CN102917451B - 一种分布式天线系统上行链路功率分配的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式天线系统上行链路功率分配的方法及装置，其中，该方法包括：根据天线单元的衰落值、信道的噪声功率值及系统中的实际消耗功率值计算功率分配预判决值β，将计算得到的功率分配预判决值β分别与预设的若干功率分配计算区间的端点值进行比较，确定所述计算得到的功率分配预判决值所属的功率分配计算区间；根据确定的功率分配计算区间计算分配功率P_L，并平均分配给天线单元内的多根发送天线。通过采用本发明公开的方法，提高了系统性能。

Description

一种分布式天线系统上行链路功率分配的方法及装置

技术领域

本发明涉及分布式天线系统，具体涉及一种分布式天线系统上行链路功率分配的方法及装置。

背景技术

随着绿色通信技术的发展，能量效率逐渐成为通信系统最主要的评估准则之一。传统无线通信系统中，尤其是在功率受限条件下，能量消耗是一个关键因素，相比之下，能量效率在大规模通信网络中的研究却未引起重视，然而这对于网络管理者来说采用能效准则来维护网络运行、降低设计成本变得尤其重要。因此，目前基于高能效准则的设计被引入到蜂窝网络这些功率非受限网络中。

目前能效准则主要有E_b，它是以网络中传输的单位比特数上所消耗Joule能量作为度量。在保证一定的频谱效率的前提下追求最优的能量效率是目前绿色无线通信技术追求的主要目标。根据香农信道容量定理，最大化能量效率的同时最大化频谱效率是冲突的，两者之间必须取得一定的折中。在理想的功率消耗模型中，采用传统线性近似方法分析能量效率与频谱效率的关系，得出的闭式表达式也只是在低功率/频谱效率区间精确，在其它区间的误差比较大，因此，对于工作在中、高频谱效率区间的通信系统，尤其是在LTE系统中基本是不可用的。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式天线系统上行链路功率分配的方法及装置，基于能效最大化准则对天线单元进行功率分配，从而提高系统性能。

一种分布式天线系统上行链路功率分配的方法，该方法包括：

根据天线单元的衰落值、信道的噪声功率值及系统中的实际消耗功率值计算功率分配预判决值β，将计算得到的功率分配预判决值β分别与预设的若干功率分配计算区间的端点值进行比较，确定所述计算得到的功率分配预判决值所属的功率分配计算区间；

根据确定的功率分配计算区间计算分配功率P_L，并平均分配给天线单元内的多根发送天线。

一种移动台，该装置包括：

功率分配计算区间确定模块，用于根据天线单元的衰落值、信道的噪声功率值及系统中的实际消耗功率值计算功率分配预判决值β，将计算得到的功率分配预判决值β分别与预设的若干功率分配计算区间的端点值进行比较，确定所述计算得到的功率分配预判决值所属的功率分配计算区间；功率分配模块，用于根据确定的功率分配计算区间计算分配功率P_L，并平均分配给天线单元内的多根发送天线。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过计算功率分配预判决值β来确定功率分配计算区间，以此计算能量效率E_b值取得最优时的功率值P_L，从而提高系统性能。

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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例一提供的一种分布式天线系统上行链路功率分配的方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的又一种分布式天线系统上行链路功率分配的方法的流程图；

图3为本发明实施例三提供的一种移动台的示意图。

具体实施方式

下面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。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例一

图1为本发明实施例所提供的一种分布式天线系统上行链路功率分配的方法的流程图，该方法可以包括如下步骤：

步骤101、根据天线单元的衰落值、信道的噪声功率值及系统中的实际消耗功率值计算功率分配预判决值β，将计算得到的功率分配预判决值β分别与预设的若干功率分配计算区间的端点值进行比较，确定所述计算得到的功率分配预判决值所属的功率分配计算区间。

可将本步骤分成两部分完成：（1）计算功率分配预判决值β，其公式为：β＝ζ(tKP_c+ρP_sp)/N；其中，ζ为移动台端的放大效率,t为发射天线数,K为小区内的移动台数，P_sp为基站端信号处理消耗功率，ρ为基站端信号处理消耗系数，P_c为移动台端的电路消耗功率，N为噪声功率；（2）将计算得到的功率分配预判决值β分别与预设的若干功率分配计算区间的端点值进行比较，确定所述计算得到的功率分配预判决值所属的功率分配计算区间，具体的：

