多用户空分复用的功率分配方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种多用户空分复用的功率分配方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

在多用户空分复用的背景下，发射端的功率通常是一定的，如何将发射端有限的发射功率分配给空分组内各个用户的用户设备(User Equipment，UE)，是进一步提升空分组的频谱效率(Spectrum efficiency，SE)、小区流量及用户体验的关键。目前已有的多用户功率分配算法，主要有以下两种方法：根据空分组包含的UE总数量对功率平均，其中，同一空分组内的各个UE被分配的功率相同；或者，根据为空分组内所有UE分配的数据流的总数量对功率进行平均，其中，每一条数据流被分配的功率相同，各个UE被分配的功率与为其分配的数据流的数量成正比。

然而，上述两种方法虽然简单且容易实现，但是空分组的整体性能仍然受到一定的限制，不能够得到最优化，小区吞吐量的提升和用户体验的改善仍然受到制约，不能得到最大化。

发明内容

本申请实施例的主要目的在于提出一种多用户空分复用的功率分配方法、装置、设备及存储介质，旨在实现能够在进行功率分配时更全面地考虑各个UE在各种层面上的差异，使得为各个UE分配的功率能够最大程度提升空分组SE、小区流量及用户体验。

为实现上述目的，本申请实施例提供了一种多用户空分复用的功率分配方法，所述方法包括以下步骤：根据预设的用户间的最优功率分配策略，获取空分组内各用户的功率分配因子；根据所述各用户的功率分配因子，以及预设的针对单用户的各层最优功率分配策略，获取所述空分组内各用户的各层功率分配因子；基于所述各用户的各层功率分配因子，获取空分复用的各用户的各层数据流的分配功率。

为实现上述目的，本申请实施例还提出了一种多用户空分复用的功率分配装置，包括：第一获取模块，用于根据预设的用户间的最优功率分配策略，获取空分组内各用户的功率分配因子；第二获取模块，用于根据所述各用户的功率分配因子，以及预设的针对单用户的各层最优功率分配策略，获取所述空分组内各用户的各层功率分配因子；第三获取模块，用于基于所述各用户的各层功率分配因子，获取空分复用的各层数据流的分配功率。

为实现上述目的，本申请实施例还提出了一种电子设备，所述设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的多用户空分复用的功率分配方法。

为实现上述目的，本申请实施例还提出了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的多用户空分复用的功率分配方法。

本申请实施例提出的多用户空分复用的功率分配方法，根据预设的用户间的最优功率分配策略，获取空分组内各用户的功率分配因子，然后根据各用户的功率分配因子，以及预设的针对单用户的各层最优功率分配策略，获取空分组内各用户的各层功率分配因子，接着基于各用户的各层功率分配因子，获取空分复用的各用户的各层数据流的分配功率，即分别从用户、空分层和数据流这三个方面逐级确定功率分配结果，其中，获取空分组内各用户的功率分配因子，实现了从用户层面出发，按照用户的配置不同将发射端的功率分配给各个用户；获取各用户的各层功率分配因子，由于空分层相当于空分复用场景下的一个信号传输通道即信道，因此，实现了从信道等层面出发，按照信道质量的差异对分配给单个用户的功率按照信道进一步进行分配；获取各层数据流的分配功率，实现了从空分层内传输的数据流出发，按照各数据流的受干扰程度对分配给各个信道的功率进一步进行分配，最终实现在功率分配时能够更全面地考虑各个UE间在各种层面上的差异，为各个UE分配更加贴合自身特性的功率，使得为各个UE分配的功率能够最大程度提升空分组SE、小区流量及用户体验。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。

图1是本申请一实施例中提供的多用户空分复用的功率分配方法的流程图；

图2是本申请另一实施例中提供的多用户空分复用的功率分配装置的结构示意图；

图3是本申请另一实施例中提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，目前在空分复用场景下提出的多用户功率分配方法，空分组的整体性能仍然受到一定的限制，不能够得到最优化，小区吞吐量的提升和用户体验的改善仍然受到制约，不能得到最大化。

经分析发现，上述问题的出现，是由于不论是将发射端的功率平均分配给同一空分组内的每个UE，还是将发射端的功率平均分配给同一空分组内所有用户被分配的每个数据流，都不能全面地考虑不同UE之间的差异，特别地，不同UE不仅在RI配置上存在差异，而且在信道质量和数据流的受干扰程度也都存在差异，这些差异都会对功率分配产生影响，如对于受干扰程度大的数据流，在功率分配时期望分配到比受干扰程度小的数据流更多的功率，以便接收端能够更好地接收到受干扰程度大的数据流等。因此，在没有考虑到信道质量和空分各流所受到的干扰程度也都存在着差异的情况下，空分组的性能仍然会受到一定的限制，不能最大程度上实现小区吞吐量的提升和用户体验的改善。只有充分考虑了不同UE之间的各种差异，才能为空分组内各UE更合理、更精准地分配功率，才能进一步提升空分组SE、小区流量及用户体验。

