適用於分布式天線系統的功率分配方法

2023-05-12 12:21:36 5

專利名稱：適用於分布式天線系統的功率分配方法
技術領域：
本發明涉及一種適用於分布式天線系統的自適應功率分配方法，屬於移動通信中的 無線資源管理領域。
背景技術：
分布式天線系統(Distributed Antennas System, DAS)是指通過光纖、電纜或無線 傳輸方式將多個天線統一連接到基站而組成的系統。它可以提高系統無線信號的覆蓋能 力和系統容量，是未來公共無線接口發展的一種新趨勢。
近年來，國內外學者就DAS中的相關問題開展了大量的研究工作。文獻"ZhouSD， Zhao M, Xu X B， et al. Distributed wireless communication system: A new architecture for fiiture public wireless access [J]. IEEE Communications Magazine, 2003， 41(3):108 113.，，提 出DAS的架構；文獻"Dai L, Zhou S, Yao Y. Capacity analysis in CDMA distributed antenna systems[J]. IEEE Trans Wireless Communications, 2005, 4 (6): 2613~2620.""Wan C, Andrews J G. Downlink performance and capacity of distributed antenna systems in a multicell environment[J]. IEEE Trans Wireless Communications, 2007， 6(1): 69 73.，，"Seifi N: Wolfgang A， Ottosson T. Downlink performance and capacity of distributed antenna systems based on realistic channel model[C]. International ITG Workshop on Smart Antennas, 2008: 249~253"研究DAS的頻譜利用率、系統容量等性能；文獻"Diomidis S M， George K K, Theodoros A T， et al. Distributed transmit antenna selection (DTAS) under performance or energy consumption constraints [J]. IEEE Trans Wireless Communications, 2008， 7 (4): 1168 1173."則研究DAS中的天線選擇問題；文獻"Xu W, Niu K, He Z, et al. Resource allocation in multiuser OFDM distributed antenna systems[C]. Vehicular Technology Conference IEEE 65th， Dublin, Ireland, 2007: 1797~1801."研究OFDM DAS中的資源分 配，在給定功率約束下最大化系統和速率容量，取得較好的效果。由以上的敘述可知， 有關分布式天線系統中功率分配的研究相對較少
發明內容
技術問題針對分布式天線系統中的自適應傳輸問題，本發明提出一種簡單的功 率分配方法，分布式天線系統使用本發明所提的功率分配方法可有效節省基站的發送功 率。
技術方案本發明提出一種適用於分布式天線系統的功率分配方法，該方法的具 體步驟包括
第一步基站獲得系統中所有用戶反饋的信道衰落係數
W…,^，…,、，…，、,…,^，…，V，V,…，Vk，、表示第i根天線到第J個用 戶的信道衰落係數，M表示分布在小區不同位置的天線總數，iT表示小區中的用戶數；
第二步建立功率分配的線性規劃模型，利用改進單純形算法在各根天線之間協調 分配用戶的發送功率。
1.上述的適用於分布式天線系統的功率分配方法，其實現步驟中的第二步包括以 下步驟
①建立分布式天線系統功率分配的線性規劃模型
~ i=l —1
s上
7j ^ 7;
p^表示第i根天線分配給第j個用戶的發送功率，p^表示每根天線的最大發送
1 Jtf
功率，^=^:cp,
表示第J個用戶的信噪比，^表示各用戶接收機的加
性高斯白噪聲功率，7〗為用戶j的最低信噪比門限； ②通過增加鬆弛變量將①中的線性規劃模型轉化為標準線性規劃式
min/(X) = c;TX AX = b
& > 0， i = 1,2,…，M, J. = 1，2，…，ir
s.t.
