大规模天线多小区系统协同波束赋形与功率控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种大规模天线多小区系统协同波束赋形与功率控制方法。所述方法包括：依据最大化信干噪比及总功率限制的约束条件，获取大规模天线多小区系统中各用户的下行的波束赋形参数和功率分配参数；根据所述波束赋形参数和所述功率分配参数，对所述大规模天线多小区系统中各用户的下行链路进行协同波束赋形与功率控制，以使所有用户的信干噪比的最小值最大。本发明专利技术将Perron‑Frobenius理论应用到大规模天线多小区系统，通过计算的波束赋形参数和功率分配参数进行下行链路进行协同波束赋形与功率控制，可以在保障总功率限制的条件下，使所有用户的信干噪比的最小值最大，从而提升用户的服务质量。

【技术实现步骤摘要】
大规模天线多小区系统协同波束赋形与功率控制方法
本专利技术涉及通信
，更具体地，涉及一种大规模天线多小区系统协同波束赋形与功率控制方法。
技术介绍
MIMO技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术，它采用的是分立式多天线，能够有效地将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。信息论已经证明，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而获得巨大的容量。在功率带宽受限的无线信道中，MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。大规模天线(massiveMIMO)系统是第五代通信系统的核心技术之一。在大规模MIMO系统中，基站配置大量的天线，其数目通常有几十、几百甚至几千根，是现有MIMO系统天线数目的1-2个数量级以上，而基站服务的用户设备UE数目远少于基站天线数目；基站利用同一个时频资源同时服务若干个UE，充分发掘系统的空间自由度，从而增强了基站同时接收和发送多路不同信号的能力，大大提高了频谱利用率、数据传输的稳定性和可靠性。由于massiveMIMO系统允许基站端装备几百甚至几千根发射天线以获得在频谱以及能量效率上成数量级的提升，在massiveMIMO系统中如何消除小区间干扰一直是一个研究热点。事实上，当多个基站进行协同波束赋形时，性能的提升十分显著。目前关于基站的协同波束赋形问题，研究较多的是如何在满足用户信干噪比(signaltointerferenceplusnoiseratio,SINR)要求的情况下最小化发射功率。相比之下，另一个优化问题，即在功率限制下最大化用户的SINR，则研究的较少。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的大规模天线多小区系统协同波束赋形与功率控制方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种大规模天线多小区系统协同波束赋形与功率控制方法，包括：依据最大化信干噪比及总功率限制的约束条件，获取大规模天线多小区系统中各用户的下行的波束赋形参数和功率分配参数；根据所述波束赋形参数和所述功率分配参数，对所述大规模天线多小区系统中各用户的下行链路进行协同波束赋形与功率控制，以使所有用户的信干噪比的最小值最大。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种大规模天线多小区系统协同波束赋形与功率控制装置，包括：参数获取模块，用于依据最大化信干噪比及总功率限制的约束条件，获取大规模天线多小区系统中各用户的下行的波束赋形参数和功率分配参数；以及控制模块，用于根据所述波束赋形参数和所述功率分配参数，对所述大规模天线多小区系统中各用户的下行链路进行协同波束赋形与功率控制，以使所有用户的信干噪比的最小值最大。根据本专利技术的另一个方面，还提供无线网络覆盖的指标定量预测设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行本专利技术大规模天线多小区系统协同波束赋形与功率控制方法及其任一可选实施例的方法。根据本专利技术的另一个方面，提供一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行本专利技术大规模天线多小区系统协同波束赋形与功率控制方法及其任一可选实施例的方法。本专利技术提出一种大规模天线多小区系统协同波束赋形与功率控制方法，提出一种最大化信干噪比及总功率限制的约束条件，将Perron-Frobenius理论应用到大规模天线多小区系统，通过计算得到系统中各用户的下行的波束赋形参数和功率分配参数，然后在系统的实际控制中，通过计算得到的波束赋形参数和功率分配参数进行下行链路进行协同波束赋形与功率控制，可以在保障总功率限制的条件下，使得所有用户当中最小的那个信干噪比最大，从而提升用户的服务质量。附图说明图1为本专利技术实施例一种大规模天线多小区系统协同波束赋形与功率控制方法流程示意图；图2为本专利技术实施例一种电子设备的框架示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本专利技术实施例基于以下系统模型实现：考虑一个由L个小区组成的下行massiveMIMO系统。每一个基站装备有N个天线，并关联有K＜＜N个用户。所有的基站进行协同波束赋形与功率控制。在小区j的用户k的接收信号yj,k如下所示：其中，hl,j,k表示从基站l到小区j中用户k的信道向量，gj,k是小区j中用户k的波束赋形向量，sj,k是小区j中用户k的信息信号，为加性白高斯噪声。从(1)式可以得到小区j中用户k的SINR：将代入上式，其中pj,k为发射功率，uj,k是归一化的波束赋形向量，小区j中用户k的SINR可以转化为：考虑将L个小区中所有的用户放在一起并把它们依次编号，这样一来，仅凭一个索引就可以定位任意一个用户。于是，(3)式可以化为：其中，以及在这里，表示向下取整，则表示向上取整，并且定义当μ为整数时。考虑如下优化问题其中，U＝(u1,u2,…,uLK)，P＝(p1,p2,…,pLK)T，γm是用户m的服务优先级因子，Pmax是总功率限制。基于上述系统模型，本专利技术实施例大规模天线多小区系统协同波束赋形与功率控制方法，图1为本专利技术实施例一种大规模天线多小区系统协同波束赋形与功率控制方法流程示意图，如图1所示，所述方法包括：S100，依据最大化信干噪比及总功率限制的约束条件，获取大规模天线多小区系统中各用户的下行的波束赋形参数和功率分配参数；S200，根据所述波束赋形参数和所述功率分配参数，对所述大规模天线多小区系统中各用户的下行链路进行协同波束赋形与功率控制，以使所有用户的信干噪比的最小值最大。本专利技术实施例提出一种最大化信干噪比及总功率限制的约束条件，将Perron-Frobenius理论应用到大规模天线多小区系统，通过计算得到系统中各用户的下行的波束赋形参数和功率分配参数，然后在系统的实际控制中，通过计算得到的波束赋形参数和功率分配参数进行下行链路进行协同波束赋形与功率控制，可以在保障总功率限制的条件下，使得所有用户当中最小的那个信干噪比最大，从而提升用户的服务质量。本专利技术实施例将式(5)作为约束条件，即，具体的，所述最大化信干噪比及总功率限制的约束条件为：其中，为用户m的下行信干噪比；U＝(u1,u2,…,uLK)，um是用户m的归一化的波束赋形向量；P＝(p1,p2,…,pLK)T，γm是用户m的服务优先级因子；Pmax是总功率限制，pm为用户m的功率；CDL为下行优化问题的目标函数。为了求解式(5)，首先需要求解在U固定情况下的简约型问题，然后再利用上行-下行对偶性建立等价的上行优化问题，最后对此等价优化问题进行求解并进一步对U进行优化。下面进行详细描述。在一个可选的实施例中，步骤S100，所述依据最大化信干噪比及总功率限制的约束条件，获取大规模天线多小区系统中各用户的下行的波束赋形参数和功率分配参数，具体包括：S100.1，在波束赋形固定的情况下，对所述最大化信干噪比及总功率限制的约束条件进行简化，获得波束赋形固定时的下行最优功率分配参数；S100.2，基于所述下行最优功率分配参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大规模天线多小区系统协同波束赋形与功率控制方法，其特征在于，包括：依据最大化信干噪比及总功率限制的约束条件，获取大规模天线多小区系统中各用户的下行的波束赋形参数和功率分配参数；根据所述波束赋形参数和所述功率分配参数，对所述大规模天线多小区系统中各用户的下行链路进行协同波束赋形与功率控制，以使所有用户的信干噪比的最小值最大。

