專利名稱：用于分布式天線系統(tǒng)的比特及功率分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式天線系統(tǒng)，尤其涉及一種用 于分布式天線系統(tǒng)的比特及功率分 配方法和裝置。
背景技術(shù)：
未來移動通信能夠?yàn)橛脩籼峁└咚俚亩嗝襟w數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，因此通信網(wǎng)絡(luò)需要 提供很高的數(shù)據(jù)傳輸能力，例如數(shù)百兆比特每秒甚至更高。對于下一代移動通信的網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)，除了傳統(tǒng)的蜂窩小區(qū)的結(jié)構(gòu)，分布式天線系統(tǒng)(Distributed Antenna System)和 基于中繼器的蜂窩結(jié)構(gòu)(Relay-Based Cellular)也是重要的備選小區(qū)結(jié)構(gòu)。在分布式 天線系統(tǒng)中，基站的天線單元分布在小區(qū)中的不同位置；在基于中繼器的蜂窩結(jié)構(gòu)中，基 站和中繼器也位于不同的位置?？梢酝ㄟ^恰當(dāng)?shù)姆植际蕉噍斎攵噍敵?Multiple-Input Multiple-Output, ΜΙΜΟ)體系獲得更多的空間分集增益、復(fù)用增益，因而，MIMO系統(tǒng)能夠提 供大傳輸能力。在提供大傳輸能力的同時，保證一定的傳輸質(zhì)量也是需要的，例如平均誤碼率性 能。在傳統(tǒng)蜂窩小區(qū)的MIMO系統(tǒng)中，比特及功率分配方法能夠提高系統(tǒng)的頻譜效率以及功 率效率，從而能夠幫助提高系統(tǒng)性能并保證業(yè)務(wù)質(zhì)量。在傳統(tǒng)的比特及功率分配方法中，基 站利用實(shí)時的信道信息進(jìn)行比特及功率分配，同時進(jìn)行天線選擇，從而能夠盡可能的獲得 空間分集及復(fù)用增益。在時分雙工(TDD)系統(tǒng)中，實(shí)時的信道信息可以利用上行和下行信 道的對稱性獲得；在頻分雙工(FDD)系統(tǒng)中，實(shí)時的下行信道信息只能通過反饋信道由終 端反饋到基站。因此在頻分雙工系統(tǒng)中，需要上行反饋信道能夠支持終端信道信息的反饋。在多輸入輸出-正交頻分多址(MIM0-0FDMA)系統(tǒng)中，終端所需的上行反饋信道開 銷會隨著終端數(shù)量的增加、天線數(shù)量的增加以及反饋周期的縮短而上升。在天線配置、終端 數(shù)量確定的情況下，反饋周期就成為影響反饋開銷的關(guān)鍵參數(shù)反饋周期短，則信道估計(jì)準(zhǔn) 確，使得比特及功率分配的結(jié)果準(zhǔn)確，但是反饋開銷大；反饋周期長，則信道估計(jì)不準(zhǔn)確，使 得比特及功率分配的結(jié)果不準(zhǔn)確，但是反饋開銷小。因此，傳統(tǒng)的比特及功率分配方法只能在反饋開銷和性能之間進(jìn)行折衷為了滿 足實(shí)際系統(tǒng)能夠支持的反饋開銷的需求，不得不犧牲性能。另外，比特及功率分配的目標(biāo)是 在滿足業(yè)務(wù)質(zhì)量的前提下，最小化所需發(fā)送功率；但是當(dāng)反饋周期變長，系統(tǒng)性能下降的時 候，業(yè)務(wù)質(zhì)量也就不能再被保證了。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于分布式天線系統(tǒng)的比特及 功率分配方法，來實(shí)現(xiàn)在保證吞吐量和平均誤碼率性能的前提下，降低功耗。技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于分布式天線系統(tǒng)的比 特及功率分配方法，具體技術(shù)方案包括的步驟如下A、基站接收終端發(fā)送的對應(yīng)于每根發(fā)送天線的大尺度衰落信息；以及
