【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无蜂窝大规模mimo通信，特别是涉及一种均衡长期能效和网络稳定性的双工模式优化方法。
技术介绍
1、随着双工模式的演进，nafd系统可以通过动态调整每个时隙上下行rau的数量实现同时的上下行传输，不存在rau内自干扰，大大提高了系统的频谱效率和能量效率。rau双工模式优化算法对提高nafd无蜂窝大规模mimo系统的性能起着至关重要的作用。然而，目前有关nafd系统的性能优化研究都针对单个时隙进行。由于固定信道条件和无限积压的假设，当单一时隙的解决方案扩展到长期问题时，将忽视不同用户数据队列积压带来的服务公平性问题。由于数据到达的随机性，数据队列的时变特性将影响网络的稳定性，实际的网络控制决策必须在时变信道条件和随机业务到达的情况下进行。因此需要设计有效方案，同时考虑网络稳定性和各种长期和瞬时约束，进行rau双工模式优化，实现nafd无蜂窝大规模mimo系统中长期能效和网络稳定性的折衷均衡。
技术实现思路
1、技术问题：有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种均衡长期能效和网络稳定性的双工模式优化方案，结合nafd无蜂窝大规模mimo系统的特点和李雅普诺夫框架，可以在保持队列稳定性的前提下获得显著的能效增益。本专利技术设计了一种先用李雅普诺夫加罚漂移方法将系统长期能效优化问题转化为单时隙等价优化问题，再采用基于强化学习的联合双工模式优化算法求解转化后的单时隙优化问题的方案。
2、技术方案：本专利技术的一种均衡长期能效和网络稳定性的双工模式优化方法具体包括以下几
3、一种均衡长期能效和网络稳定性的双工模式优化方法，具体包括以下几个步骤：
4、步骤1、建立nafd无蜂窝大规模mimo系统数学模型；
5、步骤2、建立长期能效优化问题的目标函数和约束条件；
6、步骤3、基于李雅普诺夫优化和漂移加罚方法，将系统长期能效优化问题转化为单时隙等价优化问题；
7、步骤4、采用基于强化学习的联合双工模式优化算法求解转化后的单时隙优化问题。
8、优选的，所述步骤1具体包括：
9、步骤101：在一个nafd无蜂窝大规模mimo系统中，建立由一个中央处理器cpu管理的区域场景模型：
10、所述区域场景模型中均匀分布有m个远程天线单元rau，共同服务k个用户，其中kul数目的用户进行上行通信，kdl数目的用户进行下行通信，kul+kdl＝k，用表示所有上行用户的索引集、表示所有下行用户的索引集；在每个时隙调用节点模式选择算法后，分配进行上行接收的远程天线单元rau数量，用mul表示，分配进行下行发送的远程天线单元rau数量，用mdl表示，其中mul+mdl＝m；每个远程天线单元rau配备n个天线，并通过前传链路与中央处理器cpu相连，每个用户配置一个天线，远程天线单元rau和用户的天线都以半双工模式工作；
11、步骤102：建立数据传输模型：
12、在下行传输阶段，mdl个进行下行发送的远程天线单元rau共同向kdl个进行下行通信的用户发送信号，设l为集合中的任意一个整数，则第l个进行下行通信的用户的信干噪比表示为：
13、
14、其中是估计得到的第l个进行下行通信的用户和所有进行下行发送的远程天线单元rau之间的下行信道向量，是信道估计误差，(·)h表示矩阵的共轭转置，∑·表示求和运算，其中wi是第i个进行下行通信的用户的预编码向量，vi是第i个进行下行通信的用户的归一化预编码向量的方向，pdl,i是第i个进行下行通信的用户的下行发送功率；wl是第l个进行下行通信的用户的预编码向量；设l'为集合中的任意一个整数且l'≠l，wl'是第l'个进行下行通信的用户的预编码向量；pul,k是第k个进行上行通信的用户的上行发送功率，fl,k是第k个进行上行通信的用户和第l个进行下行通信的用户之间的干扰信道向量，是下行信道噪声的方差值，|·|表示绝对值运算；
15、将第l个进行下行通信的用户的传输速率表示为
16、在上行传输阶段，mul个进行上行接收的远程天线单元rau共同从kul个进行上行通信的用户接收信号，设k为集合中的任意一个整数，则第k个进行上行通信的用户的信干噪比表示为：
