一种分布式天线系统中高能效的功率分配方法技术方案

本发明专利技术提供了一种分布式天线系统中高能效的功率分配方法。该方法以分布式天线系统的能量效率最大化作为优化目标、以分布式天线系统各个远程天线的功率作为优化变量构建能量效率模型，利用导数分析、分类讨论选出用来传输信号的远程天线的数目，然后利用分类讨论、朗伯函数给出功率分配的闭式表达式。本发明专利技术所提出的方法不仅可以有效实现各个远程天线功率的最优分配，而且给出了闭式解，避免了迭代计算，与现有方法相比运算复杂度大幅度降低。

Energy efficient power allocation method in distributed antenna system

The present invention provides a highly efficient power allocation method in a distributed antenna system. This method takes the energy efficiency of the distributed antenna system as the maximum optimization objective, power distributed antenna system each remote antenna as the optimization variables of building energy efficiency model, discuss the number of selected remote antenna to transmit signals by using derivative analysis, classification, and then use the closed expression classification discussion, Lambert function given power allocation. The method proposed by the invention can not only effectively realize the optimal allocation of the power of each remote antenna, but also gives the closed form solution and avoids the iterative computation, and the computational complexity is greatly reduced compared with the existing method.

【技术实现步骤摘要】
一种分布式天线系统中高能效的功率分配方法
本专利技术属于移动通信领域，涉及移动通信系统的资源分配方法，尤其是涉及一种分布式天线系统中高能效的功率分配方法。
技术介绍
随着移动通信系统的不断发展，移动用户迅猛增加，用户对移动通信业务种类和通信质量的要求也在不断提高，各个运营商都在不断增大网络的覆盖范围、增加基站数目和容量。但是，基站越建越多，消耗的能源也也呈指数型增长。面对全球能源日益紧张的局面，国内外研究机构正不断地寻求有着更高能量效率(EE，EnergyEfficiency)的传输技术，“绿色通信”也成为人们广泛关注的话题。找到一种能有效提高系统能量效率的传输技术正成为未来无线通信的趋势。分布式天线系统(DAS，DistributedAntennaSystem)是一种将发送天线布置在小区不同位置的天线系统，系统中的每个发送天线通过光纤、同轴电缆或无线链路与小区的中央处理器相连。研究表明，分布式天线系统在容量、能耗和覆盖范围方面相较于传统集中式天线系统有着巨大的优势。在相同频谱效率下，分布式天线系统能有效地减少移动台所需的接入距离，即扩大基站的覆盖范围，降低系统发送端的发射功率。另外DAS解决方案可以提高频谱效率，降低信号传输的成本。分布式天线系统不论在提高系统容量、降低发射功率、提高分集度，还是在减少切换次数，降低中断概率等方面都显出了传统蜂窝系统不可比拟的优势，被认为是传统蜂窝系统的理想替代方案之一。功率分配一直是分布式天线系统的研究热点之一。由于用户到各个发送天线之间的距离不等，因此每个天线到用户之间的信道条件也不一样。为提高能量效率，DAS系统的天线不一定都用来发送信号给用户，可以有选择的让用户和若干个发送天线进行通信，即根据每个天线到用户的信道情况，分配给每个天线不同的发送功率。这样能提高系统整体的能量效率，减少不必要的功率开销。文献1(XinChen，XiaodongXu，XiaofengTao.Energyefficientpowerallocationingeneralizeddistributedantennasystem[J].IEEECommunicationsLetters，2012，16(7)：1022-1025.)把该问题当作分式规划问题，用一般的优化求解方法得到了一个迭代算法。文献2(HeejinKim，Sang-RimLee，ChangickSong，Kyoung-JaeLee，InkyuLee，Optimalpowerallocationschemeforenergyefficiencymaximizationindistributedantennasystems[J].IEEETransactionsonCommunications，2015，63(2)：431-440.)则利用Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件求得了功率分配问题的闭式形式，并根据朗伯函数给出了闭式解。在以往的研究中，功率分配问题的求解一般需要迭代计算，而有闭式解的方法复杂度又很高，因此亟需开发一种既能直接给出闭式解，而且复杂度较低的方法。
技术实现思路