B、根據(jù)所述大尺度衰落信息進(jìn)行比特及功率分配。本發(fā)明所述的方法，其中，步驟A之前還包括步驟基站周期性的廣播廣播信道； 終端利用信道估計(jì)測量到各發(fā)送天線的大尺度衰落信息，并將所述大尺度衰落信 息發(fā)送到基站。本發(fā)明所述的方法，其中，步驟B具體包括Bi、根據(jù)所述大尺度衰落信息，計(jì)算在每一種數(shù)據(jù)流數(shù)量情況下進(jìn)行比特及功率 分配后系統(tǒng)的總發(fā)送功率；B2、選擇總發(fā)送功率最小的分配方案進(jìn)行比特及功率分配。所述數(shù)據(jù)流數(shù)量< min{發(fā)送天線數(shù)，接收天線數(shù)}。本發(fā)明所述的方法，步驟Bl中，所述進(jìn)行比特及功率分配具體包括B11、選擇大尺度衰落信道響應(yīng)最大的η根天線，其中η為數(shù)據(jù)流數(shù)量；Β12、選擇所述η根天線中的一根，將系統(tǒng)總比特中的delta比特分配到這根天線， 天線的選擇準(zhǔn)則是選擇在分配該delta比特后所需增加的發(fā)送功率最小的天線；B13、重復(fù)執(zhí)行步驟B12，直到系統(tǒng)的所有比特分配完成。所述delta是相鄰調(diào)制階數(shù)之間的比特?cái)?shù)之差。本發(fā)明所述的方法，步驟B12中，在終端采用迫零的線形檢測算法時，根據(jù)
^P = C- ^^來計(jì)算分配delta比特到天線k后，天線k所需增加的發(fā)送功率Δ P，其中，C為 Pk
常數(shù)，bk為天線k上已經(jīng)分配的比特?cái)?shù)量，P k為天線k到終端的大尺度衰落信道響應(yīng)。用于分布式天線系統(tǒng)的比特及功率分配裝置，包括接收單元，用于接收終端發(fā)送的對應(yīng)于每根發(fā)送天線的大尺度衰落信息；分配單元，用于根據(jù)所述大尺度衰落信息進(jìn)行比特及功率分配。本發(fā)明所述的裝置，其中，所述分配單元具體包括計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述大尺度衰落信息，計(jì)算在每一種數(shù)據(jù)流數(shù)量情況下進(jìn) 行比特及功率分配后系統(tǒng)的總發(fā)送功率；分配子單元，用于選擇總發(fā)送功率最小的分配方案進(jìn)行比特及功率分配。所述數(shù)據(jù)流數(shù)量< min {發(fā)送天線數(shù)，接收天線數(shù)}。本發(fā)明所述的裝置，其中，所述計(jì)算子單元在計(jì)算每一種數(shù)據(jù)流數(shù)量情況下進(jìn)行 比特及功率分配后系統(tǒng)的總發(fā)送功率中，所述進(jìn)行比特及功率分配具體為選擇大尺度衰落信道響應(yīng)最大的η根天線，其中η為數(shù)據(jù)流數(shù)量；每次選擇所述η根天線中的一根，將系統(tǒng)總比特中的delta比特分配到這根天線， 直到系統(tǒng)的所有比特分配完成，天線的選擇準(zhǔn)則是選擇在分配該delta比特后所需增加 的發(fā)送功率最小的天線。有益效果根據(jù)大尺度衰落信息進(jìn)行比特及功率分配，能夠極大的減小系統(tǒng)上行 反饋的開銷，從而使比特和功率分配算法更實(shí)用；天線選擇準(zhǔn)則中的功率增加值算法簡單，從而可以極大的減小算法的復(fù)雜度；在保證平均服務(wù)質(zhì)量，例如吞吐量和平均誤碼率性能的前提下，最大程度的降低 了功耗。


圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例的比特及功率分配裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例的比特及功率分配方法的流程圖
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對 本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。在以下描述中，將分布式天線系統(tǒng)中的天線單元和基于中繼器的蜂窩系統(tǒng)中的基 站及中繼器統(tǒng)稱為分布式天線單元，并將分布式天線系統(tǒng)和基于中繼器的蜂窩系統(tǒng)統(tǒng)稱為 分布式天線系統(tǒng)。在分布式天線系統(tǒng)中，下行發(fā)送天線單元(每個天線單元包括至少一根天線)在 地理上分布不同，從不同的發(fā)送天線單元到接收天線的信道響應(yīng)中，大尺度衰落分量也不 相同；而且大尺度衰落是慢時變的分量，即隨時間變化緩慢，變化的速度由終端移動的速度 決定。因此，本發(fā)明的較佳實(shí)施例根據(jù)大尺度衰落分量進(jìn)行比特及功率分配，不需要頻繁的 進(jìn)行信道信息的反饋，從而能夠極大的降低上行反饋開銷；并且在保證吞吐量和平均誤碼 率性能的前提下，降低了功耗。請參照圖1，本發(fā)明較佳實(shí)施例的比特及功率分配裝置10包括接收單元11和分配 單元12?