传输功率分配

技术领域

本公开总体上涉及无线通信领域。更具体地，本公开涉及用于向两个或更多个用户传输的传输功率分配。

背景技术

在诸如例如大规模多用户多输入多输出(MU-MIMO)系统之类的高级天线系统(AAS)中，使用空间复用来提高整体吞吐量。空间复用通常通过应用合适的预编码器来实现，其将旨在用于不同用户的传输信号空间地引导朝向用户的相应位置。在一些场景下，这样的系统中的用户可因此享受对所有时间-频率资源的同时使用。

为了在这样的系统中实现期望的(或预期的)数据速率和/或服务质量，适当地分配将用于向相应的用户传输的相应传输功率通常是重要的。通常，这样的分配可基于路径损耗和信道质量。

对于一些不同的预编码器，已经开发了功率分配方案，其旨在使最小速率最大化或者使速率总和最大化；例如，参见Marzetta、Larsson、Yang和Ngo的“Fundamentals ofMassive MIMO(大规模MIMO基本原理)”，剑桥大学出版社，2016年，第5章，以及Cheng、

然而，在应用这样的功率分配方案时，发射机中非线性组件的存在可能会对数据速率具有不利的影响。

因此，需要用于多用户传输的替代功率分配方案，使得能够减轻由发射机中的非线性组件所引起的失真。

发明内容

应当强调，术语“包括/包含”在本说明书中使用时，用来指定存在所阐述的特征、整数、步骤或组件，但是并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整数、步骤、组件或其群组。如本文中所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文中另外明确指示。

通常，当在本文中提及布置时，应将其理解为物理产品；例如，装置。物理产品可包括一个或多个部件，例如呈一个或多个控制器、一个或多个处理器等形式的控制电路。

一些实施例的目的在于解决或减轻、减少或消除以上或其他缺点中的至少一些缺点。

根据第一方面，这通过用于发射机的传输功率分配方法来实现。所述发射机包括至少两个发射机路径中的若干个，用于空间复用要使用相应的分配传输功率来向两个或更多个用户中的相应用户传输的两个或更多个信号，其中每一发射机路径都包括引起非线性失真的至少一个组件以及发射天线。

该方法包括：根据两个或更多个用户的相应假设传输功率，并基于非线性失真的空间行为的模型，为所述两个或更多个用户中的每一用户确定相应的接收失真功率；以及基于所确定的相应的接收失真功率，为所述两个或更多个用户分配相应的传输功率。

在一些实施例中，确定相应的接收失真功率包括：基于非线性失真的空间行为的模型，确定失真系数；以及，基于失真系数，确定相应的接收失真功率。

在一些实施例中，该方法还包括测量由非线性失真引起的接收失真分量。然后，确定失真系数还基于所测量的接收失真分量。

在一些实施例中，分配相应的传输功率包括：为两个或更多个用户中的每一用户确定估计的接收期望信号功率与估计的接收干扰功率之间的比率，其中所述估计的接收干扰功率包括相应的接收失真功率；以及基于所述比率分配相应的传输功率。

在一些实施例中，该方法还包括为每一用户获取估计的路径损耗和信道质量度量。然后，估计的接收期望信号功率和/或估计的接收干扰功率基于估计的路径损耗和信道质量度量。

在一些实施例中，分配相应的传输功率包括：为两个或更多个用户中的每一用户，将所述比率映射到对应的可实现的数据速率；以及基于所述可实现的数据速率，分配相应的传输功率。

在一些实施例中，基于所述可实现的数据速率，分配相应的传输功率包括下述之一：在用户之间分配使最小数据速率最大化的相应的传输功率；以及在用户之间分配使数据速率总和最大化的相应的传输功率。

在一些实施例中，相应的接收失真功率还基于发射机路径的数量。

在一些实施例中，非线性失真的空间行为的模型是多项式模型。

第二方面是一种计算机程序产品，其包括非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质上具有包括程序指令的计算机程序。该计算机程序可加载到数据处理单元中，并且被配置成：当计算机程序由数据处理单元运行时，该计算机程序引起执行根据第一方面所述的方法。

