CN102577531B - 一种功率分配方法、装置和一种基站 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种功率分配方法、装置和一种基站，为系统提供最优能效。所述方法包括：计算发送总功率P_t为定值时参考信号功率占所述定值的比例α和用户Um的用户数据功率占所述定值的比例β_m，所述用户Um是系统内处于连接状态的任一用户；根据所述比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t为所述定值时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则，更新所述发送总功率P_t；计算所述发送总功率P_t更新后所述比例α和比例β_m，判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效是否最大，若是，则获取所述发送总功率P_t更新后计算所得的比例α和比例β_m。本发明提供的方法可以在优化总功率的基础之上进一步降低系统功耗，大大降低系统空口的总体能耗，实现高效节能。

Description

一种功率分配方法、装置和一种基站

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种功率分配方法、装置和一种基站。

背景技术

随着人们对无线通信业务需求的不断提高，通信业务类型已经从传统低速语音通信业务扩展到高速多媒体数据业务。从香农(Shannon)信息论可知，数据率的提高需要占用更多的带宽和消耗更多的功率。在频谱资源已经十分稀缺的情况下，系统性能的提高不能够单纯依靠增大系统带宽来实现，现有的系统采取的策略大部分是在增加系统带宽的同时，提高系统的发射功率。

发射功率的提高在带来高数据率和高吞吐量的同时往往会带来较大的负面影响。从环境保护的角度来看，高发射功率将导致更多用于通信方面的能量消耗，从而间接带来更多的环境污染；从通信设备供应商的角度来看，高功耗将导致设备制造成本的大幅提高，尤其对于靠电池供电的移动通信设备，例如手机，高能耗往往会导致设备使用寿命的大大缩短。因此，如何设计高效节能的通信系统已成为一个备受关注的课题。传统的通信系统往往以吞吐量最大化为设计目标，在这一设计准则下，系统往往以最大的发送功率进行发射。然而，这种设计准则下虽然最大化吞吐量但并不能保证能够有效利用发送功率，如何从能量有效的角度来确定系统的发送总功率是一个新的课题。

参考信号是由发射端提供给接收端的用于信道估计的已知信号。发送高功率的参考信号可以保证信道估计的准确度，保证小区覆盖，进而提高信号检测性能。另一方面，提高用于传输用户数据信息的发送功率，同样可以提高系统性能。然而，用于参考信号发送和用户数据传输的总发送功率是有限的，参考信号占用的功率(以下简称“参考信号功率”)和用户数据占用的功率(以下简称“用户数据功率”)是此消彼长的关系，即，若用于参考信号发送的功率较大，则用于用户数据传输的功率会相应较小，反之，若用于参考信号发送的功率较小，则用于用户数据传输的功率会相应较大。在发送总功率受限的系统中，如何合理地分配用于参考信号和用户数据的功率是业界十分关注的一个问题。

针对上述业界关注的问题，现有技术提出了一种在正交频分复用(OFDM，Frequency Division Multiplexing)系统中基于信道门限的功率分配方法，该门限设计是根据信道增益和系统总功率限制得到的。具体功率分配的表达式如下：

p_j＝0                        γ_j≤η

$p_j=\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_j}\mathrm{MMS}{E}_j^{-1}\left(\min \right\{1,\mathrm{\η}/{\mathrm{\γ}}_j\left\}\right)$ γ_j＞η

其中p_j是第j个子载波上的功率，γ_j为第j个子载波上的信道增益与噪声功率的比值，MMSE_j(p_jγ_j)是第j个子载波上的数据进行最小均方误差(Minimum Mean Square Error，MMSE)估计的估计均方误差，η为信道门限，该门限通过如下系统总功率限制条件求得。

$\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\mathrm{MMS}{E}_j^{-1}\left(\min \right\{1,\mathrm{\η}/{\mathrm{\γ}}_j\left\}\right)}{n{\mathrm{\γ}}_j}=P_{\mathrm{avg}}$

与传统的灌水功率算法相比，该方法可以更好地适应发射信号离散非高斯分布的特性。

由于上述现有技术是利用小尺度信道信息(瞬时信道信息)，即时间尺度变化很快的信道信息进行功率分配，因此需要频繁地反馈大量信道信息和告知接收机功率分配信息，这些都导致了额外的信令开销。另一方面，上述现有技术只考虑了子载波上的功率(用于用户数据传输的功率)分配，在利用参考信号进行信道估计时如何进行功率分配则没有涉及，并且只是从互信息量最大化角度进行功率分配，没有考虑如何从能效最优的角度设计功率分配方案。

发明内容

本发明实施例提供一种功率分配方法、装置和一种基站，为系统提供最优能效。

本发明实施例提供一种功率分配方法，包括：计算发送总功率P_t为定值时参考信号功率占所述定值的比例α和用户Um的用户数据功率占所述定值的比例β_m，所述用户Um是系统内处于连接状态的任一用户；根据所述比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t为所述定值时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则，更新所述发送总功率P_t；计算所述发送总功率P_t更新后所述比例α和比例β_m，判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效是否最大，若是，则获取所述发送总功率P_t更新后计算所得的比例α和比例β_m。

本发明实施例提供一种功率分配方法，包括：获取系统的能效最大时的发送总功率P_t、参考信号功率占所述发送总功率P_t为定值时的比例α和用户Um的用户数据功率占所述发送总功率P_t为所述定值时的比例β_m；若所述ρ、P_t和α的乘积ρP_tα大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α，则以所述比例α和比例β_m作为分配所述参考信号功率和所述用户数据功率的比例，所述ρ为所述P_t转化为最终发送功率的转换效率；若所述ρ、P_t和α的乘积ρP_tα不满足大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α这一条件，则在所述参考信号功率等于所述P_α的条件下重新获取发送总功率P_t为所述定值时所述参考信号功率占所述定值的比例α和所述用户Um的用户数据功率占所述定值的比例β_m。

本发明实施例提供一种功率分配装置，包括：比例计算模块，用于计算发送总功率P_t为定值时参考信号功率占所述定值的比例α和用户Um的用户数据功率占所述定值的比例β_m，所述用户Um是系统内处于连接状态的任一用户；

判断处理模块，用于根据所述比例计算模块计算所得比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t为所述定值时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则更新所述发送总功率P_t；

所述比例计算模块还用于计算所述发送总功率P_t更新后所述比例α和比例β_m，所述判断处理模块还用于判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效是否最大，若是，则获取所述发送总功率P_t更新后计算所得比例α和比例β_m。

本发明实施例提供一种基站，所述基站包括上述功率分配装置。

本发明实施例提供一种功率分配装置，包括：第一获取模块，用于获取系统的能效最大时的发送总功率P_t、参考信号功率占所述发送总功率P_t为定值时的比例α和用户Um的用户数据功率占所述发送总功率P_t为定值时的比例β_m；

第二获取模块，用于若所述P_t、α和ρ的乘积ρP_tα大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α，则以所述比例α和比例β_m作为分配所述参考信号功率和所述用户数据功率的比例，所述ρ为所述P_t转化为最终发送功率的转换效率；

第三获取模块，用于若所述ρ、P_t和α的乘积ρP_tα不满足大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α这一条件，则在所述参考信号功率等于所述P_α的条件下重新获取发送总功率P_t为所述定值时所述参考信号功率占所述定值的比例α和所述用户Um的用户数据功率占所述定值的比例β_m。

本发明实施例提供一种基站，所述基站包括上述功率分配装置。

从上述本发明实施例可知，本发明实施例从参考信号功率占发送总功率为某个定值的比例α和用户数据功率占所述定值的比例β_m两方面考虑功率分配，如此，与现有技术只考虑用户数据功率的分配不同，兼顾了利用参考信号进行信道估计的情形，本发明这种联合设计参考信号功率和用户数据功率的方式可以在优化总功率的基础之上进一步降低系统功耗。另一方面，由于本发明实施例提供的方法是判断在发送总功率Pt为某个值时系统的能效是否最大，按照系统的能效最大时求得的比例α和比例β_m分配参考信号功率和用户数据功率，因此，本发明从能效最优的角度设计系统发送总功率，与传统以系统最大发送功率进行传输的方法相比，大大降低系统空口的总体能耗，实现高效节能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对现有技术或实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以如这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的功率分配方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的迭代搜索比例α和比例β_m方法流程示意图；

图3是本发明另一实施例提供的功率分配方法流程图；

图4是本发明另一实施例提供的功率分配方法流程图；

图5是本发明另一实施例提供的功率分配方法流程图；

图6是本发明实施例提供的一种功率分配装置逻辑结构示意图；

图7是本发明另一实施例提供的一种功率分配装置逻辑结构示意图；

图8是本发明另一实施例提供的一种功率分配装置逻辑结构示意图；

图9是本发明另一实施例提供的一种功率分配装置逻辑结构示意图；

图10是本发明另一实施例提供的一种功率分配装置逻辑结构示意图；

图11是本发明实施例提供的一种基站逻辑结构示意图；

图12是本发明另一实施例提供的一种功率分配装置逻辑结构示意图；

图13是本发明另一实施例提供的一种功率分配装置逻辑结构示意图；

图14是本发明另一实施例提供的一种功率分配装置逻辑结构示意图；

图15是本发明另一实施例提供的一种功率分配装置逻辑结构示意图；

图16是本发明另一实施例提供的一种功率分配装置逻辑结构示意图；

图17是本发明另一实施例提供的一种功率分配装置逻辑结构示意图；

图18是本发明另一实施例提供的一种功率分配装置逻辑结构示意图；

图19是本发明另一实施例提供的一种功率分配装置逻辑结构示意图；

图20是本发明另一实施例提供的一种基站逻辑结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种功率分配方法、装置和一种基站，为系统提供最优能效。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1，是本发明实施例提供的功率分配方法流程示意图，本方法可用于各种需要发送信号的设备上，例如各种通信基站等。本实施例中的方法主要包括步骤：

