CN101582707A

CN101582707A - 一种功率分配方法及其基站

Info

Publication number: CN101582707A
Application number: CNA2008101063712A
Authority: CN
Inventors: 刘云辉; 张孝林
Original assignee: Lenovo Beijing Ltd
Current assignee: Lenovo Beijing Ltd
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2028-05-12
Also published as: CN101582707B

Abstract

本发明提供了一种功率分配方法及其基站，方法包括：进行时分双工信道的下行信道估计，获得每个用户终端的下行信道信息；根据下行信道信息进行多用户调度，获得调度结果，被调度的用户终端作为服务用户终端；从每个服务用户终端的反馈信道获得对应每个服务用户终端的目标CQI值，并计算要获得目标CQI值所需要的目标发射功率；采用预定的功率分配算法为每个服务用户终端分配起始发射功率；进行所有服务用户终端的最终发射功率的确定：如果一个服务用户终端的起始发射功率大于目标发射功率，则以目标发射功率作为最终发射功率。本发明为用户分配了足以满足需求又不浪费的最满意的发射功率，不发射多余的功率，也不损失用户需求的通信性能。

Description

一种功率分配方法及其基站

技术领域

本发明涉及多输入多输出***的功率分配技术，特别是涉及一种功率分配方法及其基站。

背景技术

在后3G(第三代移动通信***)时代，MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put，多输入多输出)天线技术将是关键的核心技术之一。3GPP(第三代合作伙伴计划)最近有关LTE(LongTermEvolution，3G长期演进)标准化会议确定，MU MIMO(多用户MIMO)将是其必须的工作方式之一，并且，预编码是其确定的一种基站信号发射方式。MU MIMO是指在eNodeB(基站)用相同的时频资源同时为多个用户提供服务，同时提供的用户数目应不大于发射天线元数目。预编码技术是指原先由移动台完成的空间解码由eNodeB完成，移动台收到的信号就是解码后的信号，不需要空间解码电路，由此降低了移动台的信号处理复杂度，节省移动台的能量。而且，预编码还能提高***的性能，但是，预编码技术需要发射机预先获得信道信息。

目前，3GPP正在对MU MIMO预编码技术相关的方面进行标准化，包括码本设计、移动台CQI(信道质量信息)反馈、控制信令设计等。在MU MIMO***中，还涉及用户之间的发射功率分配。发射功率分配通常的做法是以最大化***容量或用户接收信号质量为目标，在一定的约束条件下寻找最优化的功率分配。

现有的发射功率分配的解决方案如下：

现有方案1：注水功率分配。根据用户的信道质量，以及干扰，在最大化***容量、最大化用户接收信号质量或最大化***吞吐量等目标下，分配不同的功率使每个用户具有相近的通信性能。

该方案的缺点是：没有考虑用户的实际业务类型，注水功率分配可能导致所有用户具有相似的通信质量，或通信速率等，因此优化的功率分配可能导致用户的通信质量高于实际需求的通信，因此，造成发射功率浪费，以及对其他用户可能的干扰等。同时，也可能导致用户的通信质量低于实际需求的通信。

现有方案2：最小总的发射功率分配。以最小化总的发射功率为目标，在一定的约束条件下，对用户进行功率分配。

该方案的缺点是：仍旧没有考虑每个用户的业务类型和实际需求，即将所有用户的业务类型视为相同并进行功率分配。

现有方案3：等功率分配，即将所有功率在活动用户之间进行平均分配。

该方案的缺点是：具有现有方案1的缺点，同时，功率分配不是优化的。但具有实施简单的优点。

在实现本发明技术方案的过程中，发现：现有解决方案1对SU MIMO(单用户MIMO)***通信或者说一个用户使用的几个空间子信道间的功率分配情况是最优化的。但是，在多用户通信中，每个用户的业务类型可能不一样，如数据服务、语音业务、视频等，但是随着业务类型的不同，用户的通信质量的要求也应该是不同的，数据业务对实时性要求不高，但对通信数据传输质量的要求较高，而语音业务刚好相反。因此，实际通信用户因业务不同，最优功率分配未必就是最佳功率分配。高的发射功率无疑可以提高通信质量，扩大信号覆盖范围，但过多的功率发射也会对其他用户造成干扰，降低整个通信***的容量。因此，有必要根据用户的通信需求，为用户分配最佳的发射功率。

