CN101615932B - 一种多天线混合自动重发请求系统的功率分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多天线混合自动重发请求(MIMO-HARQ)系统的功率分配方法，包括：发射端计算每路数据流的接收信噪比目标值；根据当前的功率分配信息，按照前合并方法计算所有待分配功率数据流的接收信噪比初始值，所述当前的功率分配信息包括本次传输之前的各次传输中为每路数据流分配的功率值和当前已为本次传输分配的功率值；从待分配功率数据流中选择接收信噪比目标值与接收信噪比初始值的差值最大的一路数据流作为当前数据流，在不降低每路已分配功率数据流已达到的接收信噪比的条件下，为当前数据流分配功率。本发明不仅适用于没有码流间干扰的MIMO-HARQ系统，同时也适用于存在码流间干扰的MIMO-HARQ系统。

Description

一种多天线混合自动重发请求系统的功率分配方法

技术领域

本发明涉及移动通信系统中的功率分配技术，特别是涉及一种多天线混合自动重发请求系统的功率分配方法。

背景技术

在移动通信系统中，系统可以根据无线信道状态信息自适应地调整发射功率，以最小的总发射功率确保信号的传输质量。在多天线混合自动重发请求(MIMO-HARQ)系统中，现有的功率分配解决方案通常基于没有码流间干扰的应用环境实现的，如系统的发射端采用了能消除码流间干扰的奇异值分解(SVD)发射预编码。由于系统中不存在码流间干扰，简化了功率分配问题，使现有的功率分配方案可以通过并行方式为每路数据流分配功率。

对于不能消除码流间干扰的MIMO-HARQ系统，如采用了每天线速率独立控制(PARC)或双流发射自适应阵列(D-TxAA)技术的TD-SCDMA系统，由于系统中存在码流间干扰，致使在此类系统中通过并行方式进行分配功率变成一个多变量优化问题，而求解多变量优化问题的最优解具有极大的计算复杂度，因此，采用并行方式进行功率分配方案在存在码流间干扰的MIMO-HARQ系统中不可行。

目前，尚无文献提出一个适用于存在码流间干扰的MIMO-HARQ系统的功率分配方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多天线混合自动重发请求系统的功率分配方法，该方法不仅适用于没有码流间干扰的MIMO-HARQ系统，同时也适用于存在码流间干扰的MIMO-HARQ系统。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种多天线混合自动重发请求系统的功率分配方法，包括以下步骤：

a、发射端计算每路数据流的接收信噪比目标值；

b、发射端根据当前的功率分配信息，按照前合并方法计算所有待分配功率数据流的接收信噪比初始值，所述当前的功率分配信息包括本次传输之前的各次传输中为每路数据流分配的功率值和当前已为本次传输分配的功率值；

c、发射端从待分配功率数据流中选择接收信噪比目标值与接收信噪比初始值的差值最大的一路数据流作为当前数据流，在不降低每路已分配功率数据流已达到的接收信噪比的条件下，为当前数据流分配功率；

d、发射端根据系统当前的可用功率和待分配功率数据流的数量，判断是否需要继续分配功率，如果是则转入步骤b，否则退出功率分配流程。

较佳地，所述步骤a为：

发射端根据每路数据流的调制编码方式和指定QoS要求计算每路数据流的接收信噪比目标值。

较佳地，所述步骤c为：

c1、发射端计算每路待分配功率数据流的接收信噪比目标值与接收信噪比初始值的差值Δγ；

c2、从待分配功率数据流中选择Δγ最大的一路数据流作为当前数据流；

c3、判断步骤b中计算出的当前数据流的接收信噪比初始值是否大于当前数据流的接收信噪比目标值，如果是，则退出功率分配流程，否则转入步骤c4；

c4、在不降低每路已分配功率数据流已达到的接收信噪比的条件下，确定系统可分配给当前数据流的功率范围，如果所述功率范围不存在，则当前数据流的分配功率为零，转入步骤d，否则转入步骤c5；

c5、计算当前数据流达到接收信噪比目标值所需要的发射功率；

c6、判断当前数据流达到接收信噪比目标值所需要的发射功率是否在系统可分配给当前数据流的功率范围内，如果是则将当前数据流达到接收信噪比目标值所需要的发射功率作为当前数据流的功率分配值，否则，在系统可分配给当前数据流的功率范围内找出使当前数据流的接收信噪比最大的功率，并将其作为当前数据流的功率分配值。

较佳地，步骤c4中所述确定系统可分配给当前数据流的功率范围包括：

根据当前的功率分配信息，P₁ ⁽¹⁾…，和p₁ ^(N)，…，p_k-1 ^(N)，按照前合并方法得到 $p_k^{\left(N\right)}=0,p_{k+1}^{\left(N\right)}=0,...,p_{\mathrm{Nt}}^{\left(N\right)}=0$ 时每路已分配功率数据流已达到的接收信噪比γ_j-old ^(N)，其中，N表示本次传输为第N次传输，k表示当前数据流为第k路数据流，k-1表示当前已分配功率数据流的数量，1≤k≤N_t，j表示当前已分配功率的第j个数据流，1≤j≤k-1，Nt表示数据流总数，p₁ ⁽¹⁾，…，