第三方面是一种用于发射机的传输功率分配装置。该发射机包括至少两个发射机路径中的若干个，用于空间复用要使用相应的分配传输功率来向两个或更多个用户中的相应用户传输的两个或更多个信号，其中每一发射机路径都包括引起非线性失真的至少一个组件以及发射天线。

该布置包括控制电路，该控制电路被配置成引起：根据两个或更多个用户的相应假设传输功率，并基于非线性失真的空间行为的模型，为两个或更多个用户中的每一用户确定相应的接收失真功率；以及基于所确定的相应的接收失真功率，为两个或更多个用户分配相应的传输功率。

在一些实施例中，该装置还包括功率分配电路，其被配置成基于所确定的相应的接收失真功率，为两个或更多个用户分配相应的传输功率。

第四方面是一种发射机，其包括根据第三方面所述的装置以及至少两个发射机路径。

第五方面是一种网络节点或无线通信设备，其包括根据第三方面所述的装置和根据第四方面所述的发射机中的一个或多个。

在一些实施例中，任何上述方面可附加地具有与以上针对任何其他方面解释的各个特征中的任何特征相同或对应的特征。

一些实施例的优点在于提供了用于多用户传输的替代功率分配方案，其使得能够减轻由发射机中的非线性组件所引起的失真。

一些实施例的另一优点在于提供了一种功率分配算法，其提供了改进的数据速率(例如，速率总和、最小速率等)。根据一些实施例，这是通过基于由非线性组件所引起的失真的协方差的知识来调节用户之间的功率分配来实现的。

一些实施例的又一个优点在于可减少需要重传和/或重新调度的实例的数量。

一些实施例的又一个优点是不需要使用数字预失真来减轻由发射机中的非线性分量引起的失真。这进而具有显著放宽过采样要求的优点。

对于一些实施例，一个或多个益处可能对于mmW频带尤其突出。在这些频带，线性度规格通常相当宽松，并且预失真的可能性高度受限。

附图说明

参考附图，根据以下对实施例的详细描述，其他目的、特征和优点将显而易见。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明示例实施例上。

图1是示出根据一些实施例的示例传输场景的示意图；

图2是示出根据一些实施例的示例方法步骤的流程图；

图3是示出根据一些实施例的示例布置的示意框图；

图4和图5是示出根据一些实施例的用于改变用户的功率的示例速率的曲线图；并且

图6是示出根据一些实施例的示例计算机可读介质的示意图。

具体实施方式

如以上已经提到的，应强调，术语“包括/包含”在本说明书中使用时，用来指定存在所阐述的特征、整数、步骤或组件，但是并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整数、步骤、组件或其群组。如本文中所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文中另外明确指示。

将在下文中参考附图更充分地描述和例示本公开的多个实施例。然而，本文中公开的解决方案可以用许多不同的形式来实现，而不应被解释为限于本文中阐述的实施例。

如上所述，常规的功率分配方案并没有考虑功率放大器的非线性效应，也没有考虑由该非线性所引起的失真。尽管可以使用空间复用(例如，线性MIMO预编码)来处理MU干扰，但是由非线性引起(例如，归因于非线性功率放大器)的失真并没有得到减轻，而可进一步导致MU干扰的泄漏；参见例如C.Mollén、U.Gustavsson、T.Eriksson和E.G.Larsson的“Spatial characteristics of distortion radiated from antenna arrays withtransceiver nonlinearities(从天线阵列辐射出的带有收发机非线性的失真的空间特性)”，IEEE无线通信论文集(IEEE Transactions on Wireless Communications)，第17卷，第10期，第6663-6679页，2018年10月，以及C.Mollén、U.Gustavsson、T.Eriksson和E.G.Larsson的“Impact of Spatial Filtering on Distortion from Low-NoiseAmplifiers in Massive MIMO Base Stations(空间滤波对大规模MIMO基站中低噪声放大器失真的影响)”，IEEE通信论文集(IEEE Transactions on Communications)，2017年12月。

