寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)資源優(yōu)化的方法和裝置的制作方法

專利名稱：寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)資源優(yōu)化的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信領(lǐng)域，尤其涉及一種寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)資源優(yōu)化的方法和裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，第三和第四代(3G/4G)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)了高速的發(fā)展和幾何級(jí)用戶的增長(zhǎng)，這對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)資源分配和干擾消除技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)，尤其是針對(duì)增加系統(tǒng)吞吐量和提高信號(hào)和數(shù)據(jù)的傳輸可靠性。移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能通常受到了多徑衰落的影響而使性能惡化和容量受限。
多入多出(Multi Input Multi Output ， MIMO )天線才支術(shù)和迭代天線(adaptive antenna system , AAS )技術(shù)作為4G移動(dòng)通信系統(tǒng)中最有發(fā)展前景的技術(shù)，目前已廣泛的應(yīng)用在無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)如全球微波互聯(lián)接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access, Wimax )和長(zhǎng)期演進(jìn)(Long Term Evolution, LTE )上，但目前仍然存在很多的問(wèn)題待解決，如載波頻率偏移損害了通道載波正交性，載波間的干擾(Inter CarrierInterference, ICI )使得移動(dòng)系統(tǒng)性能惡化。此外，4G系統(tǒng)中空間相關(guān)(spatialcorrelation)等問(wèn)題強(qiáng)烈地沖擊移動(dòng)系統(tǒng)的上行系統(tǒng)性能。因此，資源優(yōu)化和充分利用以及干擾消除技術(shù)被建議應(yīng)用于Wimax和LTE系統(tǒng)中提高系統(tǒng)性能。
目前，只有簡(jiǎn)單的功率分配技術(shù)如基于通道系統(tǒng)信息傳輸(channelstate information transfer, CSIT )才支術(shù)的迭代調(diào)制和編碼(Adaptive modulationand coding, AMC )技術(shù)被應(yīng)用到LTE和IEEE802.16e/證.16m中，而最優(yōu)或次優(yōu)化功率分配方案還未被應(yīng)用到上述系統(tǒng)中。預(yù)編碼和賦形(Precoding/Beamforming )以及編碼調(diào)制的自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)可一見(jiàn)為優(yōu)化資源的具體方案，以提高吞吐量和數(shù)據(jù)傳輸鏈路性能?；诮K端反饋的載噪比技術(shù)被廣泛應(yīng)用在Wimax/LTE中提高信道質(zhì)量。
目前有業(yè)界建議的有三種功率分配方式，即平均功率分配，基于灌水(water-filling)或注水定律(water pouring )的功率分配，以及基于凸優(yōu)化定律(convex optimization)的功率分配方式。目前僅有平均功率分配方式應(yīng)用在實(shí)際系統(tǒng)中，而其它關(guān)于最優(yōu)功率分配方案由于復(fù)雜度較高及條件嚴(yán)格而難以應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)中。
綜上所述，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)目前的一些關(guān)于最優(yōu)功率分配法由于高運(yùn)算復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)條件復(fù)雜而影響到算法的實(shí)現(xiàn)，因此合理采用資源優(yōu)化方案來(lái)達(dá)到上述目的是各設(shè)備廠家目前面臨的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提出 一種寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)資源優(yōu)化的方法和裝置，解決目前系統(tǒng)頻譜效率低的問(wèn)題，提升數(shù)據(jù)傳輸鏈路可靠性，以及減少運(yùn)算復(fù)雜度來(lái)實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化和可實(shí)現(xiàn)性。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)資源優(yōu)化的方法，包括
