一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于迫零接收的去蜂窝大规模多输入输出(multiple

【技术实现步骤摘要】
一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法


[0001]本专利技术属于移动通信
，具体涉及一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法。

技术介绍

[0002]去蜂窝大规模多输入多输出(multiple
‑
input multiple
‑
output，MIMO)通过以用户为中心的思想，实现分布式的大规模MIMO，原蜂窝网中的小区划分，解决传统蜂窝通信网络中通信速率与覆盖面积的矛盾，避免了蜂窝网中小区频繁切换的问题，并进一步提高了服务质量和覆盖面积，因此极有可能成为后5G以及6G的核心技术之一。
[0003]现有去蜂窝MIMO系统中，由于用户量往往大于导频数量，因此存在用户间干扰，限制了系统性能的进一步提升，因此需要对每个AP(接入点)的通信功率分配进行优化，以达到进一步提高系统总体容量的目的。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法，利用对AP到每个用户的功率分配优化，减少一部分用户之间的干扰，提升需求消耗功率，以达到提升系统总体容量的目的。
[0005]技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法，具体包括如下步骤：
[0006]步骤1，构建迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行系统模型；
[0007]步骤2，基于上行系统模型，计算迫零接收下用户的上行可达速率的封闭表达式，并建立系统功率的优化问题模型；
[0008]步骤3，引入松弛变量对步骤2构建的系统功率的优化问题模型进行重建，改进其中的目标函数和约束条件；
[0009]步骤4，利用拉格朗日函数对改进的目标函数和约束条件进行处理，进一步重构为新的优化问题模型；
[0010]步骤5，对新的优化问题模型进行解耦变形，转化为多变量的凸优化问题，并通过迭代算法进行模型求解，得到系统的上行功率分配优化方案。
[0011]进一步地，所述步骤1的方法，具体如下：
[0012]所述去蜂窝大规模MIMO系统包括M个AP以及K个单天线用户，每个所述AP均配置有N个天线，M
×
N>>K；其中，m∈[1,M]表示AP的编号，k∈[1,K]表示用户的编号；AP
m
与用户k之间的信道模型g
mk
表达式如下：
[0013][0014]式中，AP
m
表示第m个AP，β
mk
表示AP
m
与用户k之间的大尺度衰落系数，h
mk
表示AP
m
与用户k之间的为小尺度衰落矢量，其元素独立同分布于均值为0、方差为1的复高斯分布，即h
mk
～CN(0,1)，则g
mk
～CN(0,β
mk
I
N
)，I
N
为N维单位矩阵；
[0015]AP
m
端接收到所有用户发送的导频信号Y
mp
为：
[0016]Y
mp
＝G
m
P
1/2
φ
H
+W
mp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0017]式中，G
m
＝[g
m1
,g
m2
,...,g
mK
]～C
N
×
K
，C
N
×
K
为N
×
K的复数矩阵，P
1/2
为发射功率分配矩阵，φ为导频矩阵，其元素为系统分配给用户k的导频，W
mp
为加性高斯白噪声，W
mp
～C
N
×
τ
，τ为导频长度；
[0018]基于最小均方误差准则，AP
m
与用户k之间的信道估计为：
[0019][0020]式中，ρ
p
为导频传输的标准化信噪比，为导频传输的标准化信噪比，为系统分配给用户i的导频，信道估计误差为且
[0021]进一步地，步骤2所述计算迫零接收下用户的上行可达速率的封闭表达式，具体包括如下步骤：
[0022]步骤2.1，所有用户均发送数据给AP，设置用户k发送的数据矢量为s
k
，功率满足E{|s
k
|2}＝1，AP
m
接收到的信号y
m
表示为：
[0023][0024]式中，ρ
u
为信号的标准化信噪比，g
mk
为AP
m
与用户k之间的信道模型，η
k
为AP
m
对于用户k的功率控制系数，0≤η
k
≤1，w
m
为AP
m
信道的加性高斯白噪声；
[0025]AP通过回传链路将接收信号传送给CPU，迫零接收机对接收信号进行解码，所述迫零接收机的接收矩阵为其中，表示的转置；定义用户k的接收矢量为a
k
，具体为接收矩阵A∈C
MN
×
K