不注意非线性失真的一个缺点是，在将信号与干扰加噪声比(signal-to-interference-plus-noise ratio,SINR)用作功率分配的度量时，被分配了小部分传输功率的用户可能正好会遭受相对较低的信号与干扰加噪声加失真比(signal-to-interference-plus-noise-plus-distortion ratio,SINDR)。由此，事实上，与基于SINR指示的确定相比，他们将受益于被分配了较高部分的传输功率。

在向不同用户分配的功率之间存在很大差异的情况下，这种类型的问题可变得尤为突出。在一些场景下，被分配最少量的功率(基于例如SINR的考量)的用户可能会陷入由非线性所引起的失真中，并且由此可能会忍受非常受限的数据速率。例如，靠近发射机的用户可能会受到由在其方向上发射的非线性失真所引起的过度干扰。如果将所述用户与需要大部分传输功率的小区边缘用户一起调度，则这可能尤为突出。

通常，通过复杂的数字预失真方法来对非线性失真进行补偿。在一些场景下，这样的减轻可能实现起来非常麻烦，甚至无法使用当前技术来实现。这样的场景包括具有许多发射天线(例如大规模MIMO)的系统和/或在相对较高的频率范围(例如，毫米波长–mmW)中运行的系统。例如，数字预失真所需的过采样率和/或所需的带宽可能达到难以调解(accommodate)的水平。

在下文中，将描述其中提供了传输功率分配，同时减轻了由非线性所引起的失真的实施例。

即使本文中公开的实施例关注于网络节点中的实现，但应注意，这决非旨在进行限制。相反，实施例可例如同样适用于向两个或更多个其他无线通信设备进行传输的无线通信设备，或者更一般地，适用于向两个或更多个其他无线通信装置(在权利要求的术语中为用户)进行传输的任何无线通信装置。

图1示意性地示出了示例传输场景，在该传输场景中，在存在由网络节点100的发射机中的非线性组件所引起的失真的情况下，网络节点100使用空间复用向两个用户110、120进行传输。

图2示出了根据一些实施例的示例方法200。方法200用于发射机中的传输功率分配，并且可例如由图1的网络节点100应用。该方法对于具有许多发射天线(例如，大规模MIMO)的发射机和/或对于在相对较高的频率范围(例如，毫米波长-mmW)中操作的发射机尤其有用。通常，该方法可结合数字预失真一起应用，或者在没有数字预失真的情况下应用。

方法200可适于的发射机包括至少两个发射机路径中的若干个，用于空间复用(例如，波束成形传输、MU-MIMO等)要使用相应的分配传输功率来向两个或更多个用户中的相应用户传输的两个或更多个信号，其中每一发射机路径都包括引起非线性失真的至少一个组件以及发射天线。通常，可将用户定义为无线通信设备(例如，用户装备–UE、站–STA、移动终端等)。可引起非线性失真的组件的示例包括功率放大器(PA)和低分辨率数据转换器。

在可选的步骤210中，为每一用户k获取估计的路径损耗β

该获取可通过从该用户中的一个或多个接收信号来完成，其中该信号指示估计的路径损耗(例如，由用户估计)和/或指示信道质量度量(例如，由用户确定)。替换地或附加地，该获取可通过估计路径损耗和/或确定信道质量度量来完成。

在可选的步骤220中，测量由非线性失真引起的接收失真分量。通常，接收失真分量对所有用户都相同。例如，接收失真分量可表示为f(x)，其中x表示发射机路径(或非线性组件)的输入信号，并且f(·)表示发射机路径(或非线性组件)对输入信号所具有的影响。接收失真分量的测量值可通过任何适当的方法来执行，例如，通过施加已知的输入信号x来执行。

在步骤230中，根据用户的相应假设传输功率P

接收失真功率的确定基于非线性失真的空间行为的模型。该模型可被配置成模仿发射机路径(或非线性组件)对输入信号所具有的影响f(·)。该模型可以是多项式模型，例如基于在Mollén、Gustavsson、Eriksson和Larsson的“Spatial characteristics ofdistortion radiated from antenna arrays with transceiver nonlinearities(从天线阵列辐射出的带有收发器非线性的失真的空间特性)”中描述的埃尔米特