S101，计算发送总功率P_t为定值时参考信号功率占所述定值的比例α和用户Um的用户数据功率占所述定值的比例β_m。

在本发明实施例中，发送总功率P_t包括两部分，即，用于发送参考信号的功率(简称“参考信号功率”)和用于传输用户数据的功率(简称“用户数据功率”)。用户Um是系统内处于连接状态的任一用户。

由于功率放大器的线性放大区域是有限的，发送总功率总会受最大总功率的限制，因此，作为本发明实施例，定值可以是发送总功率P_t的最大发送总功率，即，可以从发送总功率P_t为最大发送总功率P₀时开始计算参考信号功率占最大发送总功率P₀的比例α和用户数据功率占所述最大发送总功率P₀的比例β_m，然后，可以逐步缩小发送总功率P_t。显然，本发明提供的实施例的限制条件为：P_t≤P₀

$\mathrm{\α}+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_m=1$ ............限制条件1

0＜α≤1

0≤β_m≤1，m＝1，...，M

这里，P₀是最大发送总功率，例如，取功率放大器的最大值，M是系统内处于连接态用户的数量。

S102，根据步骤S101计算所得比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t为所述定值时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则更新所述发送总功率P_t。

作为本发明一个实施例，根据所述比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t所述定值时系统的能效是否最大可以是：根据所述比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效是否最大。

在本发明实施例中，系统的能效η定义为单位能量消耗下传输的信息量，即： $\mathrm{\η}=\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{C}_m}{P_t+P_c}$

此处，P_t是系统发送总功率，P_c是电路损耗和静态功耗之和，M是系统内处于连接态用户的数量，C_m是第m个用户的系统容量；C_m进一步表示为：

$C_m=\mathrm{\Δf}{N}_m{\log }_2(1+\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{\mathrm{\β}}_m{P}_t}{{\mathrm{\σ}}_m^2(L_m{\mathrm{\β}}_m+N_m\mathrm{\α})})$

此处，Δf为子载波带宽，N_m是用户m占用子载波个数，ρ为系统发送总功率P_t转化为最终发送功率的转换效率，α为参考信号功率所占发送总功率P_t的比例，β_m是第m个用户的用户数据功率占发送总功率P_t的比例，ψ_m是第m个用户的大尺度信道增益，是第m个用户的噪声功率，L_m是第m个用户经历信道的可分辨多径数目。

当获取了参考信号功率占最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占最大发送总功率的比例β_m后，就可以比例α和比例β_m按照分配参考信号功率和用户数据功率。

S103，计算步骤S102中发送总功率P_t更新后的比例α和比例β_m，判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效是否最大，若是，则获取所述发送总功率P_t更新后计算所得比例α和比例β_m。

在本发明实施例中，计算步骤S102中发送总功率P_t更新后的比例α和比例β_m，其方法与计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m类似，不同的仅仅是计算使用到的参量发送总功率P_t改变了。

作为本发明一个实施例，在判断发送总功率P_t更新后系统的能效是否最大时，可以将发送总功率P_t更新后系统的能效与更新前系统的能效相比，判断发送总功率P_t更新时能效增长率是否达到设定的精度，若是，则判断发送总功率P_t更新后系统的能效达到最大。例如，设定精度为ε₁，假设发送总功率P_t更新前系统的能效是η_n-1，发送总功率P_t更新后系统的能效是η_n，若成立，则判断发送总功率P_t更新时能效增长率达到设定的精度，否则，再次更新发送总功率P_t并判断发送总功率P_t再次更新时能效增长率是否达到所述设定的精度ε₁。

从上述本发明实施例可知，本发明实施例从参考信号功率占最大发送总功率的比例α和用户数据功率占最大发送总功率的比例β_m两方面考虑功率分配，如此，与现有技术只考虑用户数据功率的分配不同，兼顾了利用参考信号进行信道估计的情形，本发明这种联合设计参考信号功率和用户数据功率的方式可以在优化总功率的基础之上进一步降低系统功耗。另一方面，由于本发明实施例提供的方法是判断在发送总功率P_t为某个值时系统的能效是否最大，按照系统的能效最大时求得的比例α和比例β_m分配参考信号功率和用户数据功率，因此，本发明从能效最优的角度设计系统发送总功率，与传统以系统最大发送功率进行传输的方法相比，大大降低系统空口的总体能耗，实现高效节能。

在本发明一个实施例中，计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m可以是根据所述最大发送总功率，采用迭代搜索计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m。采用迭代搜索计算发送总功率最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m具体包括附图2示例的步骤：

S201，将参考信号功率占最大发送总功率的比例α设定一个初值；

S202，由最大发送总功率和比例α设定的初值，获取用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m；

在本发明实施例中，β_m的表达式具体为：

${\mathrm{\β}}_m=\frac{-N_m\mathrm{\α}(\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{P}_0+2{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)+N_m\mathrm{\α}\sqrt{{(\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{P}_0+2{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)}^2-4L_m(\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{P}_0+{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)({\mathrm{\σ}}_m^2-\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m{P}_0}{v})}}{2L_m(\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{P}_0+{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)}$

其中，N_m为用户Um占用子载波个数，P₀为所述最大发送总功率，ρ为所述P₀转化为最终发送功率的转换效率，ψ_m为用户Um的大尺度信道增益，为用户Um的噪声功率，L_m为用户Um经历信道的可分辨多径数目，v为拉格朗日乘子，v满足可以利用二分法求取最优v，M为系统内处于连接态用户的数量。

S203，判断比例α设定的初值与获取的β_m关系。

若比例α设定的初值与获取的β_m关系满足则以此时获取的β_m和所述比例α设定的初值分别作为所述用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例和参考信号功率占所述最大发送总功率的比例，否则，更新所述比例α的值(S204)，此处，ε₃为经验值，一般可取10^-10～10^-5。

在上述实施例中，对于比例α的更新，可按照公式更新，公式中，α_n为比例α更新后的值，μ₂为步长。步长μ₂可以是选定的固定值或通过某种优化方法，例如二分法求出的最优步长。

由于存在附图1所示本发明实施例的限制条件，因此，附图1所示本发明实施例的技术方案的实现过程实际上是求解下述优化问题1。其中，符号“max”表示求取目标函数，即，能效函数 $\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δf}{N}_m{\log }_2(1+\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{\mathrm{\β}}_m{P}_t}{{\mathrm{\σ}}_m^2(L_m{\mathrm{\β}}_m+N_m\mathrm{\α})})}{P_t+P_c}$ 的最大值，“s.t.”下面的项目表示限制条件1。

优化问题1的目标函数(即能效函数η)是一个准凸函数，限制条件1为线性约束条件，因此，优化问题1是一个准凸问题。根据优化理论，可以容易得出上述问题存在唯一的最优发送总功率、参考信号功率和用户数据功率占所述最优发送总功率的比例。

对于优化问题1的求解，可以首先求解发送总功率P_t取一个特殊值时，即，

$\begin{array}{cc}\max & \frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δf}{N}_m{\log }_2(1+\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{\mathrm{\β}}_m{P}_t}{{\mathrm{\σ}}_m^2(L_m{\mathrm{\β}}_m+N_m\mathrm{\α})})}{P_t+P_c}\end{array}$

s.t.P_t≤P₀

$\mathrm{\α}+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_m=1$ ..................优化问题1

0＜α≤1

0≤β_m≤1，m＝1，…，M

发送总功率P_t取最大值P₀时系统的能效是否最大，若最大，则以此时取得的β_m和比例α分别作为用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率P₀的比例和参考信号功率占所述最大发送总功率P₀的比例。

作为本发明一个实施例，在判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效是否最大时，可以采用下述方法实现：

S1，计算能效函数η关于发送总功率P_t的偏导数

能效函数η即 $\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δf}{N}_m{\log }_2(1+\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{\mathrm{\β}}_m{P}_t}{{\mathrm{\σ}}_m^2(L_m{\mathrm{\β}}_m+N_m\mathrm{\α})})}{P_t+P_c},$ 此处，Δf为子载波带宽，N_m为用户Um占用子载波个数，P_c为电路损耗和静态功耗之和，ρ为所述P_t转化为最终发送功率的转换效率，ψ_m为用户Um的大尺度信道增益，为用户Um的噪声功率，L_m为用户Um经历信道的可分辨多径数目，M是系统内处于连接态用户的数量。

需要说明的是，由于ψ_m为用户Um的大尺度信道增益，因此，与现有技术基于小尺度信道信息(即时间尺度变化很快的信道信息，例如，瞬时信道信息等)的功率分配算法相比，本发明根据信道大尺度信道信息(即在较长时间内不变的信道信息，例如路径损耗、阴影衰落和大尺度信道增益等)进行功率分配，本发明实施例提供的功率分配方法所需信道信息反馈量小，反馈频率低。

