专利名称：一种能够提高移动通信系统功率效率的分布式mimo系统中功率分配与天线选择方法
技术领域：
本发明涉及无线移动通信领域中基站发射功率分配和天线资源调配的方法，属于移动通信系统中无线资源管理研究领域。
背景技术：
随着MIMO技术在移动通信系统中的广泛应用，集中式多天线系统、分布式多天线系统已成为移动通信系统中典型的无线网络结构。为了有效地使用移动通信系统中多天线资源，在系统中的集中式或分布式天线之间采用协同技术提高系统频谱利用率和功率小了、合理地放置多天线形成中继式天线系统以较高的功率效率提高无线信号覆盖范围等各种新型的无线网络结构和针对天线资源的管理与调度方法也不断涌现。其中，合理地设计移动通信系统运行过程中高效、低复杂度的天线资源选择方法已成为无线资源管理的必然要求。传统的MIMO系统又称为集中式MIMO系统，它基于传统的蜂窝结构，把采用MIMO 技术的多个天线集中放置在一处，仅仅要求各天线间的间距等于或大于1/2信号波长，以便使得各收/发天线对的小尺度衰落不相关而获得相应的分集增益。但是这种传统的集中式MIMO系统往往存在着所谓的“阴影区”或“通信死角”，即天线由于集中放置而无法覆盖到的区域，在这些区域内信号衰落十分明显甚至会影响到正常的通信。另外，传统蜂窝系统增加频谱效率的方法主要包括扇区化和小区分裂，即向着多扇区、微小区和混合小区方向发展。但这并不能从本质上解决问题，小区分裂不可能无限制地进行下去。随着小区面积的变小，会带来诸如切换更加频繁、系统干扰增加、频率规划复杂、成本提高等问题。例如当小区半径减小为原来的1/2时，所需的基站数目将会是原来的4倍，导致小区切换率大大增加，系统复杂度和成本也呈指数级上升。目前3G系统仍采用蜂窝结构，能达到2Mbps的传输速率和较大系统容量。4G的设计速率高达100Mbps，预计用户数量也要比3G系统高出一个数量级。因此，4G无线接入网若沿用传统的蜂窝结构，将很难以合理的成本同时满足高速率/大容量和高覆盖率的要求。所以4G接入网必须对蜂窝结构进行改进或采用新的结构。在这种背景下，传统的集中式MIMO系统将不再适合这样的网络拓扑结构。传统的天线选择方法主要根据各天线的无线信道状态选择集中式多天线系统中发射和接受天线以减少射频单元的数量和改善空域相关性能等方法，无法应用于由多个天线不同放置方法所构成的分布式网络结构中。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种能够提高移动通信系统功率效率的分布式 MIMO系统中功率分配与天线选择方法，它能够满足多天线移动通信系统中发射功率分配、 天线选择和移动终端切换算法的快速、简单要求。技术方案如下
一种能够提高移动通信系统功率效率的分布式MIMO系统中功率分配与天线选择方法，包括以下步骤第一步接收端周期性地测量分布式MIMO移动通信系统中的大尺度信道衰落信息，并将该大尺度信道衰落信息反馈回发射端；第二步基站根据接收到的大尺度信道衰落信息在各个端口间进行注水功率分配；第三步根据每个端口得到的注水功率分配结果，在每个端口上进行等功率分配；每次功率配置和天线快速选择过程是在每个运行周期中重复第三步。所述第一步接收端周期性地测量分布式MIMO移动通信系统中的大尺度信道衰落信息，并将该信息反馈回发射端，得到大尺度信道信息矩阵G ；G = diag(gi; g2, ..., gNL) = diag(L1Il, L2Il,…，LnIl) [1]；其中，N为端口数目，L为每个端口上的天线数目，Li表示第i个端口上的大尺度衰落系数，并且g(i_1)L+1 = g(i_1)L+2 =…=giL = Li, i = 1，2，...，N [2]；L1 = ;αΙ2ΙΟξ'120[3]；α为路损指数；屯是移动台距离第i个天线端口的距离；《eN(0,ffU，其中 σ皿」是移动台与端口 i之间的阴影衰落标准差，单位是dB。所述第二步基站根据接收到的大尺度信道衰落信息在各个端口间进行注水功率分配；端口间的功率注水模型表示为
( Ν ΛCup = maxIog2 det lN +-DQDh[4]；
6V σ Js. t. tr (Q) ^ Pt其中，D= Cliagai, L2,…，Ln)是端口信息矩阵，Q = diag(Q1, %，…，是端口间的功率分配矩阵，Pt是总的发射功率；该模型的解为
— —1 +Q1= U-^j，i = \,2,…,N[5]；其中，参数u由Σ β =昇确定；
i公式4和公式5说明，端口信道条件越好，分配的功率就越多；反之越少。所述第三步根据每个端口得到的功率分配结果Q，在每个端口上进行等功率分配，得到最终的有效天线子集及其功率分配矩阵P。P(H)Ltl = P(H)W=PiL = QiZL[6]其中，Gji表示第i个端口上得到的功率分配结果，i = 1,2,…，N，功率分配矩阵P =diag(P1, P2,…，ΡΝ )。本方法的实现不需要已知全部信道信息，只需已知大尺度信道信息，将传统两种功率分配方案相结合，在实现功率分配的同时实现天线的选择，因此有效地提高了系统的性能并降低了实现复杂度。
