CN103369647A - 多天线的功率分配方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多天线的功率分配方法及装置。其中，该方法包括：根据预编码向量设置每个数据流在每个天线上的功率比例因子；根据该功率比例因子和预设功率值设置每个数据流在每个天线上的预分配功率；根据每个天线的最大发射功率调整上述预分配功率，将调整后的预分配功率作为每个数据流在每个天线上分配的实际功率。通过本发明，解决了相关技术中每个数据流的功率在天线功率受限时无法进行最优分配的问题，提高了功率的利用率，提高了系统性能，且该计算方式简单易实现。

Description

多天线的功率分配方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种多天线的功率分配方法及装置。

背景技术

多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，简称为MIMO)技术是无线移动通信领域中智能天线技术的重大突破。该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，可以利用多径来减轻多径衰落，并能有效地消除共道干扰，提高信道的可靠性，降低误码率，是新一代移动通信系统必须采用的关键技术。

多天线技术已经从传统的点对点通信中(即单用户多输入多输出：Single UserMIMO，简称为SU-MIMO)发展到点对多点通信(即多用户多输入多输出：Multiple User MIMO，简称为MU-MIMO)，无论是点对点还是点对多点通信中，都存在一种控制节点同时传输多个数据流给一个终端或者是多个终端的情况。在这种通信中，控制节点首先将通过预编码操作将每个数据流对应的数据形成用于在每个天线上发送的数据，从而在每个天线上发送的数据是这多个数据流形成的数据的叠加，这就需要控制节点将每个天线上有限的功率在这几个数据流之间进行分配。在传统的功率分配分析中，都假定了控制节点总功率受限而不是每个天线功率单独受限，所以其功率分配往往就是按照预编码向量中每个元素的绝对值的平方的比例进行分配。

事实上，由于成本的原因，控制节点往往是每个天线对应一个功放，即每个天线的发射功率是单独受限，这就给功率分配带来了一定的复杂度，尤其是在多数据流的时候，既要满足预编码向量系数之间的幅度比例，又要考虑每个天线上的功率约束，同时还要考虑数据流之间的功率分配问题，对于这类问题，一种通用的方法就是采用优化算法进行全局优化，但是这会带来两个麻烦：第一，该问题不一定存在最优解，第二，即使存在最优解，但是需要迭代去求解，实现复杂，尤其是当天线数数据流数目较多的时候。所以一般来说数据流之间的功率分配往往进行简化，比如采用将总功率平均分配等方式。但是在天线功率受限的前提下该分配方式并不能做到最优化分配。

针对相关技术中每个数据流的功率在天线功率受限时无法进行最优分配的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中每个数据流的功率在天线功率受限时无法进行最优分配的问题，本发明提供了一种多天线的功率分配方法及装置，以至少解决上述问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种多天线的功率分配方法，该方法包括：根据预编码向量设置每个数据流在每个天线上的功率比例因子；根据该功率比例因子和预设功率值设置每个数据流在每个天线上的预分配功率；根据每个天线的最大发射功率调整上述预分配功率，将调整后的预分配功率作为每个数据流在每个天线上分配的实际功率。

根据预编码向量设置每个数据流在每根天线上的功率比例因子包括：设置第k个数据流在第n个天线上的功率比例因子为r_nk＝|w_nk|²，其中，k＝1，…，K，n＝1，…，N；第k个数据流对应的预编码向量为w_k＝[w_1k  w_2k  …w_NK |^T，其中，K是指数据流的个数，N是指天线的个数，w_NK表示第K个数据流对应第N个天线上的上述预编码向量，[]^T表示对[]内的向量进行转置操作。

根据上述功率比例因子和预设功率值设置每个数据流在每个天线上的预分配功率包括：设置第k个数据流在第n个天线上的预分配功率为

其中，Ak表示预先分配给第k个数据流在当前资源块上的功率，

根据每个天线的最大发射功率调整上述预分配功率，将调整后的预分配功率作为每个数据流在每个天线上分配的实际功率包括以下方式：计算每个数据流分配在第n个天线上的功率之和

在集合

中选择最大值

根据

设置每个天线的共有功率系数为设置第k个数据流在第n个天线上分配的实际功率为

根据每个天线的最大发射功率调整上述预分配功率，将调整后的预分配功率作为每个数据流在每个天线上分配的实际功率包括以下方式：计算每个数据流分配在第n个天线上的功率之和

设置每个数据流对应第n个天线的功率系数为

设置第k个数据流在第n个天线上分配的实际功率为

上述资源块包括下列形式至少之一：正交频分复用技术系统中的一个子载波、正交频分多址系统中的一个子载波、同一个正交频分复用技术符号上的多个子载波、时域多个正交频分复用技术符号在频域的多个子载波构成的资源块。