相应的接收失真功率的确定可进一步基于发射机路径的数量M。

在一些实施例中，确定相应的接收失真功率包括：如可选的子步骤232所示的，基于非线性失真的空间行为的模型，确定失真系数；以及如可选的子步骤234所示的，基于失真系数，确定相应的接收失真功率。通常，失真系数对于所有用户都相同。根据一些实施例，失真系数还可基于在可选的步骤220中测量到的接收失真分量。

在实现步骤230的特定示例中，使用埃尔米特多项式对非线性功率放大器的效应进行建模，并计算失真系数D∝|a

其中E[·]表示期望值，*表示复共轭，f(·)表示功率放大器非线性，H

关系D∝|a

用于确定SINR的一些示例方法在Mollén、Gustavsson、Eriksson和Larsson的“Spatial characteristics of distortion radiated from antenna arrays withtransceiver nonlinearities(从天线阵列辐射出的带有收发机非线性的失真的空间特性)”和Mollén、Gustavsson、Eriksson和Larsson的“Impact of Spatial Filtering onDistortion from Low-Noise Amplifiers in Massive MIMO Base Stations(空间滤波对大规模MIMO基站中低噪声放大器失真的影响)”中进行了描述。根据一些实施例，这些方法与用于调解非线性失真的修改一起使用。

继续实现步骤230的特定示例，并且考虑两个用户的情况，可经由以下表达式来确定失真功率：

其中

由于项

因此，相应的接收失真功率是基于由非线性引起的失真的空间协方差；基于失真系数|a

确定相应的接收失真功率的其他方式包括在数值上估计协方差。

在步骤240中，基于步骤230中确定的相应的接收失真功率，为用户分配相应的传输(TX)功率。

在一些实施例中，分配相应的传输功率可包括(为两个或更多个用户中的每一用户)确定估计的接收期望信号功率和估计的接收干扰功率之间的比率S/D(如可选的子步骤242所示)，并基于该比率来分配相应的传输(TX)功率(如可选的子步骤246所示)。

估计的接收干扰功率包括相应的接收失真功率。估计的接收干扰功率还可包括噪声和/或干扰(例如，多用户干扰和/或信道估计质量项)。比率S/D可以是例如信号与干扰噪声失真比(signal-to-interference-noise-and distortion rate,SINDR)。

根据一些实施例，估计的接收期望信号功率和/或估计的接收干扰功率可基于在可选的步骤210中获取的估计路径损耗和/或信道质量度量。替换地或附加地，估计的接收期望信号功率和/或估计的接收干扰功率可基于发射机路径的数量M以及用户的相应假设传输功率P

在一些实施例中，如可选的子步骤244所示，可以将(两个或更多个用户中的每一用户的)比率S/D映射到对应的可实现的数据速率，并且可选的子步骤246中的分配可基于该可实现的数据速率。

可应用于该分配的示例原则包括公平分配、比例公平分配、使一个或多个用户优先于其他用户等。

此外，可选的子步骤246的分配可基于任何合适的优化方法，使用任何合适的度量(例如，S/D、SINDR、可实现的数据速率或者任何合适的服务质量度量)作为优化参数。

例如，基于可实现的数据速率，分配相应的传输功率可包括以下之一：在用户之间分配使最小数据速率最大化的相应传输功率，以及在用户之间分配使数据速率总和最大化的相应传输功率。

在考虑两个用户的情况实现步骤240的特定示例中，以下SINDR-表达式可用作可选的子步骤242的S/D比率：

其中SINDR

由此，为用户k确定估计的接收期望信号功率(c

与常规SINR表达式相比，以上表达式包括与非线性失真相关联的新项(分母中的最后一个项；相应的接收失真功率)。

使用SINDR

在下述假设下，基于来自实现步骤230的特定示例的失真功率

图3示意性地示出了根据一些实施例的示例布置390。布置390可例如包括在图1的网络节点100中。

该示例布置是针对发射机的，并且包括传输功率分配装置300。该发射机包括至少两个发射机路径355中的若干个，用于空间复用要使用相应的分配传输功率来向两个或更多个用户中的相应用户传输的两个或更多个信号。每一发射机路径355都包括引起非线性失真的至少一个组件(图3中的功率放大器350)以及发射天线(360)。

