一种基于速率拆分传输的预编码及公有消息速率分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于速率拆分传输的预编码及公有消息速率分配方法，该方法首先建立最小用户可达速率最大化模型，然后使用WMMSE方法对最小用户可达速率最大化模型进行转化，之后使用交替优化迭代求解优化模型；在迭代求解的过程中，目标函数的值会随着迭代次数的增加而增大，而功率约束的存在会使得算法逐渐收敛；当满足收敛条件时，迭代终止，此时得到的预编码和公有速率分配矢量就为最小用户可达速率最大化模型的解，否则继续下一次迭代；采用本发明专利技术方法，在相同的功率约束条件下，相比于传统的SDMA和NOMA传输方案，基于速率拆分传输方案可以取得最大的最小用户可达速率。方案可以取得最大的最小用户可达速率。方案可以取得最大的最小用户可达速率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于速率拆分传输的预编码及公有消息速率分配方法


[0001]本专利技术涉及移动通信系统领域，特别是涉及一种基于速率拆分传输的预编码及公有消息速率分配方法。

技术介绍

[0002]多用户MIMO传输虽然能够有效提高系统的分集增益和复用增益，但用户间的干扰会严重影响到系统的性能。相关文献表明，速率拆分多址接入RSMA能够有效处理多用户及多小区干扰。目前已有的研究多是从系统加权和速率的角度说明RSMA的优越性，很少关注每个用户的性能提升。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于速率拆分传输的预编码及公有消息速率分配方法，所提方法首先建立最小用户可达速率最大化模型，然后使用WMMSE方法对最小用户可达速率最大化模型进行转化，之后使用交替优化迭代求解优化问题。该最小用户可达速率最大化模型适合两用户多输入单输出系统的应用。
[0004]为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种基于速率拆分传输的预编码及公有消息速率分配方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S1、建立最大化最小用户可达速率模型，简记为模型
‑
0，该模型表述为：
[0007][0008]受限于
[0009]C1+C2≤R
c
[0010]C1≥0,C2≥0
[0011]tr(WW
H
)≤P
T
[0012]公式中，W是发射端的预编码矩阵，c是公有消息速率分配矢量，是用户k的总传输速率，表达式为C
k
为c的第k列元素，表示用户k公有部分消息对应的可达速率，R
k
为用户k专有部分消息对应的可达速率，表达式为R
k
＝log2(1+γ
k
)，γ
k
为用户k专有消息的信干噪比，表达式为h
k
为基站和用户k之间的信道状态信息，(
·
)
H
表示共轭转置，为加性高斯白噪声的方差，w
k
和w
j
均为预编码矩阵W的列向量，分别表示用户k和用户j专有消息的预编码矢量，j≠k且j,k＝1,2；P
T
为基站端总的发射功率；
[0013]步骤S2、引入辅助变量t，令将模型
‑
0转换为模型
‑
1，所述模型
‑
1为：
[0014][0015]受限于
[0016]C
k
+R
k
≥t,k＝1,2
[0017]C1+C2≤R
c
[0018]C1≥0,C2≥0
[0019]tr(WW
H
)≤P
T
[0020]步骤S3、对模型
‑
1进行求解，具体过程如下：
[0021]步骤S301、用s
c
表示基站发送给用户1和用户2的公有消息，用s
k
表示基站发送给用户k的专有消息，分别计算公有消息s
c
和专有消息s
k
的均方误差，具体步骤为：
[0022]步骤S3011、为区分用户1和用户2对公有消息的处理，用表示用户k对公有消息s
c
的估计值，用表示用户k对专有消息s
k
的估计值，表达式分别为：
[0023][0024][0025]公式中，y
k
为用户k的接收信号，g
c，k
和g
k
分别为用户k公有消息和专有消息最小均方误差均衡器，w
c
为预编码矩阵W的列向量，表示公有消息s
c
的预编码矢量；
[0026]步骤S3012、分别用ε
c,k
和ε
k
表示用户k接收的公有消息s
c
和专有消息s
k
的均方误差，表达式分别为：
[0027][0028][0029]公式中，Re{
·
}表示取实部；
[0030]步骤S3013、分别对ε
c，k
关于g
c，k
求偏导、对ε
k
关于g
k
求偏导，并令二者为0，得到公有消息和专有消息均衡器的最小值，分别用和表示，具体表达式为：
[0031][0032][0033]步骤S3014、将步骤S3013得出的结果分别对应代入到均方误差的表达式中，得到公有消息s
