專利名稱：適用于分布式天線系統(tǒng)的功率分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于分布式天線系統(tǒng)的自適應(yīng)功率分配方法，屬于移動通信中的 無線資源管理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
分布式天線系統(tǒng)(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(tǒng)一連接到基站而組成的系統(tǒng)。它可以提高系統(tǒng)無線信號的覆蓋能 力和系統(tǒng)容量，是未來公共無線接口發(fā)展的一種新趨勢。
近年來，國內(nèi)外學(xué)者就DAS中的相關(guān)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(gòu)；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(tǒng)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(tǒng)和速率容量，取得較好的效果。由以上的敘述可知， 有關(guān)分布式天線系統(tǒng)中功率分配的研究相對較少
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題針對分布式天線系統(tǒng)中的自適應(yīng)傳輸問題，本發(fā)明提出一種簡單的功 率分配方法，分布式天線系統(tǒng)使用本發(fā)明所提的功率分配方法可有效節(jié)省基站的發(fā)送功 率。
技術(shù)方案本發(fā)明提出一種適用于分布式天線系統(tǒng)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(tǒng)中所有用戶反饋的信道衰落系數(shù)
W…,^，…,、，…，、,…,^，…，V，V,…，Vk，、表示第i根天線到第J個用 戶的信道衰落系數(shù)，M表示分布在小區(qū)不同位置的天線總數(shù)，iT表示小區(qū)中的用戶數(shù)；
第二步建立功率分配的線性規(guī)劃模型，利用改進單純形算法在各根天線之間協(xié)調(diào) 分配用戶的發(fā)送功率。
1.上述的適用于分布式天線系統(tǒng)的功率分配方法，其實現(xiàn)步驟中的第二步包括以 下步驟
①建立分布式天線系統(tǒng)功率分配的線性規(guī)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(fā)送功率，p^表示每根天線的最大發(fā)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通過增加松弛變量將①中的線性規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)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為系數(shù)矩陣，b二(^A，…,、)T ，
5X = (A,"P2,"…,Pa/,"…，A'j，…，A,;，…,Pw…，PvT,P2,，…，^Vif,^,…，^-縱)1 ，
5，...,^—」艦為松弛變量，t ，…，t^0，上標(biāo)T表示向量或矩陣的轉(zhuǎn)置，rz為 標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃式中未知數(shù)的個數(shù)，m為標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃式中等式約束的個數(shù)；
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(jù)基可行解，求各非基變量的檢驗數(shù)，若基可行解為 XD=(C"m,0,(V",0)T，則X中的后"一 m個分量為非基變量，它們對應(yīng)
的檢驗數(shù)分別為^+1,、+2，一，、，其中￡/=C/—r:1^ ，
j'G(m + l,m + 2，…，r^， ~/為系數(shù)矩陣A的第i'行第/列對應(yīng)的元素；若對 所有/e"(m + l,m + 2，…,n[有9 $0，則當(dāng)前的基可行解即為所求的最優(yōu)解， 由最優(yōu)解可得到第i根天線分配給第j個用戶的發(fā)送功率p,,，否則轉(zhuǎn)⑤； 若對于￡/ <0的所有/，有^) SO,則該問題無最優(yōu)解，停止計算；否則轉(zhuǎn)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(yīng)的列向量(^，、，…,^，…,a^變換為 得到新的可行解，更新單純形表，轉(zhuǎn) 。
0，0，…，J ，o,...，o
'行
有益效果與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明提出的適用于分布式天線系統(tǒng)的功率分 配方法以發(fā)送功率最小化為目標(biāo)進行下行功率分配；改進單純形法對傳統(tǒng)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(shù)；分布式天線系統(tǒng)使用本發(fā)明提 出的功率分配方法可以有效地節(jié)省基站的發(fā)送功率。


圖1為本發(fā)明所提功率分配方法流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出一種適用于分布式天線系統(tǒng)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(tǒng)中所有用戶反饋的信道衰落系數(shù)
W…,^，…,、,…,、，…，^,…,^v，V，…，Vr ,表示第i根天線到第j個用