当β大于等于第一功率分配计算区间的最小值β₁时，属于第一功率分配计算区间；计算β₁的方法：其中m的大小可通过 ${\mathrm{\&eta;}}_{\max }\left({\tilde{g}}_0\left(X\right)\right)=\max \left({\tilde{g}}_0\left(X\right)\right)<{\mathrm{\&delta;}}_0,X\&Element;[m,+\&infin;$ 计算得出，所述 $\mathrm{\&eta;}\left({\tilde{g}}_0\left(X\right)\right)$ 为g(X)和之间的相对近似错误，δ₀为定义的误差等级，e为自然对数的底数；

当β大于等于第二功率分配计算区间的最大值β₂小于β₁时，属于第二功率分配计算区间；计算β₂的方法： ${\tilde{g}}_1\left(X\right)=2(\mathrm{aX}+1)e^{\mathrm{bX}+1}\&ap;{\mathrm{\&beta;}}_2,X\&Element;[0,m),$ 其中，a与b的值可通过计算得出，所述为g(X)和之间的相对近似错误，δ₁为定义的误差等级；

当β大于等于0小于β₂时，属于第三功率分配计算区间。

步骤102、根据确定的功率分配计算区间计算分配功率P_L，并平均分配给天线单元内的多根发送天线。

计算分配功率P_L的公式为： $P_L\&ap;\frac{N}{K}\left[e^{X^{*}+1}(e^{X^{*}+1}-1)\right];$

其中，为β的反函数，当确定功率分配计算区间后，根据β所在的分配计算区间计算X的大小。

进一步的，当计算出分配功率P_L还需判断是否超出分配功率最大值P_max，若超出，则令P_L＝P_max；否则保持当前计算的P_L值不变。

将确定大小的分配功率P_L平均分配给天线单元内的多根发送天线。

本发明实施例通过计算功率分配预判决值β来确定功率分配计算区间，以此计算能量效率E_b取得极值时的功率值P_L，从而提高系统性能。

实施例二

为了便于理解本发明，本实施例一种多小区分布式天线系统在MIMO（多输入多输出）Rayleigh（瑞利）衰落信道下的功率分配为例进行介绍。

假定分布式MIMO系统中每个移动台终端和基站都装配有t发射天线、r接收天线；信道矩阵可以表示成其中，H_V是一个零均值、单位方差的Mr×KMt矩阵；Ω_V是一个Mr×KMt的路径损失矩阵；⊙为Hadamard（阿达玛）积。其中的表示Kronecker（克罗内克）积；J是个r×t矩阵，其中所有元素均等；而Ω是M×KM矩阵。

如图2所示，移动台根据接收到信道状态信息计算并进行功率分配，包括以下步骤：

步骤201、接收基站反馈的部分信道状态消息，如信道噪声功率值。具体的：基站利用信道估计测量到噪声方差，并计算信道噪声功率；然后将噪声功率信息通过下行反馈信道反馈给移动台。

步骤202、基于信道噪声功率信息、天线单元的衰落值和实际功率消耗模型参数来计算功率分配区间预判值β，将计算得到的功率分配预判决值β分别与预设的若干功率分配计算区间的端点值进行比较，确定所述计算得到的功率分配预判决值所属的功率分配计算区间。

首先，移动台计算功率分配预判决值β，其公式为：β＝ζ(tKP_c+ρP_sp)/N；其中，ζ为移动台端的放大效率,t为发射天线数,K为小区内的移动台数，P_sp为基站端信号处理消耗功率，ρ为基站端信号处理消耗系数，P_c为移动台端的电路消耗功率，N为噪声功率。

然后，将计算得到的功率分配预判决值β分别与预设的若干功率分配计算区间的端点值进行比较。根据β值所处的区间来确定功率分配计算区间，具体的：当β大于等于第一功率分配计算区间的最小值β₁时，属于第一功率分配计算区间；当β大于等于第二功率分配计算区间的最大值β₂小于β₁时，属于第二功率分配计算区间；当β大于等于0小于β₂时，属于第三功率分配计算区间。

下面详细介绍β₁与β₂的推导过程：

MIMO-DAS上行系统中，每个小区的平均各态历经信道容量为：

$\stackrel{\&OverBar;}{S}=f\left(\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}\right)=\frac{1}{M}{E}_{\tilde{H}}\left\{{\log }_2(I_M+\frac{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}{\mathrm{Kt}}\tilde{H}{\tilde{H}}^{+})\right\}---\left(1\right)$

其中I_M是单位矩阵，M为小区数，K为用户数目，t为发射天线数，r为接收天线数，若每根天线上的发送功率为P，则为基站接收信噪比。在Rayleigh（瑞利）衰落信道下每个小区的频谱效率可采用随机矩阵论方法近似为：