表示前N-1次功率分配信息，p₁ ^(N)，…，p_k-1 ^(N)表示第N次传输中已完成的功率分配信息；

根据当前的功率分配信息p₁ ⁽¹⁾，…，

和p₁ ^(N)，…，p_k-1 ^(N)，以及参数p_k ^(N)按照前合并方法得到 $p_{k+1}^{\left(N\right)}=0,...,p_{\mathrm{Nt}}^{\left(N\right)}=0$ 时每路已分配功率数据流的新的接收信噪比γ_j-new ^(N)，其中，γ_j-new ^(N)为p_k ^(N)的函数；

计算不等式方程组 $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\γ}}_{1-\mathrm{new}}^{\left(N\right)}\≥{\mathrm{\γ}}_{1-\mathrm{old}}^{\left(N\right)}\\ \·\·\·\\ {\mathrm{\γ}}_{j-\mathrm{new}}^{\left(N\right)}\≥{\mathrm{\γ}}_{j-\mathrm{old}}^{\left(N\right)}\\ \·\·\·\\ {\mathrm{\γ}}_{(k-1)-\mathrm{new}}^{\left(N\right)}\≥{\mathrm{\γ}}_{(k-1)-\mathrm{old}}^{\left(N\right)}\\ 0\≤p_k^{\left(N\right)}\≤p_{\mathrm{MAX}}\end{array}\right.,$ 如果有解，则得到用p_k ^(N)表示的所述系统可分配给当前数据流的功率范围，其中p_MAX表示系统当前的最大可分配功率。

较佳地，所述步骤d为：

d1、判断系统当前可用功率是否为零，如果是，则退出功率分配流程，否则转入步骤d2；

d2、判断待分配功率数据流的数量是否为零，如果是，则退出功率分配流程，否则转入步骤b。

综上所述，本发明通过在当前待分配功率的数据流中优先选择信号质量最差的数据流，即接收信噪比目标值与接收信噪比初始值的差值最大的数据流，作为功率分配对象，一方面实现了优先为信号质量差的数据流分配使其达到指定QoS要求所需要的功率，从而有效消除了影响系统性能的瓶颈因素，另一方面也实现了用尽量少的功率满足指定的QoS要求，从而有效减少了发射单位比特数据所需要的发射功率。另外，本发明通过将不降低已分配功率的每路数据流已达到的接收信噪比作为对每个数据流分配功率时的约束条件，使数据流间的干扰限制在QoS要求可以容忍的范围内，从而使本发明不仅适用于没有码流间干扰的MIMO-HARQ系统，同时也适用于存在码流间干扰的MIMO-HARQ系统。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

图2为图1中步骤103的流程示意图。

图3为本发明方法的实施例一的流程示意图。

具体实施方式

本发明的基本思想是，使用串行分配的方式避免并行功率分配时出现的空间多天线发射功率的联合优化问题，以降低计算复杂度，同时，以不增加码流间干扰为前提，为数据流分配合适的功率，使本发明应用于存在码流间干扰的MIMO-HARQ系统中时也能确保信号质量满足指定的性能要求。为此，本发明在当前待分配功率数据流中，优先选取信号质量最差的数据流为其分配功率，同时在进行功率分配时，以不降低已分配功率的每路数据流已达到的接收信噪比作为约束条件。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

图1为本发明方法的流程图。如图1所示，本发明的功率分配方法主要包括如下步骤：

步骤101、发射端计算每路数据流的接收信噪比目标值。

在实际应用中，发射端根据每路数据流的调制编码方式和指定的QoS要求，计算每路数据流的接收信噪比目标值：通常，QoS要求由误帧率(FER)表征。具体计算接收信噪比目标值的方法如下：

首先，根据每个数据流采用的调制编码方式确定FER与接收信噪比γ的关系。在考虑自适应调制编码(AMC)情况下FER与接收信噪比γ的关系如公式(1)所示：

其中，γ_init为临界接收信噪比，Δ为表示信道编码的能力的参数，在不同的调制编码下γ_init和Δ不同。通过查询系统在不同AMC下的FER曲线，得到与数据流采用的调制编码方式相对应的γ_init和Δ，从而确定FER与信噪比γ的关系。

然后，根据γ_init、Δ和事先设定的FER，求解公式(1)可以得到相应的接收信噪比目标值γ_k-target，其中，1≤k≤Nt。

这里需要说明的是，由于本发明是针对每路数据流的调制编码方式分别计算每路数据流的接收信噪比，因此，当系统中的不同数据流采用不同的调制编码方式时，本发明同样适用。

步骤102、发射端根据当前的功率分配信息，按照前合并方法计算所有待分配功率数据流的接收信噪比初始值。

在实际应用中，本发明基于接收端对重传数据采用前合并方式以及采用迫零检测算法的应用环境实现的。本步骤中，发射端采用与接收端相同的方法计算每个数据流的接收信噪比；为了清楚说明发射端如何计算每路数据流的接收信噪比，这里，先给出采用前合并方式的接收端计算接收信噪比的方法：

