[發明專利]蜂窩基站及功率分配參數、方法和下行數據預處理裝置

有效

• 申請號: 201510274574.2
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN104968042B
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 董恒
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W52/34
• 分類號: H04W52/34;H04B7/0426;H04B7/0456
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發明公開了一種蜂窩基站及功率分配參數、方法和下行數據預處理裝置，通過設計功率分配參數，對下行數據進行預處理后再通過天線進行發射，使得發射功率的變化范圍更加集中。這樣，避免了由于信道特性不好造成發射功率突然增加的情況，發射機的功率更加趨于穩定，因而效率得以提高。同時，該方案與缺少功率調度的相比，其總容量也得以增加。在前面的基礎上，還引入了發射功率控制因子，實現了發射功率恒定。

技術領域

本發明涉及一種蜂窩基站及功率分配參數、方法和下行數據預處理裝置，屬于蜂窩通信系統基站物理層預編碼技術領域。

背景技術

蜂窩網絡中，如何提高系統的容量是一個關鍵問題。基站的下行功率通常會受到一定的約束。如功放的輸出有線性要求，信號的畸變范圍。另外，對于從3G，4G到正在研究的5G，為了提高容量蜂窩的半徑越來越小。這就要求對于基站的發射功率進行嚴格的限制，避免對于相鄰小區的用戶帶來過多的干擾。在強調發射功率限制的同時，對于容量的要求卻是不斷地提高的。根據目前的規劃，5G將要求與4G相比，每年翻一番，10年1000倍的容量來設計。對于目前的業務來說，下行的容量需求更加迫切。大量的寬帶數據業務需要提供更大的帶寬和更高的速率。

對于蜂窩基站來說，目前多用戶通信技術普遍采用了預編碼技術。可以同時實現用戶間干擾的消除和抗噪聲的目的。在基站的物理層預編碼領域一個很重要的基本問題是，如何對于各個用戶進行功率分配，使小區的總和系統容量最大。

對于這個問題已經有了廣泛的研究。其中通過拉格朗日法可以求得最佳算法，即是著名的注水算法(water-filling)。其思想是針對用戶的信道狀態信息進行不同的功率分配。簡單地描述，注水算法是針對于需要通信的所有激活用戶反饋的信道狀態信息(CSI)，計算出一個中斷(cutoff)信噪比γ₀。對于高于中斷信噪比的用戶，按照1/γ-1/γ₀的比例進行功率分配。即信噪比越高的用戶獲得最高的容量，信噪比達不到的就不提供服務。這樣的分配模式已經被理論證明是容量最佳的。

但這種方法需要將上述的計算中斷信噪比，然后分配功率的過程進行迭代進行，只到沒有新的用戶被拒絕服務為止。因此本質上，是一種迭代算法。另外，在一些應用場景下，即時用戶的信道條件較差，也希望需要一定的速率來支持哪怕是簡單的應用，如文字消息通信等。特別是，如果出現了野外緊急情況，雖然信道條件可能不好，但如果能傳輸簡單的信息，也是有價值的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種蜂窩基站及功率分配參數、方法和下行數據預處理裝置，本發明可以以較低的復雜度實現接近最佳的容量，提高基站的功率效率。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一方面，本發明提供一種蜂窩基站最大容量功率分配參數的計算方法，基站采用預編碼矩陣對下行數據進行預編碼傳輸，具體為：

令預編碼矩陣為B，則矩陣B^HB的主對角線元素的幾何均值其中，c_ii為預編碼矩陣為B的主對角線元素，i＝1,2,…K，K為下行數據的數據流總數，上標H表示一個矩陣或向量的共軛轉置；根據得到每個數據流的功率分配參數λ_i。

另一方面，本發明提供一種蜂窩基站最大容量功率分配方法，基站采用預編碼矩陣對下行數據進行預編碼傳輸，具體為：

在基站側，首先通過預編碼矩陣以及如上所述的功率分配參數對下行數據進行預處理，即s'＝BΛs，其中，s'為預處理后下行數據的信息向量，B為預編碼矩陣，Λ為功率分配矩陣，Λ＝diag([λ₁,λ₂，…λ_K])，s為下行數據的信息向量；最后基站通過天線將預處理后的下行數據發送至各個移動終端。

作為本發明的進一步優化方案，當基站的發射功率設限時，設計功率控制因子以實現發射功率恒定，具體為：