$\stackrel{\&OverBar;}{S}\&ap;f\left(\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}\right)=\mathrm{Kt}[{\log }_2(1+y-F(y,\mathrm{\&beta;}))+\frac{1}{\mathrm{\&beta;}}{\log }_2(1+\mathrm{y\&beta;}-F(y,\mathrm{\&beta;}))-\frac{{\log }_2\left(e\right)}{\mathrm{y\&beta;}}F(y,\mathrm{\&beta;})]$

其中， $F(y,\mathrm{\&beta;})=\frac{1}{4}{[\sqrt{1+y{(1+\sqrt{\mathrm{\&beta;}})}^2}-\sqrt{1+y{(1-\sqrt{\mathrm{\&beta;}})}^2}]}^2,$ $y=\frac{{\left|\right|\mathrm{\&Omega;}\left|\right|}^2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}{\mathrm{KM\&beta;}},$ β＝Kt/r表示总发送天线和接收天线比值，Ω是Mr×kMt路径损失矩阵。

若定义： $q_0=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&beta;}}}{w(1+y/\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&beta;}}-F(y,1/\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&beta;}}))},$ $r_0=\frac{1}{w(1+y-F(y,1/\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&beta;}}))},$ 则当 时可以将q₀、r₀扩展写成： $q_0=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&beta;}}-1-w^2+\sqrt{{(\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&beta;}}-1-w^2)}^2+{4w}^2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&beta;}}}}{2w},$ $r_0=\frac{1-\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&beta;}}-w^2+\sqrt{{(1-\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&beta;}}-w^2)}^2+{4w}^2}}{2w}$

因此，对于（2）式可以重新写成：

$\stackrel{\&OverBar;}{S}\&ap;\mathrm{Kt}[\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&beta;}}{\log }_2\left(\frac{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&beta;}}}{w{q}_0}\right)+{\log }_2\left(\frac{1}{w{r}_0}\right)-q_0{r}_0{\log }_2\left(e\right)]---\left(3\right)$

若令 ${\stackrel{\&OverBar;}{q}}_0=2q_0/w+1,$ ${\stackrel{\&OverBar;}{r}}_0={2r}_0/w+1,$ 则 ${\stackrel{\&OverBar;}{q}}_0{\stackrel{\&OverBar;}{r}}_0=1+2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}(1+\mathrm{\&beta;})q\left(\mathrm{\&Omega;}\right)M,$ $q\left(\mathrm{\&Omega;}\right)=\frac{{\left|\right|\mathrm{\&Omega;}\left|\right|}^2}{{\mathrm{KM}}^2}$

同时（3）式可以等效为

其中， $S_t=\mathrm{Kt}(-\frac{1}{2}-\mathrm{In}\left(2\right)+\frac{1}{(1+{\stackrel{\&OverBar;}{q}}_0)}+\mathrm{In}(1+{\stackrel{\&OverBar;}{q}}_0))---\left(4\right)$ $S_r=\mathrm{Kr}(-\frac{1}{2}-\mathrm{In}\left(2\right)+\frac{1}{(1+{\stackrel{\&OverBar;}{r}}_0)}+\mathrm{In}(1+{\stackrel{\&OverBar;}{r}}_0))---\left(5\right)$

定义，则由（4）式可知利用朗伯W函数性质可得到： 其中W₀是朗伯W函数的实部，可表示为:W₀:[-e^-1,+∞)→[-1,+∞)。通过上式可得到信噪比为：

$\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}=\frac{-1+{\stackrel{\&OverBar;}{q}}_0{\stackrel{\&OverBar;}{r}}_0}{2q\left(\mathrm{\&Omega;}\right)M(1+\mathrm{\&beta;})}=\frac{-1+[1+\frac{1}{W_0\left(g_t\left(S_t\right)\right)}][1+\frac{1}{W_0\left(g_r\left(S_r\right)\right)}]}{2q\left(\mathrm{\&Omega;}\right)M(1+\mathrm{\&beta;})}$

本系统考虑β＝1情况，此时因此得到的信噪比为：

$\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}\&ap;\frac{1}{4q\left(\mathrm{\&Omega;}\right)M}(-1+{(1+{\left[W_0(-2^{-(\frac{S}{2\mathrm{Kt}}+1)}{e}^{-\frac{1}{2}})\right]}^{-1})}^2)---\left(7\right)$ 系统总接收信噪比SNR与频谱效率S和能量效率E_b的关系为：

