高能效大规模天线系统中下行链路关键参数的设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种高能效大规模天线系统中下行链路关键参数的设计方法，属于通信领域，通过该方法，可获得使大规模天线系统下行链路能量效率最高的系统参数，包括基站天线数目M，小区用户数目K，和基站发射功率PT。本发明提供的参数设计方法分为“用户分布模型参数计算”和“系统能量效率分析及优化计算”两步。“用户分布模型参数计算”包括：统计基站覆盖范围内用户与基站的距离信息，建立实际的用户分布模型；计算相应用户分布模型的关键参数。“系统能量效率分析及优化计算”包括：推导高能效大规模天线系统下行链路的能量效率表达EE＝f(M,K,PT)；根据系统的资源配置条件，分析得到几种不同情况，并进一步得到每种情况下的最佳参数
【专利说明】高能效大规模天线系统中下行链路关键参数的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信领域，特别涉及一种高能效大规模天线系统中下行链路关键参数 的设计方法。
【背景技术】
[0002] 大规模天线（Massive ΜΜ0)技术是传统ΜΜ0技术的扩展，通过在基站配置上百 根天线来服务数十个用户，理论上能够大幅提升系统的能量效率。据现有文献报道，天线的 发射功率随着天线数目的增长呈线性下降趋势。然而，该结论是建立在不考虑基站电路功 率损耗的基础上的。实际系统中，除了天线发射功率，每根天线的配套硬件如数模转换器， 功率放大器，滤波器等设备都需要消耗能量。当天线数目增大时，电路部分的功耗将显著增 力口，因此在设计一个高能效的通信系统时，如何寻求最佳的平衡显得至关重要。
[0003] 现有文献中提高大规模天线系统下行链路能量效率的方法，主要有：（1)优化波 束成型器，控制基站端波束的发射方向；（2)针对小区中用户的需要，在基站端进行功率控 制；（3)对于低负载的环境，基站采用不连续（DTX)的数据发送方式。
[0004] 对现有方法进行分析后，发明人发现：文献中所提到的方法都是在系统建立之后， 通过优化功率，波束等来提高能量效率，或是过于复杂，可行性方面有所欠缺，或是适用范 围狭窄，具有一定的局限性。方法（1)需要获得全部信道信息，进行最优波束成型器的求 解，相对比较复杂，不易实现。方法（2)中功率控制的范围受收发硬件动态范围的限制，具 有一定的局限性。方法（3)只适用于低负载的环境，对于高负载的小区，该方法不能使用。
[0005] 用户分布是大规模天线系统中另一个关键的问题。现有文献中的系统分析和优化 大都假设用户服从均匀分布，但实际上，用户的分布状况一方面受到物理环境因素的制约， 比如道路，河流，建筑，公园等；一方面受到人群聚集的影响，比如像购物中心，机场等高度 集中的热点区域；在地理空间上往往呈现非均匀分布，因此针对更为实际的非均匀分布模 型进行优化具有重要价值。
[0006] 发明人从普适的非均匀用户分布模型出发，以系统平均区域谱效的闭式表达作为 切入点，建立系统能量效率函数，在此基础上提出设计基站天线数目M，小区用户数目K，和 基站发射功率Ρ τ这三个关键参数的简便方法，提升大规模天线系统下行链路的能量效率。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是针对现状中用户分布模型不够实际，系统能量效率较低的问题， 提供一种高能效大规模天线系统中下行链路关键参数的设计方法。
[0008] 高能效大规模天线系统中下行链路关键参数的设计方法：统计基站覆盖范围内用 户与基站的距离信息，获得实际的用户分布模型；计算相应用户分布模型的关键参数；推 导大规模天线系统下行链路的能量效率表达式EE = f(M，Κ，Ρτ);根据系统的资源配置条 件，分析得到几种不同情况，并进一步得到每种情况下的最佳参数。
【权利要求】
6. 根据权利要求4所述的高能效大规模天线系统中下行链路关键参数的设计方法，其 特征在于，所述的双变量联合优化方法为：给定（M，K，P T)这三个参数中的任意一个，优化另 外两个参数，包括： (1) 给定用户数目K，联合优化基站天线数目Μ和基站发射功率Ρτ ; 5100、 算法开始运行时，设置初始基站发射功率Ρτ > 0 ; 5101、 更新基站天线数目Μ为M°pt ; 5102、 更新发射功率Ρτ为/5,; 5103、 循环执行步骤S101和S102,直到算法收敛，获得最优的基站天线数目M°pt和基站 发射功率/^严 ； 其中算法收敛的判断条件为整数Μ不再变化； (2) 给定基站天线数目Μ，联合优化用户数目Κ和基站发射功率Ρτ ; 5110、 算法开始运行时，设置初始基站发射功率Ρτ > 0 ; 5111、 更新发射功率 5112、 优化用户数目K为K°pt ; 5113、 循环执行步骤Sill和S112,直到算法收敛，获得最优的用户数目K°pt和基站发射 功率/T ; 其中算法收敛的判断条件为整数K不再变化； (3) 给定基站天线数目Ρτ，联合优化用户数目K和基站发射功率Μ ; 5120、 算法开始运行时，设置初始用户数目Κ = 1 ; 5121、 更新基站天线数目Μ为M°pt ; 5122、 对M°pt取四舍五入，优化用户数目K为K°pt ; 5123、 循环执行步骤S121和S122,直到算法收敛，获得最优的用户数目K°pt和基站发射 功率M°pt ; 其中算法收敛的判断条件为整数K和Μ不再变化。
7. 根据权利要求4所述的高能效大规模天线系统中下行链路关键参数的设计方法，其 特征在于，所述的三变量联合优化方法为：对（Μ，Κ，Ρ Τ)这三个参数进行联合优化； 520、 算法开始运行时，设置初始基站发射功率Ρτ > 0,用户数目Κ = 1，基站天线数目Μ =3 ； 521、 更新用户数目Κ为K°pt; 522、 更新基站天线数目Μ为M°pt ; 323、更新发射功率匕为尽0; S24、循环执行步骤S21到S23,直到算法收敛，获得最优的三个重要系统参数 (Mopl,Kopl，PTopl)·， 其中算法收敛的判断条件为整数K和M不再变化。
【文档编号】H04B7/04GK104065403SQ201410240352
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】钟财军, 孔垂丽, 张朝阳 申请人:浙江大学