面向高铁车厢服务质量保障的波束成形与功率分配方法组成比例

本发明专利技术提出了一种面向高铁车厢服务质量保障的波束成形与功率分配方法，该方法首先采用基站获得列车内部接入点反馈的每节车厢的最小速率需求，再判断基站提供的发射功率是否能满足列车每节车厢的最小速率需求，然后根据判断结果选择不同的方式确定波束分配方案，获得每个时刻的波束分配方案后，优化功率分配，以最大化列车总的移动服务量。本发明专利技术考虑了列车在穿过基站覆盖区域的每个时刻不同用户的速率公平性问题，且在此条件下使列车总的移动服务量达到最大。

Beamforming and Power Allocation for Quality of Service Guarantee of High-speed Railway Cars

The invention proposes a beam forming and power allocation method for high-speed railway carriage service quality assurance. Firstly, the minimum rate requirement of each carriage is obtained by the base station, and then whether the transmission power provided by the base station meets the minimum rate requirement of each carriage of the train is judged. Then, according to the judgement result, different methods are selected to determine the beam. After obtaining the beam allocation scheme at each time, the power allocation is optimized to maximize the total train mobile service. The invention considers the rate fairness problem of different users at each time when the train passes through the base station coverage area, and maximizes the total mobile service volume of the train under this condition.

【技术实现步骤摘要】
面向高铁车厢服务质量保障的波束成形与功率分配方法
本专利技术涉及一种高铁无线通信技术，具体的说是一种基于位置信息面向高铁车厢服务质量保障的大规模MIMO波束成形与功率分配方法，属于高铁通信

技术介绍
近年来，随着高速铁路的快速发展，人们对高移动性场景下无线通信质量的要求越来越高，因此提供稳定而快速的信号传输服务成为当前研究新一代高铁无线通信系统的重点。大规模MIMO(多输入输出)技术在基站侧和接收端均采用多天线进行信号的发射和接收，不仅可以改善通信的质量，还能够充分利用空间资源；在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍地提高系统容量。波束成形技术可以通过调节权重把能量集中到特定方向以减少信号的传输损耗。将大规模MIMO技术与波束成形技术相结合可以提升下一代高铁通信系统的频谱利用效率和信号传输的可靠性。前人对高铁场景下大规模MIMO与波束成形技术相结合的研究已经做了大量的工作，但是大部分工作重心在于提升通信系统容量和信噪比，而对于高铁通信系统中速率分配的公平性问题研究较少。在高铁通信系统中，保证每节车厢信号传输速率公平性的情况下，如何提升列车传输速率是一个值得思考的问本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.面向高铁车厢服务质量保障的波束成形与功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、基站获得列车内部接入点反馈的每节车厢的最小速率需求，然后判断基站提供的发射功率是否能满足列车每节车厢的最小速率需求；转至第二步或第三步；第二步、当基站提供的发射功率能满足列车每节车厢的最小速率需求时，基站根据以下分配方法分配波束，S201、列车进入基站覆盖区域后，将每个车厢的最小速率需求和每节车厢当前的位置信息反馈给基站，并将基站发射功率平均分配给每个波束，根据不同车厢的最小速率需求从大到小依次选择车厢，选定最小速率需求最大的车厢k后执行步骤S202；S202、基站通过列车反馈的车厢位置信息，根据(1)式预...

【技术特征摘要】
1.面向高铁车厢服务质量保障的波束成形与功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、基站获得列车内部接入点反馈的每节车厢的最小速率需求，然后判断基站提供的发射功率是否能满足列车每节车厢的最小速率需求；转至第二步或第三步；第二步、当基站提供的发射功率能满足列车每节车厢的最小速率需求时，基站根据以下分配方法分配波束，S201、列车进入基站覆盖区域后，将每个车厢的最小速率需求和每节车厢当前的位置信息反馈给基站，并将基站发射功率平均分配给每个波束，根据不同车厢的最小速率需求从大到小依次选择车厢，选定最小速率需求最大的车厢k后执行步骤S202；S202、基站通过列车反馈的车厢位置信息，根据(1)式预计算每个波束权重wn(t)，wn(t)＝fk，n(t)Dn(θk(t))(1)k＝1,2,…,K；n＝1,2,…N其中，fk，n(t)表示功率分配系数，Dn(θk(t))表示波束方向角，再根据步骤S201选到的车厢k，将权重最大的波束n分配给车厢k；转至步骤S203；S203、根据(2)式计算此时车厢k的接收速率Rk(t)，其中，Ak，n(t)表示波束分配因子，Rk，n(t)表示t时刻第n个波束分配给第k个车厢时的接收速率，为保证波束不会被重复分配，每次计算完接收速率Rk(t)后将分配过的波束权重置为0；转至步骤S204；S204、根据(3)式判断车厢k的接收速率Rk(t)是否小于车厢k的最小速率需求Rkmin，Rk(t)＜Rkmin(3)若Rk(t)＜Rkmin，则继续为车厢k分配下一个权重最大的波束q，返回步骤S203；若Rk(t)≥Rkmin，则将车厢k的最小速率需求设置为0，转至步骤S205；S205、选择下一个最小速率需求最大的车厢i，继续给车厢i分配权重最大的波束，返回到步骤S203，直至所有车厢的最小速率需求得到满足；转至第四步；第三步、当基站提供的发射功率不能满足列车每节车厢的最小速率需求时，根据以下分配方案分配波束，S301、根据列车反馈的每节车厢的最小速率需求从大到小依次选择车厢，每节车厢被选择后，发射基站给每节车厢分配两个相对于该车厢权重最大的波束，分配后的波束权重置为0，不再被重复分配，计算出此时每节车厢的接收速率；S302、将每节车厢的接收速率与其最小速率需求进行比较，若有车厢的最小速率需求已得到满足，则该车厢不再被分配其他波束，剩余的未被分配...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐友云，胡金玲，王小明，李大鹏，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32