基站接收終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，計(jì)算與終端之間通道的特征值；
所述基站根據(jù)系統(tǒng)功率的限制以及所述通道的特征值分配發(fā)送給終端的各數(shù)據(jù)流的功率。
進(jìn)一步地，所述基站接收終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，具體是指
所述基站接收終端發(fā)送檢測(cè)信號(hào)，或上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻子載波信號(hào)，或快速反饋通道信息。
進(jìn)一步地，所述基站計(jì)算與終端之間通道的特征值，具體包括
所述基站對(duì)通道進(jìn)行載噪比估測(cè)，利用通道估測(cè)結(jié)果構(gòu)成協(xié)方差矩陣并通過(guò)奇異值分解方法進(jìn)行迭代來(lái)獲取通道的特征值。
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)
所述基站通過(guò)調(diào)整編碼調(diào)制比或發(fā)送功率的權(quán)值或預(yù)編碼矩陣，分配發(fā)
6送給終端的各數(shù)據(jù)流的功率。
進(jìn)一步地，基站根據(jù)系統(tǒng)功率的限制以及所述通道的特征值分配發(fā)送給
終端的各數(shù)據(jù)流的功率，具體是指
基站發(fā)送給終端的各數(shù)據(jù)流的功率為計(jì)算使￡化，g,, p,)達(dá)到最大時(shí)的各數(shù)據(jù)流的功率，其中，
m
丄(夂，g,, a ) 二max [/ ( a ,)] - Z ，
/(p,，/;)為系統(tǒng)的平均容量，max[/(/^)]表示/",。的最大值，/(/^卜丄Ilog卜+ P辟、
g,為g, =尸,—、2 P,義，
其中，m為發(fā)送天線的數(shù)目，P為平均信噪比，P,是分配到基站的第i根發(fā)送天線上的數(shù)據(jù)流的功率，r,為基站的第i根發(fā)送天線上數(shù)據(jù)流的速率，A為第i個(gè)通道的特征值，cr為高斯白噪聲矢量，《為總功率限制，yt,為拉格郎日乘子系數(shù)，其中，通道、發(fā)送天線、數(shù)據(jù)流均——對(duì)應(yīng)。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供一種寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)資源優(yōu)化的裝置，應(yīng)用于基站，包括發(fā)送單元和接收單元，
所述接收單元包括通道特征值估計(jì)模塊，用于接收終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，計(jì)算與終端之間通道的特征值；
所述發(fā)送單元包括最優(yōu)功率控制模塊，用于根據(jù)系統(tǒng)功率的限制以及所述通道的特征值分配發(fā)送給終端的各數(shù)據(jù)流的功率。
進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點(diǎn)
所述通道特征值估計(jì)模塊進(jìn)一步用于接收終端發(fā)送4全測(cè)信號(hào)，或上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻子載波信號(hào)，或快速反饋通道信息，計(jì)算與終端之間通道的特征值。
進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點(diǎn)
所述通道特征值估計(jì)模塊進(jìn)一步用于對(duì)通道進(jìn)行載噪比估測(cè)，利用通道估測(cè)結(jié)果構(gòu)成協(xié)方差矩陣并通過(guò)奇異值分解方法進(jìn)行迭代來(lái)獲取通道的特征值。
進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點(diǎn)
所述最優(yōu)功率控制模塊進(jìn)一步用于通過(guò)調(diào)整編碼調(diào)制比或發(fā)送功率的權(quán)值或預(yù)編碼矩陣，分配發(fā)送給終端的各數(shù)據(jù)流的功率。
進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點(diǎn)