考虑一个下行MIMO-HARQ系统，基站有Nt个发射天线，用户端有Nr个接收天线。由于前合并方式中，以假设重传的数据包与首次传输的数据包相同作为前提条件，因此第i次传输时的接收信号可以用公式(2)表示：

r⁽ⁱ⁾＝H⁽ⁱ⁾P⁽ⁱ⁾x+w⁽ⁱ⁾      (2)

其中，对于第i次传输，x为发射信号，r为接收信号， $H^{\left(i\right)}=\left[\begin{array}{ccc}{h}_1^{\left(i\right)}& \·\·\·& h_{\mathrm{Nt}}^{\left(i\right)}\end{array}\right]\∈C^{\mathrm{Nr}\×\mathrm{Nt}}$ 为信道矩阵，

为功率分配矩阵，w⁽ⁱ⁾∈^CNr×1为加性白高斯噪声， $H^{\left(i\right)}{P}^{\left(i\right)}=\left[\begin{array}{ccc}\sqrt{p_1^{\left(i\right)}}{h}_1^{\left(i\right)}& \·\·\·& \sqrt{p_{\mathrm{Nt}}^{\left(i\right)}}{h}_{\mathrm{Nt}}^{\left(i\right)}\end{array}\right],$ H⁽ⁱ⁾P⁽ⁱ⁾∈^CNr×Nt。

考虑接收端采用前合并方式，则数据包经过N次传输后合并的接收信号可以用公式(3)表示：

$R^{\left(N\right)}=\left[\begin{array}{c}{r}^{\left(1\right)}\\ r^{\left(2\right)}\\ \·\\ \·\\ \·\\ r^{\left(N\right)}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{H}^{\left(1\right)}{P}^{\left(1\right)}\\ H^2{P}^{\left(2\right)}\\ \·\\ \·\\ \·\\ H^{\left(N\right)}{P}^{\left(N\right)}\end{array}\right]x+\left[\begin{array}{c}{w}^{\left(1\right)}\\ w^{\left(2\right)}\\ \·\\ \·\\ \·\\ w^{\left(N\right)}\end{array}\right]\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{G}^{\left(N\right)}x+w---\left(3\right)$

其中，R^(N)∈C^(N*Nr)×1为N次接收信号的合并向量，w∈C^(N*Nr)×1为N次噪声的合并向量。G^(N)∈C^(N*Nr)×Nt是信号经过N次传输后的等效信道，G^(N)＝[g₁ … g_k … g_Nt]， $g_k={\left[\begin{array}{ccc}\sqrt{p_k^{\left(1\right)}}{\left(h_k^{\left(1\right)}\right)}^T& \·\·\·& \sqrt{p_k^{\left(N\right)}}{\left(h_k^{\left(N\right)}\right)}^T\end{array}\right]}^T,$ k＝1，…，Nt。

如公式(4)所示，经过N次传输后，每一路数据流的接收信噪比可以用第k路等效信道g_k和θ_k定义，

${\mathrm{\γ}}_k=\frac{{\left|\right|g_k\left|\right|}^2{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_k}{N_0},k=1,\·\·\·,\mathrm{Nt}---\left(4\right)$

其中，N₀为白高斯噪声的方差，θ_k为v_k和g_k之间的夹角，v_k为g_k到由其他信道向量G_k＝[g₁ … g_k-1 g_k+1 … g_Nt]构成的子空间的投影向量，θ_k和v_k可以分别用公式(5)和(6)表示：

$v_k=\left({\stackrel{\‾}{G}}_k{\left({\stackrel{\‾}{G}}_k^H{\stackrel{\‾}{G}}_k\right)}^{-1}{\stackrel{\‾}{G}}_k^H\right)g_k---\left(5\right)$

${\cos \mathrm{\θ}}_k=\frac{\left|g_k^H{v}_k\right|}{\left|\right|g_k\left|\right|\left|\right|v_k\left|\right|}---\left(6\right)$

根据公式(4)、(5)、(6)可知，γ_k为g_k的函数。由于 $g_k={\left[\begin{array}{ccc}\sqrt{p_k^{\left(1\right)}}{\left(h_k^{\left(1\right)}\right)}^T& \·\·\·& \sqrt{p_k^{\left(N\right)}}{\left(h_k^{\left(N\right)}\right)}^T\end{array}\right]}^T,$ 当发射端已知信道信息H⁽ⁱ⁾时，即可根据其分配的功率信息P⁽ⁱ⁾确定g_k，其中i＝1，…，N。

本发明假设发射端可以获知信号已传输的前N-1次的信道信息H⁽ⁱ⁾(i＝1，…，N-1)以及当前即将传输时的信道信息H^(N)，具体可以通过接收端反馈或发射端根据时分双工系统的上下行信道互易性自身进行信道估计等方式实现，此处不再赘述。

