[发明专利]一种高速移动列车下行链路的功率分配方法及系统

说明书

本发明公开了一种提高高速移动列车下行链路系统容量的功率分配方法及系统，高速铁路环境下的通信系统由“基站‑车载中继‑移动终端”的两跳网络结构组成；包括以下步骤：1)引入相应的RAU选择算法，可以快速找到信道容量最大化的次优解并且优化协同分布式天线系统CDAS中RAU的个数。2)推导高速铁路系统的信道系数矩阵及系统容量；根据RAU到车载中继之间的信道状态信息对功率进行分配，求解使得信道容量最大化的功率分配解。本发明能够有效的提高高速移动列车下行链路系统容量并且优化CDAS中RAU的个数。

技术领域

本发明属于高速移动通信技术领域，涉及一种提高高速移动列车下行链路系统容量的功率分配方法。

背景技术

随着高速铁路的不断发展以及互联网在人们生活中的快速普及，对高速铁路无线通信系统的信道容量提出了新的要求，因此，提高高速铁路无线通信系统的信道容量是目前研究重点之一。在高速铁路场景中，集中式大规模多天线系统与列车通信时收发端之间路径损耗随列车位置不断变化，因此相应的信道估计开销大。为了解决该问题，可以使用分布式天线系统将RAU沿铁轨平行布置。通过这种方式，一方面扩大基站信号覆盖面积，另一方面缩短发射接收机间传输距离，从而提高数据服务速率。DAS可以看作是MIMO系统的扩展，可以得到宏观的分集增益，从而提高信号传输质量，提升系统的频谱效率和信道容量。

在中国，大多数高铁轨道分布在平原或者高架桥等地势开阔的地方。高速铁路传输信道以视距成分为主，只存在稀疏的散射径，没有丰富的多径成分。由于实际传播路径的减少，MIMO信道矩阵的秩会小于发射机或接收机的天线数，从而对信道容量有较大的影响。为了解决这一问题，引入了协同分布式天线系统(CDAS)概念，通过RAU之间的协作来改善信道条件，增加信道矩阵的秩，最终提到信道容量。有关学者在CDAS中设计了下行链路信道的资源分配方案，以提高功率效率和系统容量。然而，这些工作是为传统的蜂窝系统设计的，并不适用于高速移动通信系统。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种提高高速移动列车下行链路系统容量的功率分配方法，该方法针对高速移动通信系统，能够有效的提高系统容量。

为达到上述目的，本发明采取如下步骤：

一种高速移动列车下行链路系统的功率分配方法，该下行链路系统包括基站、车载中继、多个远程天线单元RAU以及移动终端，车载中继位于高速移动列车车顶，移动终端位于高速移动列车车控室，所述方法包括如下步骤：

步骤一：基于协同分布式天线系统CDAS，根据RAU选择算法得到使得下行链路系统信道容量最大的多个天线的天线组合；

步骤二，对步骤一得到的多个天线根据信道系数矩阵及信道容量分配功率。

具体的：对步骤一得到的天线组合中信道质量最差的天线ζ，分配功率值为p_ζ,1，对步骤一得到的天线组合中除天线ζ之外的其余天线γ，分配功率值为p_ζ,1+p_γ,2，p_ζ,1代表第1步功率分配仅为天线ζ分配的功率值，p_γ,2代表第2步功率分配为其余天线γ分配的功率值；

根据信道容量和信道系数矩阵得到p_ζ,1和p_γ,2

其中，N代表下行链路系统中每个RAU的发射天线数量；M代表车载中继接收天线数量；Q代表CDAS中RAU的数量；P₂为第2步功率分配总和；λ取值为1-1.5；λ取值符合

G为信道系数矩阵，G中的第(m,n)个元素为