$\mathrm{SNR}=\frac{P_T}{N_{0}W}=S\frac{E_b}{N_0}---\left(8\right)$

其中N₀为噪声功率谱密度，S(bits/s/Hz)为频谱效率，W表示带宽，P_T为总的发送功率，而根据现实的功率消耗模型：

$P_T=K(\frac{P}{\mathrm{\&zeta;}}+{\mathrm{tP}}_C)+{\mathrm{\&rho;P}}_{\mathrm{sp}}---\left(9\right)$

其中P表示的是用户端发送功率，ζ为移动台端的放大效率，P_sp为基站端信号处理消耗功率，ρ为基站端信号处理消耗系数，P_c为移动台端的电路消耗功率。结合（8）、（9）可知单位比特上消耗的能量E_b可以表示为：

$E_b=\frac{N_0}{s}[\frac{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}{\mathrm{\&zeta;}}+\frac{{\mathrm{tKP}}_c+{\mathrm{\&rho;P}}_{\mathrm{sp}}}{N}]---\left(10\right)$

由可知，其中N为噪声功率，而将(7)式代入(10)可得到E_b可表示为：

$E_b\left(x\right)\&ap;\mathrm{\&alpha;}\frac{e^{X+1}(e^{X+1}-1)+\mathrm{\&beta;}}{e^{-(X+1)}+2X+1}---\left(11\right)$

其中 $X=\mathrm{In}(-{\left[W_0(-2^{-(\frac{S}{2\mathrm{Kt}}+1)}{e}^{-\frac{1}{2}})\right]}^{-1})-\mathrm{In}\left(2\right)-1,$ 满足 $\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}=e^{X+1}(e^{X+1}-1),$ $\mathrm{\&alpha;}=\frac{\mathrm{In}\left(2\right)N_0}{\mathrm{\&zeta;tKq}\left(\mathrm{\&Omega;}\right)M},$ 对E_b(X)求偏导，可得：

$\frac{{\&PartialD;E}_b\left(X\right)}{\&PartialD;X}\&ap;\left(X\right)[{2e}^{X+1}({\mathrm{Xe}}^{x+1}+1)-\mathrm{\&beta;}]---\left(12\right)$

其中， $G\left(X\right)=\frac{{\mathrm{\&alpha;e}}^{(X+1)}({2e}^{X+1}-1)}{{(e^{X+1}(2X+1)+1)}^2}>0$ 若定义X^*为 $\frac{\&PartialD;E_b\left(X\right)}{\&PartialD;X}=0$ 的解。可以得出：当X∈[-1,X^*]时，当X∈[X^*,+∞]时，则表明E_b(X)在区间X∈[-1,X^*]内递减，而在区间X∈[X^*,+∞]内递增。因此E_b(X)在X＝X^*处有最小值。若令 $\frac{\&PartialD;E_b(X=X^{*})}{\&PartialD;X}=0,$ 可以得出 $g\left(X^{*}\right)={2e}^{X^{*}+2}(X^{*}{e}^{X^{*}}+e^{-1})\&ap;{\mathrm{\&beta;}}_i.$ 再将X^*值进行分段来得到g(X^*)。例如当时候，可以得到因此此时可定义若定义g(X^*)和之间的相对近似误差 $\mathrm{\&eta;}\left({\tilde{g}}_n\right)=|g\left(X\right)-{\tilde{g}}_n\left(X\right)|/\left|g\left(X\right)\right|,$ 即 ${\mathrm{\&eta;}}_{\max }\left({\tilde{g}}_0\right)=\underset{X^{*}}{\max }\mathrm{\&eta;}\left({\tilde{g}}_0\right)<{\mathrm{\&delta;}}_0,X^{*}\&Element;[m,+\&infin;),$ δ₀为定义的误差等级（例如，1％），则可计算出m=2.44。

则当X^*≥2.44时满足 ${\mathrm{\&eta;}}_{\max }\left({\tilde{g}}_0\right)=\underset{X^{*}\&Element;[2.44,+\&infin;]}{\max }\mathrm{\&eta;}\left({\tilde{g}}_0\right)<1\%,$ 带入公式 ${\tilde{g}}_0\left(X^{*}\right)={2X}^{*}{e}^{{2X}^{*}+2}={\mathrm{\&beta;}}_1$ 可以得出β₁＝4746.4。

同理，可以推导出 ${\mathrm{\&beta;}}_2\&ap;{\tilde{g}}_1\left(X^{*}\right)=2({\mathrm{aX}}^{*}+1)e^{{\mathrm{bX}}^{*}+1}\&ap;{\mathrm{\&beta;}}_2,X^{*}\&Element;[0,m),$ 其中，m的大小通过计算β₁过程已经得出，a与b的值可通过计算得出，为g(X^*)和之间的相对近似错误，δ₁为定义的误差等级（例如1.3％）；