所述最優(yōu)功率控制模塊進(jìn)一步用于計(jì)算使丄(^g,，/ ,)達(dá)到最大時(shí)的各數(shù)據(jù)流的功率，其中，
/(p,，。為系統(tǒng)的平均容量，max[/(;^)]表示/(/^)的最大值,
其中，m為發(fā)送天線的數(shù)目，P為平均信噪比，A是分配到基站的第i根發(fā)送天線上的數(shù)據(jù)流的功率，r為基站的第i根發(fā)送天線上數(shù)據(jù)流的速率，義,為第i個(gè)通道的特征值，cr為高斯白噪聲矢量，《.為總功率限制，為拉格郎日乘子系數(shù)，其中，通道、發(fā)送天線、數(shù)據(jù)流均——對(duì)應(yīng)。
采用本發(fā)明所述方法和裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，達(dá)到了減少算法復(fù)雜度，優(yōu)化資源分配，從而提高了系統(tǒng)吞吐率和傳輸數(shù)據(jù)鏈路可靠性。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)送單元示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例的接收單元示意圖3是本發(fā)明實(shí)施例的解譯碼模塊的示意圖4是采用優(yōu)化功率分配與平均功率分配的系統(tǒng)頻譜對(duì)比結(jié)果；
圖5是采用優(yōu)化功率分配與平均功率分配的系統(tǒng)誤碼率(Bit ErrorRatio, BER)對(duì)比結(jié)果。
g,為g, 0,)= - 、具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明中，采用建立在載噪比(Carrier to interference and noise ratio ,CINR)和特征模式的低復(fù)雜度的功率分配方案，通過(guò)從接收單元獲取精確的通道信息，應(yīng)用于發(fā)送單元。
其中，基站通過(guò)接收終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，計(jì)算與終端之間通道的特征值，的功率。
優(yōu)選地，基站計(jì)算與終端之間通道的特征值，具體是通過(guò)對(duì)通道進(jìn)行載噪比估測(cè)，利用通道估測(cè)結(jié)果構(gòu)成協(xié)方差矩陣并通過(guò)奇異值分解方法進(jìn)行迭代來(lái)獲取通道的特征值。
優(yōu)選地，所迷基站通過(guò)調(diào)整編碼調(diào)制比或發(fā)送功率的權(quán)值或預(yù)編碼矩陣，分配發(fā)送給終端的各數(shù)據(jù)流的功率。
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明實(shí)施例的資源優(yōu)化裝置應(yīng)用于基站，包括發(fā)送單元和接收單元。
如圖l所示，本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)送單元包括數(shù)據(jù)分流模塊，級(jí)聯(lián)巻積編碼模塊，交織模塊，速率切割模塊，隨機(jī)編碼模塊，快速傅里葉逆變換(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)模塊，最優(yōu)功率控制才莫塊和前綴插入模塊；
其中，數(shù)據(jù)分流模塊用于將數(shù)據(jù)資源分成m路數(shù)據(jù)流(m為大于1的整數(shù)，與發(fā)送單元的天線數(shù)一致)；
級(jí)聯(lián)巻積編碼模塊用于對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行級(jí)聯(lián)巻積編碼，m個(gè)級(jí)聯(lián)巻積編碼模塊并行工作，該模塊所采用的級(jí)聯(lián)巻積編碼的生成矩陣(GM,generator matrices)表達(dá)式可表示為<formula>formula see original document page 9</formula>其中Z)是獨(dú)立變量；g,D和&D代表有限狀態(tài)編碼器；系數(shù)
g,={0,1}. &={0, G表示前向和后向反饋多項(xiàng)式1/2碼率的反饋系統(tǒng)巻積碼 (Recursive systematic convolutional code， RSC )編碼器。
級(jí)聯(lián)巻積編碼模塊可產(chǎn)生基本速率為l/2或l/3的數(shù)據(jù)流，利用冗余原理 (redundancy)提高信號(hào)抗干擾能力，其內(nèi)部由兩個(gè)RSC編碼器組成。
