CN102026362A - 一种调整赋形加权系数的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，公开了一种调整赋形加权系数的方法及装置，用以基于用户终端的实际需求，进行赋形加权系数的准确调整，避免增加性能损失。该方法为：综上所述，本发明实施例中，基站根据用户终端发送的TPC命令字，将用户终端进行分组，并根据当前最大发射功率与每一组用户终端的发射功率的比较结果，分别对每一组用户终端的赋形加权系数进行相应调整，从而保证了每一组用户终端的赋形加权系数的调整，均是基于用户终端的实际调整需求进行的，避免了对用户终端的发射功率进行统一调整，而出现增加部分用户终端性能损失的情况，有效地保证了系统的服务可靠性，提升了系统性能。

Description

一种调整赋形加权系数的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种调整赋形加权系数的方法及装置。

背景技术

目前，波束赋形技术被广泛应用于移动通信系统，采用波束赋形技术的阵列天线一般被称为智能天线。智能天线通过波束赋形，将主波束对准期望用户进行收发，从而提高期望用户的接收端功率，同时，智能天线也可以根据干扰信号的空间特征，通过各天线单元的加权系数调整将阵列天线方向图的零陷对准干扰用户，这样可以降低来自干扰用户的信号功率；另一方面，在小区边缘，由于波束赋形技术提高了接收端的接收功率，因此小区覆盖的范围得到了扩展。

一般来说，采用波束赋形技术所参照的准则包括最大功率准则和最大载干比准则等等，而不论基于何种准则，均对应设计有多种获取波束赋形系数的方法，其中，最常用的便是特征波束赋形算法、采用特征波束赋形算法得到的加权系数可以使得接收端的接收功率最大，根据算法的具体实现方法，可以得到全局的最优解。

例如，假设N个天线单元的智能天线：接收的多天线信号矢量是x＝[x₁，x₂，L，x_N]，波束赋形加权系数矢量是w＝[w₁，w₂，L，w_N]，则赋形之后的接收信号为：

$y=w^{T}x=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_n{x}_n$ (公式1)

而赋形之后接收信号的功率为：

p＝|y|²＝y^*y＝w^Hx^*x^Tw＝w^HR_xxw         (公式2)

其中，(·)^*表示复数(复数矢量)的共轭，(·)^H表示矢量(矩阵)的共轭转置，(·)^T表示矢量(矩阵)的转置，基于最大功率准则的目标是寻找一个权矢量使得公式(2)达到最大值，即确定公式(3)取到最大值：

$w_{\mathrm{optl}}=\underset{w}{\arg \max }\left(\frac{w^H{R}_{\mathrm{xx}}w}{w^{H}w}\right)$ (公式3)

其中，w_opt1是使得取最大值的w，由矩阵相关特性可知，令

取最大值的w，同时也是令公式(2)达到最大值的w，即是矩阵R_xx的最大特征值对应的特征向量。

上述方法即是特征波束赋形算法。采用特征波束赋形算法的优点是，在固定的发射功率前提下达到实现最优解，即给定总发射功率的情况下，采用特征波束赋形算法，可以通过各天线上发射功率的分配和相位的调整，使得终端的接收功率最大；而采用特征波束赋形算法的缺点是，在各天线单元上分配的发射功率是不等的，在实际应用中，天线单元的最大发射功率是固定的，如果给天线馈入超过其最大发射能力的发射功率，天线(包括射频通道)将工作在非线性区，从而影响系统整体性能。

针对上述问题，现有的解决方案为：对发射功率最大的天线进行功率限制，再对赋形系数的幅度进行调整，从而达到满足功率受限的条件。然而在实际的通信环境中，天线阵往往在同一时刻会发送多个用户的数据，不同用户根据其实际的环境不同，所需的发射功率也是不同的，在某一时刻，一部分用户可能要求加大发送功率，而另一部分用户则可能要求降低发射功率，因此，若统一进行功率限制，会令针对所有用户的发射功率都下调，这样，会对要求增加发射功率的用户造成更大的性能损失，从而严重影响系统业务性能。

发明内容

本发明实施例提供一种调整赋形加权系数的方法及装置，用以基于用户终端的实际需求，进行赋形加权系数的准确调整，避免增加性能损失。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

一种调整赋形加权系数的方法，包括：

确定具有当前最大发射功率的天线；

根据各用户终端发送的TPC命令字，将各用户终端划分为下整用户组和上调用户组；

计算所述天线上针对所述下调用户组的第一发射功率，和针对所述上调用户组的第二发射功率；

将所述第一发射功率和所述第二发射功率，与所述天线能够承载的最大发射功率进行比较，并根据比较结果，分别对所述下调用户组或/和上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数进行相应调整。