17、
18、其中rk表示第k个进行上行通信的用户的接收机向量，是估计得到的第k个进行上行通信的用户和所有进行上行接收的远程天线单元rau之间的上行信道向量，是信道估计误差；设k'为集合中的任意一个整数且k'≠k，pul,k'是第k'个进行上行通信的用户的上行发送功率，是估计得到的第k'个进行上行通信的用户和所有进行上行接收的远程天线单元rau之间的上行信道向量；是由于进行上行接收的远程天线单元rau之间干扰消除不完善导致的剩余干扰功率；是上行信道噪声的方差值；
19、则第k个进行上行通信的用户的传输速率表示为
20、步骤103：建立nafd无蜂窝大规模mimo系统的功耗模型：
21、功耗模型包括传输功率pt、电路能耗pm、远程天线单元双工模式切换能耗、回程能耗pbh和nafd无蜂窝大规模mimo系统中远程天线单元间干扰消除能耗pic，表示为：
22、psum＝pt+pm+ps+pbh+pic，
23、其中tu表示用于上行传输的符号数，td表示用于下行传输的符号数，τu表示用于上行传输的导频长度，τd表示用于下行传输的导频长度，ξ是放大器效率；
24、ps＝m'psw，m'表示这一时隙进行双工模式切换的远程天线单元的数量，psw表示进行双工模式切换的能量消耗；p0表示每个回程链路上固定的能量消耗，pbt表示与上行传输、下行传输相关的能量消耗，b是nafd无蜂窝大规模mimo系统的系统带宽，为nafd无蜂窝大规模mimo系统中所有用户的上下行和速率；
25、采用波束成形训练机制用于远程天线单元rau间干扰消除，pup是上行导频发送功率，pdp是下行导频发送功率，t是相干时间长度，lrau代表单位能量的复数值运算操作的计算效率；
26、步骤104：构造动态数据队列：
27、在第t+1时隙，第k个进行上行通信的用户的数据队列更新方程为：
28、
29、第l个进行下行通信的用户的数据队列更新方程为：
30、
31、其中表示到达该上行用户的数据速率，表示到达该下行用户的数据速率，在不同时隙满足均值分别为和的独立同分布，表示当前该上行用户端的数据队列积压，表示下行用户端的数据队列积压，表示t时隙第k个进行上行通信的用户的传输速率，表示t时隙第l个进行下行通信的用户的传输速率，max[·]表示取几者的最大值。
32、优选的，所述步骤2具体包括：
33、步骤201：建立长期能效的目标函数和约束条件：
34、为了确定远程天线单元rau的双工模式，用qu表示上行模式选择向量，qd表示下行模式选择向本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种均衡长期能效和网络稳定性的双工模式优化方法，其特征在于，具体包括以下几个步骤：
2.根据权利要求1所述的一种均衡长期能效和网络稳定性的双工模式优化方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种均衡长期能效和网络稳定性的双工模式优化方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种均衡长期能效和网络稳定性的双工模式优化方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种均衡长期能效和网络稳定性的双工模式优化方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种均衡长期能效和网络稳定性的双工模式优化方法，其特征在于，具体包括以下几个步骤：
2.根据权利要求1所述的一种均衡长期能效和网络稳定性的双工模式优化方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种均衡长期能效和网络稳定性的双工模式...
【专利技术属性】
技术研发人员：李佳珉，李雅琪，朱鹏程，王东明，尤肖虎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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