通过上述内容，可以看出当发射端获知信道信息H⁽ⁱ⁾和H^(N)后，可以先根据H⁽ⁱ⁾和H^(N)以及当前的功率分配信息(包括前N-1次传输中为每路数据流分配的功率值P⁽ⁱ⁾(i＝1，…，N-1)和当前已为本次传输分配的功率值p₁ ^(N)，p₂ ^(N)，…，p_k-1 ^(N))，计算出G^(N)＝[g₁ … g_k … g_Nt]，然后按照公式(4)、(5)、(6)即可计算出本次传输时，每路待分配功率数据流的接收信噪比初始值γ_t。其中，N表示本次传输为第N次传输，k表示当前数据流为第k路数据流，k-1表示已完成功率分配的数据流数，1≤k≤Nt，t表示第t路待分配功率数据流，k≤t≤Nt。另外，由于计算γ_t时p_k ^(N)，p_k+1 ^(N)，…，p_Nt ^(N)均未分配，故 $p_k^{\left(N\right)}=0,p_{k+1}^{\left(N\right)}=0,...,p_{\mathrm{Nt}}^{\left(N\right)}=0.$

步骤103、发射端从待分配功率数据流中选择接收信噪比目标值与接收信噪比初始值的差值Δγ最大的一路数据流作为当前数据流，在不降低每路已分配功率数据流已达到的接收信噪比的条件下，为当前数据流分配功率。

本步骤中，选择接收信噪比目标值与接收信噪比初始值的差值Δγ最大的数据流作为当前数据流，并为其分配本次传输功率。由于Δγ越大说明信号质量越差，这样，一方面使本发明优先为信号质量最差的待分配功率数据流分配使其达到指定QoS要求所需要的功率，有效了消除影响系统性能的瓶颈因素，另一方面也使本发明实现了用尽量少的功率满足指定的QoS要求，有效减少了发射单位比特数据所需要的发射功率。另外，本步骤通过以不降低每路已分配功率数据流已达到的接收信噪比作为约束条件，使数据流间的干扰被限制在QoS可以容忍的范围内，从而使本发明不仅适用于没有码流间干扰的MIMO-HARQ系统，同时也适用于存在码流间干扰的MIMO-HARQ系统。

图2为实际应用中本步骤的流程示意图，如图2所示，本步骤具体可以包括：

步骤201、发射端计算每路待分配功率数据流的接收信噪比目标值与接收信噪比初始值的差值Δγ。

步骤202、从待分配功率数据流中选择Δγ最大的一路数据流作为当前数据流。

步骤203、判断步骤102中计算出的当前数据流的接收信噪比初始值是否大于当前数据流的接收信噪比目标值，如果是，则退出功率分配流程，否则，转入步骤204。

本步骤中，所述判断接收信噪比初始值是否大于当前数据流的接收信噪比目标值的方法可以通过判断Δγ的正负实现。

当接收信噪比初始值大于接收信噪比目标值时，说明该路数据流的信号质量达到指定QoS要求，不需要再将其重传，因此也不需要再为其分配功率，相应的也不需要为后续信号质量更好的数据流分配功率。

步骤204、在不降低每路已分配功率数据流已达到的接收信噪比的条件下，确定系统可分配给当前数据流的功率范围，如果所述功率范围不存在，则当前数据流的分配功率为零，转入步骤104，否则转入步骤205；

本步骤中，如果当前数据流为本次传输中进行功率分配的第一路数据流，因为该路数据流之前没有已分配功率的数据流，所以不需要考虑对其他数据流的接收信噪比的影响，则系统可分配给当前数据流的功率范围为0≤p₁ ^(N+1)≤P_total。

如果当前数据流不是第一路数据流，则确定系统可分配给当前数据流的功率范围的具体方法为：

首先，计算出在未对当前第k路数据流进行功率分配时前k-1路已分配功率数据流分别已达到的接收信噪比。具体方法为：

根据当前的功率分配信息p₁ ⁽¹⁾，…，

和p₁ ^(N)…，p_k-1 ^(N)，按照前合并方法得到 $p_k^{\left(N\right)}=0,p_{k+1}^{\left(N\right)}=0,...,p_{\mathrm{Nt}}^{\left(N\right)}=0$ 时每路已分配功率数据流已达到的接收信噪比γ_j-old ^(N)；

其中，N表示本次传输为第N次传输，k表示当前数据流为第k路数据流，k-1表示当前已分配功率数据流的数量，1≤k≤N_t，j表示当前已分配功率的第j个数据流，1≤j≤k-1，Nt表示数据流总数，p₁ ⁽¹⁾，…，表示前N-1次功率分配信息，p₁ ^(N)，…，p_k-1 ^(N)表示第N次传输中已完成的功率分配信息；

另外，由于p_k ^(N)，p_k+1 ^(N)，…，p_Nt ^(N)均未分配，这里计算γ_j-old ^(N)时， $p_k^{\left(N\right)}=0,p_{k+1}^{\left(N\right)}=0,...,p_{\mathrm{Nt}}^{\left(N\right)}=0;$