一种调整赋形加权系数的装置，包括：

第一处理单元，用于确定具有当前最大发射功率的天线；

划分单元，用于根据各用户终端发送的TPC命令字，将各用户终端划分为下整用户组和上调用户组；

第二处理单元，用于计算所述天线上针对所述下调用户组的第一发射功率，和针对所述上调用户组的第二发射功率；

调整单元，用于将所述第一发射功率和所述第二发射功率，与所述天线能够承载的最大发射功率进行比较，并根据比较结果，分别对所述下调用户组或/和上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数进行相应调整。

本发明实施例中，基站根据用户终端发送的TPC命令字，将用户终端进行分组，并根据当前最大发射功率与每一组用户终端的发射功率的比较结果，分别对每一组用户终端的赋形加权系数进行相应调整，从而保证了每一组用户终端的赋形加权系数的调整，均是基于用户终端的实际调整需求进行的，避免了对用户终端的发射功率进行统一调整，而出现增加部分用户终端性能损失的情况，有效地保证了系统的服务可靠性，提升了系统性能。

附图说明

图1为本发明实施例中移动通信系统体系架构图；

图2为本发明实施例中基站功能结构示意图；

图3为本发明实施例中网络侧装置进行波束赋形流程图。

具体实施方式

在采用特征波束赋形算法时，若存在某个发射天线功率受限的情况，则基站通过获取的各用户的TPC(Transmission Power Control，传输功率控制)命令字，来确定对用户终端的波束赋形系数进行调整的幅度，具体为：确定具有当前最大发射功率的天线，根据各用户终端发送的TPC命令字，将各用户终端划分为下整用户组和上调用户组，再计算上述天线上针对下调用户组的第一发射功率，和针对上调用户组的第二发射功率，最后，再将第一发射功率和第二发射功率，与天线能够承载的最大发射功率进行比较，并根据比较结果，分别对下调用户组或/和上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数进行相应调整。

下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。

参阅图1和图2所示，本发明实施例中，移动通信系统内包括若干基站和用户终端，其中，基站包括第一处理单元20、划分单元21、第二处理单元22和调整单元23，其中，

第一处理单元20，用于确定具有当前最大发射功率的天线；

划分单元21，用于根据各用户终端发送的TPC命令字，将各用户终端划分为下整用户组和上调用户组；

第二处理单元22，用于计算上述天线上针对下调用户组的第一发射功率，和针对上调用户组的第二发射功率；

调整单元23，用于将第一发射功率和第二发射功率，与天线能够承载的最大发射功率进行比较，并根据比较结果，分别对下调用户组或/和上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数进行相应调整。

基于上述技术方案，参阅图3所示，本发明实施例中，基站进行波束赋形的详细流程如下：

步骤300：根据各用户终端发送的传输功率控制TPC命令字，将各用户终端划分为下调用户组和上调用户组。

本发明实施例中，假设基站同一时刻需要向K个用户终端发送数据，这K个用户终端的赋形系数分别为W_i＝[W_i1，W_i2，......，W_iKa]^H，其中，i＝1、2、......K，Ka表示天线阵列的天线数。

假设K个用户中，K1个用户终端发送的TCP命令字指示下调发射功率，K2个用户发送的TCP命令字指示上调发射功率，K＝K1+K2，那么，将K1个用户终端划分为下调用户组，将K2个用户终端划分为上调用户组。

步骤310：分别计算每一根天线当前的发射功率，并确定具有当前最大发射功率的天线；本实施例中，将该天线的编号记为Ka_max。

本发明实施例中，采用公式

计算每一根天线当前的发射功率，其中，WiKa为第iKa根天线当前的波束赋形加权系数，Ka为天线阵列的天线数，K表示存在K个用户终端。

步骤320：确定天线能够承载的最大发射功率，记为P_max。

实际应用中，同一基站上各天线的最大发射功率通常是一致的，由天线性能所决定。

步骤330：将计算获得的当前最大发射功率与天线能够承载的最大发射功率进行比较，判断P_{Ka_max}≤P_max？若是，不作任何功率调整，结束当前流程；否则，执行步骤340。

步骤340：计算P_{Ka_max}上针对下行用户组(即K1个用户终端)的发射功率P_K1，和针对上调用户组(即K2个用户终端)的发射功率P_K2。上述P_K1即可以看作是K1个用户在P_{Ka_max}中的贡献度，