【技术特征摘要】
1.一种大规模天线多小区系统协同波束赋形与功率控制方法，其特征在于，包括：依据最大化信干噪比及总功率限制的约束条件，获取大规模天线多小区系统中各用户的下行的波束赋形参数和功率分配参数；根据所述波束赋形参数和所述功率分配参数，对所述大规模天线多小区系统中各用户的下行链路进行协同波束赋形与功率控制，以使所有用户的信干噪比的最小值最大。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据最大化信干噪比及总功率限制的约束条件，获取大规模天线多小区系统中各用户的下行的波束赋形参数和功率分配参数，具体包括：在波束赋形固定的情况下，对所述最大化信干噪比及总功率限制的约束条件进行简化，获得波束赋形固定时的下行最优功率分配参数；基于所述下行最优功率分配参数，利用上行-下行对偶性获取等价的上行最优功率分配参数；基于所述下行最优功率分配参数和上行最优功率分配参数，获取所述最大化信干噪比及总功率限制的约束条件中的下行的波束赋形参数，并以所述下行最优功率分配参数作为下行的功率分配参数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述最大化信干噪比及总功率限制的约束条件为：其中，为用户m的下行信干噪比；U＝(u1,u2,…,uLK)，um是用户m的归一化的波束赋形向量；P＝(p1,p2,…,pLK)T，γm是用户m的服务优先级因子；Pmax是总功率限制，pm为用户m的功率；CDL为下行优化问题的目标函数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在波束赋形固定的情况下，对所述最大化信干噪比及总功率限制的约束条件进行简化，获得波束赋形固定时的下行最优功率分配参数，具体包括：对于给定的波束赋形参数U，对所述最大化信干噪比及总功率限制的约束条件进行简化，获得约束条件简化式：根据所述约束条件简化式，进行运算，通过下式将对应的特征向量的最后一项归一化之后，取前LK项，以获取波束赋形固定时的下行最优功率分配参数：其中，F为矩阵，且[·]mn表示矩阵的第m行、第n列的元素；表示信道矩阵的转置共轭；σLK表示噪声方差；r为Perron-Froben...

【专利技术属性】
技术研发人员：俎云霄，邵林，侯宾，李巍海，孙森，陈静，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11