根据本发明的另一方面，提供了一种多天线的功率分配装置，该装置包括：功率比例因子设置模块，用于根据预编码向量设置每个数据流在每个天线上的功率比例因子；预分配功率设置模块，用于根据上述功率比例因子设置模块设置的上述功率比例因子和预设功率值设置每个数据流在每个天线上的预分配功率；实际功率确定模块，用于根据每个天线的最大发射功率调整上述预分配功率设置模块设置的上述预分配功率，将调整后的预分配功率作为每个数据流在每个天线上分配的实际功率。

上述功率比例因子设置模块包括：功率比例因子设置单元，用于设置第k个数据流在第n个天线上的功率比例因子为r_nk＝|w_nk|²，其中，k＝1，…，K，n＝1，…，N；第k个数据流对应的预编码向量为w_k＝[w_1k  w_2k  …w_NK]^T，其中，K是指数据流的个数，N是指天线的个数，w_NK表示第K个数据流对应第N个天线上的上述预编码向量，[]^T表示对[]内的向量进行转置操作。

上述预分配功率设置模块包括：预分配功率设置单元，用于设置第k个数据流在第n个天线上的预分配功率为

其中，A_k表示预先分配给第k个数据流在当前资源块上的功率， $\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{\mathrm{nk}}=r_{1k}+r_{2k}......+r_{\mathrm{Nk}}.$

有上述实际功率确定模块包括：第一功率和计算单元，用于计算每个数据流分配在第n个天线上的功率之和

共有功率系数设置单元，用于在集合

中选择最大值

根据

设置每个天线的共有功率系数为

第一实际功率设置单元，用于设置第k个数据流在第n个天线上分配的实际功率为

上述实际功率确定模块包括：第二功率和计算单元，用于计算每个数据流分配在第n个天线上的功率之和

功率系数设置单元，用于设置每个数据流对应第n个天线的功率系数为

第二实际功率设置单元，用于设置第k个数据流在第n个天线上分配的实际功率为 $p_{\mathrm{nk}}={\tilde{p}}_{\mathrm{nk}}\frac{Q_n}{{\tilde{Q}}_n}.$

通过本发明，先根据预编码向量设置每个数据流在每个天线上的功率比例因子，再根据该功率比例因子和预设功率值设置每个数据流在每个天线上的预分配功率，再根据每个天线的最大发射功率调整上述预分配功率，最后将调整后的预分配功率作为每个数据流在每个天线上分配的实际功率，解决了相关技术中每个数据流的功率在天线功率受限时无法进行最优分配的问题，提高了功率的利用率，提高了系统性能，且该计算方式简单易实现。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的多天线的功率分配方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的多天线的功率分配装置的结构框图；

图3是根据本发明实施例的多天线的功率分配装置的第二种结构框图；

图4是根据本发明实施例的多天线的功率分配装置的第三种结构框图；

图5是根据本发明实施例的多天线的功率分配装置的第四种结构框图；

图6是根据本发明实施例的多天线的功率分配装置的第五种结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在相关技术中为控制节点上的天线的各个数据流进行功率时，多数是采用平均分配的方式，该方式只考虑到控制节点的总功率受限，并没考虑到控制节点的每个天线的功率受限，基于此，本发明实施例提供了一种多天线的功率分配方法及装置，将每个数据流的功率在每个天线功率受限时进行最优分配，下面通过实施例进行详细说明。

本实施例提供了一种多天线的功率分配方法，如图1所示的多天线的功率分配方法的流程图，该方法以控制节点上实现为例进行说明，包括如下步骤(步骤S102-步骤S106)：

步骤S102，控制节点根据预编码向量设置每个数据流在每个天线上的功率比例因子；

步骤S104，控制节点根据上述功率比例因子和预设功率值设置每个数据流在每个天线上的预分配功率；

步骤S106，控制节点根据每个天线的最大发射功率调整上述预分配功率，将调整后的预分配功率作为每个数据流在每个天线上分配的实际功率。

通过上述方法，先根据预编码向量设置每个数据流在每个天线上的功率比例因子，再根据该功率比例因子和预设功率值设置每个数据流在每个天线上的预分配功率，再根据每个天线的最大发射功率调整上述预分配功率，最后将调整后的预分配功率作为每个数据流在每个天线上分配的实际功率，解决了相关技术中每个数据流的功率在天线功率受限时无法进行最优分配的问题，提高了功率的利用率，提高了系统性能，且该计算方式简单易实现。

对于配置有N(N为自然数且大于等于2)个天线的控制节点，同时传输K(K为自然数且大于等于1)个数据流，对于当前资源块上，控制节点在第n(n＝1，…，N)个天线上给第k(k＝1，…，K)个数据流分配的实际功率为p_nk。上述资源块可以是一个正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称为OFDM)/正交频分多址(OrthogonalFrequency Division Mukiple Access，简称为OFDMA)系统中的一个子载波，或者是同一个OFDM符号上的多个子载波，又或者是时域多个OFDM符号在频域的多个子载波构成的资源块，当然也可以是其他无线系统中一个资源单位(频域子载波或者时域符号)。下面对p_nk的获得过程进行描述。