传输功率分配设备300包括控制电路(CNTR；例如，控制器)310。控制电路可例如被配置为引起执行以上结合图2描述的方法步骤中的一个或多个方法步骤。

控制电路被配置为引起根据两个或更多个用户的相应假设传输功率，并基于非线性失真的空间行为的模型，确定该两个或更多个用户中的每一用户的相应的接收失真功率(与图2的步骤230相当)。为此，控制电路可包括确定电路(DET；例如确定器)314，或者以其他方式与该确定电路314相关联(例如，可连接到或已连接到该确定电路314)。确定电路可被配置成引起为两个或更多个用户中的每一用户确定相应的接收失真功率。例如，确定电路可被配置成为两个或更多个用户中的每一用户确定相应的接收失真功率。

在一些实施例中，控制电路可被配置成通过引起基于非线性失真的空间行为的模型确定失真系数，并基于失真系数确定相应的接收失真功率，来引起确定相应的接收失真功率(与图2的子步骤232和234相当)。为此，控制电路可包括建模电路(MOD；例如，包括模型或其参数的存储电路)312，或者以其他方式与建模电路312相关联(例如，可连接到或已连接到建模电路312)。建模电路可被配置成将模型提供给确定电路314。

在一些实施例中，控制电路可进一步被配置成引起测量由非线性失真引起的接收失真分量(与图2的步骤220相当)。为此，控制电路可包括测量电路(MEAS；例如，测量器)330，或者以其他方式与测量电路330相关联(例如，可连接到或已连接到测量电路330)。测量电路可以被配置为引起测量由非线性失真所引起的接收失真分量。例如，测量电路可被配置为测量由非线性失真所引起的接收失真分量。这些测量可基于输入信号370。确定失真系数可进一步基于所测量的接收失真分量。

控制电路还被配置成引起基于所确定的相应的接收失真功率，为两个或更多个用户分配相应的传输功率(与图2的步骤240相当)。为此，控制电路可包括功率分配电路(PA；例如，功率分配器)320，或者以其他方式与功率分配电路320相关联(例如，可连接到或已连接到功率分配电路320)。功率分配电路可被配置成引起为两个或更多个用户分配相应的传输功率。例如，功率分配电路可被配置成为两个或更多个用户分配相应的传输功率。

在一些实施例中，控制电路可被配置成通过引起为两个或更多个用户中的每一用户确定估计的接收期望信号功率与估计的接收干扰功率之间的比率(其中，估计的接收干扰功率包括相应的接收失真功率)，并基于该比率分配相应的传输功率(与图2的子步骤242和246相当)，来引起分配相应的传输功率。

控制电路还可被配置成引起为每一用户获取估计的路径损耗和信道质量度量(与图2的步骤210相当)。为此，控制电路可包括获取电路(ACQ；例如，获取器)340，或者以其他方式与获取电路340相关联(例如，可连接到或已连接到获取电路340)。获取电路可以被配置为引起获取估计的路径损耗和信道质量指标。例如，获取电路可以被配置为获取估计的路径损耗和信道质量度量。该获取可基于输入信号380。估计的接收期望信号功率和/或估计的接收干扰功率可基于估计的路径损耗和/或信道质量度量。

图4和图5示出了在向两个用户(UE1和UE2)提供了空间复用的某些场景下，这些用户的速率(以比特/信道使用(bots per channel use)为单位在y轴上示出；bpcu)如何取决于总功率P

图4示出了将迫零(ZF)方法应用于完全线性功率放大器(点线代表UE1，并且点划线代表UE2)时的情况，以及将迫零方法应用于非线性功率放大器(实线代表UE1，并且虚线代表UE2)时的情况。在410处示出了在没有考虑非线性失真的情况下所实现的典型功率分配选择，并且在420处示出了在考虑了非线性失真并且应用了最大速率总和方法的情况下所实现的功率分配选择。可以看出，与选择410相比，选择420为UE1实现了高得多的速率，而UE2的速率仅略微降低。

