[发明专利]毫米波多天线系统中基于加权容量增速的功率分配方法

说明书

本发明涉及一种毫米波多天线系统中基于加权容量增速的功率分配方法。目前的蜂窝无线通信频带难以满足日益增长的数据业务的需求。本发明方法利用了毫米波多天线系统中的容量的近似凸特性和单调性来分配功率。本发明方法利用这一特性计算各终端的加权的容量对功率的导数，即加权的容量增速，根据加权的容量增速给终端分配功率。在个终端的加权的容量增速相同的情况下，可以实现最大化的渐进系统容量，即基站天线数量趋于无穷下的系统容量。由于本发明方法利用的是毫米波多天线系统中的容量特性，即基站天线数量较多的情况下容量特性，其近似误差较小，能够取得更优的功率分配结果。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种用于毫米波多天线系统中基于加权容量增速的功率分配方法，是一种为多个终端分配基站的发射功率的方法。

背景技术

目前的蜂窝无线通信频带已经非常拥挤，并且难以满足日益增长的数据业务的需求。提高无线电波频率到毫米波的频率，可以有效解决目前频带拥挤的现状。并且，毫米波的波长短，天线的长度可以缩短，基站和终端都可以配置大量天线，提高传输频带的利用率。在毫米波多天线系统中，基站配置了几百或几千根天线，每个终端配置多根天线。由于信号的传播以直射路径为主，不同终端的信道存在相关性，导致终端间存在干扰。功率分配是减轻终端间干扰的一种有效方法。由于不同的终端间的干扰程度不同，合理分配基站功率可以尽量减小干扰，提高功率的利用效率。

毫米波多天线系统中的功率分配面临着问题。基于几何规划的功率分配方法和基于逐次凸近似的功率分配方法需要将原功率分配问题近似，近似的误差会造成功率分配结果不是最优的。基于分数规划的功率分配方法最大化功率效率而不是频谱效率，导致干扰不能降到最低。

发明内容

本发明的目的是针对现有方法不能以最优方式分配基站功率的问题，即通过分配基站功率以最大程度降低干扰的问题，提供一种毫米波多天线系统中基于加权容量增速的功率分配方法。

本发明方法基于一个包含一个基站和多个终端的通信系统，基站天线阵列为均匀矩形阵，且包含数百或数千根天线；基站采用波束空间方法降低信号维度，基站的发射功率受限。

本发明方法包括如下步骤：

步骤1.初始化阶段：

计算波束空间信道相关矩阵的奇异值分解，获得奇异向量组成的矩阵和奇异值组成的矩阵，计算每个终端的权重；按照均匀分配的方式分配总功率。

步骤2.迭代分配功率阶段：

2-1.对于所有的编号属于需要分配功率的终端的编号的集合的终端，计算加权的容量对功率的导数，然后计算这些导数的方差和：如果该方差和的值大于设定的阈值，进入2-2；如果该方差和的值小于等于设定的阈值，则结束步骤2，结束算法；

2-2.对于所有的编号属于需要分配功率的终端的编号的集合的终端，找到各终端的加权的容量对功率的导数的最大值和最小值，以及对应的终端的编号；计算这两个终端的加权的容量对功率的二阶导数；根据二阶导数，在保证总功率不变的条件下，计算具有加权的最大导数的终端的功率增加量和具有加权的最小导数的终端的功率减小量，使两个终端的加权的容量对功率的导数在改变后相等；计算按照功率减小量减小后具有加权的最小导数的终端的功率：

如果具有加权的最小导数的终端的功率减去减少量后大于零，按照功率增加量增加具有加权的最大导数的终端的功率，按照功率减小量减小具有加权的最小导数的终端的功率；

如果具有加权的最小导数的终端的减去减少量后功率小于等于零，重新将减少量设置为最小值对应的终端的功率，相应地在总功率不变的条件下重新设置增加量，将最大值对应的终端的功率按照增加量增加，将最小值对应的终端的功率按照减少量减小，并将其编号从需要分配功率的终端的编号的集合移到不需要分配功率的终端的编号的集合。

步骤3.返回步骤2判断迭代是否继续。