S2，若偏导数在所述发送总功率P_t为最大发送总功率P₀时的值，即，大于或等于0，则判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效最大。

本实施例中，上述判断在发送总功率P_t最大时系统的能效是否最大的原理在于：表明能效函数η是关于发送总功率P_t的增函数，其物理意义是系统能效随着P_t增大而提高，因此，当P_t取到其最大值P₀时，此时系统的能效η显然是最大。

请参阅附图3，是本发明另一实施例提供的功率分配方法流程图，可以作为对附图1示例提供的功率分配方法的补充说明，主要包括步骤：

S301，设定最大发送功率；

例如，将发送功率P_t设定最大值P₀，可以是功率放大器的最大值。

S302，迭代搜索确定比例α和比例β_m；

可以采用附图2示例的迭代算法，根据Δf，N_m，ρ，ψ_m，L_m，P_c等，求取参考信号功率占最大发送总功率P₀的比例α和用户数据功率占所述最大发送总功率P₀的比例β_m。Δf，N_m，ρ，ψ_m，L_m，P_c的含义与前述实施例中Δf，N_m，ρ，ψ_m，L_m，P_c的含义相同，不做赘述。

S303，计算能效函数η关于发送总功率的偏导数的表达式如下：

$\frac{\∂\mathrm{\η}}{\∂P_t}|=\frac{\mathrm{\Δf}{\log }_{2}e\·\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{N}_m(\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{\mathrm{\β}}_m(P_t+P_c)}{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{\mathrm{\β}}_m{P}_t+{\mathrm{\σ}}_m^2(L_m{\mathrm{\β}}_m+N_m\mathrm{\α})}-\ln (1+\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{\mathrm{\β}}_m{P}_t}{{\mathrm{\σ}}_m^2(L_m{\mathrm{\β}}_m+N_m\mathrm{\α})}))}{{(P_t+P_c)}^2}$

S304，判断的符号，如果则算法结束，否则进入步骤S305；

S305，更新发送总功率P_t；

即，将发送总功率P_t按照表达式更新，其中，P_n为第n次迭代时的发送总功率，μ₁为迭代步长，该步长可以设定为固定值，或设定为通过某种优化算法(例如，二分法)找到的最优值。

S306，迭代搜索确定比例α和比例β_m；

方法与S302类似，即，可以采用附图2示例的迭代算法。区别在于，此时的发送总功率P_t由最大值P₀改变为其他值。

S307，计算能效函数η_n以及η_n关于发送总功率的偏导数。

偏导数的表达式与本实施例S303中偏导数的表达式相同。

S308，判断此次迭代得到的能效η_n与上次迭代得到的能效η_n-1相比的能效增长率是否达到设定的精度。

例如，设定精度为ε₁(一般可设定为10^-10～10^-5)，假设发送总功率P_t更新前(即第n-1次迭代时的发送总功率P_n-1)系统的能效是η_n-1，发送总功率P_t更新后(即第n次迭代时的发送总功率P_n)系统的能效是η_n，若则判断此次迭代得到的能效η_n与上次迭代得到的能效η_n-1相比，能效增长率达到设定的精度。

进一步地，还可以判断发送总功率P_t更新时(即由第n-1次迭代时的发送总功率P_n-1更新为第n次迭代时的发送总功率P_n)能效增长速度是否达到设定的精度。例如，可以判断是否成立，ε₂一般可设定为10^-10～10^-5。若成立，则能效增长速度达到设定的精度，否则返回步骤S305。

需要说明的是，在上述本发明实施例中，只要求解到比例β_m和比例α，即可按照这个比例分配参考信号功率和用户数据功率。以下的实施例相同，不再另外做说明。

在实际通信系统中，参考信号除了用于进行信道估计还会有其他用途，例如，保证一定的小区覆盖。因此，参考信号功率的取值要高于某个门限值，即ραP_t≥P_α，其中，P_α为参考信号功率的最小值，ρ、α和P_t的含义与前述实施例相同。这就是说，在增加了限制条件ραP_t≥P_α时，优化问题1转化为以下的优化问题2：

其中，符号“max”表示求取目标函数，即，能效函数的最大值，“s.t.”下面的项目表示限制条件。

优化问题2的求解过程如附图4所示本发明实施例提供的功率分配方法流

$\begin{array}{cc}\max & \frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δf}{N}_m{\log }_2(1+\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{\mathrm{\β}}_m{P}_t}{{\mathrm{\σ}}_m^2(L_m{\mathrm{\β}}_m+N_m\mathrm{\α})})}{P_t+P_c}\end{array}$

s.t.P_t≤P₀

ραP_t≥P_α

$\mathrm{\α}+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_m=1$ ..........................优化问题2

0＜α≤1

0≤β_m≤1，m＝1，...，M

程示意图，主要包括步骤：

S401，获取系统的能效最大时的发送总功率P_t、参考信号功率占所述发送总功率为定值时的比例α和用户Um的用户数据功率占所述发送总功率P_t为所述定值时的比例β_m。

在本发明一个实施例中，所述定值为所述发送总功率P_t的最大发送总功率，此时，获取系统的能效最大时的发送总功率P_t、参考信号功率占所述发送总功率为定值时的比例α和用户Um的用户数据功率占所述发送总功率为所述定值时的比例β_m为：获取系统的能效最大时的发送总功率P_t、参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m。

求解优化问题2的基本思路是首先求解优化问题1得到P_t、α、(符号表示第1个用户至第M个用户的用户数据功率占最大发送总功率的比例)，即包括如下步骤：

S4011，计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，所述用户Um是系统内处于连接状态的任一用户；

S4012，根据所述比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则更新所述发送总功率P_t；

S4013，计算所述发送总功率P_t更新后所述比例α和比例β_m，判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效是否最大，若是，则获取所述发送总功率Pt更新后计算所得比例α和比例β_m。

关于优化问题1的求解，其更为详细的步骤可参阅前述实施例。

S402，若ρ与步骤S401求得的P_t和α的乘积ρP_tα大于或等于参考信号功率的最小值P_α，则以所述比例α和比例β_m作为分配所述参考信号功率和所述用户数据功率的比例。

在本实施例中，ρ为P_t转化为最终发送功率的转换效率。如果ραP_t≥P_α成立，说明此时的发送总功率和功率比例也是优化问题2的最优解，求解过程结束。

S403，若所述ρ、P_t和α的乘积ρP_tα不满足大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α这一条件，则在所述参考信号功率等于所述P_α的条件下重新获取发送总功率P_t为所述定值时所述参考信号功率占所述定值的比例α和所述用户Um的用户数据功率占所述定值的比例β_m。

在定值为所述发送总功率P_t的最大发送总功率的实施例中，所述若所述ρ、P_t和α的乘积ρP_tα不满足大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α这一条件，则在所述参考信号功率等于所述P_α的条件下重新获取发送总功率P_t所述定值时所述参考信号功率占所述定值的比例α和所述用户Um的用户数据功率占所述定值的比例β_m为：若所述ρ、P_t和α的乘积ρP_tα不满足大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α这一条件，则在所述参考信号功率等于所述P_α的条件下重新获取发送总功率P_t最大时所述参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和所述用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m。

如果ραP_t≥P_α不成立，则求解如下优化问题3：

为求解优化问题3，可以将变量进行替换，即，由关系式P_β＝P₀-P_α/ρ和γ_m＝β_mP₀/(P₀-P_α/ρ)替换出γ_m＝β_m(1+P_α/P_βρ)。

$\begin{array}{cc}\max & \frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δf}{N}_m{\log }_2(1+\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{\mathrm{\β}}_m{P}_t}{{\mathrm{\σ}}_m^2(L_m{\mathrm{\β}}_m+N_m\mathrm{\α})})}{P_t+P_c}\end{array}$

s.t.P_t≤P₀

ραP_t＝P_α

$\mathrm{\α}+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_m=1$ ..............................优化问题3

0＜α≤1

0≤β_m≤1，m＝1，...，M

优化问题3转化如下为优化问题4：

$\begin{array}{cc}\max & \frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δf}{N}_m{\log }_2(1+\frac{\mathrm{\ρ}{P}_{\mathrm{\α}}{\mathrm{\ψ}}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}}{{\mathrm{\σ}}_m^2({\mathrm{\ρL}}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}+N_m{P}_{\mathrm{\α}})})}{P_{\mathrm{\β}}+P_c+P_{\mathrm{\α}}/\mathrm{\ρ}}\end{array}$

s.t.P_β≤P₀-P_α/ρ

$\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}}_m=1$ ......................优化问题4

0≤γ_m≤1，m＝1，...，M

其中，P_β表示用于多个用户的用户数据功率之和，γ_m表示用户Um的用户数据功率与P_β的比值。由于P_β＝P₀-P_α/ρ，因此，若发送总功率P_t最大(为P₀)，则也P_β最大。这就是说，优化问题4的求解实际上等效于在参考信号功率等于P_α的条件下重新获取发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，包括步骤：

S4031，计算多个用户的用户数据功率之和P_β最大时用户Um的用户数据功率占P_β的比例γ_m，P_β最大为P₀-P_α/ρ，P₀为最大发送总功率；

即，由关系式P_β＝P₀-P_α/ρ和γ_m＝β_mP₀/(P₀-P_α/ρ)替换出γ_m＝β_m(1+P_α/P_βρ)；根据系统的能效最大时获取的用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，计算出：