c
的最小均方误差和专有消息s
k
的最小均方误差MMSE，分别用和表示，具体表达式为：
[0034][0035][0036]其中
[0037]步骤S3015、用户k公有消息s
c
的可达速率和专有消息s
k
的可达速率分别表示为：
[0038][0039][0040]公式中，R
c,k
为用户k消息中公有部分对应的可达速率，表达式为R
c,k
＝log2(1+γ
c,k
)，γ
c,k
为用户k消息中公有部分的信干噪比，表达式为
[0041]步骤S302、引入加权均方误差，利用步骤S301中用户可达速率和最小均方误差之间的关系，进一步得到加权均方误差和用户可达速率间的关系，具体过程如下：
[0042]步骤S3021、分别用ξ
c,k
和ξ
k
表示用户k的公有消息和专有消息的加权均方误差WMSE，具体定义为：
[0043][0044][0045]公式中，符号表示定义，u
c,k
和u
k
均为用户k的权重，且有u
c,k
＞0，u
k
＞0；
[0046]步骤S3022、通过对ξ
c,k
关于g
c,k
求偏导和对ξ
k
关于g
k
求偏导，并令二者为0，得到公有消息和专有消息均衡器的最佳取值，分别用和表示，有：
[0047][0048][0049]将代入到ξ
c,k
、ξ
k
的表达式中，得到：
[0050][0051][0052]接下来通过对ξ
c,k
关于u
c,k
求偏导和对ξ
k
关于u
k
求偏导，并令二者为0，得到权重u
c,k
和u
k
的最佳取值，分别用和表示，表达式为：
[0053][0054][0055]将和代入到ξ
c,k
和ξ
k
的表达式中，得到ξ
c,k
和ξ
k
的加权最小均方误差
WMMSE，分别用和表示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于速率拆分传输的预编码及公有消息速率分配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、建立最大化最小用户可达速率模型，简记为模型
‑
0，该模型表述为：受限于C1+C2≤R
c
C1≥0，C2≥0tr(WW
H
)≤P
T
公式中，W是发射端的预编码矩阵，c是公有消息速率分配矢量，是用户k的总传输速率，表达式为C
k
为c的第k列元素，表示用户k公有部分消息对应的可达速率，R
k
为用户k专有部分消息对应的可达速率，表达式为R
k
＝log2(1+γ
k
)，γ
k
为用户k专有消息的信干噪比，表达式为h
k
为基站和用户k之间的信道状态信息，(
·
)
H
表示共轭转置，为加性高斯白噪声的方差，w
k
和w
j
均为预编码矩阵W的列向量，分别表示用户k和用户j专有消息的预编码矢量，j≠k且j，k＝1，2；P
T
为基站端总的发射功率；步骤S2、引入辅助变量t，令将模型
‑
0转换为模型
‑
1，所述模型
‑
1为：受限于C
k
+R
k
≥t，k＝1，2C1+C2≤R
c
C1≥0，C2≥0tr(WW
H
)≤P
T
步骤S3、对模型
‑
1进行求解，具体过程如下：步骤S301、用s
c
表示基站发送给用户1和用户2的公有消息，用s
k
表示基站发送给用户k的专有消息，分别计算公有消息s
c
和专有消息s
k
的均方误差，具体步骤为：步骤S3011、为区分用户1和用户2对公有消息的处理，用表示用户k对公有消息s
c
的估计值，用表示用户k对专有消息s
k
的估计值，表达式分别为：的估计值，表达式分别为：公式中，y
k
为用户k的接收信号，g
c，k
和g
k
分别为用户k公有消息和专有消息最小均方误差均衡器，w
c
为预编码矩阵W的列向量，表示公有消息s
c
的预编码矢量；步骤S3012、分别用ε
c，k
和ε
k
表示用户k接收的公有消息s
c
和专有消息s
k
的均方误差，表
达式分别为：达式分别为：公式中，Re{
·
}表示取实部；步骤S3013、分别对ε
c，k
关于g
c，k
求偏导、对ε
k
关于g
k
求偏导，并令二者为0，得到公有消息和专有消息均衡器的最小值，分别用和表示，具体表达式为：表示，具体表达式为：步骤S3014、将步骤S3013得出的结果分别对应代入到均方误差的表达式中，得到公有消息s
c
的最小均方误差和专有消息s
k
的最小均方误差MMSE，分别用和表示，具体表达式为：体表达式为：其中步骤S3015、用户k公有消息s
c
的可达速率和专有消息s...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明，李萍，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：