貝爾實(shí)驗(yàn)室垂直空時(shí)分層編碼(vertical bell lab layered space time, VBLAST)技術(shù)中，發(fā)送端采用不同的數(shù)據(jù)流，在接收端則體現(xiàn)為VBLAST 檢測(cè)算法，包括最高信噪比接收層的選#( Ordering )、串行抗干擾消除(SIC ), VBLAST技術(shù)可以通過(guò)低復(fù)雜度的串行干擾消除法來(lái)提升系統(tǒng)性能如最大 化系統(tǒng)吞吐量和誤碼率。但由于缺少空間復(fù)用(diversity)而犧牲了部分鏈 路性能導(dǎo)致系統(tǒng)傳輸鏈路質(zhì)量的惡化，因此本發(fā)明實(shí)施例中級(jí)聯(lián)巻積編碼模 塊采用級(jí)聯(lián)巻積碼方式(concatenated convolutional code )對(duì)VBLAST進(jìn)行 補(bǔ)償來(lái)提升系統(tǒng)的鏈路傳輸性能和提高系統(tǒng)覆蓋范圍。
交織模塊用于對(duì)級(jí)聯(lián)巻積編碼模塊輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行交織，將輸入的數(shù)據(jù) 隨機(jī)化，減小各RSC編碼器輸入的相關(guān)性，來(lái)提高編碼的自由度(freedom) 和距離(distance )從而獲取性能較高，抗干擾能力較強(qiáng)的編碼；
速率切割模塊用于對(duì)編碼模塊輸出的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行速率切割，切割速率
其中O'表示第i個(gè)發(fā)送天線流切割速率，p是限制長(zhǎng)度或限制周期，M表 示存儲(chǔ)單元切割模式。
隨機(jī)編碼模塊用于將切割模塊輸出的數(shù)據(jù)通過(guò)隨機(jī)碼(PN, Pseudo Random)進(jìn)行編碼來(lái)減少小區(qū)間干擾；
IFFT模塊用于對(duì)隨機(jī)編碼模塊輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉逆變換，使通 道間信號(hào)數(shù)據(jù)載波的正交和減小子信道間干擾。
最優(yōu)功率控制模塊用于根據(jù)系統(tǒng)功率的限制以及通道的特征值分配發(fā)
10送給終端的各數(shù)據(jù)流的功率；
前綴插入模塊用于將IF FT模塊輸出的數(shù)據(jù)流插入前向循環(huán)修正碼 (Cyclic Prefix, CP)，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到各自的發(fā)送天線，完成發(fā)送處理過(guò)程。
如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的接收單元包括通道特征值估計(jì)-漠塊，循 環(huán)前綴消除模塊，最小均方差(Minimum Mean Square Error, MMSE )均衡 模塊，串行干擾消除模塊和解譯碼模塊；
其中，通道特征值估計(jì)模塊用于接收終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，計(jì)算與終端之間 通道的特征值，將所述通道的特征值發(fā)送給發(fā)送單元的最優(yōu)功率控制模塊。
所述通道是指基站和終端間的無(wú)線傳輸通道(wireless propagation)， 通常稱為Rayleigh瑞利衰減通道，或是國(guó)際通信組織推薦的ITU通道模型。
循環(huán)前綴消除模塊用于對(duì)接收到的數(shù)據(jù)消除循環(huán)前綴；
MMSE均衡模塊用于接收串行干擾消除模塊輸出的反饋數(shù)據(jù)，以及接收 循環(huán)前綴消除模塊輸出的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)和抽??；
串行干擾消除模塊用于對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行干擾消除，即接收解譯碼 模塊輸出的數(shù)據(jù)，消除檢測(cè)過(guò)的信號(hào)層(Layer)和相關(guān)的發(fā)送信號(hào)；即在 下一次循環(huán)干擾消除處理過(guò)程前(下一層接收信號(hào)檢測(cè)前)將檢測(cè)到的數(shù)據(jù) 從接收的數(shù)據(jù)層中消除，以提高下一循環(huán)檢測(cè)的精度；可能需要多次循環(huán)， 直至最后的信號(hào)被檢測(cè)出來(lái)，從而完成串行干擾的消除過(guò)程；該模塊通過(guò)干 擾消除，提高通道檢測(cè)的精度，進(jìn)而得到精確的功率分配；
解譯碼模塊用于接收MMSE均衡模塊輸出的數(shù)據(jù)，采用最大后驗(yàn)概率算 法進(jìn)行級(jí)聯(lián)巻積解譯碼，輸出解碼數(shù)據(jù)；
如圖3所示，解譯碼模塊具體包括解復(fù)用子模塊，第一軟入軟出子模 塊，反交織子模塊，第一交織子模塊，第二軟入軟出子模塊，第二交織子模 塊和軟判別子模塊，
其中，解復(fù)用子模塊用于采用基于最大后驗(yàn)概率(maximum A-priori， Log-MAP)算法來(lái)從MMSE均衡模塊中抽取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)分成兩路數(shù)據(jù)流分別發(fā)送給第一軟入軟出子模塊和反交織子模塊；