P_K2可以看作是K2个用户在P_{Ka_max}中的贡献度，

步骤350：将P_K1和P_K2与P_max进行比较，并根据比较结果，对下调用户组或/和上调用户组中各用户终端的赋形加权系数进行进行相应调整。

执行步骤350时，可以设置P_K1和P_K2的比较优选级，较佳的，设置P_K1的比较优选级高于P_K2的比较优选级，这样，可以根据比较结果优先执行针对下调用户组的功率调整策略，有利于节省整体流程的操作时间。

本发明实施例中，执行步骤350时的具体方式如下：

第一种情况下，若P_K1、P_K2均大于P_max，则分别将K1个用户终端和K2个用户终端对应的赋形加权系数乘以

第二种情况下，若仅P_K1大于P_max，则分别将K1个用户终端对应的赋形加权系数乘以

第三种情况下，若仅P_K2大于P_max，则分别将K2个用户终端对应的赋形加权系数乘以

第四种情况下，若P_K1小于P_max、P_K2小于P_max，且P_max小于P_K1+P_K2，则可以分别对K1个用户终端或/和K2个用户终端对应的赋形加权系数进行相应调整，具体调整方式可以在以下四种方式中任选其一：

(i)分别将K1个用户终端对应的赋形加权系数乘以

(ii)分别将K2个用户终端对应的赋形加权系数乘以

(iii)分别将K1个用户终端和K2个用户终端对应的赋形加权系数乘以

$\sqrt{\frac{P_{\max }}{P_{K1}+P_{K2}}};$

(iii)分别将K1个用户终端对应的赋形加权系数乘以x_K1，同时分别将K2个用户终端对应的赋形加权系数乘以x_K2，其中，x_K1和x_K2由以下二元一次方程组获得：

P_K1*x_K1+P_K2*x_K2＝P_max

$\frac{x\_K1}{x\_K2}=\frac{P_{K1}}{P_{K2}}$

在执行完步骤350后，基站便可以根据调整后的各用户终端的赋形加权系数，采用波束赋形方法，计算各用户终端的发射功率，

本发明实施例提供一种调整赋形加权系数的方法及装置，用以基于用户终端的实际需求，进行赋形加权系数的准确调整。

基于上述实施例，在执行步骤350时，当仅对下调用户组或上调用户组其中之一对应的赋形加权系数进行调整时，为了避免调整幅度过多而造成系统性能的整体下降，较佳的，应设置一个调整门限值T_h，只有当Δ＞T_h才进行相应的调整操作，以避免将更多用户终端纳为调整对象，其中，Δ＝P_max-P_K1或Δ＝P_max-P_K2。

基于上述准则，步骤350中的第四种情况下，如果对K1个用户终端对应的赋形加权系数进行调整就可以满足T_h，那么，由于TPC命令字中，下调用户组的处理优先级高于上调用户组，此时，则可以选择只调整K1个用户分别对应的赋形加权系数即可，从而避免对TPC命令字中指示上调的K2个用户终端造成影响。

综上所述，本发明实施例中，基站根据用户终端发送的TPC命令字，将用户终端进行分组，并根据当前最大发射功率与每一组用户终端的发射功率的比较结果，分别对每一组用户终端的赋形加权系数进行相应调整，从而保证了每一组用户终端的赋形加权系数的调整，均是基于用户终端的实际调整需求进行的，避免了对用户终端的发射功率进行统一调整，而出现增加部分用户终端性能损失的情况，有效地保证了系统的服务可靠性，提升了系统性能。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种调整赋形加权系数的方法，其特征在于，包括：

确定具有当前最大发射功率的天线；

根据各用户终端发送的传输功率控制TPC命令字，将各用户终端划分为下整用户组和上调用户组；

计算所述天线上针对所述下调用户组的第一发射功率，和针对所述上调用户组的第二发射功率；

将所述第一发射功率和所述第二发射功率，与所述天线能够承载的最大发射功率进行比较，并根据比较结果，分别对所述下调用户组或/和上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数进行相应调整。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定具有当前最大发射功率的天线后，将所述当前最大发射功率与所述天线能够承载的最大发射功率进行比较，确定所述当前最大发射功率大于所述天线能够承载的最大发射功率时，再对各用户终端进行分组。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，先执行针对第一发射功率的比较操作及相应的调整策略，再执行针对第二发射功率的比较操作及相应的调整策略。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述第一发射功率和所述第二发射功率，与所述天线能够承载的最大发射功率进行比较，并根据比较结果，分别对所述下调用户组或/和上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数进行相应调整，包括：

若P_K1、P_K2均大于P_Max，则将下调用户组和上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数分别乘以