${\mathrm{\γ}}_m=\frac{-N_m{P}_{\mathrm{\α}}({\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}+2{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)+N_m{P}_{\mathrm{\α}}\sqrt{{({\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}+2{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)}^2-4L_m({\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}+{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)({\mathrm{\σ}}_m^2-\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}}{v})}}{2L_m\mathrm{\ρ}{P}_{\mathrm{\β}}({\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}+{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)}$

S4032，根据比例步骤S4031求取的比例γ_m，判断在多个用户的用户数据功率之和P_β最大时系统的能效是否最大，若是，则根据所述比例γ_m求取所述比例α和比例β_m，否则，更新所述P_β并判断所述P_β更新后系统的能效是否最大。

本实施例中，判断在多个用户的用户数据功率之和P_β最大时系统的能效是否最大与前述本发明实施例中判断在发送总功率P_t最大时系统的能效是否最大类似，包括步骤：

S40321，计算能效函数η关于P_β的偏导数；

能效函数η为 $\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δf}{N}_m{\log }_2(1+\frac{\mathrm{\ρ}{P_{\mathrm{\α}}\mathrm{\ψ}}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}}{{\mathrm{\σ}}_m^2(\mathrm{\ρ}{L}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}+N_m{P}_{\mathrm{\α}})})}{P_{\mathrm{\β}}+P_c+P_{\mathrm{\α}}/\mathrm{\ρ}},$ 其中，Δf为子载波带宽，N_m为用户Um占用子载波个数，P_c为电路损耗和静态功耗之和，ψ_m为用户Um的大尺度信道增益，为用户Um的噪声功率，L_m为用户Um经历信道的可分辨多径数目，M是系统内处于连接态用户的数量。

η关于P_β的偏导数为：

$\frac{\∂\mathrm{\η}}{\∂P_{\mathrm{\β}}}|=\frac{\mathrm{\Δf}{\log }_{2}e\·\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{N}_m(\frac{N_m\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m{P_{\mathrm{\α}}^2\mathrm{\γ}}_m(P_{\mathrm{\β}}+P_c+P_{\mathrm{\α}}/\mathrm{\ρ})}{({\mathrm{\σ}}_m^2({\mathrm{\ρL}}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}+N_m{P}_{\mathrm{\α}})+\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}})(\mathrm{\ρ}{L}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}+N_m{P}_{\mathrm{\α}})}-\ln (1+\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}}{{\mathrm{\σ}}_m^2({\mathrm{\ρL}}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}+N_m{P}_{\mathrm{\α}})}))}{{(P_{\mathrm{\β}}+P_c+P_{\mathrm{\α}}/\mathrm{\ρ})}^2}$

S40321，若所述偏导数在所述多个用户的用户数据功率之和P_β最大时的值大于或等于0，则判断在所述多个用户的用户数据功率之和P_β最大时系统的能效最大。

本实施例中，上述判断在多个用户的用户数据功率之和P_β最大时系统的能效是否最大的原理在于：表明能效函数η是关于P_β的增函数，其物理意义是系统能效随着P_β增大而提高，因此，当P_β取到其最大值P₀-P_α/ρ时，此时系统的能效η显然是最大。

在本实施例中，判断P_β更新后系统的能效是否最大包括：判断P_β更新时能效增长率是否达到设定的精度，若是，则判断P_β更新更新后系统的能效达到最大。例如，设定精度为ε₄，假设P_β更新前系统的能效是η_n-1，P_β更新后系统的能效是η_n，若则判断P_β更新时系统的能效增长率达到设定的精度，否则，再次更新所述P_β并判断所述P_β再次更新时能效增长率是否达到所述设定的精度。

在本实施例中，更新多个用户的用户数据功率之和P_β的方法可以是：将所述P_β按照公式更新，其中，P_n为P_β更新后的值，P_n-1为所述P_β更新前的值，所述μ₁为迭代步长。

在判断所述P_β更新时能效增长率是否达到设定的精度之后还包括：判断所述多个用户的用户数据功率之和P_β更新时能效增长速度是否达到设定的精度。

例如，通过计算能效η关于P_β更新之后的偏导数，若成立，则判断所述多个用户的用户数据功率之和P_β更新时能效增长速度达到设定的精度，其中，ε₅为算法精度，可根据精度要求进行设置，一般可设置为10^-5～10^-10。

请参阅附图5，是本发明另一实施例提供的功率分配方法流程图，将P_β和进行迭代优化，可以作为对附图4示例提供的功率分配方法的补充说明，主要包括步骤：

S501，将P_β设定为最大值P₀-P_α/ρ；

P_β、P₀、P_α和ρ的含义分别与附图4示例的P_β、P₀、P_α和ρ的含义相同。

S502，求取

中，符号表示第1个用户至第M个用户的用户数据功率占P_β的比例。可以根据Δf、N_m、ρ、ψ_m、L_m、P_c、P_α以及求解优化问题1时得到的β_m，计算得到：

${\mathrm{\γ}}_m=\frac{-N_m{P}_{\mathrm{\α}}({\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}+2{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)+N_m{P}_{\mathrm{\α}}\sqrt{{({\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}+2{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)}^2-4L_m({\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}+{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)({\mathrm{\σ}}_m^2-\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}}{v})}}{2L_m\mathrm{\ρ}{P}_{\mathrm{\β}}({\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}+{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)}$

其中，v为拉格朗日乘子，v满足可利用二分法求得最优v。

S503，计算能效函数关于P_β的导数表达式如下：

$\frac{\∂\mathrm{\η}}{\∂P_{\mathrm{\β}}}|=\frac{\mathrm{\Δf}{\log }_{2}e\·\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{N}_m(\frac{N_m\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m{P_{\mathrm{\α}}^2\mathrm{\γ}}_m(P_{\mathrm{\β}}+P_c+P_{\mathrm{\α}}/\mathrm{\ρ})}{({\mathrm{\σ}}_m^2({\mathrm{\ρL}}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}+N_m{P}_{\mathrm{\α}})+\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}})(\mathrm{\ρ}{L}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}+N_m{P}_{\mathrm{\α}})}-\ln (1+\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}}{{\mathrm{\σ}}_m^2({\mathrm{\ρL}}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}+N_m{P}_{\mathrm{\α}})}))}{{(P_{\mathrm{\β}}+P_c+P_{\mathrm{\α}}/\mathrm{\ρ})}^2}$

S504，判断的符号，如果则求解过程结束，否则，进入步骤S505；

S505，更新P_β；

即将多个用户的用户数据功率之和P_β按照公式更新，所述P_n为所述P_β更新后的值，所述P_n-1为所述P_β更新前的值，所述μ₁为迭代步长。

S506，计算P_β更新后的比例γ_m；

根据Δf，N_m，ρ，ψ_m，L_m，P_c，P_α等系统输入量和更新后的P_β，计算P_β更新后的比例γ_m，方法与附图4示例的步骤S4031计算多个用户的用户数据功率之和P_β最大时用户Um的用户数据功率占P_β的比例γ_m类似。区别在于，此时的多个用户的用户数据功率之和P_β由最大值P₀-P_α/ρ改变为其他值。

S507，计算能效函数η及其关于P_β的偏导数；

由更新后的P_β和S506计算所得γ_m，计算能效函数η及其关于P_β的偏导数。能效函数η为 $\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δf}{N}_m{\log }_2(1+\frac{\mathrm{\ρ}{P_{\mathrm{\α}}\mathrm{\ψ}}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}}{{\mathrm{\σ}}_m^2(\mathrm{\ρ}{L}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}+N_m{P}_{\mathrm{\α}})})}{P_{\mathrm{\β}}+P_c+P_{\mathrm{\α}}/\mathrm{\ρ}},$ 其中，Δf为子载波带宽，N_m为用户Um占用子载波个数，P_c为电路损耗和静态功耗之和，ψ_m为用户Um的大尺度信道增益，为用户Um的噪声功率，L_m为用户Um经历信道的可分辨多径数目，M是系统内处于连接态用户的数量。

η关于P_β的偏导数为：

$\frac{\∂\mathrm{\η}}{\∂P_{\mathrm{\β}}}|=\frac{\mathrm{\Δf}{\log }_{2}e\·\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{N}_m(\frac{N_m\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m{P_{\mathrm{\α}}^2\mathrm{\γ}}_m(P_{\mathrm{\β}}+P_c+P_{\mathrm{\α}}/\mathrm{\ρ})}{({\mathrm{\σ}}_m^2({\mathrm{\ρL}}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}+N_m{P}_{\mathrm{\α}})+\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}})(\mathrm{\ρ}{L}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}+N_m{P}_{\mathrm{\α}})}-\ln (1+\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}}{{\mathrm{\σ}}_m^2({\mathrm{\ρL}}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}+N_m{P}_{\mathrm{\α}})}))}{{(P_{\mathrm{\β}}+P_c+P_{\mathrm{\α}}/\mathrm{\ρ})}^2}.$

S508，判断此次迭代得到的能效η_n与上次迭代得到的能效η_n-1相比的能效增长率是否达到设定的精度。

例如，设定精度为ε₄(一般可设定为10^-5～10^-10)，假设多个用户的用户数据功率之和P_β更新前(即第n-1次迭代时的发送总功率P_n-1)系统的能效是η_n-1，多个用户的用户数据功率之和P_β更新后(即第n次迭代时的发送总功率P_n)系统的能效是η_n，若则判断此次迭代得到的能效η_n与上次迭代得到的能效η_n-1相比，能效增长率达到设定的精度。

