一种上行大规模MIMO联合优化基站天线数和用户发射功率的方法技术

本发明专利技术公开了一种上行大规模MIMO联合优化基站天线数和用户发射功率的方法。针对的场景是采用最小均方误差(MMSE)接收机的上行大规模MIMO系统。基站在获取统计信道状态信息之后，得到经过MMSE接收机处理过的用户的上行速率，继而得到以用户速率表示的用户发射功率。据此建立能效优化目标。通过有限次迭代得到优化的基站天线数和用户速率。每次迭代中，所得到的优化解均为闭合表达式。最后，基站根据用户速率与功率的关系，得到优化的用户上行发射功率，进而完成基站天线数和用户的发送功率的联合优化。本发明专利技术的算法执行过程中仅利用统计信道状态信息，避免了涉及大维瞬时信道矩阵的操作。降低了计算复杂度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种上行大规模MIMO联合优化基站天线数和用户发射功率的方法。针对的场景是采用最小均方误差(MMSE)接收机的上行大规模MIMO系统。基站在获取统计信道状态信息之后，得到经过MMSE接收机处理过的用户的上行速率，继而得到以用户速率表示的用户发射功率。据此建立能效优化目标。通过有限次迭代得到优化的基站天线数和用户速率。每次迭代中，所得到的优化解均为闭合表达式。最后，基站根据用户速率与功率的关系，得到优化的用户上行发射功率，进而完成基站天线数和用户的发送功率的联合优化。本专利技术的算法执行过程中仅利用统计信道状态信息，避免了涉及大维瞬时信道矩阵的操作。降低了计算复杂度。【专利说明】-种上行大规模MI MO联合优化基站天线数和用户发射功率的 方法
本专利技术提供一种大规模MIMO上行链路中联合优化基站天线数和用户发射功率的 方法，属于信息信号处理及通信

技术介绍
大规模MIMO是下一代蜂窝移动通信的关键技术之一，具有重要的研究价值。通过 在基站端配置大量的天线，可W获得很高的空间分辨率和阵列增益，因此，通过简单的信号 处理就能达到良好的性能。理论上，当基站天线数无限大时，通过线性接收机，可W消除小 尺度衰落和噪声。大规模MIMO优势之一是提高能效，而能效对于上行链路是至关重要的，因 为移动端的电源一般都容量有限。 已有设计方案提出了 W最大化能效为目标的联合优化基站天线数、用户数和下行 链路发送功率的方案。但是，没有给出最优解的闭式表达式，而且该方案中假设所有用户的 速率约束是相同的。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种能够显著提高能效、 降低基站天线数、迭代次数少的上行大规模MIMO联合优化基站天线数和用户发射功率的方 法。 技术方案:为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为： -种上行大规模MIMO联合优化基站天线数和用户发射功率的方法。针对的场景是 采用最小均方误差(MM沈)接收机的上行大规模MIMO系统。基站在获取统计信道状态信息之 后，得到经过MMSE接收机处理过的用户的上行速率，继而得到W用户速率表示的用户发射 功率。据此建立关于联合优化基站天线数和用户速率的能效优化目标。将能效优化目标转 化成线性规划问题;对线性规划问题通过有限次迭代得到优化的基站天线数和用户速率。 每次迭代中，所得到的优化解均为闭合表达式。最后，基站根据用户速率与功率的关系，得 到优化的用户上行发射功率，进而完成基站天线数和用户的发送功率的联合优化。本专利技术 的算法执行过程中仅利用统计信道状态信息，避免了设及大维瞬时信道矩阵的操作。只有 当用户数或者统计信道信息发生变化时，才需要重新运行，降低了计算复杂度。 W能效作为性能指标，[000引 其中，口表示系统能效，巧表示第k个用户的可达速率，P表示系统消耗的功率：其中PkA表示第k个用户的实际发射功率，Iie (0,1]是功率放大器系数，Ptc=MPbs+KPu+ Psyn表示收发机链路功率，K表示用户数，M表示基站天线数，Pbs和Pu分别表示每个基站天线和用 户的电路功率，Psyn是基站振荡器消耗的功率，表示信道估计功率，L是每焦耳能量可W 执行的操作次数，T表示大尺度信息保持不变的时间段， 表示MMSE检测的功率，Par表示系统架构功耗。在大规模MIMO上行链路中，使用MM沈接收机处理之后的第k个用户的近似速率为 Tk = CO log2(l+M0kPk〇-2)， 其中良示用于信道估计的导频开销的部分，T表示大尺度信息保持不变 的时间段，K表示用户数，M表示基站天线数，Pk表示第k个用户的有效发射功率，故表示第k个 用户的大尺度衰落，O2表示噪声方差。