然后，找到当前第k路数据流的功率分配值p_k ^(N)与前k-1路已分配功率数据流已达到的接收信噪比的函数关系。具体方法为：

根据当前的功率分配信息p₁ ⁽¹⁾，…，

和p₁ ^(N)，…，p_k-1 ^(N)，以及参数p_k ^(N)，按照前合并方法得到 $p_{k+1}^{\left(N\right)}=0,...,p_{\mathrm{Nt}}^{\left(N\right)}=0$ 时每路已分配功率数据流的新的接收信噪比γ_j-new ^(N)，其中，γ_j-new ^(N)为p_k ^(N)的函数。

最后，根据γ_j-old ^(N)和γ_j-new ^(N)，按照不降低每路已分配功率数据流已达到的接收信噪比γ_j-old ^(N)的约束条件，构建不等式方程组 $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\γ}}_{1-\mathrm{new}}^{\left(N\right)}\≥{\mathrm{\γ}}_{1-\mathrm{old}}^{\left(N\right)}\\ \·\·\·\\ {\mathrm{\γ}}_{j-\mathrm{new}}^{\left(N\right)}\≥{\mathrm{\γ}}_{j-\mathrm{old}}^{\left(N\right)}\\ \·\·\·\\ {\mathrm{\γ}}_{(k-1)-\mathrm{new}}^{\left(N\right)}\≥{\mathrm{\γ}}_{(k-1)-\mathrm{old}}^{\left(N\right)}\\ 0\≤p_k^{\left(N\right)}\≤p_{\mathrm{MAX}}\end{array}\right.,$ 求解该不等式方程组，

如果有解，则得到用p_k ^(N)表示的所述系统可分配给当前数据流的功率范围，其中p_MAX表示系统当前的最大可分配功率。

这里，如果该不等式方程组无解，则所述功率范围不存在，不再为当前数据流分配功率，即 $p_k^{\left(N\right)}=0,$ 此时将转入步骤104，继续为其他待分配功率数据流的分配功率。

步骤205、计算当前数据流达到接收信噪比目标值所需要的发射功率。

本步骤中，根据步骤101中计算出的每路待分配数据流的接收信噪比目标值、当前的功率分配信息p₁ ⁽¹⁾，…，

p₁ ^(N)，…，p_k-1 ^(N)，按照公式(4)、(5)、(6)，计算出当前数据流达到接收信噪比目标值所需要的发射功率p_k-target ^(N)。

步骤206、判断当前数据流达到接收信噪比目标值所需要的发射功率是否在系统可分配给当前数据流的功率范围内，如果是则将当前数据流达到接收信噪比目标值所需要的发射功率作为当前数据流的功率分配值，否则，在系统可分配给当前数据流的功率范围内找出使当前数据流的接收信噪比最大的功率，并将其作为当前数据流的本次传输功率分配值。

本步骤中，具体确定使当前数据流的接收信噪比最大的功率的方法为：如果当前数据流为第一路数据流，则使当前数据流的实时接收信噪比最大的功率为系统的总功率；否则，根据公式(4)、(5)、(6)，利用求极值的方法可以找到使使当前数据流的接收信噪比最大的p_k ^(N)，其中，2≤k≤Nt。

步骤104、发射端根据系统当前可用功率和待分配功率数据流的数量，判断是否需要继续分配功率，如果是则转入步骤102，否则退出功率分配流程。

本步骤的具体方法可以为：

判断系统可分配的功率是否为零，如果是，则退出功率分配流程，否则，判断是否已为所有数据流分配功率，如果是，则退出功率分配流程，否则转入步骤102。

这里，根据系统的总功率与已分配的功率的差值确定系统当前可用功率是否为零，如果为零则表示系统没有可分配的功率，退出功率分配流程。

图3为本发明方法的实施例一的流程图。实施例一中以重传一次的2*2MIMO系统为例进行说明。如图3所示，实施例一包括如下步骤：

步骤301、发射端根据每路数据流的调制编码方式和指定的FER，计算两路数据流的接收信噪比目标值γ_1-target和γ_2-target。

步骤302、发射端根据已知的信道信息和当前功率分配信息，计算每路数据流时的接收信噪比初始值γ₁和γ₂。

本实施例中，假设第一次发射数据流时采用等功率分配的方式为两路数据流分配功率即 $p_1^{\left(1\right)}=p_2^{\left(1\right)}=P_{\mathrm{total}}/2,$ P_total为系统的总发射功率。第二次传输时两路数据流的接收信噪比可以用公式(7)和(8)表示：

${\mathrm{\γ}}_1=\frac{{\left|\right|g_1\left|\right|}^2{\sin }^2\mathrm{\θ}}{N_0}---\left(7\right)$

${\mathrm{\γ}}_2=\frac{{\left|\right|g_2\left|\right|}^2{\sin }^2\mathrm{\θ}}{N_0}---\left(8\right)$

