[發(fā)明專利]毫米波多天線系統(tǒng)中基于加權容量增速的功率分配方法

有效

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• 申請日: 2017-09-04
• 公開（公告）號: CN107580364B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設計）人: 胡安中
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04W52/24
• 分類號: H04W52/24;H04W52/34;H04W52/38;H04B7/0426
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 杜軍

本發(fā)明涉及一種毫米波多天線系統(tǒng)中基于加權容量增速的功率分配方法。目前的蜂窩無線通信頻帶難以滿足日益增長的數(shù)據(jù)業(yè)務的需求。本發(fā)明方法利用了毫米波多天線系統(tǒng)中的容量的近似凸特性和單調性來分配功率。本發(fā)明方法利用這一特性計算各終端的加權的容量對功率的導數(shù)，即加權的容量增速，根據(jù)加權的容量增速給終端分配功率。在個終端的加權的容量增速相同的情況下，可以實現(xiàn)最大化的漸進系統(tǒng)容量，即基站天線數(shù)量趨于無窮下的系統(tǒng)容量。由于本發(fā)明方法利用的是毫米波多天線系統(tǒng)中的容量特性，即基站天線數(shù)量較多的情況下容量特性，其近似誤差較小，能夠取得更優(yōu)的功率分配結果。

技術領域

本發(fā)明屬于無線通信技術領域，涉及一種用于毫米波多天線系統(tǒng)中基于加權容量增速的功率分配方法，是一種為多個終端分配基站的發(fā)射功率的方法。

背景技術

目前的蜂窩無線通信頻帶已經(jīng)非常擁擠，并且難以滿足日益增長的數(shù)據(jù)業(yè)務的需求。提高無線電波頻率到毫米波的頻率，可以有效解決目前頻帶擁擠的現(xiàn)狀。并且，毫米波的波長短，天線的長度可以縮短，基站和終端都可以配置大量天線，提高傳輸頻帶的利用率。在毫米波多天線系統(tǒng)中，基站配置了幾百或幾千根天線，每個終端配置多根天線。由于信號的傳播以直射路徑為主，不同終端的信道存在相關性，導致終端間存在干擾。功率分配是減輕終端間干擾的一種有效方法。由于不同的終端間的干擾程度不同，合理分配基站功率可以盡量減小干擾，提高功率的利用效率。

毫米波多天線系統(tǒng)中的功率分配面臨著問題。基于幾何規(guī)劃的功率分配方法和基于逐次凸近似的功率分配方法需要將原功率分配問題近似，近似的誤差會造成功率分配結果不是最優(yōu)的。基于分數(shù)規(guī)劃的功率分配方法最大化功率效率而不是頻譜效率，導致干擾不能降到最低。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有方法不能以最優(yōu)方式分配基站功率的問題，即通過分配基站功率以最大程度降低干擾的問題，提供一種毫米波多天線系統(tǒng)中基于加權容量增速的功率分配方法。

本發(fā)明方法基于一個包含一個基站和多個終端的通信系統(tǒng)，基站天線陣列為均勻矩形陣，且包含數(shù)百或數(shù)千根天線；基站采用波束空間方法降低信號維度，基站的發(fā)射功率受限。

本發(fā)明方法包括如下步驟：

步驟1.初始化階段：

計算波束空間信道相關矩陣的奇異值分解，獲得奇異向量組成的矩陣和奇異值組成的矩陣，計算每個終端的權重；按照均勻分配的方式分配總功率。

步驟2.迭代分配功率階段：

2-1.對于所有的編號屬于需要分配功率的終端的編號的集合的終端，計算加權的容量對功率的導數(shù)，然后計算這些導數(shù)的方差和：如果該方差和的值大于設定的閾值，進入2-2；如果該方差和的值小于等于設定的閾值，則結束步驟2，結束算法；

2-2.對于所有的編號屬于需要分配功率的終端的編號的集合的終端，找到各終端的加權的容量對功率的導數(shù)的最大值和最小值，以及對應的終端的編號；計算這兩個終端的加權的容量對功率的二階導數(shù)；根據(jù)二階導數(shù)，在保證總功率不變的條件下，計算具有加權的最大導數(shù)的終端的功率增加量和具有加權的最小導數(shù)的終端的功率減小量，使兩個終端的加權的容量對功率的導數(shù)在改變后相等；計算按照功率減小量減小后具有加權的最小導數(shù)的終端的功率：

如果具有加權的最小導數(shù)的終端的功率減去減少量后大于零，按照功率增加量增加具有加權的最大導數(shù)的終端的功率，按照功率減小量減小具有加權的最小導數(shù)的終端的功率；

如果具有加權的最小導數(shù)的終端的減去減少量后功率小于等于零，重新將減少量設置為最小值對應的終端的功率，相應地在總功率不變的條件下重新設置增加量，將最大值對應的終端的功率按照增加量增加，將最小值對應的終端的功率按照減少量減小，并將其編號從需要分配功率的終端的編號的集合移到不需要分配功率的終端的編號的集合。

步驟3.返回步驟2判斷迭代是否繼續(xù)。