首先，控制节点设置每个数据流的预编码向量。控制节点可以通过每个数据流对应的信道系数以及相应的最优化准则计算获得每个数据流的预编码矩阵，该矩阵中包含每个数据流对应的预编码向量，因此，本实施例提供了一种优选实施方式，即设置第k个数据流对应的预编码向量为w_k＝[w_1k  w_2k  …w_NK]^T，其中，w_NK表示第K个数据流对应第N个天线上的预编码向量，[]^T表示对[]内的向量进行转置操作(当然，该向量表示为行或者列并不影响计算结果)。上述计算方式比较简便，准确率高，为后续计算每个数据流在每根天线上的功率比例因子提供基础。

其次，控制节点根据每个数据流的预编码向量计算该数据流在每个天线上分配的功率比例因子。控制节点可以设置第k个数据流在第n个天线上的功率比例因子为r_nk＝|w_nk|²，当然具体的计算公式并不限于此，可以在上述公式的基础上有合理变型，例如r_nk＝|w_nk|²×1.01等变型公式。上述计算方式比较简便，准确率高，为后续计算每个数据流在每个天线上的预分配功率提供基础。

再次，控制节点根据功率比例因子为每个数据流在每个天线上分配预分配功率

控制节点可以设置第k个数据流在第n个天线上的预分配功率为

其中，

即每个数据流在每个天线上的功率比例因子的总和。A_k表示预先分配给第k个数据流在当前资源块上的功率，上述资源块包括下列形式至少之一：正交频分复用技术系统中的一个子载波、正交频分多址系统中的一个子载波、同一个正交频分复用技术符号上的多个子载波、时域多个正交频分复用技术符号在频域的多个子载波构成的资源块。上述计算方式比较简便，准确率高，为后续计算每个数据流在每个天线上分配的实际功率提供基础。

最后，控制节点根据每个天线的最大发射功率调整预分配功率，从而得到每个数据流在每个天线上分配的实际功率。具体的调整方式有两种：

第一种方式，计算每个数据流分配在第n个天线上的功率之和

在集合

中选择最大值(可以设其索引为n_max)，然后根据

设置每个天线的共有功率系数为

最后设置第k个数据流在第n个天线上分配的实际功率为

也就是将每个数据流在每个天线上的预分配功率与上述共有功率系数相乘，得到每个数据流在每个天线上的分配的实际功率。

第二种方式，计算每个数据流分配在第n个天线上的功率之和

然后设置每个数据流对应第n个天线的功率系数为最后设置第k个数据流在第n个天线上分配的实际功率为

也就是将每个数据流在每个天线上的预分配功率与上述功率系数相乘，得到每个数据流在每个天线上的分配的实际功率。上述两种方式实现简单，准确率高。

前面涉及到的控制节点是无线通信网络中具有控制功能的设备，例如中继站(Relaystation)，无线接入点(Access Point，简称为AP)或者是基站等，该基站可以是宏基站、微基站、掌上基站(Femeto)、家庭基站(Home NodeB)等。并且，前面涉及到的计算公式只是举例说明，具体公式并不限于此，可以在上述公式的基础上有合理变型。

下面结合优选实施例和附图对上述实施例的实现过程进行详细说明。

实施例一

本实施例假定控制节点具有4个发送天线，即N＝4，并且每个天线的最大发射功率都为Q，即Q₁＝Q₂＝Q₃＝Q₄＝Q，假设在四个天线上同时传输两个不同的数据流，即K＝2，并且通过预先分配的方法分配在当前资源块上，该资源块可以是OFDM符号上的一段子载波，对每个数据流分配的功率相等，即G₁＝G₂＝G，设置两个数据流对应的预编码向量分别为w₁＝[w₁₁ w₂₁ w₃₁ w₄₁]^T和w₂＝[w₁₂ w₂₂ w₃₂ w₄₂]^T，则可以采用如下所示的功率分配方式：

首先，计算每个数据流在每个天线上的功率比例因子，对于第一个数据流对应的预编码向量，可以设置其功率比例因子为：r₁₁＝|w₁₁|²，r₂₁＝|w₂₁|²，r₃₁＝|w₃₁|²，r₄₁＝|w₄₁|²；对于第二个数据流对应的预编码向量，可以设置其功率比例因子为：r₁₂＝|w₁₂|²，r₂₂＝|w₂₂|²，r₃₂＝|w₃₂|²，r₄₂＝|w₄₂|²。