其中，  $g_1={\left[\begin{array}{cc}\sqrt{p_1^{\left(1\right)}}{\left(h_1^{\left(1\right)}\right)}^T& \sqrt{p_1^{\left(2\right)}}{\left(h_1^{\left(2\right)}\right)}^T\end{array}\right]}^T$ 和 $g_2={\left[\begin{array}{cc}\sqrt{p_2^{\left(1\right)}}{\left(h_2^{\left(1\right)}\right)}^T& \sqrt{p_2^{\left(2\right)}}{\left(h_2^{\left(2\right)}\right)}^T\end{array}\right]}^T$ 为等效信道向量，θ为两向量间的夹角， ${\sin }^2\mathrm{\θ}=1-{\cos }^2\mathrm{\θ}=1-\frac{{\left|{g_1}^H{g}_2\right|}^2}{{\left|\right|g_1\left|\right|}^2{\left|\right|g_2\left|\right|}^2},$ 由于还没有为第二次发射分配功率，故此时p₁ ⁽²⁾、p₂ ⁽²⁾的值均为零。

接收端根据已知的信道信息 $H^{\left(1\right)}=\left[\begin{array}{cc}{h}_1^{\left(1\right)}& h_2^{\left(1\right)}\end{array}\right],$ $H^{\left(2\right)}=\left[\begin{array}{cc}{h}_1^{\left(2\right)}& h_2^{\left(2\right)}\end{array}\right]$ 和当前功率信息P⁽¹⁾＝[p₁ ⁽¹⁾ p₂ ⁽¹⁾]P⁽²⁾＝[0 0]，按照公式(7)、(8)计算出第二次传输时两路数据流的接收信噪比初始值γ₁和γ₂。

步骤303、根据计算出的γ₁、γ₂、γ_1-target和γ_2-target，计算两路数据流的接收信噪比目标值和接收信噪比初始值的差值Δγ₁和Δγ₂。

步骤304、比较Δγ₁和Δγ₂的大小，确定Δγ大的一路数据流作为当前数据流。

这里，假设Δγ₁≥Δγ₂，则数据流1为当前数据流。

步骤305、判断步骤302中计算出的γ₁是否大于等于步骤301中计算出的γ_1-target，如果是，则退出功率分配流程，否则，转入步骤306。

步骤306、确定系统可分配给当前数据流的功率范围为0≤p₁ ⁽²⁾≤P_total。

步骤307、计算当前数据流达到接收信噪比目标值所需要的发射功率p⁽²⁾ _1-target。

步骤308～310、判断p⁽²⁾ _1-target是否大于等于P_total，如果是，则将P_total作为数据流1的第二次传输功率分配值p₁ ⁽²⁾，退出功率分配流程，否则将p⁽²⁾ _1-target作为数据流1的第二次传输功率分配值p₁ ⁽²⁾，转入步骤311。

步骤311、判断出系统当前可用功率和待分配功率数据流的数量均不为零。

步骤312、根据当前功率分配信息P⁽¹⁾＝[p₁ ⁽¹⁾ p₂ ⁽¹⁾)]，P⁽²⁾＝[p₁ ⁽²⁾ 0]，计算出数据流2的接收信噪比初始值γ′₂。

步骤313、将数据流2作为当前数据流。

步骤314、判断步骤312中计算出的γ′₂是否大于等于步骤301中计算出的γ_2-target，如果是，则退出功率分配流程，否则转入步骤315。

步骤315、在不降低已分配功率的数据流1已达到的接收信噪比的条件下，确定系统可分配给数据流2的功率范围p⁽²⁾ _2-range。

根据当前功率分配信息P⁽¹⁾＝[p₁ ⁽¹⁾ p₂ ⁽¹⁾]，P⁽²⁾＝[p₁ ⁽²⁾ 0]，计算出数据流1已达到的接收信噪比γ_j-old ⁽ⁱ⁾；

根据已分配功率的数据流1的功率值p₁ ⁽²⁾和参数p₂ ⁽²⁾，计算出数据流1的新的接收信噪比γ_1-new ²，其中，γ_1-new ²为p₂ ⁽²⁾的函数；

计算不等式方程组 $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\γ}}_{1-\mathrm{new}}^{\left(2\right)}\≥{\mathrm{\γ}}_{1-\mathrm{old}}^{\left(2\right)}\\ 0\≤p_2^{\left(2\right)}\≤p_{\mathrm{MAX}}\end{array}\right.,$ 如果该方程组有解，则得到用p₂ ⁽²⁾表示的所述系统可分配给当前数据流的功率范围p⁽²⁾ _2-range，其中 $p_{\mathrm{MAX}}=P_{\mathrm{total}}-p_1^{\left(2\right)}.$

步骤316、计算当前数据流达到接收信噪比目标值γ_2-target所需要的发射功率p⁽²⁾ _2-target。

步骤317～319、判断p⁽²⁾ _2-target是否在p⁽²⁾ _2-range范围内，如果是则将p⁽²⁾ _2-target作为数据流2的功率分配值p₂ ⁽²⁾，结束功率分配流程，否则在p⁽²⁾ _2-range范围内计算出使γ₂最大的功率值作为数据流2的功率分配值p₂ ⁽²⁾。