基于此，本申请实施例提供了一种多用户空分复用的功率分配方法，所述方法包括以下步骤：根据预设的用户间的最优功率分配策略，获取空分组内各用户的功率分配因子；根据所述各用户的功率分配因子，以及预设的针对单用户的各层最优功率分配策略，获取所述空分组内各用户的各层功率分配因子；基于所述各用户的各层功率分配因子，获取空分复用的各用户的各层数据流的分配功率。

本申请实施例提出的多用户空分复用的功率分配方法，根据预设的用户间的最优功率分配策略，获取空分组内各用户的功率分配因子，然后根据各用户的功率分配因子，以及预设的针对单用户的各层最优功率分配策略，获取空分组内各用户的各层功率分配因子，接着基于各用户的各层功率分配因子，获取空分复用的各用户的各层数据流的分配功率，即分别从用户、空分层和数据流这三个方面逐级确定功率分配结果，其中，获取空分组内各用户的功率分配因子，实现了从用户层面出发，按照用户的配置不同将发射端的功率分配给各个用户；获取各用户的各层功率分配因子，由于空分层相当于空分复用场景下的一个信号传输通道即信道，因此，实现了从信道等层面出发，按照信道质量的差异对分配给单个用户的功率按照信道进一步进行分配；获取各层数据流的分配功率，实现了从空分层内传输的数据流出发，按照各数据流的受干扰程度对分配给各个信道的功率进一步进行分配，最终实现在功率分配时能够在进行功率分配时更全面地考虑各个UE间在各种层面上的差异，为各个UE分配更加贴合自身特性的功率，使得为各个UE分配的功率能够最大程度提升空分组SE、小区流量及用户体验。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

本申请实施例一方面提供了一种多用户空分复用的功率分配方法，应用于基站，如图1所示，具体包括：

步骤101，根据预设的用户间的最优功率分配策略，获取空分组内各用户的功率分配因子。

本实施例中，用户间的最优功率分配策略，包括：在总功率不变的前提下，信道容量最大。

需要说明的是，上述用户间的最优功率分配策略实际是处于对计算的复杂度、部分信息不宜获取等方面的考虑，关于如何为各个UE分配发射端的功率进行的简单及核心说明，实际在其他实施例中，还可以根据实际情况增加其他约束，如考虑UE的通信质量等信息的约束，此处就不再一一赘述了。

在一个例子中，在根据预设的用户间的最优功率分配策略，获取空分组内各用户的功率分配因子之前，多用户空分复用的功率分配方法还包括：获取空分组内各用户加权后的信道性能，例如，为某个用户配置两个正交的信道——信道1和信道3，以传输数据，其中，信道1的性能参数为A1，信道3的性能参数为A2，则加权后的信道性能A＝K1*A1+K2*A2，其中，K1和K2为预设的权重参数，性能参数可以是信道质量指示(Channel QualityIndicator，CQI)、信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)等参数，性能参数还可以是CQI、SNR等参数进行综合分析后得到的等效数据。特别地，加权后的信道性能主要是描述了UE的整体性能。此时，根据预设的用户间的最优功率分配策略，获取空分组内各用户的功率分配因子，可以通过如下方式实现：根据各用户加权后的信道性能和用户间的最优功率分配策略，获取各用户的功率分配因子。

步骤102，根据各用户的功率分配因子，以及预设的针对单用户的各层最优功率分配策略，获取空分组内各用户的各层功率分配因子。

本实施例中，各层最优功率分配策略，包括：在用户的分配功率不变的前提下，等效后的单层解调信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR)最大。

在获取空分组内各用户的各层功率分配因子之前，多用户空分复用的功率分配方法还包括：获取各用户的各层数据流的幅度响应系数。相应地，根据各用户的功率分配因子，以及预设的针对单用户的各层最优功率分配策略，获取空分组内各用户的各层功率分配因子，可以通过如下方式实现：根据第k个用户的各层数据流的功率分配比例关系和第k个用户的功率分配因子，获取第k个用户的各层功率分配因子；其中，第k个用户的各层数据流的功率分配比例关系根据各用户的各层数据流的幅度响应系数确定。

