[发明专利]蜂窝基站及功率分配参数、方法和下行数据预处理装置

说明书

本发明公开了一种蜂窝基站及功率分配参数、方法和下行数据预处理装置，通过设计功率分配参数，对下行数据进行预处理后再通过天线进行发射，使得发射功率的变化范围更加集中。这样，避免了由于信道特性不好造成发射功率突然增加的情况，发射机的功率更加趋于稳定，因而效率得以提高。同时，该方案与缺少功率调度的相比，其总容量也得以增加。在前面的基础上，还引入了发射功率控制因子，实现了发射功率恒定。

技术领域

本发明涉及一种蜂窝基站及功率分配参数、方法和下行数据预处理装置，属于蜂窝通信系统基站物理层预编码技术领域。

背景技术

蜂窝网络中，如何提高系统的容量是一个关键问题。基站的下行功率通常会受到一定的约束。如功放的输出有线性要求，信号的畸变范围。另外，对于从3G，4G到正在研究的5G，为了提高容量蜂窝的半径越来越小。这就要求对于基站的发射功率进行严格的限制，避免对于相邻小区的用户带来过多的干扰。在强调发射功率限制的同时，对于容量的要求却是不断地提高的。根据目前的规划，5G将要求与4G相比，每年翻一番，10年1000倍的容量来设计。对于目前的业务来说，下行的容量需求更加迫切。大量的宽带数据业务需要提供更大的带宽和更高的速率。

对于蜂窝基站来说，目前多用户通信技术普遍采用了预编码技术。可以同时实现用户间干扰的消除和抗噪声的目的。在基站的物理层预编码领域一个很重要的基本问题是，如何对于各个用户进行功率分配，使小区的总和系统容量最大。

对于这个问题已经有了广泛的研究。其中通过拉格朗日法可以求得最佳算法，即是著名的注水算法(water-filling)。其思想是针对用户的信道状态信息进行不同的功率分配。简单地描述，注水算法是针对于需要通信的所有激活用户反馈的信道状态信息(CSI)，计算出一个中断(cutoff)信噪比γ₀。对于高于中断信噪比的用户，按照1/γ-1/γ₀的比例进行功率分配。即信噪比越高的用户获得最高的容量，信噪比达不到的就不提供服务。这样的分配模式已经被理论证明是容量最佳的。

但这种方法需要将上述的计算中断信噪比，然后分配功率的过程进行迭代进行，只到没有新的用户被拒绝服务为止。因此本质上，是一种迭代算法。另外，在一些应用场景下，即时用户的信道条件较差，也希望需要一定的速率来支持哪怕是简单的应用，如文字消息通信等。特别是，如果出现了野外紧急情况，虽然信道条件可能不好，但如果能传输简单的信息，也是有价值的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种蜂窝基站及功率分配参数、方法和下行数据预处理装置，本发明可以以较低的复杂度实现接近最佳的容量，提高基站的功率效率。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种蜂窝基站最大容量功率分配参数的计算方法，基站采用预编码矩阵对下行数据进行预编码传输，具体为：

令预编码矩阵为B，则矩阵B^HB的主对角线元素的几何均值其中，c_ii为预编码矩阵为B的主对角线元素，i＝1,2,…K，K为下行数据的数据流总数，上标H表示一个矩阵或向量的共轭转置；根据得到每个数据流的功率分配参数λ_i。

另一方面，本发明提供一种蜂窝基站最大容量功率分配方法，基站采用预编码矩阵对下行数据进行预编码传输，具体为：

在基站侧，首先通过预编码矩阵以及如上所述的功率分配参数对下行数据进行预处理，即s'＝BΛs，其中，s'为预处理后下行数据的信息向量，B为预编码矩阵，Λ为功率分配矩阵，Λ＝diag([λ₁,λ₂，…λ_K])，s为下行数据的信息向量；最后基站通过天线将预处理后的下行数据发送至各个移动终端。

作为本发明的进一步优化方案，当基站的发射功率设限时，设计功率控制因子以实现发射功率恒定，具体为：