上述技术方案中，步骤301实现了本发明步骤101，步骤302、312实现了本发明步骤102，步骤303～310、313～319实现了本发明步骤103，步骤311实现了本发明步骤104。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多天线混合自动重发请求系统的功率分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a、发射端计算每路数据流的接收信噪比目标值；

b、发射端根据当前的功率分配信息，按照前合并方法计算所有待分配功率数据流的接收信噪比初始值，所述当前的功率分配信息包括本次传输之前的各次传输中为每路数据流分配的功率值和当前已为本次传输分配的功率值；

c、发射端从待分配功率数据流中选择接收信噪比目标值与接收信噪比初始值的差值最大的一路数据流作为当前数据流，在不降低每路已分配功率数据流已达到的接收信噪比的条件下，为当前数据流分配功率；

d、发射端根据系统当前的可用功率和待分配功率数据流的数量，判断是否需要继续分配功率，如果是则转入步骤b，否则退出功率分配流程；

其中，所述步骤b包括：

b1、按照 $R^{(N-1)}=\left[\begin{array}{c}{r}^{\left(1\right)}\\ r^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ r^{(N-1)}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{H}^{\left(1\right)}{P}^{\left(1\right)}\\ H^{\left(2\right)}{P}^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ H^{(N-1)}{P}^{(N-1)}\end{array}\right]x+\left[\begin{array}{c}{w}^{\left(1\right)}\\ w^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ w^{(N-1)}\end{array}\right]\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{G}^{(N-1)}x+w,$ 对前N-1次传输时的接收信号进行合并，得到发射信号x经过N-1次传输后的等效信道G^(N-1)；其中，r⁽ⁱ⁾为第i次传输时的接收信号，x为发射信号，H⁽ⁱ⁾为第i次传输时的信道矩阵，

为第i次传输时的功率分配矩阵，w⁽ⁱ⁾为第i次传输时的加性白高斯噪声；

b2、按照k＝1,…,Nt，计算第k路等效信道的接收信噪比γ_k；其中，Nt表示数据流总数，N₀为白高斯噪声的方差，g_k为所述G^(N-1)的第k列， ${\sin }^2{\mathrm{\θ}}_k=1-\frac{{\left|g_k^H{v}_k\right|}^2}{{\left|\right|g_k\left|\right|}^2{\left|\right|v_k\left|\right|}^2},$ $v_k=\left({\stackrel{\‾}{G}}_k{\left({\stackrel{\‾}{G}}_k^H{\stackrel{\‾}{G}}_k\right)}^{-1}{\stackrel{\‾}{G}}_k^H\right)g_k,$ ${\stackrel{\‾}{G}}_k=\left[\begin{array}{cccccc}{g}_1& \·\·\·& g_{k-1}& g_{k+1}& \·\·\·& g_{\mathrm{Nt}}\end{array}\right].$

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a为：

发射端根据每路数据流的调制编码方式和指定QoS要求计算每路数据流的接收信噪比目标值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤c为：

c1、发射端计算每路待分配功率数据流的接收信噪比目标值与接收信噪比初始值的差值Δγ；

c2、从待分配功率数据流中选择Δγ最大的一路数据流作为当前数据流；

c3、判断步骤b中计算出的当前数据流的接收信噪比初始值是否大于当前数据流的接收信噪比目标值，如果是，则退出功率分配流程，否则转入步骤c4；

c4、在不降低每路已分配功率数据流已达到的接收信噪比的条件下，确定系统可分配给当前数据流的功率范围，如果所述功率范围不存在，则当前数据流的分配功率为零，转入步骤d，否则转入步骤c5；

c5、计算当前数据流达到接收信噪比目标值所需要的发射功率；

c6、判断当前数据流达到接收信噪比目标值所需要的发射功率是否在系统可分配给当前数据流的功率范围内，如果是则将当前数据流达到接收信噪比目标值所需要的发射功率作为当前数据流的功率分配值，否则，在系统可分配给当前数据流的功率范围内找出使当前数据流的接收信噪比最大的功率，并将其作为当前数据流的功率分配值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤c4中所述确定系统可分配给当前数据流的功率范围包括：根据当前的功率分配信息

和

按照前合并方法得到

时每路已分配功率数据流已达到的接收信噪比

其中，N表示本次传输为第N次传输，k表示当前数据流为第k路数据流，k-1表示当前已分配功率数据流的数量，1≤k≤N_t，j表示当前已分配功率的第j个数据流，1≤j≤k-1，N_t表示数据流总数，

表示前N-1次功率分配信息，表示第N次传输中已完成的功率分配信息；根据当前的功率分配信息

和

以及参数

按照前合并方法得到时每路已分配功率数据流的新的接收信噪比

其中，

为

的函数；

计算不等式方程组 $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\γ}}_{1-\mathrm{new}}^{\left(N\right)}\≥{\mathrm{\γ}}_{1-\mathrm{old}}^{\left(N\right)}\\ \·\·\·\\ {\mathrm{\γ}}_{j-\mathrm{new}}^{\left(N\right)}\≥{\mathrm{\γ}}_{j-\mathrm{old}}^{\left(N\right)}\\ \·\·\·\\ {\mathrm{\γ}}_{(k-1)-\mathrm{new}}^{\left(N\right)}\≥{\mathrm{\γ}}_{(k-1)-\mathrm{old}}^{\left(N\right)}\\ 0\≤p_k^{\left(N\right)}\≤p_{\mathrm{MAX}}\end{array}\right.,$ 如果有解，则得到用