第 一軟入軟出子模塊和第二軟入軟出子模塊通過(guò)對(duì)數(shù)釋然比(log likelihood ratio, LLR )方法對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟入軟出操作；
對(duì)數(shù)釋然比的公式根據(jù)貝葉定律可以表示為
Pr q =1 ^Pr{q=l}， Pr * =1 log^"T^-log 1——^p+log / 1-^ (3)
Pr{ci=_l|d} Pr{q=-1}Pr{d|c「-1
其中，q是第k個(gè)資源信息比特流，t/是接收序列。基于雅可比Log-MAP 算法可表示為
丄 "U+丄Q(^)+A(q) (4)
其中z。是后驗(yàn)概率；A表示通道信息；4代表在迭代解碼算法中的 兩個(gè)軟入軟出模塊處理間相互交換的信息。
軟判別子模塊中，；W的軟判別可表示為
S exp(a^, (V)+ A (V)+ y0 (V,》)
,s和s'代表當(dāng)前和以前的譯碼狀態(tài)，其中三個(gè)變量a，(J和入可以通過(guò)迭代 的BCJR(Bahl， Cocke， Jelinek, Raviv,均是人名)算法來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
其它子模塊由于是現(xiàn)有技術(shù)，此處不再詳述。
本發(fā)明通過(guò)接收單元的通道特征值估計(jì)模塊和發(fā)送單元的最優(yōu)功率控 制模塊，實(shí)現(xiàn)低復(fù)雜度的功率分配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化。
下面對(duì)上述兩個(gè)模塊的工作原理進(jìn)行進(jìn)一步描述
通道特征值估計(jì)模塊用于接收終端發(fā)送檢測(cè)信號(hào)(sounding),或上行 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻子載波信號(hào)，或快速反饋通道信息，對(duì)通道進(jìn)行載噪比 (CINR)估測(cè)，利用通道估測(cè)結(jié)果構(gòu)成協(xié)方差矩陣并通過(guò)奇異值分解方法 進(jìn)行迭代來(lái)獲取通道的特征值。該通道的特征值輸出給最優(yōu)功率控制模塊， 用于分配各數(shù)據(jù)流的功率。具體地，通道特征值估計(jì)模塊接收到信號(hào)后，將對(duì)通道進(jìn)行CINR估測(cè)，
然后利用通道估測(cè)結(jié)果可以構(gòu)成協(xié)方差矩陣，利用平滑公式進(jìn)行協(xié)方差矩陣 濾波。隨后采用奇異值分解方法獲取特征值。下面詳細(xì)進(jìn)行該方面的名又述。
可以采用導(dǎo)頻方式進(jìn)行噪音和干擾的測(cè)量和CINR的計(jì)算，具體描述如下。
設(shè)接收到的2個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)為j;和^。相應(yīng)的發(fā)送信號(hào)為Z,和A。
<formula>formula see original document page 13</formula> ( 1 )
其中NI為噪音和干擾，H (k)分別為2個(gè)導(dǎo)頻的通道信息( K(y2J2)'〗
<formula>formula see original document page 13</formula>(2)
式中i人為/Z,和/^值相同，即在上4亍結(jié)構(gòu)中一個(gè)OFDM符號(hào)上的兩個(gè)導(dǎo) 頻子栽波上信道響應(yīng)值相同。由于不同栽波上的信號(hào)，噪聲和干擾都是相互 獨(dú)立的，為BPSK調(diào)制，所以有
<formula>formula see original document page 13</formula> (3)
最終，我們將得到如下的C1NR測(cè)量式:
<formula>formula see original document page 13</formula>(4)
通道估測(cè)可以采用三種方法進(jìn)行，即sounding檢測(cè)信號(hào)，上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) 和導(dǎo)頻子載波以及快速反饋通道信息。對(duì)于sounding檢測(cè)信號(hào)，基站會(huì)選 取與終端發(fā)送相應(yīng)的隨機(jī)序列(PN)進(jìn)行共輒相乘以獲取通道估測(cè)信息。 對(duì)于上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)則采取信道估測(cè)后，基站計(jì)算上行OFDM符號(hào)中每個(gè)子 載波信道協(xié)方差矩陣W,這里仏是第i個(gè)子載波的信道估計(jì)；