进一步地，还可以判断多个用户的用户数据功率之和P_β更新时(即由第n-1次迭代时的P_n-1更新为第n次迭代时的P_n)能效增长速度是否达到设定的精度。例如，可以判断是否成立，ε₅一般可设定为10^-10～10^-5。若成立，则结束，否则返回步骤S505。

需要说明的是，在上述本发明实施例中，只要求解到比例β_m和比例α，即可按照这个比例分配参考信号功率和用户数据功率。

从上述本发明实施例可知，本发明实施例从参考信号功率占最大发送总功率的比例α和用户数据功率占最大发送总功率的比例β_m两方面考虑功率分配，如此，与现有技术只考虑用户数据功率的分配不同，兼顾了利用参考信号进行信道估计的情形，本发明这种联合设计参考信号功率和用户数据功率的方式可以在优化总功率的基础之上进一步降低系统功耗。另一方面，由于本发明实施例提供的方法是判断在发送总功率P_t为某个值时系统的能效是否最大，按照系统的能效最大时求得的比例α和比例β_m分配参考信号功率和用户数据功率，因此，本发明从能效最优的角度设计系统发送总功率以及在此基础上保证一定的小区覆盖，与传统以系统最大发送功率进行传输的方法相比，大大降低系统空口的总体能耗，实现高效节能。

进一步，本发明实施例还给出了实施上述方法的功率分配装置，该功率分配装置用于执行上述方法实施例中的方法。请参阅附图6，是本发明实施例提供的一种功率分配装置逻辑结构示意图。为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。附图6示例的功率分配装置06包含的功能模块/单元可以是软件模块/单元、硬件模块/单元或软硬件相结合模块/单元，包括比例计算模块601和判断处理模块602，其中：

比例计算模块601，用于计算发送总功率P_t为定值时参考信号功率占所述定值的比例α和用户Um的用户数据功率占所述定值的比例β_m，所述用户Um是系统内处于连接状态的任一用户；

判断处理模块602，用于根据所述比例计算模块601计算所得比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t为所述定值时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则更新所述发送总功率P_t；

所述比例计算模块601还用于计算所述发送总功率P_t更新后所述比例α和比例β_m，所述判断处理模块602还用于判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效是否最大，若是，则获取所述发送总功率P_t更新后计算所得比例α和比例β_m。

在本发明一个实施例中，所述定值为所述发送总功率P_t的最大发送总功率，此时所述比例计算模块601用于计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，所述判断处理模块602用于根据所述比例计算模块601计算所得比例α和比例β_m，判断判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则更新所述发送总功率P_t。

附图6示例的判断处理模块602可以进一步包括判断单元701，如附图7所示本发明另一实施例提供的功率分配装置07，其中：

判断单元701，用于判断所述发送总功率P_t更新时能效增长率是否达到设定的精度，若是，则判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效达到最大。例如，设定精度为ε₁，假设发送总功率P_t更新前系统的能效是η_n-1，发送总功率P_t更新后系统的能效是η_n，若则判断发送总功率P_t更新时能效增长率达到设定的精度，否则，再次更新发送总功率P_t并判断发送总功率P_t再次更新时能效增长率是否达到所述设定的精度ε₁。

附图6或附图7示例比例计算模块601具体用于根据所述最大发送总功率，采用迭代搜索计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，其包括初值预设单元801、比例获取单元802和比例确定单元803，如附图8所示本发明另一实施例提供的功率分配装置08，其中：

初值预设单元801，用于设定所述比例α的初值；

比例获取单元802，用于由所述最大发送总功率和所述初值，获取所述比例β_m，β_m的表达式具体为：

${\mathrm{\β}}_m=\frac{-N_m\mathrm{\α}(\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{P}_0+2{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)+N_m\mathrm{\α}\sqrt{{(\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{P}_0+2{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)}^2-4L_m(\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{P}_0+{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)({\mathrm{\σ}}_m^2-\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m{P}_0}{v})}}{2L_m(\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{P}_0+{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)}$

N_m为用户Um占用子载波个数，P₀为所述最大发送总功率，ρ为所述P₀转化为最终发送功率的转换效率，ψ_m为用户m的大尺度信道增益，为用户Um的噪声功率，L_m为用户Um经历信道的可分辨多径数目，v为拉格朗日乘子，v满足M为系统内处于连接态用户的数量；

比例确定单元803，用于若所述初值预设单元801设定的比例α的初值与获取的β_m关系满足则以此时获取的β_m和所述初值分别作为所述用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例和所述参考信号功率占所述最大发送总功率的比例，否则，更新所述比例α的值，所述ε₃为经验值。

比例确定单元803还用于将所述比例α按照公式更新，所述α_n为所述比例α更新后的值，μ₂为步长；

附图6至附图8示例的判断处理模块602还用于将所述发送总功率按照公式更新，所述P_n为所述发送总功率P_t更新后的值，所述P_n-1为所述发送总功率P_t更新前的值，所述μ₁为迭代步长。

附图6至附图8示例的判断处理模块602包括偏导计算单元901和判断单元902，如附图9所示本发明另一实施例提供的功率分配装置09，其中：

偏导计算单元901，用于计算能效函数η关于发送总功率P_t的偏导数，所述η为 $\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δf}{N}_m{\log }_2(1+\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\α}{\mathrm{\β}}_m{P}_t}{{\mathrm{\σ}}_m^2(L_m{\mathrm{\β}}_m+N_m\mathrm{\α})})}{P_t+P_c},$ Δf为子载波带宽，N_m为用户Um占用子载波个数，P_c为电路损耗和静态功耗之和，ρ为所述P_t转化为最终发送功率的转换效率，ψ_m为用户Um的大尺度信道增益，为用户Um的噪声功率，L_m为用户Um经历信道的可分辨多径数目，M是系统内处于连接态用户的数量；

判断单元902，用于若所述偏导计算单元901计算所得偏导数在所述发送总功率P_t为最大发送总功率时的值大于或等于0，则判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效最大。

附图6至附图9示例的功率分配装置还包括精度判断模块1001，如附图10所示本发明另一实施例提供的功率分配装置10，其中：

精度判断模块1001，用于判断所述发送总功率P_t更新(即由第n-1次迭代时的发送总功率P_n-1更新为第n次迭代时的发送总功率P_n)时能效增长速度是否达到设定的精度。例如，可以通过判断是否成立，ε₂一般可设定为10^-10～10^-5。若成立，则能效增长速度达到设定的精度。

需要说明的是，以上功率分配装置的实施方式中，各功能模块的划分仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如相应硬件的配置要求或者软件的实现的便利考虑，而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将所述功率分配装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。而且，实际应用中，本实施例中的相应的功能模块可以是由相应的硬件实现，也可以由相应的硬件执行相应的软件完成，例如，前述的比例计算模块，可以是具有执行前述计算发送总功率Pt最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m的硬件，例如比例计算器，也可以是能够执行相应计算机程序从而完成前述功能的一般处理器或者其他硬件设备；再如前述的判断处理模块，可以是具有执行前述判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则更新所述发送总功率P_t等功能的硬件，如判断处理器，也可以是能够执行相应计算机程序从而完成前述功能的一般处理器或者其他硬件设备。

从上述本发明实施例提供的功率分配装置可知，本发明实施例从参考信号功率占最大发送总功率的比例α和用户数据功率占最大发送总功率的比例β_m两方面考虑功率分配，如此，与现有技术只考虑用户数据功率的分配不同，兼顾了利用参考信号进行信道估计的情形，本发明这种联合设计参考信号功率和用户数据功率的方式可以在优化总功率的基础之上进一步降低系统功耗。另一方面，由于本发明实施例提供的方法是判断在发送总功率P_t为某个值时系统的能效是否最大，按照系统的能效最大时求得的比例α和比例β_m分配参考信号功率和用户数据功率，因此，本发明从能效最优的角度设计系统发送总功率以及在此基础上保证一定的小区覆盖，与传统以系统最大发送功率进行传输的方法相比，大大降低系统空口的总体能耗，实现高效节能。

请参阅附图11，本发明实施例提供的一种基站逻辑结构示意图，该基站可用于正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统。为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。附图11示例提供的基站包含的功能模块/单元可以是软件模块/单元、硬件模块/单元或软硬件相结合模块/单元，其包括参考信号功率配置模块1102、用户数据功率配置模块1103、子载波映射模块1104、逆傅里叶变换模块1105、加循环前缀模块1106、数模变换模块1107、射频模块1108和附图6至附图10任一示例的功率分配装置1101，其中：

功率分配装置1101，用于计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，根据所述比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则更新所述发送总功率P_t，计算所述发送总功率P_t更新后所述比例α和比例β_m，判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效是否最大，若是，则获取所述发送总功率P_t更新后计算所得比例α和比例β_m；

参考信号功率配置模块1102，用于按照功率分配装置1101计算得到的参考信号功率占最大发送总功率的比例α，将参考信号功率配置到经过编码调制后的参考信号；

用户数据功率配置模块1103，用于按照功率分配装置1101计算得到的用户数据功率占最大发送总功率的比例β_m，将用户数据功率配置到经过编码调制后的各个用户数据上；