专利技术目的：为提高分布式天线系统的能量效率，本专利技术提出一种分布式天线系统中高能效的功率分配方法。该方法利用各个分布式天线到用户之间的信道增益与噪声功率比，以计算得到系统分配给每个分布式天线的功率。为实现上述技术效果，本专利技术提出的技术方案为：一种分布式天线系统中高能效的功率分配方法，该方法包括以下步骤：(1)对分布式天线系统中任意一用户u，获取分布式天线系统中每个远程天线到用户u的信道增益与噪声功率比；为各远程天线分配序号，使到用户u的信道增益与噪声功率比值越大的远程天线排序越靠前，即各远程天线到用户u的信道增益与噪声功率比排列为：γ1＞…＞γi…＞γN；其中，γi表示第i根远程天线到用户u的信道增益与噪声功率比，N为远程天线个数；(2)建立分布式天线系统的能量效率模型为：式中，ηEE表示分布式天线系统的能量效率，Pc为系统的环路功率消耗；式中，Pi表示第i根远程天线的发射功率；(3)以能量效率最大化为目标问题求解能量效率模型，求解步骤包括：(3-1)将能量效率模型分段为以下形式：式中，Pmax，i表示第i根远程天线的最大发射功率；(3-2)对Vk(Pk)进行求导，并计算Vk(Pk)导数的分子为：(3-3)计算{V2(0)，...，VN(0)}中值最大的一项，记为VK；(3-4)计算AK(0)的值；若AK(0)＞0，则计算N0＝K，否则，计算N0＝K-1；N0表示满足分布式天线系统能量效率最大化的用于传输信号的远程天线数量；(3-5)计算的值，若则计算否则，计算为：式中，W()为朗伯W函数；(3-6)根据步骤(3-5)得到的计算出能量效率模型的最优解为：即分布式天线系统给第N0根远程天线分配的功率为给第1个到第N0-1根远程天线分配的功率为各远程天线的最大功率Pmax，i，给第N0+1到第N根远程天线不分配功率。进一步的，所述每根远程天线到到用户u的信道增益与噪声功率比的计算公式如下：其中，hi＝giΩi；gi表示第i根远程天线到移动台的小尺度衰落，Ωi表示第i根远程天线到移动台的大尺度衰落。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：能获得能量效率的最大化，通过给各个远程天线分配特定的功率，使得系统的能量效率尽可能地得到提高。能够得到功率分配的闭式表达式，避免了复杂的迭代计算。充分考虑了功率分配的各种情况，尽可能地降低了朗伯函数的计算次数。方法计算流程简单，复杂度低。附图说明图1为本专利技术实施例的流程图；图2为本专利技术实施例中分布式天线系统的模型图；图3为实施例的仿真结果与传统功率分配算法的仿真结果对比图。具体实施方式为了阐明本专利技术的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术做进一步的介绍。本专利技术涉及到的硬件装置包括分布在小区不同位置的远程天线、和每个远程天线相连接的中央处理单元(CPU，CentralProcessingUnit)、小区内接受服务的移动台(MS，MobileStation)。在本实施中，如附图2所示，有N个分散放置在小区内的远程天线，记为RAi，i＝1，...，N。每个远程天线配有1根天线，并通过特定传输通道连接到中央处理单元。小区内移动台(MS)有一根或多个天线。定义hi为第i根远程天线到移动台的信道衰落系数，定义为移动台复高斯白噪声的功率。图1所示为本实施例的流程图，包括以下步骤：步骤1：对于分布式天线系统中的任意一移动台u，获取每根远程天线到移动台u的信道衰落系数和移动台复高斯白噪声的功率，并计算得到每根远程天线到移动台的信道增益与噪声功率比，计算公式如下：其中，hi一般由大尺度衰落和小尺度衰落共同决定，即hi＝giΩi。gi表示第i根远程天线到移动台的小尺度衰落，常用的小尺度衰落模型有瑞利衰落和赖斯衰落等。Ωi表示第i根远程天线到移动台的大尺度衰落，一般包括路径损耗和阴影衰落。分布式天线系统的中央处理单元将每根远程天线到移动台的信道增益与噪声功率比按降序排列，并根据信道增益与噪声功率比从大到小的顺序为各远程天线分配序号，使到用户u的信道增益与噪声功率比值越大的远程天线排序越靠前，即各远程天线到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式天线系统中高能效的功率分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)对分布式天线系统中任意一用户u，获取分布式天线系统中每个远程天线到用户u的信道增益与噪声功率比；为各远程天线分配序号，使到用户u的信道增益与噪声功率比值越大的远程天线排序越靠前，即各远程天线到用户u的信道增益与噪声功率比排列为：γ1＞…＞γi…＞γN；其中，γi表示第i根远程天线到用户u的信道增益与噪声功率比，N为远程天线个数；(2)建立分布式天线系统的能量效率模型为：

【技术特征摘要】
1.一种分布式天线系统中高能效的功率分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)对分布式天线系统中任意一用户u，获取分布式天线系统中每个远程天线到用户u的信道增益与噪声功率比；为各远程天线分配序号，使到用户u的信道增益与噪声功率比值越大的远程天线排序越靠前，即各远程天线到用户u的信道增益与噪声功率比排列为：γ1＞…＞γi…＞γN；其中，γi表示第i根远程天线到用户u的信道增益与噪声功率比，N为远程天线个数；(2)建立分布式天线系统的能量效率模型为：式中，ηEE表示分布式天线系统的能量效率，Pc为系统的环路功率消耗；式中，Pi表示第i根远程天线的发射功率；(3)以能量效率最大化为目标问题求解能量效率模型，求解步骤包括：(3-1)将能量效率模型分段为以下形式：式中，Pmax，i表示第i根远程天线的最大发射功率；(3-2)对Vk(Pk)进行求导，并计算Vk(Pk)导数的分子为：

【专利技术属性】
技术研发人员：王郝，虞湘宾，文犇犇，储君雅，黎宁，党小宇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32