其中c =
工-w ^0
,l，O，O,-"，O
n-MiT
A為係數矩陣，b二(^A，…,、)T ，
5X = (A,"P2,"…,Pa/,"…，A'j，…，A,;，…,Pw…，PvT,P2,，…，^Vif,^,…，^-縱)1 ，
5，...,^—」艦為鬆弛變量，t ，…，t^0，上標T表示向量或矩陣的轉置，rz為 標準線性規劃式中未知數的個數，m為標準線性規劃式中等式約束的個數；
③ 找出初始可行基，確定初始基可行解，建立初始單純形表；
④ 根據基可行解，求各非基變量的檢驗數，若基可行解為 XD=(C"m,0,(V",0)T，則X中的後"一 m個分量為非基變量，它們對應
的檢驗數分別為^+1,、+2，一，、，其中￡/=C/—r:1^ ，
j'G(m + l,m + 2，…，r^， ~/為係數矩陣A的第i'行第/列對應的元素；若對 所有/e"(m + l,m + 2，…,n[有9 $0，則當前的基可行解即為所求的最優解， 由最優解可得到第i根天線分配給第j個用戶的發送功率p,,，否則轉⑤； 若對於￡/ <0的所有/，有^) SO,則該問題無最優解，停止計算；否則轉⑥;
冗
分量為進基變量，X的第Z個分量為出基變量，以a^為主元素進行迭代，把X的
⑥求M
=argmax△ 6^<0卜其中《,
\ / fc=m+l,m+2，.",7i，Z=l，2，..-,m Ifc，'《 J
，確定X的第A;
水
第A;個分量所對應的列向量(^，、，…,^，…,a^變換為 得到新的可行解，更新單純形表，轉 。
0，0，…，J ，o,...，o
'行
有益效果與現有技術方案相比，本發明提出的適用於分布式天線系統的功率分 配方法以發送功率最小化為目標進行下行功率分配；改進單純形法對傳統單純形法出基 變量和進基變量的確定方法進行改進，可減少迭代次數；分布式天線系統使用本發明提 出的功率分配方法可以有效地節省基站的發送功率。


圖1為本發明所提功率分配方法流程圖。
具體實施例方式
本發明提出一種適用於分布式天線系統的功率分配方法，該方法的具體步驟包括-第一步基站獲得系統中所有用戶反饋的信道衰落係數
W…,^，…,、,…,、，…，^,…,^v，V，…，Vr ,表示第i根天線到第j個用
戶的信道衰落係數，M表示分布在小區不同位置的天線總數，K表示小區中的用戶數； 第二步建立功率分配的線性規劃模型，利用改進單純形算法在各根天線之間協調
分配用戶的發送功率。
2.上述的適用於分布式天線系統的功率分配方法，其實現步驟中的第二步包括以
下步驟
①建立分布式天線系統功率分配的線性規劃模型
"1 —1
s.t. y^p.. < p
Z 乂 f i,J — r max
& ，表示第i根天線分配給第j個用戶的發送功率，Pmax表示每根天線的最大發送 功率，7, =lZ^u
表示第j個用戶的信噪比，^表示各用戶接收機的加
性高斯白噪聲功率，^為用戶J'的最低信噪比門限； ②通過增加鬆弛變量將①中的線性規劃模型轉化為標準線性規劃式
min /(X) = crX AX = b
A 2 0, i:l,2,…，JW^二l,2，…，K
s.t.
其中
人T
> o
1，1,…,1，0，0，…，0
A為係數矩陣，b二(、A，…人
—M幻
x = OVA,"…，: Vp…，^，…,P乾屍…,^V,^V，…，Pa^A,…，氣-ii 5,…，3^她為鬆弛變量，&"、， ■ ，、 20，上標T表示向量或矩陣的轉置，"為
7標準線性規劃式中未知數的個數，m為標準線性規劃式中等式約束的個數；
③ 找出初始可行基，確定初始基可行解，建立初始單純形表；
④ 根據基可行解，求各非基變量的檢驗數，若基可行解為 X° = (C-，《em，0,(v-，0)T，則X中的後n-m個分量為非基變量，它們對應
的檢驗數分別為￡m+1，em+2，"-,￡n ，其中rLc, ，， /e"(m + l，m + 2,…,n[， a。,為係數矩陣A的第z'行第/列對應的元素；若對 所有/ G {飢+ l，m + 2，…，4有^, ^ 0 ，則當前的基可行解即為所求的最優解， 由最優解可得到第i根天線分配給第j個用戶的發送功率;^.，否則轉⑤；