<formula>formula see original document page 13</formula>(6)
然后對(duì)一個(gè)上行OFDMA符號(hào)中N個(gè)子載波信道協(xié)方差矩陣^A求平通過(guò)平滑方式得到總體相關(guān)矩陣,如下；
這里/是上行符號(hào)，p是遺忘因子。 通過(guò)協(xié)方差矩陣的計(jì)算后，特征值分解法可以描述為
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中H是歸 一化的w x "復(fù)數(shù)值通道矩陣及單元變量，通道的每個(gè)元素代
表復(fù)數(shù)通道的增益；是通道特征值對(duì)應(yīng)的信道的功率并按降序排列。
通過(guò)以下特征值分解公式我們可以計(jì)算得到通道的特征值
<formula>formula see original document page 14</formula> (10) 其中w和w分別為發(fā)送和接收的天線數(shù)目，計(jì)"j表示轉(zhuǎn)置矩陣。
最優(yōu)功率控制;漠塊用于根據(jù)系統(tǒng)功率的限制以及包含通道特征值的系 統(tǒng)的最大的平均容量，(利用凸優(yōu)化原理)進(jìn)行最大化計(jì)算，得到各數(shù)據(jù)流 的功率，并通過(guò)調(diào)整編碼調(diào)制比或發(fā)送功率的權(quán)值或預(yù)編碼矩陣分配發(fā)送給 終端的各數(shù)據(jù)流的功率。
其中，系統(tǒng)的容量表達(dá)公式可表示為
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中Q是發(fā)送數(shù)據(jù)流的協(xié)相關(guān)矩陣，o"是高斯白噪聲矢量，H是歸一化的w x "復(fù)數(shù)值通道矩陣及單元變量；SINR ( Signal to interference and noise ) 是信干噪比；l為單位矩陣。
MIMO系統(tǒng)的平均容量實(shí)質(zhì)可等效為高斯獨(dú)立分配最大平均信息通道，
即
(^ 、A
det
HQH"+a1
附
一 Jlog 1 + p
(12)
m為發(fā)送天線的數(shù)目，P為平均信噪比，是分配到基站的第i根發(fā)送 天線上的數(shù)據(jù)流的功率，c為基站的第i根發(fā)送天線上數(shù)據(jù)流的速率，義,為式 (10)計(jì)算得到的第i個(gè)通道的特征值，O"為高斯白噪聲矢量，，()〃 表示復(fù)數(shù) 轉(zhuǎn)置操作以及通道增益被歸 一化，&表示對(duì)所包括的內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)平均； 其中，通道、發(fā)送天線、數(shù)據(jù)流均——對(duì)應(yīng)。
由于在V-BLAST系統(tǒng)中首次檢測(cè)的層(layer)非常重要，影響到后面層 的檢測(cè)精度和性能，因此功率優(yōu)化的原理是將信噪比較高的層賦予更多的 功率以使得后面的干擾消除獲得更理想的結(jié)果。
功率最優(yōu)化的問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是最優(yōu)化原理在系統(tǒng)資源中的應(yīng)用。本發(fā)明實(shí) 施例中采用在系統(tǒng)發(fā)送總功率額定時(shí)進(jìn)行最大化系統(tǒng)頻譜，因而采用了牛頓 (Newton)和凸優(yōu)化( convex optimization) >^、 5里。其實(shí)質(zhì)是矛J用雅可t匕7(9 (jacobian matrix)原理進(jìn)行微分求導(dǎo)得到最大值，其中F, (p)是指不同的目標(biāo)功 能模塊(Object function )(類似上面提到的/(A,",)系統(tǒng)容量目標(biāo)功能模塊)， 其原理如下
J = I (13)
15<formula>formula see original document page 16</formula>
(14)
基于優(yōu)化原理，最小-最大功率限制公式可以表示為
"A， g,, ) = max [/(p,， 0] - (15)
其中，&是拉格郎日乘子系數(shù)，g,為功率分配和功率限制條件，具體 可以表示如下
g,0,)= ^ — 、$ /M, (16)
其中i^她e(QQ"是總功率限制；仏J是拉格郎日乘子系數(shù)，"、g,，p,)也 即丄(M,)。
根據(jù)公式(12)以及凸優(yōu)化的原理，基站發(fā)送給終端的各數(shù)據(jù)流的功率
為計(jì)算使丄(A, ， g,, A)達(dá)到最大時(shí)的各數(shù)據(jù)流的功率A值
<formula>formula see original document page 16</formula>'
首先對(duì)該公式進(jìn)行求導(dǎo)得到
, =1
(17)
(18)
將該求導(dǎo)公式設(shè)置為零，設(shè)置優(yōu)化的步長(zhǎng)以及迭代次數(shù)來(lái)獲得結(jié)果，具