将上述已知数带入，得到式子： $\underset{a,b}{\min }\underset{X^{*}}{\max }\mathrm{\&eta;}\left({\tilde{g}}_1\left(X^{*}\right)\right)<1.3\%,X^{*}\&Element;\left[\mathrm{0,2.44}\right),$ 根据该式子可以得知在区间[0,2.44)递增，因此极值点在2.44，将X^*＝2.44代入上式便可得a=1.7577，b=2.1034。再将a与b带入式子：

${\mathrm{\&beta;}}_2\&ap;{\tilde{g}}_1\left(X^{*}\right)=2({\mathrm{aX}}^{*}+1)e^{{\mathrm{bX}}^{*}+1}\&ap;{\mathrm{\&beta;}}_2,X^{*}\&Element;[0,m)$ 可以得出，β₂＝5.4366。

步骤203、根据确定的功率分配计算区间及能效最大化准则计算分配功率P_L。

计算分配功率的公式为： $P_L\&ap;\frac{N}{K}\left[e^{X^{*}+1}(e^{X^{*}+1}-1)\right],$

其中为β值的反函数，可根据β的大小及所在的分配计算区间确定X的大小，具体的：

根据步骤202可知，当β≥β₁时，满足可以得到因此 $g\left(X^{*}\right)\&ap;{\tilde{g}}_0\left(X^{*}\right)={2X}^{*}{e}^{2X^{*}+2}={\mathrm{\&beta;}}_1,$ 可以解得 $X^{*}=\frac{1}{2}{W}_0\left(\mathrm{\&beta;}{e}^{-2}\right),$ 则将 $X^{*}=\frac{1}{2}{W}_0\left({\mathrm{\&beta;e}}^{-2}\right)$ 带入公式可以得到能效最优功率值，β≥β₁（第一功率分配计算区间）时，计算分配功率P_L的公式为： $P_L\&ap;\frac{N}{K}\left[e^{\frac{1}{2}{W}_0\left(\mathrm{\&beta;}{e}^{-2}\right)+1}(e^{\frac{1}{2}{W}_0\left(\mathrm{\&beta;}{e}^{-2}\right)+1}-1)\right];$

同理通过上述方法分别计算得出：当β₂≤β＜β₁（第二功率分配计算区间）时，计算分配功率P_L的公式为：

$P_L\&ap;\frac{N}{K}\left[e^{\frac{1}{b}{W}_0\left(\frac{\mathrm{\&beta;b}}{2a}{e}^{\frac{b-a}{a}}\right)-\frac{1}{a}+1}(e^{\frac{1}{b}{W}_0\left(\frac{\mathrm{\&beta;b}}{2a}{e}^{\frac{b-a}{a}}\right)-\frac{1}{a}+1}-1)\right]$

当0≤β＜β₂（第三功率分配计算区间）时，计算分配功率P_L的公式为：

$P_L\&ap;\frac{N}{K}\left[e^{\frac{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)-1}{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)+1}+1}(e^{\frac{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)-1}{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)+1}+1}-1)\right].$

步骤204、比较所述分配功率P_L与分配功率最大值P_max的大小，若所述P_L大于所述P_max，则转入步骤205，否则转入步骤206。

步骤205、令所述分配功率P_L等于分配功率最大值P_max。

步骤206、将确定大小的分配功率P_L平均分配给天线单元内的多根发送天线。

为了便于理解本发明以及验证本实施例中各种情况下计算分配功率P_L公式的准确性，下面以实际数值为例进行详细介绍。

例如，MIMO-DAS系统中有6个小区（cell），每个小区由K＝2个均匀分布的移动台，发射天线数t＝2，基站之间的距离500m，ζ＝0.138，P_c＝122W，P_sp＝51W，ρ＝5，β₁＝4746，β₂＝5.436，基站端估计出当前信道的噪声功率N＝-40db。

根据上述条件，计算功率分配区间预判值β＝ζ(tKP_c+ρP_sp)/N,将上面的数值代入可以求得β＝1024827。此时满足β≥β₁，因此分配的功率可以代入公式

中，得到分配的功率值P_L＝10.664。

为了验证上述计算分配功率P_L的准确性，还可直接通过公式（3）计算分配功率P_L，将公式（3）采用matlab遍历搜索算法可以求得E_b极值点所对应的功率值为P_L＝10.663，由此可知，本实施例提供的用于计算分配功率P_L的算法准确度较高。