得到第k个用户的实际发射功率为 其中，Pk表示第k个用户的有效发射功率，Tl是功率放大器系数，a表示第k个用户的 近似速率g示用于信道估计的导频开销的部分，T表示大尺度信息保持不变的时 间段，K表示用户数，M表示基站天线数，故表示第k个用户的大尺度衰落，O2表示噪声方差。因 此，系统的总功率表示为[001引 化S是基站天线的电路功耗，L是每焦耳能量可W执行的 操作次数，T表示大尺度信息保持不变的时间段，K表示用户数：Pu是用户的电路功耗，Psyn是其站振荡器功耗，Par是系统的架构功耗，n是功率放大器系数， rk表示第k个用户的近似速^g示用于信道估计的导频开销的部分，M表示基站 天线数，故表示第k个用户的大尺度衰落，O2表示噪声方差。因此，可W将能效优化问题转化为关于M未nn'的尿I掀-棄完兩 其中，U(;r，M)表示由近似速率和天线数构成的能效优化函数，r=嗦示用 户速率，n表示MM沈接收机处理之后的第k个用户的近似速率，T表示矩阵转置，K表示用户数， M是基站天线数，O2是噪声方差，n是功率放大器系数i示导频开销部分，T表示大尺 度信息保持不变的时间段，&表示用户信道的大尺度参数，；是 基站天线的电路功耗，L是每焦耳可W承担的操作Pu是用户的电路功耗，Psyn是基站振荡器功耗，Par是系统的架构功耗。引入参数q，将分式规划问题转化为线性规划问题：， 其中，f(r，M，q)表示线性规划的目标函数，r=嗦示用户速率，n表示MMSE 接收机处理之后的第k个用户的近似速率，T表示矩阵转置，K表示用户数，M是基站天线数，q 表示能效的参数，O2是噪声方差，n功率放大器系数：表示导频开销部分，T表示大 尺度信息保持不变的时间段，故表示用户信道的大尺度参数，；是基站天线的电路功耗L是每焦耳可W承担的操作 量，Pu是用户的电路功耗，Psyn是基站振荡器功耗，Par是系统的架构功耗。 将线性规划问题分成两层解决，在外层循环运用对分法，找到满足f (r，M，q)=0的 参数q。按下式确定能效参数q: 其中，q表示能效的参数，qmin表示外层循环的捜索下界，q"ax表示外层循环的捜索 上界，具体初始值为：[002引 其中，qmin表示外层循环的捜索下界，qmax表示外层循环的捜索上界，K表示用户数， 曰2是噪声方差，n功率放大器系数表示导频开销部分，T表示大尺度信息保持不变 的时间段，化表示用户信道的大尺度参数，>bs是基站天线的电路 功耗，L是每焦耳可W承担的操作量。 当外层中的参数q给定后，需要解决的内层优化问题为：， 其中，g(r，M)表示内层优化问题的目标函数，r=嗦示用户速率，rK表示 MMSE接收机处理之后的第k个用户的近似速率，T表示矩降掉晉，K表示用户数，M是基站天线 数，q表示能效的参数，O2是噪声方差，n功率放大器系数表示导频开销部分，T表示 大尺度信息保持不变的时间段，故表示用户信道的大尺度参数 作量，Pu是用户的电路功耗，Psyn是基站振荡器功耗，Par是系统的架构功耗。 Pbs是基站天线的电路功耗 L是每焦耳可W承担的操 ，'[003引 时，内层优化问题的闭式解为： 其中，M表示内层优化的基站天线数,?表示内层优化的用户速率，K表示用户数， q表示能效的参数，O2是噪声方差，n功率放大器系数，表示导频开销部分，T表示大 尺度信息保持不变的时间段，&表示用户信道的大尺度参数，是基站天线的电路功耗L是每焦耳可W承担的操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种上行大规模MIMO联合优化基站天线数和用户发射功率的方法，其特征在于：基站在获取统计信道状态信息之后，得到经过MMSE接收机处理过的用户速率，继而得到以用户速率表示的用户发射功率；据此建立关于联合优化基站天线数和用户速率的能效优化目标；将能效优化目标转化成线性规划问题；对线性规划问题通过有限次迭代得到优化的基站天线数和用户速率，在每次迭代中，所得到的优化解均为闭合表达式；最后，基站根据用户速率与用户发射功率的关系，得到优化的用户上行发射功率，进而完成基站天线数和用户发送功率的联合优化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永明，范立行，李双龙，杨绿溪，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32