；局芷谛缘膹V播廣播信道，終端利用信道估計(jì)來測量到各發(fā)送天線的大尺度衰 落信息，并將所述大尺度衰落信息發(fā)送到基站?；就ㄟ^接收單元11接收終端發(fā)送的對應(yīng) 于每根發(fā)送天線的大尺度衰落信息。在接收到大尺度衰落信息后，分配單元12根據(jù)所述大尺度衰落信息進(jìn)行比特及 功率分配。在本實(shí)施例中，所述分配單元12可具體包括計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述大尺度 衰落信息，計(jì)算在每一種數(shù)據(jù)流數(shù)量情況下進(jìn)行比特及功率分配后系統(tǒng)的總發(fā)送功率；分 配子單元，用于選擇總發(fā)送功率最小的分配方案進(jìn)行比特及功率分配。其中，所述數(shù)據(jù)流數(shù) 量< min {發(fā)送天線數(shù)，接收天線數(shù)}。計(jì)算子單元在計(jì)算每一種數(shù)據(jù)流數(shù)量情況下進(jìn)行比特及功率分配后系統(tǒng)的總發(fā) 送功率中，所述進(jìn)行比特及功率分配的具體方法請參見下文關(guān)于本發(fā)明較佳實(shí)施例的比特 及功率分配方法中的描述。請參照圖2，本發(fā)明較佳實(shí)施例的比特及功率分配方法包括如下步驟步驟21、基站周期性的廣播廣播信道；步驟22、終端利用信道估計(jì)測量到各發(fā)送天線的大尺度衰落信息，并將所述大尺 度衰落信息發(fā)送到基站；步驟23、基站接收終端發(fā)送的對應(yīng)于每根發(fā)送天線的大尺度衰落信息；步驟24、基站根據(jù)所述大尺度衰落信息進(jìn)行比特及功率分配。在進(jìn)行比特及功率分配后，基站就可以根據(jù)比特及功率分配的結(jié)果，利用分布式 天線單元向用戶發(fā)送信令和數(shù)據(jù)信息。其中，步驟24具體包括步驟241、根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)送天線數(shù)和終端接收天線數(shù)確定最大傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流數(shù)量；系統(tǒng)最大傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流數(shù)量=min {發(fā)送天線數(shù)，終端接收天線數(shù)}，其中min{a， b}表示a和b的最小值；步驟242、對于每一種可能的數(shù)據(jù)流數(shù)量η (η小于或者等于系統(tǒng)最大傳輸?shù)臄?shù)據(jù) 流數(shù)量)，執(zhí)行如下流程步驟2421、從所有的發(fā)送天線中，選擇大尺度衰落信道響應(yīng)最大的η根天線(即信 道衰落最小，接收端平均信噪比最大的η根發(fā)送天線)；步驟2422、對于系統(tǒng)總比特?cái)?shù)，每次分配delta比特到某根天線，其中delta是相 鄰調(diào)制階數(shù)之間的比特?cái)?shù)之差，例如四相移鍵控(QPSK)、16階正交幅度調(diào)整(16QAM)、16階 正交幅度調(diào)整64QAM之間的delta是2比特；每次從所述η根天線中選擇一根進(jìn)行分配，天線的選擇準(zhǔn)則是選 擇在分配該 delta比特后所需增加的發(fā)送功率最小的天線；后文將通過理論分析得出天線選擇準(zhǔn)則中 的功率增加值算法，根據(jù)該準(zhǔn)則可以使得總發(fā)送功率最小。步驟2423、依次將全部比特分配完畢。步驟243、根據(jù)步驟242的執(zhí)行結(jié)果，選擇總發(fā)送功率最小的分配方案進(jìn)行實(shí)際的 比特及功率分配。以下推導(dǎo)本發(fā)明實(shí)施例中天線選擇準(zhǔn)則中的功率增加值算法，并假設(shè)接收端采用 迫零(zero-forcing)線形檢測算法。對于M階正交幅度調(diào)制(M-QAM)的誤碼率(BER)的近似表達(dá)式為BER(Yk) = 0.2exp(-^-)
2 A -1其中，Yk為數(shù)據(jù)流k的檢測后的信噪比，bk為該數(shù)據(jù)流k傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)量。Yk為 大尺度信道響應(yīng)和小尺度信道響應(yīng)的函數(shù)，在大尺度衰落固定的情況下，對BER以Yk為隨 機(jī)變量求平均值BER = e{BER(l> (fk )}= 0.2 fV 贊L.exp(-gt/A)