體步驟表示如下
V = [e, e2…g/ g,.] (19)
Lp/ …solve (k)
(20)將解出的功率用于發(fā)送通道的功率分S己，即進(jìn)行資源的優(yōu)化如預(yù)編碼矩 陣或調(diào)制和編碼的功率重新分配。
其中功率P為對(duì)角形矩陣，表示發(fā)送到不同天線上的功率
尸=
P"乂
,=(卜.,
(21)
此外，對(duì)于級(jí)聯(lián)巻積編碼的接收單元，MMSE均衡模塊中通道的選擇檢 測(cè)可由傳統(tǒng)的檢測(cè)公式
A = argmax((/f + cr2/)—'
,""' (22)
改為
A: 二 argmax ((HRP)w (HRP)+o"2/) (HRP)" (23) 其中，H代表通道，R代表數(shù)據(jù)流速率，P代表功率。
圖4中示出最優(yōu)功率分配和平均功率分配的誤碼率性能比較。仿真結(jié)果 表明相比傳統(tǒng)的平均功率算法，本發(fā)明的方案在誤碼率為10-3時(shí)有2dB的性 能提高。圖5中示出到基于信千比的優(yōu)化功率分配與平均功率分配的系統(tǒng)頻 語(yǔ)的比較。性能的提高部分由于將更多的功率分配給信噪比較高的信道，這 對(duì)于V-BLAST系統(tǒng)更為關(guān)鍵，因其采取了干擾消除的方法，因此對(duì)信噪比 的提高極為敏感。表1為圖4和圖5的仿真環(huán)境。
綜上所述，本發(fā)明對(duì)級(jí)聯(lián)巻積編碼和解碼的V-BLAST系統(tǒng)進(jìn)行了最優(yōu) 功率分配的研究和設(shè)計(jì)，并采用了聯(lián)合特征值方式和CINR估計(jì)的方法，因 而比起其它的方法，減小了算法的復(fù)雜度并且易于在實(shí)際系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。 本發(fā)明解決了目前V-BLAST系統(tǒng)在4G中由于空間相關(guān)和缺少?gòu)?fù)用 (diversity)及信道和載波間干擾引起的性能較差的問(wèn)題，由于V-BLAST 的性能的優(yōu)勢(shì)，因而在第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(4G)中得到了應(yīng)用，相信由 于采用了本發(fā)明資源優(yōu)化方案并明顯提升系統(tǒng)性能后，優(yōu)化傳輸和接收的巻 積編解碼的V-BLAST將會(huì)得到進(jìn)一步的應(yīng)用。
17當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的 形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
表1:仿真環(huán)境
仿真模型
無(wú)線傳輸通道
多普勒頻率
巻積編碼及速率
數(shù)據(jù)調(diào)制
解碼算法
編碼限制長(zhǎng)度L
編碼前向多項(xiàng)式
編碼后向多項(xiàng)式
解碼迭代次數(shù) 通道信息估測(cè) 收發(fā)單元模型
Monte Carlo
瑞利，(Jakes模型)
20赫茲
CTC 1/2
OFDM QPSK
Log-Map,信息轉(zhuǎn)換
4/6
111 (L=4), 11011 (L=6) 101 (L=4)， l畫(huà)(L=6) 6
最小均方差(MMSE) 巻積并行編碼(PCCC )，閉環(huán)，
串行干擾消除
權(quán)利要求
1、一種寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)資源優(yōu)化的方法，包括基站接收終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，計(jì)算與終端之間通道的特征值；所述基站根據(jù)系統(tǒng)功率的限制以及所述通道的特征值分配發(fā)送給終端的各數(shù)據(jù)流的功率。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于， 所述基站接收終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，具體是指所述基站接收終端發(fā)送檢測(cè)信號(hào)，或上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻子載波信號(hào)， 或快速反饋通道信息。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述基站計(jì)算與終端之間通道的特征值，具體包括所述基站對(duì)通道進(jìn)行載噪比估測(cè)，利用通道估測(cè)結(jié)果構(gòu)成協(xié)方差矩陣并 通過(guò)奇異值分解方法進(jìn)行迭代來(lái)獲取通道的特征值。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述基站通過(guò)調(diào)整編碼調(diào)制比或發(fā)送功率的權(quán)值或預(yù)編碼矩陣，分配發(fā) 送給終端的各數(shù)據(jù)流的功率。