戶的信道衰落系數(shù)，M表示分布在小區(qū)不同位置的天線總數(shù)，K表示小區(qū)中的用戶數(shù)； 第二步建立功率分配的線性規(guī)劃模型，利用改進單純形算法在各根天線之間協(xié)調(diào)
分配用戶的發(fā)送功率。
2.上述的適用于分布式天線系統(tǒng)的功率分配方法，其實現(xiàn)步驟中的第二步包括以
下步驟
①建立分布式天線系統(tǒng)功率分配的線性規(guī)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(fā)送功率，Pmax表示每根天線的最大發(fā)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通過增加松弛變量將①中的線性規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)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為系數(shù)矩陣，b二(、A，…人
—M幻
x = OVA,"…，: Vp…，^，…,P乾尸…,^V,^V，…，Pa^A,…，氣-ii 5,…，3^她為松弛變量，&"、， ■ ，、 20，上標(biāo)T表示向量或矩陣的轉(zhuǎn)置，"為
7標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃式中未知數(shù)的個數(shù)，m為標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃式中等式約束的個數(shù)；
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(jù)基可行解，求各非基變量的檢驗數(shù)，若基可行解為 X° = (C-，《em，0,(v-，0)T，則X中的后n-m個分量為非基變量，它們對應(yīng)
的檢驗數(shù)分別為￡m+1，em+2，"-,￡n ，其中rLc, ，， /e"(m + l，m + 2,…,n[， a。,為系數(shù)矩陣A的第z'行第/列對應(yīng)的元素；若對 所有/ G {饑+ l，m + 2，…，4有^, ^ 0 ，則當(dāng)前的基可行解即為所求的最優(yōu)解， 由最優(yōu)解可得到第i根天線分配給第j個用戶的發(fā)送功率;^.，否則轉(zhuǎn)⑤；
⑤ 若對于￡/ <0的所有/，有a,) ^0，則該問題無最優(yōu)解，停止計算；否則轉(zhuǎn)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(yīng)的列向量(、, ，…， ,…，a^J變換為
得到新的可行解，更新單純形表，轉(zhuǎn) 。
下面給出本發(fā)明所提功率分配方法的詳細步驟。研究一個支持下行業(yè)務(wù)傳輸?shù)膯涡?區(qū)分布式天線蜂窩移動通信系統(tǒng)。設(shè)系統(tǒng)有M根天線按一定規(guī)則分布在小區(qū)內(nèi)，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(yīng)的信號，每根天線相對于一個移動用戶來說發(fā)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(shè)系統(tǒng)采用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(yè)務(wù)傳輸。移動用戶通過信道估計算法測量信道的 參數(shù)，并能通過反饋信道將所測量的信道狀態(tài)信息(CSI)反饋給基站。這樣，基站就 可以根據(jù)移動用戶反饋的CSI協(xié)調(diào)分配各個天線的發(fā)射功率，使系統(tǒng)總的發(fā)射功率最 小，從而提高系統(tǒng)的有效性。
本發(fā)明關(guān)注每個傳輸時間間隔(TTI)內(nèi)天線間的功率分配，為方便起見，以下的 物理量均省去TTI標(biāo)號。設(shè)在一個TTI內(nèi)，各個移動用戶的信道衰落系數(shù)保持恒定，&
表示在第n個TTI內(nèi)第i根天線到第j/個移動用戶的信道衰落系數(shù)，a j表示天線i在第rz
8松弛變量將①中的線性規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)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為系數(shù)矩陣，b—^&2，…,&jT
x =~，…，p乾" ， .. ， Vj, .., ., ^， ■ ， 皿)
個TTI分配給用戶j的發(fā)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(biāo)是各根發(fā)射天線的功率之和最小，該最 優(yōu)化問題為
> 0
— (2)
——fmax
—力〗
其中，^^為天線的最大發(fā)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(guī)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(yōu)值如果存在必在該凸集的某個頂點達到，頂點對應(yīng)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(yōu)解；若 不是，則按照一定的法則轉(zhuǎn)換到另一改進的基本可行解，再檢驗；若仍不是，則再轉(zhuǎn)換; 按此重復(fù)進行。由于基本可行解的個數(shù)有限，故經(jīng)過有限次轉(zhuǎn)換必能得出問題的最優(yōu)解， 但單純形算法僅以檢驗系數(shù)決定進基變量然后決定出基變量，迭代次數(shù)不是最省的，本 發(fā)明從減少迭代次數(shù)的角度出發(fā)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,…, 一皿為松弛變量，《A，…，、2 0，上標(biāo)T表示向量或矩陣的轉(zhuǎn)置，n為 標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃式中未知數(shù)的個數(shù)，m為標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃式中等式約束的個數(shù)； 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(jù)基可行解，求各非基變量的檢驗數(shù)，若基可行解為 X°=(《，《e2，一々，0，(V"，0)T，則X中的后n-m個分量為非基變量，它們對