其次，假设控制节点在当前资源块上为两个数据流预先分配的功率(即预设功率值)为A₁＝A₂＝A，则第一个数据流对应4个天线上的预分配功率分别为：

${\tilde{p}}_{11}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{11}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ${\tilde{p}}_{21}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{21}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ${\tilde{p}}_{31}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{31}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ${\tilde{p}}_{41}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{41}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}}.$

第二个数据流对应4个天线上的预分配功率分别为：

${\tilde{p}}_{12}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{12}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}},$ ${\tilde{p}}_{22}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{22}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}},$ ${\tilde{p}}_{32}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{32}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}},$ ${\tilde{p}}_{42}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{42}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}}.$

最后，将每个天线上的两个数据流对应的预分配功率相加，分别得到：

${\tilde{Q}}_1={\tilde{p}}_{11}+{\tilde{p}}_{12},$ ${\tilde{Q}}_2={\tilde{p}}_{21}+{\tilde{p}}_{22},$ ${\tilde{Q}}_3={\tilde{p}}_{31}+{\tilde{p}}_{32},$ ${\tilde{Q}}_4={\tilde{p}}_{41}+{\tilde{p}}_{42}.$

然后比较的大小，这里假设

为最大值，则最终计算第一个数据流在4个天线上分配的实际功率分别为：

$p_{11}={\tilde{p}}_{11}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{21}={\tilde{p}}_{21}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{31}={\tilde{p}}_{31}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{41}={\tilde{p}}_{41}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2}$ (此处采用的控制节点根据每个天线的最大发射功率调整预分配功率的第一种调整方式)，

第二个数据流在4个天线上分配的实际功率分别为：

$p_{12}={\tilde{p}}_{12}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{22}={\tilde{p}}_{22}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{32}={\tilde{p}}_{32}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{42}={\tilde{p}}_{42}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2}.$

实施例二

本实施例假定控制节点具有4个发送天线，即N＝4，并且每个天线的最大发射功率分别为Q₁＝Q₂＝Q₃＝Q₄＝Q，假设在四个天线上同时传输两个不同的数据流，即K＝2，并且通过预先分配的方法分配在当前资源块上，该资源块可以是OFDM符号上的一段子载波，给每个数据流分配的功率相等，即G₁＝G₂＝G，设置两个数据流对应的预编码向量分别为w₁＝[w₁₁ w₂₁ w₃₁ w₄₁]^T和w₂＝[w₁₂ w₂₂ w₂₂ w₄₂]^T，则可以采用如下所示的功率分配方式：

首先，计算每个数据流在每个天线上的功率比例因子，对于第一个数据流对应的预编码向量，可以设置其功率比例因子为：r₁₁＝|w₁₁|²，r₂₁＝|w₂₁|²，r₃₁＝|w₃₁|²，r₄₁＝|w₄₁|²，对于第二个数据流对应的预编码向量，可以设置其功率比例因子为：r₁₂＝|w₁₂|²，r₂₂＝|w₂₂|²，r₃₂＝|w₃₂|²，r₄₂＝|w₄₂|²。

其次，假设控制节点在当前资源块上为两个数据流预先分配的功率(即预设功率值)为4和A₂，则第一个数据流对应4个天线的预分配功率分别为：

${\tilde{p}}_{11}=\frac{A_1{r}_{11}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ${\tilde{p}}_{21}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{21}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ${\tilde{p}}_{31}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{31}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ${\tilde{p}}_{41}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{41}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}};$

第二个数据流对应4个天线的预分配功率分别为：

${\tilde{p}}_{12}=\frac{A_2{r}_{12}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}},$ ${\tilde{p}}_{22}=\frac{A_2{r}_{22}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}},$ ${\tilde{p}}_{32}=\frac{A_2{r}_{32}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}},$ ${\tilde{p}}_{42}=\frac{A_2{r}_{42}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}}.$

最后，将每个天线上的两个数据流对应的预分配功率相加，分别得到：

${\tilde{Q}}_1={\tilde{p}}_{11}+{\tilde{p}}_{12},$ ${\tilde{Q}}_2={\tilde{p}}_{21}+{\tilde{p}}_{22},$ ${\tilde{Q}}_3={\tilde{p}}_{31}+{\tilde{p}}_{32},$ ${\tilde{Q}}_4={\tilde{p}}_{41}+{\tilde{p}}_{42};$

然后，比较

的大小，假设为最大值，则计算第一个数据流在4个天线上分配的实际功率分别为：

$p_{11}={\tilde{p}}_{11}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{21}={\tilde{p}}_{21}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{31}={\tilde{p}}_{31}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{41}={\tilde{p}}_{41}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2}$ (此处采用的控制节点根据每个天线的最大发射功率调整预分配功率的第一种调整方式)；

第二个数据流在4个天线上分配的实际功率为：

$p_{12}={\tilde{p}}_{12}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{22}={\tilde{p}}_{22}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{32}={\tilde{p}}_{32}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{42}={\tilde{p}}_{42}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2}.$