5、 如權(quán)利要求1 ~4中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，數(shù)據(jù)流的功率，具體是指基站發(fā)送給終端的各數(shù)據(jù)流的功率為計(jì)算使Z(A:,, g, ， p,)達(dá)到最大時(shí)的 各數(shù)據(jù)流的功率，其中，<formula>formula see original document page 2</formula>/(A,"為系統(tǒng)的平均容量，max[/(p,，0]表示/(P,Z)的最大值，<formula>formula see original document page 0</formula>g,為g, ^ _ 、2 PA其中，m為發(fā)送天線的數(shù)目，P為平均信噪比，A是分配到基站的第i 根發(fā)送天線上的數(shù)據(jù)流的功率，，;為基站的第i根發(fā)送天線上數(shù)據(jù)流的速率， 2,為第i個(gè)通道的特征值，cr為高斯白噪聲矢量，《為總功率限制'為拉格郎日乘子系數(shù)，其中，通道、發(fā)送天線、數(shù)據(jù)流均一一對(duì)應(yīng)。
6、 一種寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)資源優(yōu)化的裝置，應(yīng)用于基站，包括發(fā)送單 元和接收單元，其特征在于，所述接收單元包括通道特征值估計(jì)模塊，用于接收終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，計(jì) 算與終端之間通道的特征值；所述發(fā)送單元包括最優(yōu)功率控制模塊，用于根據(jù)系統(tǒng)功率的限制以及所 述通道的特征值分配發(fā)送給終端的各數(shù)據(jù)流的功率。
7、 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述通道特征值估計(jì)模塊進(jìn)一步用于接收終端發(fā)送檢測(cè)信號(hào)，或上行業(yè) 務(wù)數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻子載波信號(hào)，或快速反饋通道信息，計(jì)算與終端之間通道的特征值。
8、 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述通道特征值估計(jì)模塊進(jìn)一步用于對(duì)通道進(jìn)行栽噪比估測(cè)，利用通道 征值。
9、 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述最優(yōu)功率控制模塊進(jìn)一步用于通過(guò)調(diào)整編碼調(diào)制比或發(fā)送功率的 權(quán)值或預(yù)編碼矩陣，分配發(fā)送給終端的各數(shù)據(jù)流的功率。
10、 如權(quán)利要求6 9中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述最優(yōu)功率控制模塊進(jìn)一步用于計(jì)算使丄(yt,，g,，A)達(dá)到最大時(shí)的各 數(shù)據(jù)流的功率，其中，丄化，g, ， A) = max [ / (p,,)]-》,g,,/0w,)為系統(tǒng)的平均容量，max[/(;^)]表示/(A，/;)的最大值，g,為<formula>formula see original document page 4</formula>其中，m為發(fā)送天線的數(shù)目，P為平均信噪比，P,是分配到基站的第i根發(fā)送天線上的數(shù)據(jù)流的功率，^為基站的第i根發(fā)送天線上數(shù)據(jù)流的速率，義,為第i個(gè)通道的特征值，"為高斯白噪聲矢量，6為總功率限制，為拉格郎日乘子系數(shù)，其中，通道、發(fā)送天線、數(shù)據(jù)流均一一對(duì)應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)資源優(yōu)化的方法和裝置，所述方法包括基站接收終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，計(jì)算與終端之間通道的特征值；所述基站根據(jù)系統(tǒng)功率的限制以及所述通道的特征值分配發(fā)送給終端的各數(shù)據(jù)流的功率。本發(fā)明能夠減少算法復(fù)雜度，優(yōu)化資源分配，提高系統(tǒng)吞吐率和傳輸數(shù)據(jù)鏈路可靠性。
文檔編號(hào)H04W52/00GK101662826SQ20091016922
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月21日
發(fā)明者武 尹 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司