通过上述内容可知本发明能够根据部分CSI（信道状态信息）进行功率分配，并提高系统性能。对于不同系统获取CSI的方式不同，例如，时分双工（TDD）系统中，可以利用上下行信道的对称性获得CSI，频分双工（FDD）系统中，可以通过反馈信道获得CSI。

另外，在FDD系统中，反馈周期是影响反馈开销的关键参数，反馈周期短，反馈开销大；反馈周期长，反馈开销小。由于大尺度衰落属于慢时变分量，在低速环境下，可以认为大尺度衰落在一定时间内保持不变。因此，不需要频繁地进行信道状态信息的反馈，反馈周期可以设置得比较长，这大大降低了系统的反馈开销，而且不会影响反馈信息的精度，从而降低了单位比特上的能量消耗，提高了系统能量效率。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

实施例三

图3为本实施例提供的一种移动台的示意图，该装置包括：

功率分配计算区间确定模块31，用于根据天线单元的衰落值、信道的噪声功率值及系统中的实际消耗功率值计算功率分配预判决值β，将计算得到的功率分配预判决值β分别与预设的若干功率分配计算区间的端点值进行比较，确定所述计算得到的功率分配预判决值所属的功率分配计算区间；

功率分配模块32，用于根据确定的功率分配计算区间计算分配功率P_L，并平均分配给天线单元内的多根发送天线。

所述功率分配计算区间确定模块31可以包括：

功率分配预判决值计算模块311，用于计算功率分配预判决值β，其公式为：β＝ζ(tKP_c+ρP_sp)/N；其中，ζ为移动台端的放大效率,t为发射天线数,K为小区内的移动台数，P_sp为基站端信号处理消耗功率，ρ为基站端信号处理消耗系数，P_c为移动台端的电路消耗功率，N为噪声功率。

所述功率分配计算区间确定模块31还可以包括：

比较模块312，用于将计算得到的功率分配预判决值β分别与预设的若干功率分配计算区间的端点值进行比较，确定所述计算得到的功率分配预判决值所属的功率分配计算区间；具体的：

当β大于等于第一功率分配计算区间的最小值β₁时，属于第一功率分配计算区间；计算β₁的方法：其中m的大小可通过 ${\mathrm{\&eta;}}_{\max }\left({\tilde{g}}_0\left(X^{*}\right)\right)=\underset{X^{*}}{\max }\mathrm{\&eta;}\left({\tilde{g}}_0\left(X^{*}\right)\right)<{\mathrm{\&delta;}}_0,X^{*}\&Element;[m,+\&infin;)$ 计算得出，所述 $\mathrm{\&eta;}\left({\tilde{g}}_0\left(X^{*}\right)\right)$ 为和之间的相对近似错误，δ₀为定义的误差等级，e为自然对数的底数；

当β大于等于第二功率分配计算区间的最大值β₂小于β₁时，属于第二功率分配计算区间；计算β₂的方法：其中，a与b的值可通过 $\underset{a,b}{\min }\underset{X^{*}}{\max \mathrm{\&eta;}}\left({\tilde{g}}_1\left(X^{*}\right)\right)<{\mathrm{\&delta;}}_1,X^{*}\&Element;[0,m)$ 计算得出，所述 $\mathrm{\&eta;}\left({\tilde{g}}_1\left(X^{*}\right)\right)$ 为和之间的相对近似错误，δ₁为定义的误差等级；

当β大于等于0小于β₂时，属于第三功率分配计算区间。

所述功率分配模块32可以包括：

分配功率计算模块321，分配功率计算模块，用于根据确定的功率分配计算区间计算分配功率P_L，其公式为：

$P_L\&ap;\frac{N}{K}\left[e^{X^{*}+1}(e^{X^{*}+1}-1)\right];$

其中为β的反函数，根据β所在的分配计算区间确定X的大小；

当β属于第一功率分配计算区间时，P_L的计算公式为：

$P_L\&ap;\frac{N}{K}\left[e^{\frac{1}{2}{W}_0\left({\mathrm{\&beta;e}}^{-2}\right)+1}(e^{\frac{1}{2}{W}_0\left({\mathrm{\&beta;e}}^{-2}\right)+1}-1)\right];$

当β属于第二功率分配计算区间时，P_L的计算公式为：

$P_L\&ap;\frac{N}{K}\left[e^{\frac{1}{b}{W}_0\left(\frac{\mathrm{\&beta;b}}{2a}{e}^{\frac{b-a}{a}}\right)-\frac{1}{a}+1}(e^{\frac{1}{b}{W}_0\left(\frac{\mathrm{\&beta;b}}{2a}{e}^{\frac{b-a}{a}}\right)-\frac{1}{a}+1}-1)\right];$