的第k列，则用户k的迫零接收信号的表达式为：
[0026][0027]式中，为信道估计误差所导致的用户间干扰，η
i
为AP
m
对于用户i的功率控制系数，0≤η
i
≤1，s
i
为用户i发送的数据矢量，为用户i的信道估计误差，上标H表示矩阵的共轭转置，为信道噪声干扰；
[0028]对于迫零接收机，用户k的上行信干噪比表达式为：
[0029][0030]式中，a
mk
表示AP
m
对用户k的迫零接收矢量；[a
mk
]n
表示a
mk
的第n个元素；
[0031]设置基于Jensen不等式，利用近似方法得到用户k的上行可达速率的封闭表达式为：
[0032][0033]式中，系统干扰最大时式中，系统干扰最大时
[0034]进一步地，步骤2所述系统功率的优化问题模型，表示如下：
[0035][0036][0037][0038]式中，为用户k的通信速率要求。
[0039]进一步地，所述步骤3的方法，具体如下：
[0040]引入松弛变量ξ
k
，将系统功率的优化问题模型重建为：
[0041][0042][0043][0044][0045]其中，当P2达到最优解时，
[0046]进一步地，所述步骤4的方法，具体如下：
[0047]利用拉格朗日函数对重建的优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1，构建迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行系统模型；步骤2，基于上行系统模型，计算迫零接收下用户的上行可达速率的封闭表达式，并建立系统功率的优化问题模型；步骤3，引入松弛变量对步骤2构建的系统功率的优化问题模型进行重建，改进其中的目标函数和约束条件；步骤4，利用拉格朗日函数对改进的目标函数和约束条件进行处理，进一步重构为新的优化问题模型；步骤5，对新的优化问题模型进行解耦变形，转化为多变量的凸优化问题，并通过迭代算法进行模型求解，得到系统的上行功率分配优化方案。2.根据权利要求1所述的一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法，其特征在于，所述步骤1的方法，具体如下：所述去蜂窝大规模MIMO系统包括M个AP和K个单天线用户，每个所述AP均配置有N个天线，M
×
N>>K；其中，m∈[1,M]表示AP的编号，k∈[1,K]表示用户的编号；AP
m
与用户k之间的信道模型g
mk
表达式如下：式中，AP
m
表示第m个AP，β
mk
表示AP
m
与用户k之间的大尺度衰落系数，h
mk
表示AP
m
与用户k之间的小尺度衰落矢量，其元素独立同分布于均值为0、方差为1的复高斯分布，即h
mk
～CN(0,1)，则g
mk
～CN(0,β
mk
I
N
)，I
N
为N维单位矩阵；AP
m
端接收到所有用户发送的导频信号Y
mp
为：Y
mp
＝G
m
P
1/2
φ
H
+W
mp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，G
m
＝[g
m1
,g
m2
,...,g
mK
]～C
N
×
K
，C
N
×
K
为N
×
K的复数矩阵，P
1/2
为发射功率分配矩阵，φ为导频矩阵，其元素为系统分配给用户k的导频，k∈[1,K]；W
mp
为加性高斯白噪声，W
mp
～C
N
×
τ
，τ为导频长度；基于最小均方误差准则，AP
m
与用户k之间的信道估计为：式中，ρ
p
为导频传输的标准化信噪比，为导频传输的标准化信噪比，为系统分配给用户i的导频，信道估计误差为且3.根据权利要求1所述的一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法，其特征在于，步骤2所述计算迫零接收下用户的上行可达速率的封闭表达式，具体包括
如下步骤：步骤2.1，所有用户均发送数据给AP，设置用户k发送的数据矢量为s
k
，功率满足E{|s
k
|2}＝1，AP
m
接收到的信号y
m
表示为：式中，ρ
u
为信号的标准化信噪比，g
mk
为AP
m
与用户k之间的信道模型，η
k
为AP
m
对于用户k的功率控制系数，0≤η
k
≤1，w
m
为AP
m
信道的加性高斯白噪声；AP通过回传链路将接收信号传送给CPU，迫零接收机对接收信号进行解码，所述迫零接收机的接收矩阵为其中，其中，表示的转置；定义用户k的接收矢量为a
k
，具体为接收矩阵A∈C
MN
×
K
的第k列，则用户k的迫零接收信号的表达式为：式中，为信道估计误差所导致的用户间干扰，η
i

【专利技术属性】
技术研发人员：杨龙祥，李欢，张尧，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：