发明内容

本发明的目的是提供一种功率分配方法及其基站，解决现有技术不能根据用户的通信需求，为用户分配最佳的发射功率的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种功率分配方法，用于时分双工多用户的多输入多输出***，包括如下步骤：

进行时分双工信道的下行信道估计，获得每个用户终端的下行信道信息；

根据所述下行信道信息进行多用户调度，获得调度结果，被调度的所述用户终端作为服务用户终端；

从每个所述服务用户终端的反馈信道获得对应每个所述服务用户终端的目标CQI值，并计算要获得所述目标CQI值所需要的目标发射功率；

采用预定的功率分配算法为每个所述服务用户终端分配起始发射功率；

进行所有所述服务用户终端的最终发射功率的确定：如果一个所述服务用户终端的起始发射功率大于所述目标发射功率，则以所述目标发射功率作为该服务用户终端的最终发射功率。

优选地，在以所述目标发射功率作为该服务用户终端的最终发射功率的步骤之后，还包括：

进行剩余功率值计算：将每个所述服务用户终端的所述起始发射功率与所述目标发射功率的差值计入所述剩余功率值；

对所述剩余功率值进行再分配，直到每个所述服务用户终端的最终发射功率都达到所述目标发射功率或者直到所述剩余功率值为零。

优选地，所述对所述剩余功率值进行再分配的步骤包括：，

如果所述剩余功率值大于设定的阈值，则将所述剩余功率值作为总的发射功率约束，利用所述预定的功率分配算法分配所述剩余功率值，并转到所述进行所有所述服务用户终端的剩余功率值计算的步骤；或者，

如果所述剩余功率值小于所述阈值，则采用等功率分配方式将所述剩余功率值平均分配给所述最终发射功率没有达到所述目标发射功率的所述服务用户终端。

优选地，在所述获得每个用户终端的下行信道信息的步骤具体包括：通过所述时分双工信道的互惠属性获得所述下行信道信息。

优选地，在所述从每个所述服务用户终端的反馈信道获得对应该服务用户终端的目标CQI值的步骤之前，还包括：

根据所述调度结果和每个所述服务用户终端的下行信道信息，从归一化码本中分别为每个所述服务用户终端选择一个预编码向量。

优选地，在对所述剩余功率值进行再分配的步骤之后，还包括：

根据每个所述服务用户终端的所述最终发射功率，估计每个所述服务用户终端的信噪比，并根据所述信噪比选择调制编码方式，之后根据所述预编码向量进行预编码处理并根据所述调制编码方式发射信号。

优选地，所述预定的功率分配算法是：以最大化***容量为目标的功率分配算法。

优选地，所述以最大化***容量为目标的功率分配算法为注水功率分配算法。

根据本发明的另一方面，还提供了一种进行功率分配的基站，用于时分双工多用户的多输入多输出***，包括：

下行信道估计模块，用于：进行时分双工信道的下行信道估计，获得每个用户终端的下行信道信息；

多用户调度模块，用于：根据所述下行信道信息进行多用户调度，被调度的所述用户终端作为服务用户终端；

目标发射功率模块，用于：从每个所述服务用户终端的反馈信道获得对应该服务用户终端的目标CQI值，并计算要获得所述目标CQI值所需的目标发射功率；

起始发射功率分配模块，用于：采用预定的功率分配算法为每个所述服务用户终端分配起始发射功率；

最终发射功率的确定模块，用于，进行所述服务用户终端的最终发射功率的确定：

如果一个所述服务用户终端的起始发射功率大于所述目标发射功率，则以所述目标发射功率作为该服务用户终端的最终发射功率。

优选地，所述基站还包括：

剩余功率值计算模块，用于：将每个所述服务用户终端的所述起始发射功率与所述目标发射功率的差值计入所述剩余功率值；

再分配模块，用于：对所述剩余功率值进行再分配，直到每个所述服务用户终端的最终发射功率都达到所述目标发射功率或者直到所述剩余功率值为零。

优选地，所述基站还包括：预编码向量选择模块，用于：根据所述多用户调度的结果和每个所述服务用户终端的下行信道信息，从归一化码本中分别为每个所述服务用户终端选择一个预编码向量。

优选地，所述基站还包括：发射模块，用于：根据每个所述服务用户终端的所述最终发射功率，估计每个所述服务用户终端的信噪比，并根据所述信噪比选择调制编码方式，之后根据所述预编码向量进行预编码处理并根据所述调制编码方式发射信号。

