中，系统总功率是受限的，简单的平均功率分配往往不能充分利用系 统能量资源，使总容量无法达到最优，因此找到一个高效可行的功率分配方案是提高系统 容量的关键。每个用户都有不同的信道状况，若已知每个用户的信道特征，利用注水算法即 可获得最大的信道容量。然而，由于无线信道的时变性，很难获得信道的准确瞬时特性。所 以一般的做法是假设信道是各态历经的，用一段时间内的信道平均值来代替瞬时值进行研 宄。功率分配的关键就是要在此各态历经信道中找到每个用户的信道特征表征量，既要简 单可行又要接近真实的信道特征。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于多小区多用 户MM0系统的上下行功率分配方法，只需要信道大尺度衰落信息，在总功率不增加的前提 下，能以较低的复杂度获得逼近信道容量的系统传输速率，有效地提高系统容量，获得较高 的传输速率。
[0005] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] 一种多小区多用户MM0系统的上下行功率分配方法，包括如下步骤：
[0007] (1)该多小区多用户MM0系统中，小区数为L，每个小区都有一个天线数为M的基 站和N个随机分布的单天线用户；通过基站估计出每个信道的统计特性，即大尺度衰落信 息表示第12个小区第n个用户到第1i个小区基站的大尺度衰落系数；
[0008] (2)以第i个小区作为功率分配考虑对象，其他小区的分配功率已知；在上行链路 中，根据大尺度衰落信息及基站天线数M和小区用户数N，得到第i个小区第n个用户的上 行信道状况表征量C:
[0009]
【主权项】
1. 一种多小区多用户MMO系统的上下行功率分配方法，其特征在于：包括如下步骤： (1) 该多小区多用户MMO系统中，小区数为L，每个小区都有一个天线数为M的基站 和N个随机分布的单天线用户；通过基站估计出每个信道的统计特性，即大尺度衰落信息 A+，表示第12个小区第η个用户到第I i个小区基站的大尺度衰落系数； (2) 以第i个小区作为功率分配考虑对象，其他小区的分配功率已知；在上行链路中， 根据大尺度衰落信息及基站天线数M和小区用户数N，得到第i个小区第η个用户的上行信 道状况表征量G :
其中，W表示第1个小区第c个用户的发射功率； 已知第i个小区的用户上行发射总功率最大值为r，则根据第i个小区中每个用户不 同的上行信道状况，得到最优上行功率分配方案如下：
的常数，max( ·)表示取（·）中的最大值； (3) 在下行链路中，基站利用上行信道信息进行下行预编码传输，根据上行信道得到的 大尺度衰落信息及基站天线数和小区用户数，得到第i个小区第η个用户的下行信道状况 表征量4 :
%表示第1个小区基站向本小区第c个用户的 发射功率； 已知第i个小区的用户下行发射总功率最大值为<，则根据第i个小区中每个用户不 同的下行信道状况，得到最优下行功率分配方案如下：
的常数，max( ·)表示取（·）中的最大值。
2. 根据权利要求1所述的多小区多用户MMO系统的上下行功率分配方法，其特征在 于：所述步骤（2)中，最优上行功率分配方案的具体方法如下： (21)初始化用户集合indexN = {1，2,…，N}; (23) 使用B计算 同时将η从集 (22) 统计集合indexN中的元素个数为Q，计;I
司时初始化用户 索引值η = 1，标记变量f lag = 1 ;
Mi ， 合indexN中删除，flag = 0, η = η+1，返回步骤（23);若/C为非负值，η = η+1，返回步骤 (23);若n>max(indexN)，贝丨」进入步骤（24); (24) 若flag = 1，计算完成；若flag = 0,进入步骤（22)。
3.根据权利要求1所述的多小区多用户MMO系统的上下行功率分配方法，其特征在 于：所述步骤（3)中，最优下行功率分配方案的具体方法如下： (31) 初始化用户集合indexN = {1，2,…，N}; (32) 统计集合indexN中的元素个数为Q，计算：，同时初始化用户 索引值η = 1，标记变量f lag = 1 ;
(33) 使用，计i
若d为负值，则令同时将η从集 合indexN中删除，flag = 0, η = n+1，返回步骤（33);若/^为非负值，η = n+1，返回步骤 (33);若n>max(indexN)，贝丨」进入步骤（34); (34) 若flag = 1，计算完成；若flag = 0,进入步骤（32)。
【专利摘要】本发明公开了一种多小区多用户MIMO系统的上下行功率分配方法，根据信道统计信息为每个用户分配上下行功率，使得系统总容量达到最优。步骤如下：基站估计出信道的统计特性，利用大尺度信息以及基站天线数和用户数，计算出每个用户的上行信道状况表征量，继而根据上行系统发射总功率的限制条件和每个用户不同的信道特征，进行功率分配。基站根据上行链路信道信息进行下行预编码传输，利用大尺度信息及基站天线数和用户数，计算出每个用户的下行信道状况表征量，继而根据下行系统发射总功率的限制和每个用户不同的信道特征进行下行功率分配。本发明提供的功率分配方案复杂度低，简单可行，且获得的信道容量与最优功率分配获得信道容量非常接近。
【IPC分类】H04W52-34
【公开号】CN104684064
【申请号】CN201510134899
【发明人】金石, 张琦, 朱洪波
【申请人】东南大学, 南京邮电大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月25日