图5示出了将最大比率传输(MRT)方法应用于完全线性功率放大器(点线代表UE1，并且点划线代表UE2)时的情况，以及将最大比率传输方法应用于非线性功率放大器(实线代表UE1，并且虚线代表UE2)时的情况。在510处示出了在没有考虑非线性失真的情况下所实现的典型功率分配选择，并且在520处示出了在考虑了非线性失真并且应用了最大速率总和方法的情况下所实现的功率分配选择。可以看出，与选择510相比，选择520为UE1实现了更高的速率，而UE2的速率仅略微降低。

常规的MRT和ZF功率分配方法的示例可以在Marzetta、Larsson、Yang和Ngo的“Fundamentals of Massive MIMO(大规模MIMO基本原理)”，剑桥大学出版社，2016年，第5章中找到。

通常，当在本文中提及布置时，应将其理解为物理产品；例如装置。物理产品可包括一个或多个部件，诸如呈一个或多个控制器、一个或多个处理器等形式的控制电路。

所描述的实施例及其等同物可以用软件或硬件或其组合来实现。这些实施例可以由通用电路执行。通用电路的示例包括数字信号处理器(DSP)、中央处理器(CPU)、协处理器单元、现场可编程门阵列(FPGA)和其他可编程硬件。替代地或附加地，这些实施例可以由专用电路(诸如，专用集成电路(ASIC))执行。通用电路和/或专用电路可例如与诸如无线通信设备或网络节点之类的装置相关联，或者包括在该装置中。

实施例可出现在包括根据本文中描述的任何实施例的布置、电路和/或逻辑的电子装置(诸如，无线通信设备或网络节点)内。替代地或附加地，电子装置(诸如，无线通信设备或网络节点)可被配置为执行根据本文中描述的任何实施例的方法。

根据一些实施例，计算机程序产品包括计算机可读介质，诸如例如通用串行总线(USB)存储器、插卡、嵌入式驱动器或只读存储器(ROM)。图6示出了呈光盘(CD)ROM 600形式的示例计算机可读介质。该计算机可读介质上存储有包括程序指令的计算机程序。该计算机程序可加载到数据处理器(PROC)620中，该数据处理器可例如包括在无线通信设备或网络节点610中。当被加载到数据处理单元中时，该计算机程序可被存储在存储器(MEM)630中，存储器630与数据处理单元相关联，或者包含在数据处理单元中。根据一些实施例，计算机程序当被加载到数据处理单元中并由数据处理单元运行时，可以引起执行根据例如图2中示出的或者以其他方式在本文中描述的任何方法的方法步骤。

通常，本文中所使用的所有术语都将根据其在相关技术领域中的普通含义来解释，除非在使用该术语的上下文中清楚地给出了和/或暗示了不同的含义。

本文已经参考了各种实施例。然而，本领域技术人员将认识到所描述的实施例的许多变型，这些变型仍将落入权利要求的范围内。

例如，本文中描述的方法实施例通过以特定次序执行的步骤公开了示例方法。然而，应认识到，这些事件序列可以以另一次序发生，而不背离权利要求的范围。此外，一些方法步骤可并行执行，即使它们已经被描述为按顺序执行。由此，本文中公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行，除非某一步骤被明确描述为在另一步骤之后或之前，和/或其中暗示了某个步骤必须在另一步骤之后或之前。

同样地，应注意，在实施例的描述中，将功能块划分为特定单元绝非旨在进行限制。相反，这些划分仅仅是示例。本文中作为一个单元来描述的功能块可被拆分成两个或更多个单元。此外，在本文中描述的被实现为两个或更多个单元的功能块可以合并成更少的(例如，单个)单元。

在适当的情况下，本文中公开的任何实施例的任何特征可适用于任何其他实施例。同样，任何实施例的任何优点可适用于任何其他实施例，并且反之亦然。

因此，应当理解，所描述的实施例的细节仅是出于说明目的而提出的示例，并且落入权利要求范围内的所有变型旨在被包含在其中。