本发明的实施例至少可以达到以下技术效果：

1，在用户起始功率分配值大于目标发射功率时，将目标发射功率设为用户的最终发射功率，从而为用户分配了足以满足需求又不浪费的最满意的发射功率，不发射多余的功率，也不损失用户需求的通信性能；

在用户起始功率分配值小于目标发射功率时，将其他用户的剩余功率分配给该用户，从而为用户分配了足以满足需求又不浪费的最满意的发射功率，节省了发射能量，减少电磁辐射；

2，实施例利用了TDD***的信道互惠属性，以及TDD LTE与FDD LTE兼容设计的CQI反馈信道和反馈格式，用以反馈每个用户的目标CQI，在现有的技术标准框架下，不增加额外的信息反馈负载和带宽。

3，本发明实施例既考虑了优化功率分配，同时也考虑了MU MIMO***用户之间可能的不同的业务类型所要求的不同的通信要求。运用最满意功率分配原则，为用户分配了刚好满足通信需求的发射功率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的最满意功率分配的原理示意图；

图2为本发明方法实施例的整体工作流程图；

图2a为本发明方法实施例的功率分配部分的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的最满意功率分配的原理示意图，适用于TDDLTE***，图1中假设以第一次功率分配(可采用注水功率分配)时用户的CQI为目标CQI，则第一次功率分配的结果为注水功率分配值，用户所期待的结果为目标CQI所对应的目标发射功率，注水功率分配值与目标发射功率之间存在差距，本发明实施例，在用户的注水功率分配值大于目标发射功率时，将目标发射功率最为用户的最终发射功率(满意发射功率)，并将节余下的发射功率分配给注水功率分配值小于目标发射功率的用户，使该用户的最终发射功率(满意发射功率)接近目标发射功率。

因此，本发明实施例解决了TDD LTE***MU MIMO预编码发射的最佳功率分配问题，本发明实施例既考虑了优化功率分配，同时也考虑了MUMIMO***用户之间可能的不同的业务类型所要求的不同的通信要求。运用最满意功率分配原则，为用户分配刚好满足通信需求的发射功率。实施例利用了TDD***的信道互惠属性，以及TDD LTE与FDD LTE兼容设计的CQI反馈信道和反馈格式，用以反馈每个用户的目标CQI。

图2为本发明方法实施例的整体工作流程图，如图所示，发明方法实施例具体包括：

步骤110，下行信道信息估计。eNodeB(基站)根据UE(用户终端)发射的参考信号估计上行信道，根据TDD信道的互惠属性或其它鲁棒信道估计技术(可以为普通的LTE-TDD预编码下行发射信道信息获取方法)，并进行信道标定，由此得到第i个用户的下行信道信息Hi；

步骤120，获得每个用户的主特征子信道增益Gi及对应信道方向向量Vi。对Hi进行特征值分解，即[U DV]＝SVD(H_i)，那么，主特征子信道增益Gi为对角线矩阵D的对角线元素的第一个值的平方；对应信道方向向量Vi为右特征向量矩阵V的第一列列向量；

步骤130，进行多用户调度。eNodeB根据每个用户的下行信道状态信息，以及其它需求，执行多用户调度，用户调度方法可以是：最小用户干扰用户调度，例如TDD多入多出下行发射***用户调度方法和***，随机用户调度等，获得服务用户；

获得用户发射预编码向量。根据用户调度结果和服务用户的下行信道信息，从归一化码本中选择预编码向量；

步骤140，从服务用户的反馈信道获得用户反馈的目标CQI值，并估计用户获得目标CQI值所需的目标发射功率P_ti；假设反馈的目标CQI为目标SNR_ti，那么，目标发射功率可以根据如下进行估计：

因为eNodeB进行归一化预编码发射，因此，没有用户间干扰存在；

步骤150，进行服务用户功率分配。

步骤160，调制编码方式的选择。根据为每个调度用户分配的最终功率，估计每个用户的SNR，并据此为每个用户进行调制编码方式的选择；

步骤170，进行预编码处理并发射信号，为MU MIMO正交预编码发射。

图2a为本发明方法实施例的功率分配部分的流程图，是图2中步骤150的具体化，具体包括：

步骤151，获得每个用户的功率分配值P_zi(起始发射功率)。采用的功率分配算法可以是以最大化***容量为目标的功率分配算法或其它功率分配算法。功率分配算法的一个实施例就是注水功率分配。例如，最大化用户接收SNR(Signal to Noise Ratio，信噪比)和的注水功率分配可以表示为：