⑤ 若對於￡/ <0的所有/，有a,) ^0，則該問題無最優解，停止計算；否則轉⑥；
⑥求(fc， = argmax{厶^, q <，其中=
\ / fc-m十l，m+2，…，n，Z-l，2，…，TTi lf* J
，確定X的第fc
分量為進基變量，X的第Z個分量為出基變量，以a,^為主元素進行迭代，把X的
\T
0，0,…4,0，…，o ，
珩 ，
第A;個分量所對應的列向量(、, ，…， ,…，a^J變換為
得到新的可行解，更新單純形表，轉 。
下面給出本發明所提功率分配方法的詳細步驟。研究一個支持下行業務傳輸的單小 區分布式天線蜂窩移動通信系統。設系統有M根天線按一定規則分布在小區內，M的 取值一般為2~10，例如2、5、K)，這#根天線使用正交信道同時向乂個移動用戶傳輸相 應的信號，每根天線相對於一個移動用戶來說發送的信號是一樣的，多個天線是用來作 空間分集用的。不失一般性，假設系統採用OFDMA的方式劃分正交信道，基站為每個 移動用戶分配一個正交信道進行下行業務傳輸。移動用戶通過信道估計算法測量信道的 參數，並能通過反饋信道將所測量的信道狀態信息(CSI)反饋給基站。這樣，基站就 可以根據移動用戶反饋的CSI協調分配各個天線的發射功率，使系統總的發射功率最 小，從而提高系統的有效性。
本發明關注每個傳輸時間間隔(TTI)內天線間的功率分配，為方便起見，以下的 物理量均省去TTI標號。設在一個TTI內，各個移動用戶的信道衰落係數保持恆定，&
表示在第n個TTI內第i根天線到第j/個移動用戶的信道衰落係數，a j表示天線i在第rz
8鬆弛變量將①中的線性規劃模型轉化為標準線性規劃式
min/(X) = cTX AX = b
s.t. ~ ^0, i = 1，2，…，M， j = 1，2,…，iir V, —縱上o
其中
、T
L,1，…，1,0,0,…，0
，A為係數矩陣，b—^&2，…,&jT
x =~，…，p乾" ， .. ， Vj, .., ., ^， ■ ， 皿)
個TTI分配給用戶j的發送功率，^表示各移動用戶接收機的加性Gauss白噪聲功率' 在第n個TTI移動用戶j'的接收SNR為
1M 2
7廣7E^、 (1)
為了提高DAS的功率有效性，我們的目標是各根發射天線的功率之和最小，該最 優化問題為
> 0
— (2)
——fmax
—力〗
其中，^^為天線的最大發射功率，7-為用戶j的最低QoS (Quality of Service)要求。
式(2)是一個典型的線性規劃問題，該問題的可行域是M維向量空間股M中的多面凸 集，其最優值如果存在必在該凸集的某個頂點達到，頂點對應的可行解稱為基本可行解。 單純形法的基本思想是先找到一個基本可行解，對它進行檢驗，看是否為最優解；若 不是，則按照一定的法則轉換到另一改進的基本可行解，再檢驗；若仍不是，則再轉換; 按此重複進行。由於基本可行解的個數有限，故經過有限次轉換必能得出問題的最優解， 但單純形算法僅以檢驗係數決定進基變量然後決定出基變量，迭代次數不是最省的，本 發明從減少迭代次數的角度出發提出改進單純形算法，表1給出改進單純形算法的迭代 過程。
表1 改進單純形法步驟
n s
9Step2
A,…, 一皿為鬆弛變量，《A，…，、2 0，上標T表示向量或矩陣的轉置，n為 標準線性規劃式中未知數的個數，m為標準線性規劃式中等式約束的個數； 找出初始可行基，確定初始基可行解，建立初始單純形表;
Step3根據基可行解，求各非基變量的檢驗數，若基可行解為 X°=(《，《e2，一々，0，(V"，0)T，則X中的後n-m個分量為非基變量，它們對
應的檢驗數分別為em+1，￡m+2,-，~ ，其中￡/=C/—i:;i^。，，
/e{m + l,m + 2，一,rz}，、,為係數矩陣A的第i'行第/列對應的元素；若 對所有/e(m + l,m + 2，…，r^有 >0，則當前的基可行解即為所求的最優 解，由最優解可得到第i根天線分配給第j個用戶的發送功率p,，.，否則轉 Step4;