实施例三

本实施例假定控制节点具有4个发送天线，即N＝4，并且每个天线的最大发射功率都为Q，即Q₁＝Q₂＝Q₃＝Q₄＝Q，假设同时传输两个不同的数据流，即K＝2，通过预先分配的方法分配在当前资源块上，该资源块可以是OFDM符号上的一段子载波，给每个数据流分配的功率相等，即G₁＝G₂＝G，设置两个数据流对应的预编码向量分别为w₁＝[w₁₁ w₂₁ w₃₁ w₄₁]^T和w₂＝[w₁₂ w₂₂ w₃₂ w₄₂]^T，则可以采用如下所示的功率分配方式：

首先，计算每个数据流在每个天线上的功率比例因子，对于第一个数据流对应的预编码向量，可以设置其功率比例因子为：r₁₁＝|w₁₁|²，r₂₁＝|w₂₁|²，r₃₁＝|w₃₁|²，r₄₁＝|w₄₁|²，对于第二个数据流对应的预编码向量，可以设置其功率比例因子为：r₁₂＝|w₁₂|²，r₂₂＝|w₂₂|²，r₃₂＝|w₃₂|²，r₄₂＝|w₄₂|²。

其次，假设控制节点在当前资源块上为两个数据流预先分配的功率(即预设功率值)为A₁＝A₂＝A，则第一个数据流对应4个天线的预分配功率分别为：

${\tilde{p}}_{11}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{11}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ${\tilde{p}}_{21}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{21}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ${\tilde{p}}_{31}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{31}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ${\tilde{p}}_{41}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{41}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}};$

第二个数据流对应4个天线的预分配功率分别为：

${\tilde{p}}_{12}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{12}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}},$ ${\tilde{p}}_{22}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{22}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}},$ ${\tilde{p}}_{32}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{32}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}},$ ${\tilde{p}}_{42}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{42}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}};$

最后，将每个天线上的两个数据流对应的预分配功率相加，分别得到：

${\tilde{Q}}_1={\tilde{p}}_{11}+{\tilde{p}}_{12},$ ${\tilde{Q}}_2={\tilde{p}}_{21}+{\tilde{p}}_{22},$ ${\tilde{Q}}_3={\tilde{p}}_{31}+{\tilde{p}}_{32},$ ${\tilde{Q}}_4={\tilde{p}}_{41}+{\tilde{p}}_{42};$

则计算第一个数据流在4个天线上分配的实际功率分别为：

$p_{11}={\tilde{p}}_{11}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{21}={\tilde{p}}_{21}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{31}={\tilde{p}}_{31}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{41}={\tilde{p}}_{41}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2}$ (此处采用的控制节点根据每个天线的最大发射功率调整预分配功率的第二种调整方式)；

第二个数据流在4个天线上分配的实际功率分别为：

$p_{12}={\tilde{p}}_{12}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{22}={\tilde{p}}_{22}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{32}={\tilde{p}}_{32}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{42}={\tilde{p}}_{42}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2}.$

实施例四

本实施例假定控制节点具有4个发送天线，即N＝4，并且每个天线的最大发射功率为Q₁＝Q₂＝Q₃＝Q₄＝Q，假设同时传输两个不同的数据流，即K＝2，通过预先分配的方法分配在当前资源块上，该资源块可以是OFDM符号上的一段子载波，给每个数据流分配的功率相等，即G₁＝G₂＝G。设置两个数据流对应的预编码向量分别为w₁＝[w₁₁ w₂₁ w₃₁ w₄₁]^T和w₂＝[w₁₂ w₂₂ w₃₂ w₄₂]^T，则可以采用如下所示的功率分配方式：

首先，计算每个数据流在每个天线上的功率比例因子，对于第一个数据流对应的预编码向量，可以设置其功率比例因子分别为：

r₁₁＝|w₁₁|²，r₂₁＝|w₂₁|²，r₃₁＝|w₃₁|²，r₄₁＝|w₄₁|²；

对于第二个数据流对应的预编码向量，可以设置其功率比例因子分别为：

r₁₂＝|w₁₂|²，r₂₂＝|w₂₂|²，r₃₂＝|w₃₂|²，r₄₂＝|w₄₂|²。

其次，假设控制节点在当前资源块上为两个数据流预先分配的功率(即预设功率值)为A₁和A₂，则第一个数据流对应4个天线的预分配功率分别为：

${\tilde{p}}_{11}=\frac{A_1{r}_{11}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ${\tilde{p}}_{21}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{21}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ${\tilde{p}}_{31}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{31}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ${\tilde{p}}_{41}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{41}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}};$

第二个数据流对应4个天线的预分配功率分别为：

${\tilde{p}}_{12}=\frac{A_2{r}_{12}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}},$ ${\tilde{p}}_{22}=\frac{A_2{r}_{22}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}},$ ${\tilde{p}}_{32}=\frac{A_2{r}_{32}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}},$ ${\tilde{p}}_{42}=\frac{A_2{r}_{42}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n2}}.$

