高能效大規(guī)模天線系統(tǒng)中下行鏈路關鍵參數(shù)的設計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高能效大規(guī)模天線系統(tǒng)中下行鏈路關鍵參數(shù)的設計方法，屬于通信領域，通過該方法，可獲得使大規(guī)模天線系統(tǒng)下行鏈路能量效率最高的系統(tǒng)參數(shù)，包括基站天線數(shù)目M，小區(qū)用戶數(shù)目K，和基站發(fā)射功率PT。本發(fā)明提供的參數(shù)設計方法分為“用戶分布模型參數(shù)計算”和“系統(tǒng)能量效率分析及優(yōu)化計算”兩步?！坝脩舴植寄Ｐ蛥?shù)計算”包括：統(tǒng)計基站覆蓋范圍內(nèi)用戶與基站的距離信息，建立實際的用戶分布模型；計算相應用戶分布模型的關鍵參數(shù)?！跋到y(tǒng)能量效率分析及優(yōu)化計算”包括：推導高能效大規(guī)模天線系統(tǒng)下行鏈路的能量效率表達EE＝f(M,K,PT)；根據(jù)系統(tǒng)的資源配置條件，分析得到幾種不同情況，并進一步得到每種情況下的最佳參數(shù)
【專利說明】高能效大規(guī)模天線系統(tǒng)中下行鏈路關鍵參數(shù)的設計方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信領域，特別涉及一種高能效大規(guī)模天線系統(tǒng)中下行鏈路關鍵參數(shù) 的設計方法。

【背景技術】
[0002] 大規(guī)模天線（Massive ΜΜ0)技術是傳統(tǒng)ΜΜ0技術的擴展，通過在基站配置上百 根天線來服務數(shù)十個用戶，理論上能夠大幅提升系統(tǒng)的能量效率。據(jù)現(xiàn)有文獻報道，天線的 發(fā)射功率隨著天線數(shù)目的增長呈線性下降趨勢。然而，該結論是建立在不考慮基站電路功 率損耗的基礎上的。實際系統(tǒng)中，除了天線發(fā)射功率，每根天線的配套硬件如數(shù)模轉換器， 功率放大器，濾波器等設備都需要消耗能量。當天線數(shù)目增大時，電路部分的功耗將顯著增 力口，因此在設計一個高能效的通信系統(tǒng)時，如何尋求最佳的平衡顯得至關重要。
[0003] 現(xiàn)有文獻中提高大規(guī)模天線系統(tǒng)下行鏈路能量效率的方法，主要有：（1)優(yōu)化波 束成型器，控制基站端波束的發(fā)射方向；（2)針對小區(qū)中用戶的需要，在基站端進行功率控 制；（3)對于低負載的環(huán)境，基站采用不連續(xù)（DTX)的數(shù)據(jù)發(fā)送方式。
[0004] 對現(xiàn)有方法進行分析后，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：文獻中所提到的方法都是在系統(tǒng)建立之后， 通過優(yōu)化功率，波束等來提高能量效率，或是過于復雜，可行性方面有所欠缺，或是適用范 圍狹窄，具有一定的局限性。方法（1)需要獲得全部信道信息，進行最優(yōu)波束成型器的求 解，相對比較復雜，不易實現(xiàn)。方法（2)中功率控制的范圍受收發(fā)硬件動態(tài)范圍的限制，具 有一定的局限性。方法（3)只適用于低負載的環(huán)境，對于高負載的小區(qū)，該方法不能使用。
[0005] 用戶分布是大規(guī)模天線系統(tǒng)中另一個關鍵的問題?，F(xiàn)有文獻中的系統(tǒng)分析和優(yōu)化 大都假設用戶服從均勻分布，但實際上，用戶的分布狀況一方面受到物理環(huán)境因素的制約， 比如道路，河流，建筑，公園等；一方面受到人群聚集的影響，比如像購物中心，機場等高度 集中的熱點區(qū)域；在地理空間上往往呈現(xiàn)非均勻分布，因此針對更為實際的非均勻分布模 型進行優(yōu)化具有重要價值。