在一个例子中，获取第K个用户的各层功率分配因子，包括：将各用户的各层数据流的幅度响应系数、各用户的功率分配因子和用户参与空分的层数代入各层最优功率分配策略，得到各用户的各层功率分配因子；其中，各层最优功率分配策略表达式为：

其中，P

需要说明的是，上述表达式(1)实际是以单个UE为例，假设该UE参与空分的层数为RI

在一个例子中，通过各用户参与空分的层数、各用户加权后的信道性能和各用户等效的幅度响应系数确定用户间的功率分配比例实际是构造得到如下目标函数：

其中，P

然后基于上述表达式(2)进行数学处理以及简化得到UE间的最优功率分配表达式。

还需要说明的是，为了防止通过公式计算到的功率因子为负，需要提前对参与空分的UE进行筛选处理，防止空分组内有信道质量太差或信道质量差距超过一定门限的UE加入空分组，此处，默认通过公式计算得到的功率分配因子始终为正值。在其他例子中，为了保证通过公式计算得到的功率分配因子始终为正值，在进行功率分配之前，还需要确定参与功率分配的用户，即还需要确定空分组内的用户，因此，在根据预设的用户间的最优功率分配策略，获取空分组内各用户的功率分配因子之前，多用户空分复用的功率分配方法还包括：根据信道质量对待加入空分组的用户进行筛选；将满足预设的信道质量条件的用户加入空分组。通过这种方式，对参与空分复用的UE进行筛选，提高空分复用场景下多用户的通信质量。

进一步地，获取各用户的各层数据流的幅度响应系数，可以通过如下方式实现：将空分组内各层数据流的原始复信道矩阵按用户和用户参与空分的层数进行归一化处理，得到归一化后的复信道矩阵；根据归一化后的复信道矩阵，获取各用户的各层数据流的质差因子；根据各用户的各层数据流的质差因子和各用户的各层数据流的干扰损失量，获取各用户的各层数据流的幅度响应系数。

在一个例子中，将空分组内各层数据流的原始复信道矩阵按用户和用户参与空分的层数进行归一化处理，得到归一化后的复信道矩阵，可以通过如下方式实现：获取空分组对应的信道矩阵，对矩阵内属于同一个终端的元素进行归一化，得到复信道矩阵h

其中，S

需要说明的是，上述矩阵中的元素α

在一个例子中，各层数据流的干扰损失量可以通过如下方式确定：根据多进多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)系统的预编码策略，如基站等设备的预编码策略，分别估计各个空分层中的各个数据流的干扰损失量，即基于预先设置或定义的预编码策略，计算归一化后的复信道矩阵的预编码矢量，并对得到的预编码矢量进行归一化处理，得到相应的干扰损失量。

在又一个例子中，据各用户的各层数据流的质差因子和各用户的各层数据流的干扰损失量，获取各用户的各层数据流的幅度响应系数，可以通过如下方式实现：将质差因子的平方值与干扰损失量的乘积作为该层数据的幅度响应系数，即SI

需要说明的是，本实施例中空分组内各用户的各层功率分配因子是指相对于空分组内的所有UE的所对应的所有空分层而言的，如空分组内某个UE的功率分配因子为P1，该UE的第一个空分层相对于该UE的功率分配因子为P2，则该UE的第一个空分层的层功率分配因子为P1*P2。

步骤103，基于各用户的各层功率分配因子，获取空分复用的各用户的各层数据流的分配功率。

可以理解的是，上述分配过程先从整体上为空分组内的各用户进行功率分配，且分配过程主要考虑的是信道容量对功率分配的影响，但是信号的传输不仅仅受到信道的影响，考虑到信号在信道中进行传输之前还要经过调制与编码，信号的传输还受到调制与编码的影响，因此，在确定空分组内各用户被分配的功率以便为用户的各信道进行重分配，即确定各层功率分配因子之前，还根据MCS对调制与编码对分配的功率的影响进行估计，然后根据估计的结果对分配给空分组内的功率进行调整，其中，主要是将分配的功率超过当前SINR配置能够支持的最大功率的部分分配给其他用户，在不影响功率被分配出去的用户的通信效果的前提下，还能够尽量为其他用户分配尽量多的功率，提高其他用户的通信效果。即在获取空分组内各用户的功率分配因子后，获取空分组内各用户的各层功率分配因子前，多用户空分复用的功率分配方法还包括：根据各用户的功率分配因子，对各用户进行调制与编码策略(Modulation and Coding Scheme，MCS)估计；在存在满足预设条件的用户设备UE的情况下，对满足预设条件的UE进行功率限制，并将限制出的功率分配给空分组内的其他用户；其中，预设条件包括：估计的MCS对应的SINR大于预设SINR门限，限制出来的功率是指根据预设的用户间的最优功率分配策略确定出来的分配给用户的功率超出根据预设SINR门限预测的用户期望的最大功率的差值，例如根据预设的用户间的最优功率分配策略确定出来的分配给用户的功率为100分贝毫瓦(decibel relative to one milliwatt，dBm)，但是根据预设SINR门限预测的用户期望的最大功率为70dBm，超出来的30dBm就可以重分配给其他用户了。