子载波映射模块1104，用于将配置好的参考信号和用户数据映射到子载波上；

逆傅里叶变换模块1105，用于将所述子载波映射模块1104映射后的数据进行逆傅里叶变换；

加循环前缀模块1106，用于将所述逆傅里叶变换模块1105变换后的数据进行加循环前缀(CP，Cyclic Prefix)处理；

数模变换模块1107，用于将所述加循环前缀模块1106输出的数字信号转换成模拟信号；

射频模块1108，用于将所述数模变换模块1107输出的模拟信号经过其中功率放大器的放大，根据功率分配装置1101得到的发送总功率，调整发射模拟信号的幅度后经过射频天线发射出去。

请参阅附图12，本发明实施例提供的一种功率分配装置逻辑结构示意图。为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。附图12示例提供的功率分配装置12包含的功能模块/单元可以是软件模块/单元、硬件模块/单元或软硬件相结合模块/单元，其包括第一获取模块1202、第二获取模块1202和第三获取模块1203，其中：

第一获取模块1201，用于获取系统的能效最大时的发送总功率P_t、参考信号功率占所述发送总功率P_t为定值时的比例α和用户Um的用户数据功率占所述发送总功率P_t为定值时的比例β_m；

第二获取模块1202，用于若所述P_t、α和ρ的乘积ρP_tα大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α，则以所述第一获取模块1201获取的比例α和比例β_m作为分配所述参考信号功率和所述用户数据功率的比例，所述ρ为所述P_t转化为最终发送功率的转换效率；

第三获取模块1203，用于若所述ρ、P_t和α的乘积ρP_tα不满足大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α这一条件，则在所述参考信号功率等于所述P_α的条件下重新获取发送总功率P_t为所述定值时所述参考信号功率占所述定值的比例α和所述用户Um的用户数据功率占所述定值的比例β_m。

在本发明一个实施例中，所述定值为所述发送总功率P_t的最大发送总功率，此时，所述第一获取模块1201用于获取系统的能效最大时的发送总功率P_t、参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，所述第三获取模块1203用于若所述ρ、P_t和α的乘积ρP_tα不满足大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α这一条件，则在所述参考信号功率等于所述P_α的条件下重新获取发送总功率P_t所述定值时所述参考信号功率占所述定值的比例α和所述用户Um的用户数据功率占所述定值的比例β_m为：若所述ρ、P_t和α的乘积ρP_tα不满足大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α这一条件，则在所述参考信号功率等于所述P_α的条件下重新获取发送总功率P_t最大时所述参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和所述用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m。

附图12示例的第一获取模块1201包括第一比例计算子模块1301和第一判断处理子模块1302，如附图13所示本发明另一实施例提供的功率分配装置13，其中：

第一比例计算子模块1301，用于计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，所述用户Um是系统内处于连接状态的任一用户；

第一判断处理子模块1302，用于根据所述第一比例计算子模块1301计算所得比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则更新所述发送总功率P_t；

所述第一比例计算子模块1301还用于计算所述发送总功率P_t更新后所述比例α和比例β_m，所述第一判断处理子模块1302还用于判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效是否最大，若是，则获取所述发送总功率P_t更新后计算所得比例α和比例β_m。

附图13示例的第一判断处理子模块1302包括第一判断单元1401，如附图14所示本发明另一实施例提供的功率分配装置14，其中：

第一判断单元1401，用于判断所述发送总功率P_t更新时能效增长率是否达到设定的精度，若是，则判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效达到最大。

附图12至附图14示例的第三获取模块1203包括第三比例计算子模块1501和第三判断处理子模块1502，如附图15所示本发明另一实施例提供的功率分配装置15，其中：

第三比例计算子模块1501，用于计算多个用户的用户数据功率之和P_β最大时用户Um的用户数据功率占所述P_β的比例γ_m，所述P_β最大为P₀-P_α/ρ，所述P₀为所述最大发送总功率；

第三判断处理子模块1502，用于根据所述第三比例计算子模块1501计算所得比例γ_m，判断在所述多个用户的用户数据功率之和P_β最大时系统的能效是否最大，若是，则根据所述γ_m求取所述比例α和比例β_m，否则更新所述P_β并判断所述P_β更新后系统的能效是否最大。

附图12至附图15示例的第三获取模块1203还包括能效判断子模块1601，如附图16所示本发明另一实施例提供的功率分配装置16，其中：

能效判断子模块1601，用于判断所述P_β更新时能效增长率是否达到设定的精度，若是，则判断所述P_β更新更新后系统的能效达到最大。

附图15或附图16示例的第三比例计算子模块1501还包括变量替换单元1701和比例计算单元1702，如附图17所示本发明另一实施例提供的功率分配装置17，其中：

变量替换单元1701，用于由关系式P_β＝P₀-P_α/ρ和γ_m＝β_mP₀/(P₀-P_α/ρ)替换出γ_m＝β_m(1+P_α/P_βρ)；

比例计算单元1702，用于根据系统的能效最大时获取的用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，计算出

${\mathrm{\γ}}_m=\frac{-N_m{P}_{\mathrm{\α}}({\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}+2{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)+N_m{P}_{\mathrm{\α}}\sqrt{{({\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}+2{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)}^2-4L_m({\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}+{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)({\mathrm{\σ}}_m^2-\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}}{v})}}{2L_m\mathrm{\ρ}{P}_{\mathrm{\β}}({\mathrm{\ψ}}_m{P}_{\mathrm{\α}}+{\mathrm{\σ}}_m^2{L}_m)}.$

附图15或附图16示例的第三判断处理子模块1502还包括偏导计算单元1801和判断单元1802，如附图18所示本发明另一实施例提供的功率分配装置18，其中：

偏导计算单元1801，用于计算能效函数η关于所述P_β的偏导数，所述η为 $\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δf}{N}_m{\log }_2(1+\frac{\mathrm{\ρ}{P_{\mathrm{\α}}\mathrm{\ψ}}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}}{{\mathrm{\σ}}_m^2(\mathrm{\ρ}{L}_m{\mathrm{\γ}}_m{P}_{\mathrm{\β}}+N_m{P}_{\mathrm{\α}})})}{P_{\mathrm{\β}}+P_c+P_{\mathrm{\α}}/\mathrm{\ρ}},$ 其中，Δf为子载波带宽，N_m为用户Um占用子载波个数，P_c为电路损耗和静态功耗之和，ψ_m为用户Um的大尺度信道增益，为用户Um的噪声功率，L_m为用户Um经历信道的可分辨多径数目，M是系统内处于连接态用户的数量；

判断单元1802，用于若所述偏导数在所述多个用户的用户数据功率之和P_β最大时或者所述P_β更新后的值大于或等于0，则判断在所述多个用户的用户数据功率之和P_β最大时系统的能效最大。

附图15至附图18任一示例的功率分配装置还包括精度判断模块1901，如附图18所示本发明另一实施例提供的功率分配装置19，其中：

精度判断模块1901，用于判断所述多个用户的用户数据功率之和P_β更新时能效增长速度是否达到设定的精度。

从上述附图12至附图19本发明实施例提供的功率分配装置可知，本发明实施例从参考信号功率占最大发送总功率的比例α和用户数据功率占最大发送总功率的比例β_m两方面考虑功率分配，如此，与现有技术只考虑用户数据功率的分配不同，兼顾了利用参考信号进行信道估计的情形，本发明这种联合设计参考信号功率和用户数据功率的方式可以在优化总功率的基础之上进一步降低系统功耗。另一方面，由于本发明实施例提供的方法是判断在发送总功率P_t为某个值时系统的能效是否最大，按照系统的能效最大时求得的比例α和比例β_m分配参考信号功率和用户数据功率，因此，本发明从能效最优的角度设计系统发送总功率以及在此基础上保证一定的小区覆盖，与传统以系统最大发送功率进行传输的方法相比，大大降低系统空口的总体能耗，实现高效节能。

请参阅附图20，本发明另一实施例提供的一种基站逻辑结构示意图。为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。附图20示例提供的基站包含的功能模块/单元可以是软件模块/单元、硬件模块/单元或软硬件相结合模块/单元，其包括参考信号功率配置模块2002、用户数据功率配置模块2003、子载波映射模块2004、逆傅里叶变换模块2005、加循环前缀模块2006、数模变换模块2007、射频模块2008和附图12至附图19任一示例的功率分配装置2001，其中：

功率分配装置2001，用于计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，根据所述比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则更新所述发送总功率P_t，计算所述发送总功率P_t更新后所述比例α和比例β_m，判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效是否最大，若是，则获取所述发送总功率P_t更新后计算所得比例α和比例β_m；

参考信号功率配置模块2002，用于按照功率分配装置2001计算得到的参考信号功率占最大发送总功率的比例α，将参考信号功率配置到经过编码调制后的参考信号；

用户数据功率配置模块2003，用于按照功率分配装置2001计算得到的用户数据功率占最大发送总功率的比例β_m，将用户数据功率配置到经过编码调制后的各个用户数据上；

子载波映射模块2004，用于将配置好的参考信号和用户数据映射到子载波上；

逆傅里叶变换模块2005，用于将所述子载波映射模块2004映射后的数据进行逆傅里叶变换；

加循环前缀模块2006，用于将所述逆傅里叶变换模块2005变换后的数据进行加循环前缀(CP，Cyclic Prefix)处理；

数模变换模块2007，用于将所述加循环前缀模块2006输出的数字信号转换成模拟信号；

射频模块2008，用于将所述数模变换模块2007输出的模拟信号经过其中功率放大器的放大，根据功率分配装置2001得到的发送总功率，调整发射模拟信号的幅度后经过射频天线发射出去。