表示的所述系统可分配给当前数据流的功率范围，其中p_MAX表示系统当前的最大可分配功率；

其中，所述按照前合并方法得到

时每路已分配功率数据流已达到的接收信噪比

包括：

根据当前的功率分配信息

和

按照 $R^{\left(N\right)}=\left[\begin{array}{c}{r}^{\left(1\right)}\\ r^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ r^{\left(N\right)}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{H}^{\left(1\right)}{P}^{\left(1\right)}\\ H^{\left(2\right)}{P}^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ H^{\left(N\right)}{P}^{\left(N\right)}\end{array}\right]x+\left[\begin{array}{c}{w}^{\left(2\right)}\\ w^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ w^{\left(N\right)}\end{array}\right]\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{G}^{\left(N\right)}x+w$ 对N次传输时的接收信号进行合并，得到发射信号x经过N次传输后的等效信道G^(N)；其中，r⁽ⁱ⁾为第i次传输时的接收信号，H⁽ⁱ⁾为第i次传输时的信道矩阵，

为第i次传输时的功率分配矩阵，i＝1,…,N1，为第N次传输时前k-1路数据的功率分配矩阵，w⁽ⁱ⁾为加性白高斯噪声；

按照 ${\mathrm{\γ}}_{j-\mathrm{old}}^{\left(N\right)}=\frac{{\left|\right|g_j\left|\right|}^2{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_j}{N_0},$ 计算 $p_k^{\left(N\right)}=0,$ $p_{k+1}^{\left(N\right)}=0,...,p_{\mathrm{Nt}}^{\left(N\right)}=0$ 时每路已分配功率数据流已达到的接收信噪比其中，N₀为白高斯噪声的方差，g_j为所述G^(N)的第j列， ${\sin }^2{\mathrm{\θ}}_j=1-\frac{{\left|g_j^H{v}_j\right|}^2}{{\left|\right|g_j\left|\right|}^2{\left|\right|v_j\left|\right|}^2},$ $v_j=\left({\stackrel{\‾}{G}}_j{\left({\stackrel{\‾}{G}}_j^H{\stackrel{\‾}{G}}_j\right)}^{-1}{\stackrel{\‾}{G}}_j^H\right)g_j,$ ${\stackrel{\‾}{G}}_j=\left[\begin{array}{cccccc}{g}_1& \·\·\·& g_{j+1}& g_{j+1}& \·\·\·& g_{\mathrm{Nt}}\end{array}\right];$

所述根据当前的功率分配信息

和以及参数

按照前合并方法得到时每路已分配功率数据流的新的接收信噪比

包括：

根据当前的功率分配信息

和

以及参数

按照 $R^{\left(N\right)}=\left[\begin{array}{c}{r}^{\left(1\right)}\\ r^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ r^{\left(N\right)}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{H}^{\left(1\right)}{P}^{\left(1\right)}\\ H^{\left(2\right)}{P}^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ H^{\left(N\right)}{P}^{\left(N\right)}\end{array}\right]x+\left[\begin{array}{c}{w}^{\left(1\right)}\\ w^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ w^{\left(N\right)}\end{array}\right]\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{G}^{\left(N\right)}x+w,$ 对N次传输时的接收信号进行合并，得到发射信号x经过N次传输后的等效信道G^(N)；其中，r⁽ⁱ⁾为第i次传输时的接收信号，H⁽ⁱ⁾为第i次传输时的信道矩阵，

为第i次传输时的功率分配矩阵，i＝1,…,N-1，为第i次传输时前k路数据的功率分配矩阵，w⁽ⁱ⁾为加性白高斯噪声；

按照 ${\mathrm{\γ}}_{j-\mathrm{new}}^{\left(N\right)}=\frac{{\left|\right|g_j\left|\right|}^2{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_j}{N_0},j=1,...,k-1,$ 计算 $p_{k+1}^{\left(N\right)}=0,...,p_{\mathrm{Nt}}^{\left(N\right)}=0$ 时每路已分配功率数据流的新的接收信噪比

其中，N₀为白高斯噪声的方差，g_j为G^(N)的第j列， ${\sin }^2{\mathrm{\θ}}_j=1-\frac{{\left|g_j^H{v}_j\right|}^2}{{\left|\right|g_j\left|\right|}^2{\left|\right|v_j\left|\right|}^2},$ $v_j=\left({\stackrel{\‾}{G}}_j{\left({\stackrel{\‾}{G}}_j^H{\stackrel{\‾}{G}}_j\right)}^{-1}{\stackrel{\‾}{G}}_j^H\right)g_j,$ ${\stackrel{\‾}{G}}_j=\left[\begin{array}{cccccc}{g}_1& \·\·\·& g_{j-1}& g_{j+1}& \·\·\·& g_{\mathrm{Nt}}\end{array}\right].$

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤d为：

d1、判断系统当前可用功率是否为零，如果是，则退出功率分配流程，否则转入步骤d2；

d2、判断待分配功率数据流的数量是否为零，如果是，则退出功率分配流程，否则转入步骤b。

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