当β属于第三功率分配计算区间时，P_L的计算公式为：

$P_L\&ap;\frac{N}{K}\left[e^{\frac{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)-1}{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)+1}+1}(e^{\frac{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)-1}{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)+1}+1}-1)\right];$

其中，K为用户数目，W₀为朗伯W函数的实部，可表示为:W₀:[-e^-1,+∞)→[-1,+∞)。

所述功率分配模块322还可以包括：

分配功率比较模块，用于比较所述分配功率P_L与分配功率最大值P_max的大小，当所述P_L大于所述P_max，令所述P_L等于P_max，否则保持所述P_L不变。

本发明实施例通过计算功率分配预判决值β来确定功率分配计算区间，以此计算能量效率E_b值取得最优时的功率值P_L，从而提高系统性能。

需要说明的是，上述装置中包含的各个处理单元所实现的功能的具体实现方式在前面的各个实施例中已经有详细描述，故在这里不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将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。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种分布式天线系统上行链路功率分配的方法，其特征在于，该方法包括：

根据天线单元的衰落值、信道的噪声功率值及系统中的实际消耗功率值计算功率分配预判决值β，将计算得到的功率分配预判决值β分别与预设的若干功率分配计算区间的端点值进行比较，确定所述计算得到的功率分配预判决值所属的功率分配计算区间；

根据确定的功率分配计算区间计算分配功率P_L，并平均分配给天线单元内的多根发送天线；

所述根据确定的功率分配计算区间计算分配功率P_L包括：

$P_L\&ap;\frac{N}{K}\&lsqb;e^{X^{*}+1}(e^{X^{*}+1}-1)\&rsqb;$

其中，N为噪声功率，为β的反函数，根据β的大小及所在的分配计算区间确定X的大小，包括：

当β属于第一功率分配计算区间时，P_L的计算公式为：

$P_L\&ap;\frac{N}{K}\&lsqb;e^{\frac{1}{2}{W}_0\left({\mathrm{\&beta;e}}^{-2}\right)+1}(e^{\frac{1}{2}{W}_0\left({\mathrm{\&beta;e}}^{-2}\right)+1}-1)\&rsqb;;$

当β属于第二功率分配计算区间时，P_L的计算公式为：

$P_L\&ap;\frac{N}{K}\&lsqb;e^{\frac{1}{b}{W}_0\left(\frac{\mathrm{\&beta;}b}{2a}{e}^{\frac{b-a}{a}}\right)-\frac{1}{a}+1}(e^{\frac{1}{b}{W}_0\left(\frac{\mathrm{\&beta;}b}{2a}{e}^{\frac{b-a}{a}}\right)-\frac{1}{a}+1}-1)\&rsqb;;$

其中，a与b的值通过X^*∈[0，m)计算得出，为和之间的相对近似错误,δ₁为定义的误差等级；

当β属于第三功率分配计算区间时，P_L的计算公式为：

$P_L\&ap;\frac{N}{K}\&lsqb;e^{\frac{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)-1}{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)+1}+1}(e^{\frac{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)-1}{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)+1}+1}-1)\&rsqb;;$

其中，K为用户数目，W₀为朗伯W函数的实部，可表示为:W₀:[-e^-1,+∞)→[-1,+∞)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算功率分配预判决值β的方法包括：

计算功率分配预判决值β的公式为：

其中，为移动台端的放大效率,t为发射天线数,K为小区内的移动台数，P_sp为基站端信号处理消耗功率，ρ为基站端信号处理消耗系数，P_c为移动台端的电路消耗功率，N为噪声功率。

3.根据权利要求1所述的方法、其特征在于，所述将计算得到的功率分配预判决值分别与预设的若干功率分配计算区间的端点值进行比较，确定所述计算得到的功率分配预判决值所属的功率分配计算区间具体包括：

当β大于等于第一功率分配计算区间的最小值β₁时，属于第一功率分配计算区间；计算β₁的方法：X^*∈[m，+∞），其中m的大小可通过X^*∈[m，+∞)计算得出，为和之间的相对近似错误，δ₀为定义的误差等级，e为自然对数的底数；

当β大于等于第二功率分配计算区间的最大值β₂小于β₁时，属于第二功率分配计算区间；计算β₂的方法：X^*∈[0,m)，其中，a与b的值可通过X^*∈[0，m)计算得出，所述为和之间的相对近似错误,δ₁为定义的误差等级；