需要说明的是，上述装置各模块/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明方法实施例相同，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例提供的一种功率分配方法、装置和一种基站进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (23)

1.一种功率分配方法，其特征在于，所述方法包括： 

计算发送总功率P_t为定值时参考信号功率占所述定值的比例α和用户Um的用户数据功率占所述定值的比例β_m，所述用户Um是系统内处于连接状态的任一用户； 

根据所述比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t为所述定值时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则，更新所述发送总功率P_t；所述系统的能效η定义为单位能量消耗下传输的信息量，即：

其中，P_t是所述系统发送总功率，P_c是电路损耗和静态功耗之和，M是系统内处于连接态用户的数量，C_m是第m个用户的系统容量；C_m进一步表示为： 

其中，Δf为子载波带宽，N_m是用户m占用子载波个数，ρ为系统发送总功率P_t转化为最终发送功率的转换效率，α为参考信号功率所占发送总功率P_t的比例，β_m是第m个用户的用户数据功率占发送总功率P_t的比例，Ψ_m是第m个用户的大尺度信道增益，是第m个用户的噪声功率，L_m是第m个用户经历信道的可分辨多径数目； 

计算所述发送总功率P_t更新后所述比例α和比例β_m，判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效是否最大，若是，则获取所述发送总功率P_t更新后计算所得的比例α和比例β_m； 

所述定值为所述发送总功率P_t的最大发送总功率； 

所述计算发送总功率P_t为定值时参考信号功率占所述定值的比例α和用户Um的用户数据功率占所述定值的比例β_m为：计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m； 

所述根据所述比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t为所述定值时系 统的能效是否最大为：根据所述比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效是否最大； 

所述计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m为：根据所述最大发送总功率，采用迭代搜索计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，所述采用迭代搜索计算发送总功率最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m包括： 

设定所述比例α的初值； 

由所述最大发送总功率和所述比例α的值，获取所述比例β_m，β_m的表达式具体 

为：N_m为用户Um占用子载波个数，P₀为所述最大发送总功率，ρ为所述P₀转化为最终发送功率的转换效率，Ψ_m为用户Um的大尺度信道增益，为用户Um的噪声功率，L_m为用户Um经历信道的可分辨多径数目，v为拉格朗日乘子，v满足M为系统内处于连接态用户的数量； 

若所述比例α的值与获取的β_m关系满足则以此时获取的β_m和所述比例α值分别作为所述用户Um用户数据功率占所述最大发送总功率的比例和所述参考信号功率占所述最大发送总功率的比例，否则，更新所述比例α的值，并返回所述由所述最大发送总功率和所述比例α的值，获取所述比例β_m的步骤；所述ε₃为经验值。 

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效是否最大包括： 

判断所述发送总功率P_t更新时能效增长率是否达到设定的精度，若是，则判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效达到最大。 

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述更新所述比例α的值为： 

将所述比例α按照公式更新，所述α_n为所述比例α更新后的值，μ₂为步长。 

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述判断所述发送总功率P_t更新时能效增长率是否达到设定的精度之后还包括： 

判断所述发送总功率P_t更新时能效增长速度是否达到设定的精度。 

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效是否最大包括： 

计算能效函数η关于发送总功率P_t的偏导数； 

若所述偏导数在所述发送总功率P_t为最大发送总功率时的值大于或等于0，则判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效最大。 

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述更新所述发送总功率P_t为： 

将所述发送总功率按照公式更新，所述P_n为所述发送总功率P_t更新后的值，所述P_n-1为所述发送总功率P_t更新前的值，所述μ₁为迭代步长。 

7.一种功率分配方法，其特征在于，所述方法包括： 

获取系统的能效最大时的发送总功率P_t、参考信号功率占所述发送总功率P_t的比例α和用户Um的用户数据功率占所述发送总功率P_t的比例β_m； 

若ρ、P_t和α的乘积ρP_tα大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α，则以所述比例α和比例β_m作为分配所述参考信号功率和所述用户数据功率的比例，所述ρ为所述P_t转化为最终发送功率的转换效率； 

若所述ρ、P_t和α的乘积ρP_tα不满足大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α这一条件，则在所述参考信号功率等于所述P_α的条件下重新获取所述参考信号功率占所述发送总功率P_t的比例α和所述用户Um的用户数据功率占所述发送总功率P_t的比例β_m； 

所述获取系统的能效最大时的发送总功率P_t、参考信号功率占所述发送总 功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述发送总功率的比例β_m包括： 

计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，所述用户Um是系统内处于连接状态的任一用户； 

根据所述比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则更新所述发送总功率P_t；所述系统的能效η定义为单位能量消耗下传输的信息量，即：

其中，P_t是所述系统发送总功率，P_c是电路损耗和静态功耗之和，M是系统内处于连接态用户的数量，C_m是第m个用户的系统容量；C_m进一步表示为： 

其中，Δf为子载波带宽，N_m是用户m占用子载波个数，ρ为系统发送总功率P_t转化为最终发送功率的转换效率，α为参考信号功率所占发送总功率P_t的比例，β_m是第m个用户的用户数据功率占发送总功率P_t的比例，Ψ_m是第m个用户的大尺度信道增益，是第m个用户的噪声功率，L_m是第m个用户经历信道的可分辨多径数目； 

计算所述发送总功率P_t更新后所述比例α和比例β_m，判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效是否最大，若是，则获取所述发送总功率P_t更新后计算所得比例α和比例β_m； 

所述计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m为：根据所述最大发送总功率，采用迭代搜索计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，所述采用迭代搜索计算发送总功率最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例 β_m包括： 

设定所述比例α的初值； 

由所述最大发送总功率和所述比例α的值，获取所述比例β_m，β_m的表达式具体 

为：N_m为用户Um占用子载波个数，P₀为所述最大发送总功率，ρ为所述P₀转化为最终发送功率的转换效率，Ψ_m为用户Um的大尺度信道增益，为用户Um的噪声功率，L_m为用户Um经历信道的可分辨多径数目，v为拉格朗日乘子，v满足M为系统内处于连接态用户的数量； 

若所述比例α的值与获取的β_m关系满足则以此时获取的β_m和所述比例α值分别作为所述用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例和所述参考信号功率占所述最大发送总功率的比例，否则，更新所述比例α的值，并返回所述由所述最大发送总功率和所述比例α的值，获取所述比例β_m的步骤；所述ε₃为经验值； 

所述若ρ、P_t和α的乘积ρP_tα不满足大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α这一条件，则在所述参考信号功率等于所述P_α的条件下重新获取所述参考信号功率占所述发送总功率P_t的比例α和所述用户Um的用户数据功率占所述发送总功率P_t的比例β_m为：若所述ρ、P_t和α的乘积ρP_tα不满足大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α这一条件，则在所述参考信号功率等于所述P_α的条件下重新获取发送总功率P_t最大时所述参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和所述用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m； 

所述在所述参考信号功率等于所述P_α的条件下重新获取发送总功率P_t最大时所述参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和所述用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m包括： 

计算多个用户的用户数据功率之和P_β最大时用户Um的用户数据功率占所 述P_β的比例γ_m，所述P_β最大为P₀-P_α/ρ，所述P₀为所述最大发送总功率； 

根据所述比例γ_m，判断在所述多个用户的用户数据功率之和P_β最大时系统的能效是否最大，若是，则根据所述γ_m求取所述比例α和比例β_m，否则，更新所述P_β并判断所述P_β更新后系统的能效是否最大； 

所述计算多个用户的用户数据功率之和P_β最大时用户Um的用户数据功率占所述P_β的比例γ_m包括： 

由关系式P_β=P₀-P_α/ρ和γ_m=β_mP₀/(P₀-P_α/ρ)替换出γ_m=β_m(1+P_α/P_βρ)； 

根据系统的能效最大时获取的用户Um的用户数据功率占所述最大发送 

总功率的比例β_m，计算出

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述判断所述P_β更新后系统的能效是否最大包括： 

判断所述P_β更新时能效增长率是否达到设定的精度，若是，则判断所述P_β更新更新后系统的能效达到最大。 

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述比例γ_m，判断在所述多个用户的用户数据功率之和P_β最大时系统的能效是否最大包括： 

计算能效函数η关于P_β的偏导数，所述η为，其中，Δf为子载波带宽，N_m为用户Um占用子载波个数，P_c为电路损耗和静态功耗之和，Ψ_m为用户Um的大尺度信道增益，为用户Um的噪声功率，L_m为用户Um经历信道的可分辨多径数目，M是系统内处于连接态用户的数量； 

若所述偏导数在所述多个用户的用户数据功率之和P_β最大时的值大于或等于0，则判断在所述多个用户的用户数据功率之和P_β最大时系统的能效最大。 

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述更新所述P_β为： 

将所述P_β按照公式更新，所述P_n为所述Pβ更新后的值，所述P_n-1为所述P_β更新前的值，所述μ₁为迭代步长。 

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述判断所述P_β更新时能效增长率是否达到设定的精度之后还包括： 

判断所述多个用户的用户数据功率之和P_β更新时能效增长速度是否达到设定的精度。 

12.一种功率分配装置，其特征在于，所述装置包括： 

比例计算模块，用于计算发送总功率P_t为定值时参考信号功率占所述定值的比例α和用户Um的用户数据功率占所述定值的比例β_m，所述用户Um是系统内处于连接状态的任一用户； 