\{\begin{matrix} Σ_{i = 1}^{M} {SNR}_{i} = Σ_{i = 1}^{M} P_{zi} G_{i}^{2} / σ_{i}^{2} \\ s . t . Σ_{i = 1}^{M} P_{zi} \leq P \end{matrix}

这里：σ_n ²为在接收机接收天线处测得的噪声功率；P为所有用户总的发射功率上限；s.t.表示约束条件；

步骤152，确定分配发射功率过量的用户及剩余功率。比较目标发射功率P_ti与功率分配P_zi：如果功率分配P_zi大于目标发射功率，那么选择目标发射功率P_ti作为最终发射功率，将剩余功率(P_zi-P_ti)计入剩余功率deltaP中；并将这些用户的最终发射功率(满意发射功率)设置为期望发射功率(目标发射功率P_ti)；

步骤153，确定分配发射功率不足的用户及补足功率，并形成用户集合U。

步骤154，如果剩余功率deltaP为零，那么设置集合U中用户的满意发射功率为分配发射功率；否则，如果注水功率分配值小于目标发射功率值，则将剩余功率重新进行分配以尽量使其达到目标发射功率。当然，在实际***中，还必须收到射频链路中功率放大器的峰值功率的约束。

剩余功率再分配方法：如果剩余功率大于设定的阈值，那么执行步骤1541，用此剩余功率作为总发射功率约束，利用功率分配技术(例如步骤151中所采用的)再次分配剩余功率，并再次执行步骤152。如果剩余功率小于设定的阈值，那么执行步骤1542，采用等功率分配技术将剩余功率分配给集合U中的用户。等功率分配技术就是将所有剩余功率平均分配给没有达到目标发射功率的用户；

重复步骤152-154，直到剩余功率为零或所有用户都达到目标发射功率。

对应以上方法实施例，还提供了一种进行功率分配的基站实施例，用于时分双工多用户的多输入多输出***，包括：

最终发射功率的确定模块，用于，进行所有所述服务用户终端的最终发射功率的确定：如果一个所述服务用户终端的起始发射功率大于所述目标发射功率，则以所述目标发射功率作为该服务用户终端的最终发射功率；

剩余功率值计算模块，用于：进行所有所述服务用户终端的剩余功率值计算将所述起始发射功率与所述目标发射功率的差值计入所述剩余功率值；

此外，基站还可以包括：

预编码向量选择模块，用于：根据所述多用户调度的结果和所述服务用户终端的下行信道信息，从归一化码本中选择预编码向量。

发射模块，用于：根据每个所述服务用户终端的所述最终发射功率，估计每个所述服务用户终端的信噪比，并根据所述信噪比选择调制编码方式，之后根据所述预编码向量进行预编码处理并根据所述调制编码方式发射信号。

采用本发明实施例之后的优势是：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种功率分配方法，用于时分双工多用户的多输入多输出***，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在以所述目标发射功率作为该服务用户终端的最终发射功率的步骤之后，还包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述剩余功率值进行再分配的步骤包括：，

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述获得每个用户终端的下行信道信息的步骤具体包括：通过所述时分双工信道的互惠属性获得所述下行信道信息。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述从每个所述服务用户终端的反馈信道获得对应该服务用户终端的目标CQI值的步骤之前，还包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在对所述剩余功率值进行再分配的步骤之后，还包括：

7.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述预定的功率分配算法是：以最大化***容量为目标的功率分配算法。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述以最大化***容量为目标的功率分配算法为注水功率分配算法。

9.一种进行功率分配的基站，用于时分双工多用户的多输入多输出***，其特征在于，包括：

最终发射功率的确定模块，用于，进行所述服务用户终端的最终发射功率的确定：如果一个所述服务用户终端的起始发射功率大于所述目标发射功率，则以所述目标发射功率作为该服务用户终端的最终发射功率。

10.根据权利要求9所述的基站，其特征在于，还包括：

11.根据权利要求10所述的基站，其特征在于，还包括预编码向量选择模块，用于：根据所述多用户调度的结果和每个所述服务用户终端的下行信道信息，从归一化码本中分别为每个所述服务用户终端选择一个预编码向量。

12.根据权利要求11所述的基站，其特征在于，还包括发射模块，用于：根据每个所述服务用户终端的所述最终发射功率，估计每个所述服务用户终端的信噪比，并根据所述信噪比选择调制编码方式，之后根据所述预编码向量进行预编码处理并根据所述调制编码方式发射信号。