Step4若對於 ，<0的所有/，有^,&^0，則該問題無最優解，停止計算；否則轉 Step5;
Step5
求(A;，Z—argmax 〗乂,
、 7 i=m+l,m+2,..，n"=l,2，...,m 〔 *，'

，確定X的第A;
^<0}，其中《，
個分量為進基變量，X的第Z個分量為出基變量，以a^為主元素進行迭代，把 X的第A:個分量所對應的列向量(alfc,a2tr"，a,4，...,amfc)T變換為
,行
，得到新的可行解，更新單純形表，轉Step3,
10
權利要求
1. 一種適用於分布式天線系統的功率分配方法，其特徵在於，該方法的具體步驟包括第一步基站獲得系統中所有用戶反饋的信道衰落係數h1，1，h2，1，…，hM，1，…，h1，j，…，hi，j，…，hM，j，…，h1，K，h2，K，…，hM，K，hi，j表示第i根天線到第j個用戶的信道衰落係數，M表示分布在小區不同位置的天線總數，K表示小區中的用戶數；第二步建立功率分配的線性規劃模型，利用改進單純形算法在各根天線之間協調分配用戶的發送功率。
2.如權利要求1所述的適用於分布式天線系統的功率分配方法，其特徵在於，其實現步驟中的第二步包括以下步驟①建立分布式天線系統功率分配的線性規劃模型formula see original document page 2p"表示第z根天線分配給第j-個用戶的發送功率，p表示每根天線的最大發送功率，7,=_^￡^,》」表示第j個用戶的信噪比，^表示各用戶接收機的加性高斯白噪聲功率，7;為用戶j的最低信噪比門限；②通過增加鬆弛變量將①中的線性規劃模型轉化為標準線性規劃式min/(X) = cTXAX = bformula see original document page 2抓71—A為係數矩陣，b^(、A，…，、X = (P一2"…, "…，&，…，V',^,…，PMf，P2,，…，P草A，…，^—皿)t ，5，…，^—j肌為鬆弛變量，《, ，' ，、 ^0，上標T表示向量或矩陣的轉置，n為標準線性規劃式中未知數的個數，m為標準線性規劃式中等式約束的個數； ③ 找出初始可行基，確定初始基可行解，建立初始單純形表；④ 根據基可行解，求各非基變量的檢驗數，若基可行解為X°=(d"々，0,0, — ,0)T，則X中的後rz —m個分量為非基變量，它們對應的檢驗數分別為、+1,、+2，."，￡ ，其中s,^-x:;l^。，，/e{m + l，m + 2，一，ri}， a。,為係數矩陣A的第z'行第/列對應的元素；若對所有/￡ — + 1,肌+ 2,-,71}有￡/ ^0，則當前的基可行解即為所求的最優解，由最優解可得到第i根天線分配給第j個用戶的發送功率;^.，否則轉⑤；⑤ 若對於 <0的所有/，有a^ ^0，則該問題無最優解，停止計算；否則轉⑥；⑥求(fc,Z)二arg max JAt,、 7 fc=m+l,rn+2,.",n'i=4,2,'",m I ，確定X的第A;^<0卜其中厶w二分量為進基變量，X的第Z個分量為出基變量，以a,t為主元素進行迭代，把X的第&個分量所對應的列向量(~，~，.",^,-，％)^變換為得到新的可行解，更新單純形表，轉 。formula see original document page 3肝
全文摘要
一種適用於分布式天線系統的功率分配方法涉及一種適用於分布式天線系統的多天線協調功率分配方法。在分布式天線系統中，需要為每個用戶分配適當的功率以完成點到點的業務傳輸，該方法根據基站獲得的系統中所有用戶反饋的信道衰落係數建立功率分配的線性規劃模型，然後利用改進單純形算法在各根天線之間協調分配用戶的發送功率。改進單純形法對傳統單純形法出基變量和進基變量的確定方法進行改進，可減少迭代次數；分布式天線系統使用本發明提出的功率分配方法可以有效地節省基站的發送功率。
文檔編號H04W52/00GK101459954SQ20091002913
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月6日 優先權日2009年1月6日
發明者唐蘇文, 明 陳 申請人:東南大學