有益效果本发明的分布式MIMO系统中功率分配与天线选择方法能够提高移动通信系统功率效率，改善多天线移动通信系统的天线选择方法和切换方法，保障移动通信系统的移动性要求。算法的主要工作是计算端口间的注水功率分配，但由于该功率分配时基于大尺度信道信息的，因此在实际系统运行过程中复杂度较低。
图1是分布式MIMO系统中发射功率分配与天线选择方法的运行流程示意图。图2是分布式MIMO系统中发射功率分配与天线选择方法的系统结构示意图。
具体实施例方式本发明的分布式MIMO系统中功率分配与天线选择方法，基站根据接收端测量并反馈回的大尺度信道信息确定于移动终端通信的发射功率和天线。分布式天线系统中功率分配与天线选择方法的运行流程如图1所示，具体步骤如下第一步接收端周期性地测量分布式MIMO移动通信系统中的大尺度信道衰落信息，并将该信息反馈回发射端，得到大尺度信道信息矩阵G ；G = diag(g1, g2, ..., gNL) = diag (L1Il, L2Il, ..., LnIl) [1]其中，N为端口数目，L为每个端口上的天线数目，表示第i个端口上的大尺度衰落系数，衰落系数，并且
权利要求
1.一种能够提高移动通信系统功率效率的分布式MIMO系统中功率分配与天线选择方法，其特征在于，包括以下步骤第一步接收端周期性地测量分布式MIMO移动通信系统中的大尺度信道衰落信息，并将该大尺度信道衰落信息反馈回发射端；第二步基站根据接收到的大尺度信道衰落信息在各个端口间进行注水功率分配； 第三步根据每个端口得到的注水功率分配结果，在每个端口上进行等功率分配； 每次功率配置和天线快速选择过程是在每个运行周期中重复第三步。
2.如权利要求1所述一种能够提高移动通信系统功率效率的分布式MIMO系统中功率分配与天线选择方法，其特征在于所述第一步接收端周期性地测量分布式MIMO移动通信系统中的大尺度信道衰落信息，并将该信息反馈回发射端，得到大尺度信道信息矩阵G ；G = diag(gi; g2, ..., gNL) = diag(L1Il, L2Il,…，LnIl) [1]；其中，N为端口数目，L为每个端口上的天线数目，Li表示第i个端口上的大尺度衰落系数，并且S(H)Ui = S(H)U2=W=SiL = Lpi = U, —, N[2]；Li = -αη\Οξ '20[3]；α为路损指数；屯是移动台距离第i个天线端口的距离；《eN(0,O其中0(^是移动台与端口 i之间的阴影衰落标准差，单位是dB。
3.如权利要求1所述一种能够提高移动通信系统功率效率的分布式MIMO系统中功率分配与天线选择方法，其特征在于所述第二步基站根据接收到的大尺度信道衰落信息在各个端口间进行注水功率分配；端口间的功率注水模型表示为 (N )Cai= maxIog2 det Iw+-DQDh[4]；6V σ s. t. tr (Q) ( Pt其中，D = CliagO^L2, -,Ln)是端口信息矩阵，Q =肚叫拟，仏，-,Qn)是端口间的功率分配矩阵，Pt是总的发射功率；该模型的解为 — —1 +Q1=，i = I，2，-'N [5]；其中，参数11由2^= 角定；i公式4和公式5说明，端口信道条件越好，分配的功率就越多；反之越少。
4.如权利要求1所述一种能够提高移动通信系统功率效率的分布式MIMO系统中功率分配与天线选择方法，其特征在于所述第三步根据每个端口得到的功率分配结果Q，在每个端口上进行等功率分配，得到最终的有效天线子集及其功率分配矩阵P。P(i-1)L+1 = P(i-l)L+2...= PiL = Qi/L [6]其中，A表示第i个端口上得到的功率分配结果，i = 1,2,…，N，功率分配矩阵P = diag(P1, P2, ".，PNL)。
全文摘要
本发明公开了一种能够提高移动通信系统功率效率的分布式MIMO系统中功率分配与天线选择方法，包括以下步骤第一步接收端周期性地测量分布式MIMO移动通信系统中的大尺度信道衰落信息，并将该信息反馈回发射端；第二步基站根据接收到的大尺度信道衰落信息在各个端口间进行注水功率分配；第三步根据每个端口得到的功率分配结果，在每个端口上进行等功率分配。每次功率配置和天线快速选择过程是在每个运行周期中重复第三步。本发明的分布式MIMO系统中功率分配与天线选择方法能够提高移动通信系统功率效率，改善多天线移动通信系统的天线选择方法和切换方法，保障移动通信系统的移动性要求。算法的主要工作是计算端口间的注水功率分配，但由于该功率分配时基于大尺度信道信息的，因此在实际系统运行过程中复杂度较低。
文档编号H04B7/04GK102158321SQ20111010743
公开日2011年8月17日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者云婵, 弓宇宏, 王霞 申请人:西安交通大学