[0006] 發(fā)明人從普適的非均勻用戶分布模型出發(fā)，以系統(tǒng)平均區(qū)域譜效的閉式表達作為 切入點，建立系統(tǒng)能量效率函數(shù)，在此基礎上提出設計基站天線數(shù)目M，小區(qū)用戶數(shù)目K，和 基站發(fā)射功率Ρ τ這三個關鍵參數(shù)的簡便方法，提升大規(guī)模天線系統(tǒng)下行鏈路的能量效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)狀中用戶分布模型不夠實際，系統(tǒng)能量效率較低的問題， 提供一種高能效大規(guī)模天線系統(tǒng)中下行鏈路關鍵參數(shù)的設計方法。
[0008] 高能效大規(guī)模天線系統(tǒng)中下行鏈路關鍵參數(shù)的設計方法：統(tǒng)計基站覆蓋范圍內(nèi)用 戶與基站的距離信息，獲得實際的用戶分布模型；計算相應用戶分布模型的關鍵參數(shù)；推 導大規(guī)模天線系統(tǒng)下行鏈路的能量效率表達式EE = f(M，Κ，Ρτ);根據(jù)系統(tǒng)的資源配置條 件，分析得到幾種不同情況，并進一步得到每種情況下的最佳參數(shù)。

【權利要求】
6. 根據(jù)權利要求4所述的高能效大規(guī)模天線系統(tǒng)中下行鏈路關鍵參數(shù)的設計方法，其 特征在于，所述的雙變量聯(lián)合優(yōu)化方法為：給定（M，K，P T)這三個參數(shù)中的任意一個，優(yōu)化另 外兩個參數(shù)，包括： (1) 給定用戶數(shù)目K，聯(lián)合優(yōu)化基站天線數(shù)目Μ和基站發(fā)射功率Ρτ ; 5100、 算法開始運行時，設置初始基站發(fā)射功率Ρτ > 0 ; 5101、 更新基站天線數(shù)目Μ為M°pt ; 5102、 更新發(fā)射功率Ρτ為/5,; 5103、 循環(huán)執(zhí)行步驟S101和S102,直到算法收斂，獲得最優(yōu)的基站天線數(shù)目M°pt和基站 發(fā)射功率/^嚴 ； 其中算法收斂的判斷條件為整數(shù)Μ不再變化； (2) 給定基站天線數(shù)目Μ，聯(lián)合優(yōu)化用戶數(shù)目Κ和基站發(fā)射功率Ρτ ; 5110、 算法開始運行時，設置初始基站發(fā)射功率Ρτ > 0 ; 5111、 更新發(fā)射功率 5112、 優(yōu)化用戶數(shù)目K為K°pt ; 5113、 循環(huán)執(zhí)行步驟Sill和S112,直到算法收斂，獲得最優(yōu)的用戶數(shù)目K°pt和基站發(fā)射 功率/T ; 其中算法收斂的判斷條件為整數(shù)K不再變化； (3) 給定基站天線數(shù)目Ρτ，聯(lián)合優(yōu)化用戶數(shù)目K和基站發(fā)射功率Μ ; 5120、 算法開始運行時，設置初始用戶數(shù)目Κ = 1 ; 5121、 更新基站天線數(shù)目Μ為M°pt ; 5122、 對M°pt取四舍五入，優(yōu)化用戶數(shù)目K為K°pt ; 5123、 循環(huán)執(zhí)行步驟S121和S122,直到算法收斂，獲得最優(yōu)的用戶數(shù)目K°pt和基站發(fā)射 功率M°pt ; 其中算法收斂的判斷條件為整數(shù)K和Μ不再變化。
7. 根據(jù)權利要求4所述的高能效大規(guī)模天線系統(tǒng)中下行鏈路關鍵參數(shù)的設計方法，其 特征在于，所述的三變量聯(lián)合優(yōu)化方法為：對（Μ，Κ，Ρ Τ)這三個參數(shù)進行聯(lián)合優(yōu)化； 520、 算法開始運行時，設置初始基站發(fā)射功率Ρτ > 0,用戶數(shù)目Κ = 1，基站天線數(shù)目Μ =3 ； 521、 更新用戶數(shù)目Κ為K°pt; 522、 更新基站天線數(shù)目Μ為M°pt ; 323、更新發(fā)射功率匕為盡0; S24、循環(huán)執(zhí)行步驟S21到S23,直到算法收斂，獲得最優(yōu)的三個重要系統(tǒng)參數(shù) (Mopl,Kopl，PTopl)·， 其中算法收斂的判斷條件為整數(shù)K和M不再變化。
【文檔編號】H04B7/04GK104065403SQ201410240352
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】鐘財軍, 孔垂麗, 張朝陽 申請人:浙江大學