[发明专利]一种高铁通信架构下的功率分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线移动通信技术领域，特别是涉及一种高铁通信架构下的功率分配方法。

背景技术

最近几年，中国高铁迅速发展并取得了举世瞩目的成就。2011年7月京沪高速开通运营，中国自主创新研制的CRH380系列高速列车在世界规模最大的中国高速铁路网上实现运营，并创造了486.1km/h世界铁路最高运营试验速度。作为旅游及商务最受欢迎的交通工具之一，旅客们希望列车运行中得到丰富的数据服务，包括因特网接入，高品质语音服务和移动视频广播等。因此，在高铁系统中应用宽带无线通信已成为必然的发展趋势。

在高铁下，人们已经提出各种通信架构。其中，采用车载移动基站的网络架构得到广泛的认同，如附图1所示。位于车顶的移动基站（mobile base station——MBS）将从地面上基站（base station——BS）接收到的数据转发到车厢内部的用户设备（user equipment——UE）。通过这种“两跳”的通信架构，一方面可以避免由车厢带来的穿透损耗。另一方面，MBS可以通过信号处理（例如：功率分配，载波分配，编码等）来改进系统性能。

另一方面，OFDMA由于有良好的抗频率选择性衰落能力，并且易于进行资源分配，已经成为下一代无线通信的下行传输技术。将OFDMA技术与“两跳”的通信架构相结合，引进到高铁下是未来研究的热点之一。但是，OFDM对于时变信道很敏感。在BS-MBS链路，由高速移动产生的Doppler会破坏载波间的正交性，导致产生载波间干扰（inter subcarrier interference——ICI）。随着移动速度的增加，载波间干扰越来越明显，并会降低系统性能。本发明将通过功率分配来改进系统性能。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明在高铁的通信架构下，以最大化系统容量为目标函数，提出一种高铁的通信架构下的功率分配方法。

本发明的技术方案如下：

一种高铁的通信架构下的功率分配方法，所述方法包括以下步骤：

步骤201：建立系统模型，计算目标函数

步骤202：初始化BS端子载波的功率。

步骤203：进入BS端与MBS端的迭代功率优化，初始化迭代次数l=1。

步骤204：在MBS端，初始化拉格朗日算子λ_R，设定步长值s_R。

步骤205：设MBS端迭代次数为l_R=1，最大迭代次数为l_{R_max}。

步骤206：采用凸优化方法优化MBS端的子载波功率

步骤207：采用次梯度方法计算拉格朗日算子λ_R。

步骤208：在BS端，初始化拉格朗日算子λ_R，设定步长值s_R。

步骤209：设BS端的迭代功率优化，设迭代次数为l_B，最大迭代次数为l_{B_max}。

步骤210：BS端的子载波依次迭代优化，设当前优化的子载波编号m=1:N。

步骤211：固定优化BS端第m(m=1,2,...,N)个子载波功率更新第m个子载波的功率值为当前优化得到的功率值，返回步骤210，直至N个子载波的优化功率全部更新完毕，且每个子载波功率收敛于固定值

步骤212：计算BS处的拉格朗日算子。

步骤213：判断BS与MBS处的和是否收敛于固定值，如果否，返回步骤303，如果是，进入步骤214。

步骤214：输出BS与MBS端最终优化得到的各个子载波的功率值。

所述步骤201，BS与MBS处的功率分别服从不同的功率约束P_B和P_R。

所述步骤201，MBS只进行每个子载波上功率的重新分布，没有译码和在编码功能。

所述步骤201中，在BS端第m个子载波传输的数据，在MBS处仍旧在第m个载波传输。如有完整的载波配对算法，也可以按照载波配对算法，在BS端第m个子载波传输的数据，可以在MBS端第n个子载波传输。

所述步骤202中，也可先对MBS端的子载波功率进行初始化，优先的按步骤208-步骤212先对BS端子载波进行功率优化，再按步骤204-步骤207对MBS端子载波进行功率优化。