【技术实现步骤摘要】
能效谱效联合优化的大规模MIMO多播功率分配方法
本专利技术属于通信领域,具体涉及一种利用大规模天线阵列和统计信道状态信息的能效谱效联合优化的大规模MIMO播传输功率分配方法。
技术介绍
大规模MIMO系统中,基站端布置大规模天线阵列以同时服务多个用户。采用大规模MIMO技术可以有效降低用户间干扰,大幅提高无线通信系统的能效和谱效。大规模MIMO下行链路传输过程中,基站侧通过酉变换将发送信号转换到波束域,在波束域信道进行信号传输,充分利用大规模天线阵列的空间角度分辨率和用户信道在波束域中的集中特性。多播通信场景下,基站在相同的时频资源上,向同一多播组内所有用户端发送公共的多播信号。传统上,谱效被认为是比能效更重要的设计对象,但为了使无线网络达到所要求的高传输速率,功耗可能会急剧增加。但是,仅以能效为优化目标的能效最优策略有时可能与谱效最优策略冲突。为了权衡通信系统的频谱效率和能源消耗,提出以能效谱效加权和为优化目标函数的问题,从而得到基站侧多播的波束域功率分配矩阵。传统的能效谱效联合优化问题常基于瞬时信道状态 ...
【技术保护点】
1.一种能效谱效联合优化的大规模MIMO多播功率分配方法,其特征在于,包括以下步骤:/n步骤1、小区基站配置大规模天线阵列,通过波束赋形生成能够覆盖整个小区的大规模波束集合,与用户进行多播通信,并在相同的时频资源上向用户发送多播信号;/n步骤2、通过上行链路的信道探测过程,基站获取各用户的统计信道状态信息,并根据统计信道状态信息实施能效谱效联合优化准则下的波束域信号功率分配,其中,能效谱效联合优化的功率分配优化问题的目标函数定义为能效和谱效的加权和,谱效为系统可达遍历和速率,能效为系统可达遍历和速率与总功率消耗的比值;功率分配优化的目标为在满足系统功率约束的情况下最大化能效 ...
【技术特征摘要】
1.一种能效谱效联合优化的大规模MIMO多播功率分配方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、小区基站配置大规模天线阵列,通过波束赋形生成能够覆盖整个小区的大规模波束集合,与用户进行多播通信,并在相同的时频资源上向用户发送多播信号;
步骤2、通过上行链路的信道探测过程,基站获取各用户的统计信道状态信息,并根据统计信道状态信息实施能效谱效联合优化准则下的波束域信号功率分配,其中,能效谱效联合优化的功率分配优化问题的目标函数定义为能效和谱效的加权和,谱效为系统可达遍历和速率,能效为系统可达遍历和速率与总功率消耗的比值;功率分配优化的目标为在满足系统功率约束的情况下最大化能效和谱效的加权和;
能效谱效联合优化的功率分配优化问题为:
s.t.tr{Λ}≤Pmax,
Λ≥0,Λdiagonal
其中,
P(Λ)=ζtr{Λ}+MPc+Ps
Ptot=ζPmax+MPc+Ps
其中,Λ为基站发送给所有用户的波束域多播信号的协方差矩阵,ηSE(Λ)为系统谱效,ηEE(Λ)为系统能效,W为系统带宽,β为权重因子,Ptot为基站最大的总功率约束,tr{Λ}为多播信号发送功率,Pmax为基站发送功率约束,Λ≥0表示Λ为半正定矩阵,Λdiagonal表示Λ为对角矩阵,P(Λ)为系统消耗的总功率,Rmc(Λ)为可达遍历多播速率,Rk(Λ)为第k个UT处的可达遍历多播速率,表示矩阵的Hadamard乘积,表示期望运算,max表示取最大值运算,min表示取最小值运算,log表示对数运算,det表示取矩阵的行列式运算,tr{·}表示取矩阵迹的运算,表示一个Nk×Nk的单位矩阵,Nk为每个用户的天线数,σ2表示噪声方差,Gk为第k个用户的波束域信道矩阵,(.)H表示矩阵的共轭转置运算,小区中用户数为K,所有用户的集合为M为基站天线数,ζ为放大系数,Pc为每根天线上耗散的动态功率,Ps为在硬件中耗散的静态电路功率,MPc+Ps和发送功率无关;
步骤3、通信过程中当用户移动时,基站与各用户之间的统计信道状态信息会发生变化,基站更新各用户的统计信道状态信息,动态实施能效谱效联合优化的大规模MIMO多播波束域功率分配。
2.根据权利要求1所述能效谱效联合优化的大规模MIMO多播功率分配方法,其特征在于:步骤2中能效谱效联合优化的功率分配优化问题的求解步骤如下:
步骤21,基于确定性等同的方法,根据大维随机矩阵理论,计算系统可达遍历多播速率的确定性等同值,进而计算目标函数的确定性等同值,避免求解功率分配问题中的高复杂度期望运算;
步骤22,基于quadratic变换的迭代,引入一个辅助变量将问题转化为一系列凸优化子问题,此辅助变量随着迭代过程不断更新;求解迭代中的凸优化问题,内层迭代过程在相邻两次迭代结果之差小于某个给定阈值时终止,并将此时解出的多播的波束域功率分配矩阵作为能效谱效加权和优化问题的解。
3.根据权利要求2所述能效谱效联合优化的大规模MIMO多播功率分配方法,其特征在于:步骤21中的基于确定性等同的方法包括:
步骤211,依据大维随机矩阵理论,通过用户的波束域统计信道状态信息,迭代计算联合优化目标函数的确定性等同辅助变量直至收敛;
步骤212,利用迭代得到的确定性等同辅助变量计算联合优化目标函数的确定性等同表达;
步骤213,将目标函数的确定性等同表达带入能效谱效联合优化的大规模MIMO波束域功率分配的优化问题中,避免高复杂度的求期望运算。
4.根据权利要求3所述能效谱效联合优化的大规模MIMO多播功率分配方法,其特征在于:步骤22中的基...
【专利技术属性】
技术研发人员:尤力,任博文,黄雨菲,陈婷婷,何思然,江彬,王闻今,
申请(专利权)人:东南大学,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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