最后，将每个天线上的两个数据流对应的预分配功率相加，分别得到：

${\tilde{Q}}_1={\tilde{p}}_{11}+{\tilde{p}}_{12},$ ${\tilde{Q}}_2={\tilde{p}}_{21}+{\tilde{p}}_{22},$ ${\tilde{Q}}_3={\tilde{p}}_{31}+{\tilde{p}}_{32},$ ${\tilde{Q}}_4={\tilde{p}}_{41}+{\tilde{p}}_{42};$

则计算第一个数据流在4个天线上分配的实际功率分别为：

$p_{11}={\tilde{p}}_{11}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{21}={\tilde{p}}_{21}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{31}={\tilde{p}}_{31}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{41}={\tilde{p}}_{41}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2}$ (此处采用的控制节点根据每个天线的最大发射功率调整预分配功率的第二种调整方式)。

第二个数据流在4个天线上分配的实际功率分别为：

$p_{12}={\tilde{p}}_{12}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{22}={\tilde{p}}_{22}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{32}={\tilde{p}}_{32}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2},$ $p_{42}={\tilde{p}}_{42}\frac{Q}{{\tilde{Q}}_2}.$

实施例五

本实施例假定控制节点具有N(N为大于等于2的自然数)个发送天线，且每个天线的最大发射功率为Q₁，Q₂，…，Q_N，假设同时传输K(K为大于等于1的自然数)个不同的数据流，并且通过预先分配的方法分配在当前资源块上，该资源块可以是OFDM符号上的一段子载波，给每个数据流分配的功率为A₁，…，A_K。设置上述K个数据流对应的预编码向量分别为w₁＝[w₁₁ w₂₁ … w_N1]^T，....，w_K＝[w_1K  w_2K  … w_NK]^T，则可以采用如下所示的功率分配方式：

首先，计算每个数据流在每个天线上的功率比例因子，对于第k(k＝1，…，K)个数据流对应的预编码向量，可以设置其功率比例因子分别为：

r₁₁＝|w₁₁|²，r₂₁＝|w₂₁|²，......，r_Nk＝|w_Nk|²；

其次，设置第k个数据流对应N个天线的预分配功率分别为：

${\tilde{p}}_{11}=\frac{A_1{r}_{11}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ${\tilde{p}}_{21}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{21}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ......， ${\tilde{p}}_{41}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{41}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}};$

最后，将每个天线上的K个数据流对应的预分配功率相加，分别得到：

${\tilde{Q}}_1=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{p}}_{1k},$ ${\tilde{Q}}_2=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{p}}_{2k},$ ......， ${\tilde{Q}}_N=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{p}}_{\mathrm{Nk}};$

然后比较

......，

的大小，假设

为最大值，则计算第k(k＝1，…，K)个数据流在N个天线上分配的实际功率分别为：

......，

(此处采用的控制节点根据每个天线的最大发射功率调整预分配功率的第一种调整方式)。

实施例六

本实施例假定控制节点具有N(N为大于等于2的自然数)个发送天线，每个天线的最大发射功率为Q₁，Q₂，…，Q_N，假设同时传输K(K为大于等于1的自然数)个不同的数据流，通过预先分配的方法分配在当前资源块上，该资源块可以是OFDM符号上的一段子载波，给每个数据流分配的功率为A₁，…，A_K，设置上述K个数据流对应的预编码向量分别为w₁＝[w₁₁ w₂₁ … w_N1]^T，....，w_K＝[w_1K  w_2K  … w_NK]^T，则可以采用如下所示的功率分配方式：

首先，计算每个数据流在每个天线上的功率比例因子，对于第k(k＝1，…，K)个数据流对应的预编码向量，可以设置其功率比例因子分别为：r₁₁＝|w₁₁|²，r₂₁＝|w₂₁|²，......，r_Nk＝|w_Nk|²。

其次，设置第k(k＝1，…，K)个数据流对应N个天线上的预分配功率分别为：

${\tilde{p}}_{11}=\frac{A_1{r}_{11}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ${\tilde{p}}_{21}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{21}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}},$ ......， ${\tilde{p}}_{41}=\frac{{\mathrm{Ar}}_{41}}{\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n1}}.$

最后，将每个天线上的K个数据流对应的预分配功率相加，分别得到：

${\tilde{Q}}_1=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{p}}_{1k},$ ${\tilde{Q}}_2=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{p}}_{2k},$ ......， ${\tilde{Q}}_N=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{p}}_{\mathrm{Nk}}.$