JoPk(M-L)I=02(\ + l-6hPkfky{M-L+l)
2h-I其中，&為小尺度信道響應(yīng)的檢測后信噪比，P k為天線k到終端的大尺度衰落信 道響應(yīng)，^為發(fā)送端平均信噪比，M為終端接收天線數(shù)，L為選擇的數(shù)據(jù)流的數(shù)量。這樣，在已知平均信噪比的情況下，所需發(fā)送功率為
__，h _ ιA J1Pk=N0-- (—)M-L+l "I
l.6pk BER對于delta比特所需增加的發(fā)送功率為
2btAP = C ——
Pk其中，C為常數(shù)，與M和L有關(guān)。以下介紹一個具體應(yīng)用實(shí)例。
在一分布式天線系統(tǒng)中，包括4個分布式天線單元，每個天線單元包括1個發(fā)送天 線，終端包括2根接收天線，總吞吐量為6bit/時頻資源；接收端采用迫零線性檢測算法。 其中，4根發(fā)送天線到終端的大尺度衰落分別為P ！ = 10, P 2 = 5, P 3 = 3, P4 = I系統(tǒng)能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流的最大數(shù)量N = min{4,2} = 2，對每種可能的數(shù)據(jù)流數(shù)量 (1或2)分別進(jìn)行分析在數(shù)據(jù)流數(shù)量為2時從4根天線中選擇2根大尺度信道響應(yīng)最大的天線，即天線1和天線2 ；在總比特?cái)?shù)為6比特、delta = 2比特時，根據(jù)天線選擇準(zhǔn)則及其功率增 加值算法
^ = 0_&，選擇天線的過程如表1: Pk
權(quán)利要求
一種用于分布式天線系統(tǒng)的比特及功率分配方法，其特征在于該方法包括如下步驟A、基站周期性的廣播廣播信道；終端利用信道估計(jì)測量到各發(fā)送天線的大尺度衰落信息，并將所述大尺度衰落信息發(fā)送到基站，基站接收終端發(fā)送的對應(yīng)于每根發(fā)送天線的大尺度衰落信息；B、根據(jù)所述大尺度衰落信息進(jìn)行比特及功率分配，B1、根據(jù)所述大尺度衰落信息，計(jì)算在每一種數(shù)據(jù)流數(shù)量情況下進(jìn)行比特及功率分配后系統(tǒng)的總發(fā)送功率；B2、選擇總發(fā)送功率最小的分配方案進(jìn)行比特及功率分配；所述數(shù)據(jù)流數(shù)量≤min{發(fā)送天線數(shù)，接收天線數(shù)}。
2.如權(quán)利要求1所述的用于分布式天線系統(tǒng)的比特及功率分配方法，其特征在于，步 驟Bl中，所述進(jìn)行比特及功率分配具體包括B11、選擇大尺度衰落信道響應(yīng)最大的η根天線，其中η為數(shù)據(jù)流數(shù)量； Β12、選擇所述η根天線中的一根，將系統(tǒng)總比特中的delta比特分配到這根天線，天線 的選擇準(zhǔn)則是選擇在分配該delta比特后所需增加的發(fā)送功率最小的天線； B13、重復(fù)執(zhí)行步驟B12，直到系統(tǒng)的所有比特分配完成； 所述delta是相鄰調(diào)制階數(shù)之間的比特?cái)?shù)之差。
3.如權(quán)利要求2所述的用于分布式天線系統(tǒng)的比特及功率分配方法，其特征在于 步驟B12中，在終端采用迫零的線形檢測算法時，根據(jù)A^=C -來計(jì)算分配delta比特到天線k后，天線k所需增加的發(fā)送功率，其中，C為 PaAP常數(shù)，~為天線k上已經(jīng)分配的比特?cái)?shù)量，Pk為天線k到終端的大尺度衰落信道響應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于分布式天線系統(tǒng)的比特及功率分配方法和裝置。所述方法包括步驟A、基站接收終端發(fā)送的對應(yīng)于每根發(fā)送天線的大尺度衰落信息；B、根據(jù)所述大尺度衰落信息進(jìn)行比特及功率分配。本發(fā)明的方法和裝置，實(shí)現(xiàn)了在保證平均服務(wù)質(zhì)量，例如吞吐量和平均誤碼率性能的前提下，最大程度的降低功耗。
文檔編號H04W52/34GK101986754SQ201010554390
公開日2011年3月16日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者尤肖虎, 王新宇, 盛彬 申請人:東南大學(xué)