判断处理模块，用于根据所述比例计算模块计算所得比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t为所述定值时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则更新所述发送总功率P_t；所述系统的能效η定义为单位能量消耗下传输的信息量，即：

其中，P_t是所述系统发送总功率，P_c是电路损耗和静态功耗之和，M是系统内处于连接态用户的数量，C_m是第m个用户的系统容量；C_m进一步表示为： 

其中，Δf为子载波带宽，N_m是用户m占用子载波个数，ρ为系统发送总功率P_t转化为最终发送功率的转换效率，α为参考信号功率所占发送总功率P_t的比例，β_m是第m个用户的用户数据功率占发送总功率P_t的比例，Ψ_m是第m个用户的大尺度信道增益，是第m个用户的噪声功率，L_m是第m个用户经历信道的可分辨多径数目； 

所述比例计算模块还用于计算所述发送总功率P_t更新后所述比例α和比例β_m，所述判断处理模块还用于判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效是否最大，若是，则获取所述发送总功率P_t更新后计算所得比例α和比例β_m； 

所述定值为所述发送总功率P_t的最大发送总功率； 

所述比例计算模块用于计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m； 

所述判断处理模块用于根据所述比例计算模块计算所得比例α和比例β_m，判断判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则更新所述发送总功率P_t； 

所述比例计算模块具体用于根据所述最大发送总功率，采用迭代搜索计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，所述比例计算模块包括： 

初值预设单元，用于设定所述比例α的初值； 

比例获取单元，用于由所述最大发送总功率和所述比例α的值，获取所述比例β_m，β_m的表达式具体为： 

N_m为用户Um占用子载波个数，P₀为所述最大发送总功率，ρ为所述P₀转化为最终发送功率的转换效率，Ψ_m为用户m的大尺度信道增益，为用户Um的噪声功率，L_m为用户Um经历信道的可分辨多径数目，v为拉格朗日乘子，v满足 M为系统内处于连接态用户的数量； 

比例确定单元，用于若所述比例α的值与获取的β_m关系满足 则以此时获取的β_m和所述比例α值分别作为所述用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例和所述参考信号功率占所述最大发送总功率的比例，否则，更新所述比例α的值，并返回所述比例获取单元；所述ε₃为经验值。 

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述判断处理模块包括： 

判断单元，用于判断所述发送总功率P_t更新时能效增长率是否达到设定的精度，若是，则判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效达到最大。 

14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述比例确定单元还用于将所述比例α按照公式更新，所述α_n为所述比例α更新后的值，μ₂为步长；所述判断处理模块还用于将所述发送总功率按照公式 更新，所述P_n为所述发送总功率P_t更新后的值，所述P_n-1为所述发送总功率P_t更新前的值，所述μ₁为迭代步长。 

15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 

精度判断模块，用于判断所述发送总功率P_t更新时能效增长速度是否达到设定的精度。 

16.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述判断处理模块包括： 

偏导计算单元，用于计算能效函数η关于发送总功率P_t的偏导数； 

判断单元，用于若所述偏导计算单元计算所得偏导数在所述发送总功率P_t为最大发送总功率时的值大于或等于0，则判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效最大。 

17.一种基站，其特征在于，所述基站包括权利要求12至16任意一项所述的功率分配装置。 

18.一种功率分配装置，其特征在于，所述装置包括： 

第一获取模块，用于获取系统的能效最大时的发送总功率P_t、参考信号功率占所述发送总功率P_t的比例α和用户Um的用户数据功率占所述发送总功率P_t的比例β_m； 

第二获取模块，用于若所述P_t、α和ρ的乘积ρP_tα大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α，则以所述比例α和比例β_m作为分配所述参考信号功率和所述用户数据功率的比例，所述ρ为所述P_t转化为最终发送功率的转换效率； 

第三获取模块，用于若所述ρ、P_t和α的乘积ρP_tα不满足大于或等于所 述参考信号功率的最小值P_α这一条件，则在所述参考信号功率等于所述P_α的条件下重新获取所述参考信号功率占所述发送总功率P_t的比例α和所述用户Um的用户数据功率占所述发送总功率P_t的比例β_m； 

所述第一获取模块包括： 

第一比例计算子模块，用于计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，所述用户Um是系统内处于连接状态的任一用户； 

第一判断处理子模块，用于根据所述第一比例计算子模块计算所得比例α和比例β_m，判断在所述发送总功率P_t最大时系统的能效是否最大，若是，则获取所述比例α和比例β_m，否则更新所述发送总功率P_t；所述系统的能效η定义为单位能量消耗下传输的信息量，即：

其中，P_t是所述系统发送总功率，P_c是电路损耗和静态功耗之和，M是系统内处于连接态用户的数量，C_m是第m个用户的系统容量；C_m进一步表示为： 

其中，Δf为子载波带宽，N_m是用户m占用子载波个数，ρ为系统发送总功率P_t转化为最终发送功率的转换效率，α为参考信号功率所占发送总功率P_t的比例，β_m是第m个用户的用户数据功率占发送总功率P_t的比例，Ψ_m是第m个用户的大尺度信道增益，是第m个用户的噪声功率，L_m是第m个用户经历信道的可分辨多径数目； 

所述第一比例计算子模块还用于计算所述发送总功率P_t更新后所述比例α和比例β_m，所述第一判断处理子模块还用于判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效是否最大，若是，则获取所述发送总功率P_t更新后计算所得比例α和比例β_m； 

所述第一比例计算子模块具体用于根据所述最大发送总功率，采用迭代搜 索计算发送总功率P_t最大时参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，所述第一比例计算子模块包括： 

初值预设单元，用于设定所述比例α的初值； 

比例获取单元，用于由所述最大发送总功率和所述比例α的值，获取所述比例β_m，β_m的表达式具体为： 

N_m为用户Um占用子载波个数，P₀为所述最大发送总功率，ρ为所述P₀转化为最终发送功率的转换效率，Ψ_m为用户m的大尺度信道增益，为用户Um的噪声功率，L_m为用户Um经历信道的可分辨多径数目，v为拉格朗日乘子，v满足 M为系统内处于连接态用户的数量； 

比例确定单元，用于若所述比例α的值与获取的β_m关系满足 则以此时获取的β_m和所述比例α的值分别作为所述用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例和所述参考信号功率占所述最大发送总功率的比例，否则，更新所述比例α的值，并返回所述比例获取单元；所述ε₃为经验值； 

所述第三获取模块用于若所述ρ、P_t和α的乘积ρP_tα不满足大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α这一条件，则在所述参考信号功率等于所述P_α的条件下重新获取所述参考信号功率占所述发送总功率P_t的比例α和所述用户Um的用户数据功率占所述发送总功率P_t的比例β_m为：若所述ρ、P_t和α的乘积ρP_tα不满足大于或等于所述参考信号功率的最小值P_α这一条件，则在所述参考信号功率等于所述P_α的条件下重新获取发送总功率P_t最大时所述参考信号功率占所述最大发送总功率的比例α和所述用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m； 

所述第三获取模块包括： 

第三比例计算子模块，用于计算多个用户的用户数据功率之和P_β最大时用户Um的用户数据功率占所述P_β的比例γ_m，所述P_β最大为P₀-P_α/ρ，所述P₀为所述最大发送总功率； 

第三判断处理子模块，用于根据所述第三比例计算子模块计算所得比例γ_m，判断在所述多个用户的用户数据功率之和P_β最大时系统的能效是否最大，若是，则根据所述γ_m求取所述比例α和比例β_m，否则更新所述P_β并判断所述P_β更新后系统的能效是否最大； 

所述第三比例计算子模块包括： 

变量替换单元，用于由关系式P_β=P₀-P_α/ρ和γ_m=β_mP₀/(P₀一P_α/ρ)替换出γ_m=β_m(1+P_α/P_βρ)； 

比例计算单元，用于根据系统的能效最大时获取的用户Um的用户数据功率占所述最大发送总功率的比例β_m，计算出 

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述第一判断处理子模块包括： 

第一判断单元，用于判断所述发送总功率P_t更新时能效增长率是否达到设定的精度，若是，则判断所述发送总功率P_t更新后系统的能效达到最大。 

20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述第三获取模块还包括： 

能效判断子模块，用于判断所述P_β更新时能效增长率是否达到设定的精度，若是，则判断所述P_β更新更新后系统的能效达到最大。 

21.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述第三判断处理子模块包括： 

偏导计算单元，用于计算能效函数η关于所述P_β的偏导数，所述η为 

其中，Δf为子载波带宽，N_m为用户Um占用子载波个数，P_c为电路损耗和静态功耗之和，Ψ_m为用户Um的大尺度信道增益，为用户Um的噪声功率，L_m为用户Um经历信道的可分辨多径数目，M是系统内处于连接态用户的数量； 

判断单元，用于若所述偏导数在所述多个用户的用户数据功率之和P_β最大时或者所述P_β更新后的值大于或等于0，则判断在所述多个用户的用户数据功率之和P_β最大时系统的能效最大。 

22.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 

精度判断模块，用于判断所述多个用户的用户数据功率之和P_β更新时能效增长速度是否达到设定的精度。 

23.一种基站，其特征在于，所述基站包括权利要求18至22任意一项所述的功率分配装置。