其中，P_K1为第一发射功率、P_K2为第二发射功率，P_max为天线能够承载的最大发射功率；

若仅P_K1大于P_max，则分别将下调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数乘以

若仅P_K2大于P_max，则分别将上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数乘以

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述第一发射功率和所述第二发射功率，与所述天线能够承载的最大发射功率进行比较，并根据比较结果，分别对所述下调用户组或/和上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数进行相应调整，包括：

若P_K1小于P_max、P_K2小于P_max，且P_max小于P_K1+P_K2，其中，P_K1为第一发射功率、P_K2为第二发射功率，P_max为天线能够承载的最大发射功率，则执行以下任意一种操作：

分别对下调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数乘以

分别将上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数乘以

分别将下调用户组和上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数乘以

$\sqrt{\frac{P_{\max }}{P_{K1}+P_{K2}}};$

分别将下调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数乘以x_K1，同时分别将上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数乘以x_K2，其中，x_K1和x_K2由以下二元一次方程组获得：

P_K1*x_K1+P_K2*x_K2＝P_max

$\frac{x\_K1}{x\_K2}=\frac{P_{K1}}{P_{K2}}.$

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，若仅对下调用户组中的用户终端对应的赋形加权系数进行调整，则在确定所述P_max与P_K1的差值大于预设门限值时，再进行相应调整；

若仅对上调用户组中的用户终端对应的赋形加权系数进行调整，则在确定所述P_max与P_K2的差值大于预设门限值时，再进行相应调整。

7.一种调整赋形加权系数的装置，其特征在于，包括：

第一处理单元，用于确定具有当前最大发射功率的天线；

划分单元，用于根据各用户终端发送的传输功率控制TPC命令字，将各用户终端划分为下整用户组和上调用户组；

第二处理单元，用于计算所述天线上针对所述下调用户组的第一发射功率，和针对所述上调用户组的第二发射功率；

调整单元，用于将所述第一发射功率和所述第二发射功率，与所述天线能够承载的最大发射功率进行比较，并根据比较结果，分别对所述下调用户组或/和上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数进行相应调整。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一处理单元确定具有当前最大发射功率的天线后，将所述当前最大发射功率与所述天线能够承载的最大发射功率进行比较，确定所述当前最大发射功率大于所述天线能够承载的最大发射功率时，通知所述划分单元对各用户终端进行分组。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述调整单元先执行针对第一发射功率的比较操作及相应的调整策略，再执行针对第二发射功率的比较操作及相应的调整策略。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述调整单元将所述第一发射功率和所述第二发射功率，与所述天线能够承载的最大发射功率进行比较，并根据比较结果，分别对所述下调用户组或/和上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数进行相应调整，包括：

若P_K1、P_K2均大于P_Max，则分别将下调用户组和上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数乘以

其中，P_K1为第一发射功率、P_K2为第二发射功率，P_max为天线能够承载的最大发射功率；

若仅P_K1大于P_max，则分别将K1个用户终端对应的赋形加权系数乘以

$\sqrt{\frac{P_{\max }-P_{K2}}{P_{K1}}};$

若仅P_K2大于P_max，则分别将K2个用户终端对应的赋形加权系数乘以

$\sqrt{\frac{P_{\max }-P_{K1}}{P_{K2}}}.$

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述调整单元将所述第一发射功率和所述第二发射功率，与所述天线能够承载的最大发射功率进行比较，并根据比较结果，分别对所述下调用户组或/和上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数进行相应调整，包括：

若P_K1小于P_max、P_K2小于P_max，且P_max小于P_K1+P_K2，其中，P_K1为第一发射功率、P_K2为第二发射功率，P_max为天线能够承载的最大发射功率，则执行以下任意一种操作：

分别对下调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数乘以

分别将上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数乘以

分别将下调用户组和上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数乘以

$\sqrt{\frac{P_{\max }}{P_{K1}+P_{K2}}};$

分别将下调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数乘以x_K1，同时分别将上调用户组中各用户终端对应的赋形加权系数乘以x_K2，其中，x_K1和x_K2由以下二元一次方程组获得：

P_K1*x_K1+P_K2*x_K2＝P_max

$\frac{x\_K1}{x\_K2}=\frac{P_{K1}}{P_{K2}}.$

12.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，若仅对下调用户组中的用户终端对应的赋形加权系数进行调整，则所述调整单元在确定所述P_max与P_K1的差值大于预设门限值时，再进行相应调整；

若仅对上调用户组中的用户终端对应的赋形加权系数进行调整，则所述调整单元在确定所述P_max与P_K2的差值大于预设门限值时，再进行相应调整。

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