應(yīng)的檢驗數(shù)分別為em+1，￡m+2,-，~ ，其中￡/=C/—i:;i^。，，
/e{m + l,m + 2，一,rz}，、,為系數(shù)矩陣A的第i'行第/列對應(yīng)的元素；若 對所有/e(m + l,m + 2，…，r^有 >0，則當(dāng)前的基可行解即為所求的最優(yōu) 解，由最優(yōu)解可得到第i根天線分配給第j個用戶的發(fā)送功率p,，.，否則轉(zhuǎn) Step4;
Step4若對于 ，<0的所有/，有^,&^0，則該問題無最優(yōu)解，停止計算；否則轉(zhuǎn) 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(yīng)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(zhuǎn)Step3,
10
權(quán)利要求
1. 一種適用于分布式天線系統(tǒng)的功率分配方法，其特征在于，該方法的具體步驟包括第一步基站獲得系統(tǒng)中所有用戶反饋的信道衰落系數(shù)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個用戶的信道衰落系數(shù)，M表示分布在小區(qū)不同位置的天線總數(shù)，K表示小區(qū)中的用戶數(shù)；第二步建立功率分配的線性規(guī)劃模型，利用改進單純形算法在各根天線之間協(xié)調(diào)分配用戶的發(fā)送功率。
2.如權(quán)利要求1所述的適用于分布式天線系統(tǒng)的功率分配方法，其特征在于，其實現(xiàn)步驟中的第二步包括以下步驟①建立分布式天線系統(tǒng)功率分配的線性規(guī)劃模型<formula>formula see original document page 2</formula>p"表示第z根天線分配給第j-個用戶的發(fā)送功率，p表示每根天線的最大發(fā)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通過增加松弛變量將①中的線性規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃式min/(X) = cTXAX = b<formula>formula see original document page 2</formula>抓71—A為系數(shù)矩陣，b^(、A，…，、X = (P一2"…, "…，&，…，V',^,…，PMf，P2,，…，P草A，…，^—皿)t ，5，…，^—j肌為松弛變量，《, ，' ，、 ^0，上標(biāo)T表示向量或矩陣的轉(zhuǎn)置，n為標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃式中未知數(shù)的個數(shù)，m為標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃式中等式約束的個數(shù)； 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(jù)基可行解，求各非基變量的檢驗數(shù)，若基可行解為X°=(d"々，0,0, — ,0)T，則X中的后rz —m個分量為非基變量，它們對應(yīng)的檢驗數(shù)分別為、+1,、+2，."，￡ ，其中s,^-x:;l^。，，/e{m + l，m + 2，一，ri}， a。,為系數(shù)矩陣A的第z'行第/列對應(yīng)的元素；若對所有/￡ — + 1,肌+ 2,-,71}有￡/ ^0，則當(dāng)前的基可行解即為所求的最優(yōu)解，由最優(yōu)解可得到第i根天線分配給第j個用戶的發(fā)送功率;^.，否則轉(zhuǎn)⑤；⑤ 若對于 <0的所有/，有a^ ^0，則該問題無最優(yōu)解，停止計算；否則轉(zhuǎn)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(yīng)的列向量(~，~，.",^,-，％)^變換為得到新的可行解，更新單純形表，轉(zhuǎn) 。<formula>formula see original document page 3</formula>肝
全文摘要
一種適用于分布式天線系統(tǒng)的功率分配方法涉及一種適用于分布式天線系統(tǒng)的多天線協(xié)調(diào)功率分配方法。在分布式天線系統(tǒng)中，需要為每個用戶分配適當(dāng)?shù)墓β室酝瓿牲c到點的業(yè)務(wù)傳輸，該方法根據(jù)基站獲得的系統(tǒng)中所有用戶反饋的信道衰落系數(shù)建立功率分配的線性規(guī)劃模型，然后利用改進單純形算法在各根天線之間協(xié)調(diào)分配用戶的發(fā)送功率。改進單純形法對傳統(tǒng)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(shù)；分布式天線系統(tǒng)使用本發(fā)明提出的功率分配方法可以有效地節(jié)省基站的發(fā)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(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者唐蘇文, 明 陳 申請人:東南大學(xué)