当β大于等于0小于β₂时，属于第三功率分配计算区间。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据确定的功率分配计算区间计算分配功率P_L，并平均分配给天线单元内的多根发送天线具体包括：

比较所述分配功率P_L与分配功率最大值P_max的大小，若所述P_L大于所述P_max，则令所述P_L等于P_max，否则保持所述P_L不变；

将确定大小的分配功率P_L平均分配给天线单元内的多根发送天线。

5.一种移动台，其特征在于，包括：

功率分配计算区间确定模块，用于根据天线单元的衰落值、信道的噪声功率值及系统中的实际消耗功率值计算功率分配预判决值β，将计算得到的功率分配预判决值β分别与预设的若干功率分配计算区间的端点值进行比较，确定所述计算得到的功率分配预判决值所属的功率分配计算区间；

功率分配模块，用于根据确定的功率分配计算区间计算分配功率P_L，并平均分配给天线单元内的多根发送天线；

所述功率分配模块包括：

分配功率计算模块，用于根据确定的功率分配计算区间计算分配功率P_L，其公式为：

$P_L\&ap;\frac{N}{K}\&lsqb;e^{X^{*}+1}(e^{X^{*}+1}-1)\&rsqb;;$

其中，N为噪声功率，为β的反函数，根据β所在的分配计算区间确定X的大小，包括：

当β属于第一功率分配计算区间时，P_L的计算公式为：

$P_L\&ap;\frac{N}{K}\&lsqb;e^{\frac{1}{2}{W}_0\left({\mathrm{\&beta;e}}^{-2}\right)+1}(e^{\frac{1}{2}{W}_0\left({\mathrm{\&beta;e}}^{-2}\right)+1}-1)\&rsqb;;$

当β属于第二功率分配计算区间时，P_L的计算公式为：

$P_L\&ap;\frac{N}{K}\&lsqb;e^{\frac{1}{b}{W}_0\left(\frac{\mathrm{\&beta;}b}{2a}{e}^{\frac{b-a}{a}}\right)-\frac{1}{a}+1}(e^{\frac{1}{b}{W}_0\left(\frac{\mathrm{\&beta;}b}{2a}{e}^{\frac{b-a}{a}}\right)-\frac{1}{a}+1}-1)\&rsqb;;$

其中，a与b的值通过X^*∈[0，m)计算得出，为和之间的相对近似错误,δ₁为定义的误差等级；

当β属于第三功率分配计算区间时，P_L的计算公式为：

$P_L\&ap;\frac{N}{K}\&lsqb;e^{\frac{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)-1}{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)+1}+1}(e^{\frac{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)-1}{W_0(\mathrm{\&beta;}/2)+1}+1}-1)\&rsqb;;$

其中，K为用户数目，W₀为朗伯W函数的实部，可表示为:W₀:[-e^-1,+∞)→[-1,+∞)。

6.根据权利要求5所述的移动台，其特征在于，所述功率分配计算区间确定模块包括：

功率分配预判决值计算模块，用于计算功率分配预判决值β，其公式为：其中，为移动台端的放大效率,t为发射天线数,K为小区内的移动台数，P_sp为基站端信号处理消耗功率，ρ为基站端信号处理消耗系数，P_c为移动台端的电路消耗功率，N为噪声功率。

7.根据权利要求5所述的移动台，其特征在于，所述功率分配计算区间确定模块还包括：

比较模块，用于将计算得到的功率分配预判决值β分别与预设的若干功率分配计算区间的端点值进行比较，确定所述计算得到的功率分配预判决值所属的功率分配计算区间，具体的：

当β大于等于第一功率分配计算区间的最小值β₁时，属于第一功率分配计算区间；计算β₁的方法：X^*∈[m,+∞)，其中m的大小可通过X^*∈[m,+∞)计算得出，为和之间的相对近似错误,δ₀为定义的误差等级，e为自然对数的底数；

当β大于等于第二功率分配计算区间的最大值β₂小于β₁时，属于第二功率分配计算区间；计算β₂的方法：X^*∈[0,m)，其中，a与b的值可通过X^*∈[0,m)计算得出，所述为和之间的相对近似错误,δ₁为定义的误差等级；

当β大于等于0小于β₂时，属于第三功率分配计算区间。

8.根据权利要求5-7任一项所述的移动台，其特征在于，所述功率分配模块还包括：

分配功率比较模块，用于比较所述分配功率P_L与分配功率最大值P_max的大小，当所述P_L大于所述P_max，令所述P_L等于P_max，否则保持所述P_L不变。