计算第k(k＝1，…，K)个数据流在N个天线上的分配的实际功率分别为：

......，

(此处采用的控制节点根据每个天线的最大发射功率调整预分配功率的第二种调整方式)。

对应于上述多天线的功率分配方法，本实施例提供了一种多天线的功率分配装置，该装置用于实现上述实施例，可以在控制节点上实现。图2是根据本发明实施例的多天线的功率分配装置的结构框图，如图2所示，该装置包括：功率比例因子设置模块22、预分配功率设置模块24和实际功率确定模块26。下面对该结构进行说明。

功率比例因子设置模块22，用于根据预编码向量设置每个数据流在每个天线上的功率比例因子；

预分配功率设置模块24，连接至功率比例因子设置模块22，用于根据功率比例因子设置模块22设置的功率比例因子和预设功率值设置每个数据流在每个天线上的预分配功率；

实际功率确定模块26，连接至预分配功率设置模块24，用于根据每个天线的最大发射功率调整预分配功率设置模块24设置的预分配功率，将调整后的预分配功率作为每个数据流在每个天线上分配的实际功率。

通过上述装置，功率比例因子设置模块22根据预编码向量设置每个数据流在每个天线上的功率比例因子，然后预分配功率设置模块24根据该功率比例因子和预设功率值设置每个数据流在每个天线上的预分配功率，最后实际功率确定模块26根据每个天线的最大发射功率调整上述预分配功率，将调整后的预分配功率作为每个数据流在每个天线上分配的实际功率，解决了相关技术中每个数据流的功率在天线功率受限时无法进行最优分配的问题，提高了功率的利用率，提高了系统性能，且该计算方式简单易实现。

针对如何根据功率比例因子设置模块22设置的功率比例因子和预设功率值设置每个数据流在每个天线上的预分配功率，本实施例提供了一种优选实施方式，如图3所示的多天线的功率分配装置的第三种结构框图，该装置除了包括图2中的各个模块之外，功率比例因子设置模块22还包括：功率比例因子设置单元220，用于设置第k个数据流在第n个天线上的功率比例因子为r_nk＝|w_nk|²，其中，k＝1，…，K，n＝1，…，N；第k个数据流对应的预编码向量为w_k＝[w_1k w_2k … w_NK |^T，其中，K是指数据流的个数，N是指天线的个数，w_NK表示第K个数据流对应第N个天线上的预编码向量，[]^T表示对[]内的向量进行转置操作。

针对如何根据预编码向量设置模块20设置的预编码向量设置每个数据流在每个天线上的功率比例因子，本实施例提供了一种优选实施方式，如图4所示的多天线的功率分配装置的第四种结构框图，该装置除了包括图3中的各个模块之外，预分配功率设置模块24还包括：预分配功率设置单元240，用于设置第k个数据流在第n个天线上的预分配功率为

其中，A_k表示预先分配给第k个数据流在当前资源块上的功率， $\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{\mathrm{nk}}=r_{1k}+r_{2k}......+r_{\mathrm{Nk}}.$

针对如何根据每个天线的最大发射功率调整预分配功率设置模块24设置的预分配功率，本实施例提供了一种优选实施方式，如图5所示的多天线的功率分配装置的第五种结构框图，该装置除了包括图4中的各个模块之外，实际功率确定模块26还包括：第一功率和计算单元260、共有功率系数设置单元262和第一实际功率设置单元264。下面对该结构进行说明。

第一功率和计算单元260，用于计算每个数据流分配在第n个天线上的功率之和 ${\tilde{Q}}_n=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{p}}_{\mathrm{nk}};$

共有功率系数设置单元262，连接至第一功率和计算单元260，连接至用于在集合中选择最大值

根据

设置每个天线的共有功率系数为

第一实际功率设置单元264，连接至共有功率系数设置单元262，用于设置第k个数据流在第n个天线上分配的实际功率为

针对如何根据每个天线的最大发射功率调整预分配功率设置模块24设置的预分配功率，本实施例提供了另一种优选实施方式，如图6所示的多天线的功率分配装置的第六种结构框图，该装置除了包括图7中的各个模块之外，实际功率确定模块26还包括：第二功率和计算单元266、功率系数设置单元268和第二实际功率设置单元269。下面对该结构进行说明。

第二功率和计算单元266，用于计算每个数据流分配在第n个天线上的功率之和 ${\tilde{Q}}_n=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{p}}_{\mathrm{nk}};$

功率系数设置单元268，连接至第二功率和计算单元266，用于设置每个数据流对应第n个天线的功率系数为

第二实际功率设置单元269，连接至功率系数设置单元268，用于设置第k个数据流在第n个天线上分配的实际功率为

前面涉及到的控制节点是无线通信网络中具有控制功能的设备，例如中继站(Relaystation)，无线接入点(Access Point，简称为AP)或者是基站等，该基站可以是宏基站、微基站、掌上基站(Femeto)、家庭基站(Home NodeB)等。并且，前面涉及到的计算公式只是举例说明，具体公式并不限于此，可以在上述公式的基础上合理变型。

