一种多用户认知MIMO干扰信道分布式能效优化方法技术

本发明专利技术公开了一种多用户认知MIMO干扰信道下分布式能效优化方法，该方法根据认知用户的功率限制和干扰阈值限制建立认知用户能效最大化目标函数，并对认知用户能效最大化目标函数进行等式转换、去除所有认知用户由于干扰阈值限制而产生的耦合关系、利用拉格朗日方法去除认知用户去耦合等效能效最大化目标函数中的限制条件，得到认知用户扩展式去耦合等效能效最大化目标函数，利用矩阵分解理论、经过凸优化计算认知用户的最优功率值，最终得到认知用户的最优能效值。利用本发明专利技术上述技术方案，不仅能够提高系统谱效还可以提高系统的能效，进而提升本发明专利技术在实际应用中的可行性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信
，具体涉及一种多用户认知MIMO干扰信道分布式能效优化方法。
技术介绍
多用户认知MIMO干扰信道系统能够在现有的固定式频谱分配方案且不增加系统带宽的情况下，提高频谱效率，解决频谱资源匮乏的问题。随着近年来智能设备的爆发式增长以及有限的不可再生能源价格的持续攀升，政府、学术以及产业界开始了能够实现绿色通信的能效方法研究，以使未来的无线通信能够走可持续发展道路。对多用户认知MIMO干扰信道系统进行能效优化，不但能够减轻认知用户对授权用户的干扰，而且能够在提高系统频谱效率的同时，还能够提高系统能量效率。现有技术中，G.Scutari等人针对多用户认知MIMO干扰信道系统，以每个用户的速率最大化为优化目标建立非合作博弈模型，提出完全异步式分布算法并证明纳什均衡的存在性。为了提高多用户认知MIMO干扰信道系统的能效，X.Zhang等人利用扩展拉格朗日乘子方法解决优化子问题进而提出基于Dinkelbach的分布式能效优化算法。X.Zhang等人为解决多目标多限制条件的优化子问题时使用扩展拉格朗日乘子方法，该方法虽然可以去掉所有认知用户由于干扰限制条件而产生的耦合关系，但是该算法只有在算法收敛时初始变量才是可行解，这样会造成在迭代过程中认知用户对授权用户产生的干扰违背干扰阈值。为进一步提高系统性能，本专利技术提出一种多用户认知MIMO干扰信道分布式能效优化方法。专利
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种多用户认知MIMO干扰信道分布式能效优化方法。本专利技术提出的一种多用户认知MIMO干扰信道下分布式能效优化方法包括以下步骤：步骤S1：根据多用户认知MIMO干扰信道系统中认知用户的功率限制和干扰阈值限制建立认知用户能效最大化目标函数，以使每个认知用户的能效最大化；步骤S2：对所述认知用户能效最大化目标函数进行等式转换，得到认知用户等效能效最大化目标函数；步骤S3：去除所述认知用户等效能效最大化目标函数中所有认知用户由于干扰阈值限制而产生的耦合关系，得到认知用户去耦合等效能效最大化目标函数；步骤S4：利用拉格朗日方法去除所述认知用户去耦合等效能效最大化目标函数中的限制条件，得到认知用户扩展式去耦合等效能效最大化目标函数；步骤S5：对于所述认知用户扩展式去耦合等效能效最大化目标函数进行矩阵处理，得到认知用户的最优功率值，进而得到认知用户的最优能效值。可选地，所述步骤S1中，认知用户k发送端SU-Txk的发送功率限制表示为：Pk＝Tr(Qk)≤PT，其中，Tr(·)表示对·进行迹运算，表示认知用户k发送端SU-Txk的发送信号xk的协方差，(·)H表示·的Hermitian转置，表示对·求期望，PT表示认知用户的发送功率阈值。可选地，所述干扰阈值限制为所有认知用户受到授权用户设置的总温度干扰阈值限制：Σk=1KTr(GkQkGkH)≤Pthreshold,]]>其中，K表示认知用户的对数，表示从认知用户k的发送端SU-Txk到授权用户的接收端PU-Rx的信道矩阵，表示认知用户k发送端SU-Txk的发送信号xk的协方差，(·)H表示·的Hermitian转置，Pthreshold表示授权用户设置的总温度干扰阈值。可选地，所述认知用户能效最大化目标函数表示为：其中，表示非合作博弈，表示认知用户数目集合，EEk(Qk,Q-k)表示认知用户k的能效：Ck(Qk,Q-k)表示认知用户k的数据传输速率，Qk表示认知用户k发送端SU-Txk的发送信号xk的协方差，Q-k＝{Q1,…,Qk-1,Qk+1,…,QK本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多用户认知MIMO干扰信道下分布式能效优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1：根据多用户认知MIMO干扰信道系统中认知用户的功率限制和干扰阈值限制建立认知用户能效最大化目标函数，以使每个认知用户的能效最大化；步骤S2：对所述认知用户能效最大化目标函数进行等式转换，得到认知用户等效能效最大化目标函数；步骤S3：去除所述认知用户等效能效最大化目标函数中所有认知用户由于干扰阈值限制而产生的耦合关系，得到认知用户去耦合等效能效最大化目标函数；步骤S4：利用拉格朗日方法去除所述认知用户去耦合等效能效最大化目标函数中的限制条件，得到认知用户扩展式去耦合等效能效最大化目标函数；步骤S5：对于所述认知用户扩展式去耦合等效能效最大化目标函数进行矩阵处理，得到认知用户的最优功率值，进而得到认知用户的最优能效值。

【技术特征摘要】
1.一种多用户认知MIMO干扰信道下分布式能效优化方法，其特征
在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：根据多用户认知MIMO干扰信道系统中认知用户的功率限
制和干扰阈值限制建立认知用户能效最大化目标函数，以使每个认知用户
的能效最大化；
步骤S2：对所述认知用户能效最大化目标函数进行等式转换，得到认
知用户等效能效最大化目标函数；
步骤S3：去除所述认知用户等效能效最大化目标函数中所有认知用户
由于干扰阈值限制而产生的耦合关系，得到认知用户去耦合等效能效最大
化目标函数；
步骤S4：利用拉格朗日方法去除所述认知用户去耦合等效能效最大化
目标函数中的限制条件，得到认知用户扩展式去耦合等效能效最大化目标
函数；
步骤S5：对于所述认知用户扩展式去耦合等效能效最大化目标函数进
行矩阵处理，得到认知用户的最优功率值，进而得到认知用户的最优能效
值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，认知
用户k发送端SU-Txk的发送功率限制表示为：
Pk＝Tr(Qk)≤PT，
其中，Tr(·)表示对...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆彦辉，韩书君，杨守义，穆晓敏，王宁，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41