需要说明的是，通过将预设条件设置为关于SINR条件，使得在有UE估计到的MCS远超过MCS最大值所对应的SINR的情况下，能够通过一定的SINR门限对该UE的功率分配因子大小进行限制，限制后多出来的功率按照剩余UE的功率分配比例进行再分配，最终通过循环执行该过程，实现空分组剩余UE估计到的MCS再没有达到上限的为止，或者，在空分组中UE的MCS均达到了上限的情况下，对剩余功率进行平均分配，达到避免功率浪费的目的。

值得一提的是，通过执行上述步骤101-步骤103，实现对多用户空分场景下待调度空分组内UE的RI差异性、各流信道质量差异性以及各流信道受干扰程度的差异性进行综合考虑，从而能够以一种较低的复杂度，使待调度空分组内的UE间和UE内功率分配达到最优的分配水平，从而使得空分组SE和小区流量进一步得到提高，用户体验变得更好。

为了便于本领域技术人员更好地理解本实施例提供的多用户空分复用的功率分配方法，以下将以某个空分组对应4个数据流，且该空分组内有3个UE，其中，UE1配置的RI为2；UE2配置的RI为1，UE3配置的RI为1为例进行说明。

首先，在根据预设的用户间的最优功率分配策略，获取空分组内各用户的功率分配因子之后，计算得到的空分组内各流的幅度响应系数如下：UE1对应的第一个数据流的幅度响应系数SI11为1.1，第二个数据流的幅度响应系数SI12为0.32，UE2的数据流的幅度响应系数SI2为0.71，UE3的数据流的幅度响应系数SI3为0.5，并且基于计算确定的空分组内各UE在SU-MIMO空分复用时的MCS所对应的SINR——UE1为12dB，UE2为6dB，UE3为7dB，通过上述表达式(1)可以计算得到计算空分组内各用户的各层功率分配因子——UE1为0.048，UE2为0.251，UE3为0.2，因此，空分复用的各用户的各层数据流的分配功率——UE1的第一个数据流的功率分配因子为0.158，第二个数据流的功率分配因子为0.544，UE2的数据流的功率分配因子为0.124，UE3的数据流的功率分配因子为0.175，将得到的功率分配因子分别乘到对应各流归一化后的预编码向量上即完成了对各流的功率分配，同时将功率分配因子传递给AMC模块用于估计空分待调度UE的等效SINR，即UE1的等效SINR为11.6dB，UE2的等效SINR为-3.07dB，UE3的等效SINR为-0.57dB。

此外，应当理解的是，上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本申请实施例另一方面还提供了一种多用户空分复用的功率分配装置，如图2所示，包括：

第一获取模块201，用于根据预设的用户间的最优功率分配策略，获取空分组内各用户的功率分配因子。

第二获取模块202，用于根据各用户的功率分配因子，以及预设的针对单用户的各层最优功率分配策略，获取空分组内各用户的各层功率分配因子。

第三获取模块203，用于基于各用户的各层功率分配因子，获取空分复用的各层数据流的分配功率。

不难发现，本实施例为与方法实施例相对应的装置实施例，本实施例可与方法实施例互相配合实施。方法实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施例中提到的相关技术细节也可应用在方法实施例中。

值得一提的是，本实施例中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本申请的创新部分，本实施例中并没有将与解决本申请所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的单元。

本申请实施例另一方面还提供了一种电子设备，如图3所示，包括：至少一个处理器301；以及，与至少一个处理器301通信连接的存储器302；其中，存储器302存储有可被至少一个处理器301执行的指令，指令被至少一个处理器301执行，以使至少一个处理器301能够执行上述任一方法实施例所描述的多用户空分复用的功率分配方法。

其中，存储器302和处理器301采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器301和存储器302的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器301处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传输给处理器301。

处理器301负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器302可以被用于存储处理器301在执行操作时所使用的数据。

本申请实施例另一方面还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述任一方法实施例所描述的多用户空分复用的功率分配方法。

即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例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，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。