从以上的描述中可以看出，本发明最大化的利用了控制节点的功率，在每个天线功率受限的条件下进行最优分配，提高了功率应用在需求较大的数据流上的利用率，提高了系统的频谱效率和系统性能，同时该计算方法非常简单，且容易实现。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (11)

1.一种多天线的功率分配方法，其特征在于，包括：

根据预编码向量设置每个数据流在每个天线上的功率比例因子；

根据所述功率比例因子和预设功率值设置每个数据流在每个天线上的预分配功率；

根据每个天线的最大发射功率调整所述预分配功率，将调整后的预分配功率作为每个数据流在每个天线上分配的实际功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预编码向量设置每个数据流在每根天线上的功率比例因子包括：

设置第k个数据流在第n个天线上的功率比例因子为r_nk＝|w_nk|²，其中，k＝1，…，K，n＝1，…，N；第k个数据流对应的预编码向量为w_k＝[w_1k  w_2k  … w_NK]^T，其中，K是指数据流的个数，N是指天线的个数，w_NK表示第K个数据流对应第N个天线上的所述预编码向量，[]^T表示对[]内的向量进行转置操作。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述功率比例因子和预设功率值设置每个数据流在每个天线上的预分配功率包括：

设置第k个数据流在第n个天线上的预分配功率为

其中，Ak表示

预先分配给第k个数据流在当前资源块上的功率，

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据每个天线的最大发射功率调整所述预分配功率，将调整后的预分配功率作为每个数据流在每个天线上分配的实际功率包括以下方式：

计算每个数据流分配在第n个天线上的功率之和

在集合

中选择最大值

根据

设置每个天线的共有功率系数为

设置第k个数据流在第n个天线上分配的实际功率为

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据每个天线的最大发射功率调整所述预分配功率，将调整后的预分配功率作为每个数据流在每个天线上分配的实际功率包括以下方式：

计算每个数据流分配在第n个天线上的功率之和

设置每个数据流对应第n个天线的功率系数为

设置第k个数据流在第n个天线上分配的实际功率为

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述资源块包括下列形式至少之一：

正交频分复用技术系统中的一个子载波、正交频分多址系统中的一个子载波、同一个正交频分复用技术符号上的多个子载波、时域多个正交频分复用技术符号在频域的多个子载波构成的资源块。

7.一种多天线的功率分配装置，其特征在于，包括：

功率比例因子设置模块，用于根据预编码向量设置每个数据流在每个天线上的功率比例因子；

预分配功率设置模块，用于根据所述功率比例因子设置模块设置的所述功率比例因子和预设功率值设置每个数据流在每个天线上的预分配功率；

实际功率确定模块，用于根据每个天线的最大发射功率调整所述预分配功率设置模块设置的所述预分配功率，将调整后的预分配功率作为每个数据流在每个天线上分配的实际功率。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述功率比例因子设置模块包括：

功率比例因子设置单元，用于设置第k个数据流在第n个天线上的功率比例因子为r_nk＝|w_nk|²，其中，k＝1，…，K，n＝1，…，N；第k个数据流对应的预编码向量为w_k＝[w_1k  w_2k  … w_NK]^T，其中，K是指数据流的个数，N是指天线的个数，w_NK表示第K个数据流对应第N个天线上的所述预编码向量，[]^T表示对[]内的向量进行转置操作。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述预分配功率设置模块包括：

预分配功率设置单元，用于设置第k个数据流在第n个天线上的预分配功率为

其中，A_k表示预先分配给第k个数据流在当前资源块上的功率， $\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{\mathrm{nk}}=r_{1k}+r_{2k}......+r_{\mathrm{Nk}}.$

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述实际功率确定模块包括：

第一功率和计算单元，用于计算每个数据流分配在第n个天线上的功率之和 ${\tilde{Q}}_n=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{p}}_{\mathrm{nk}};$

共有功率系数设置单元，用于在集合

中选择最大值根据

设置每个天线的共有功率系数为

第一实际功率设置单元，用于设置第k个数据流在第n个天线上分配的实际功率为 $p_{\mathrm{nk}}={\tilde{p}}_{\mathrm{nk}}\frac{Q_{n_{\max }}}{{\tilde{Q}}_{n_{\max }}}.$

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述实际功率确定模块包括：

第二功率和计算单元，用于计算每个数据流分配在第n个天线上的功率之和 ${\tilde{Q}}_n=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{p}}_{\mathrm{nk}};$

功率系数设置单元，用于设置每个数据流对应第n个天线的功率系数为

第二实际功率设置单元，用于设置第k个数据流在第n个天线上分配的实际功率为 $p_{\mathrm{nk}}={\tilde{p}}_{\mathrm{nk}}\frac{Q_n}{{\tilde{Q}}_n}.$

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