去蜂窝大规模MIMO系统的AP选择和功率分配方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115173900A(43)申请公布日2022.10.11(21)申请号202210976291.2(22)申请日2022.08.15(71)申请人北京交通大学地址100044北京市海淀区西直门外上园村3号(72)发明人章嘉懿张永顺艾渤(74)专利代理机构北京市商泰律师事务所11255专利代理师黄晓军(51)Int.Cl.H04B7/0413(2017.01)H04B7/0426(2017.01)H04W48/20(2009.01)权利要求书3页说明书10页附图3页(54)发明名称去蜂窝大规模MIMO系统的AP选择和功率分配方法(57)摘要本发明提供了一种去蜂窝大规模MIMO系统的AP选择和功率分配方法。该方法包括：获取MIMO系统内用户到接入点AP之间的大尺度衰落信息、导频分配和信道估计信息；以最大化最小用户速率为目标建立优化问题模型，引入约束条件，根据所述导频分配和信道估计信息计算信干噪比，选取二分搜索上界和下界；引入松弛变量，将所述优化问题模型和约束条件转化为凸问题和凸约束，基于所述二分搜索上界和下界求解所述凸问题和凸约束的可行解；根据得到的可行解对去蜂窝大规模MIMO系统进行AP选择和功率分配。本发明方法采用凸优化相关理论将AP选择和功率分配问题联合求解，可以有效提升用户频谱效率，增强去蜂窝大规模MIMO系统的鲁棒性。CN115173900ACN115173900A权利要求书1/3页1.一种去蜂窝大规模MIMO系统的AP选择和功率分配方法，其特征在于，包括：获取去蜂窝大规模MIMO系统内用户到接入点AP之间的大尺度衰落信息、导频分配和信道估计信息；以最大化最小用户速率为目标建立优化问题模型，引入约束条件，根据所述导频分配和信道估计信息计算信干噪比，选取二分搜索上界和下界；引入松弛变量，将所述优化问题模型和约束条件转化为凸问题和凸约束，基于所述二分搜索上界和下界求解所述凸问题和凸约束的可行解；根据得到的可行解对去蜂窝大规模MIMO系统进行AP选择和功率分配。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的获取去蜂窝大规模MIMO系统内用户到接入点AP之间的大尺度衰落信息、导频分配和信道估计信息，包括：L个AP和K个用户随机分布在1km×1km的范围内，各个AP和用户k之间的大尺度衰落系数表示为βlk，其中l是AP的序号l∈{l,...,L},k是用户的序号，k∈{l,...,K},AP的数目远多于用户的数目；大尺度衰落系数βlk的计算公式为：其中，PLlk代表用户与AP间的路径损耗，代表标准差为σsh的阴影衰落，路径损耗PLlk的计算公式为：f是载波频率，hAP是AP的天线高度，hu代表用户天线高度，当dlk＜d1时不存在阴影衰落，根据大尺度衰落的定义得到信道估计γlk的计算公式为：其中，clk的计算公式为：τ代表导频，ρ代表信噪比，代表导频序列，导频分配为随机分配。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的以最大化最小用户速率为目标建立优化问题模型，引入约束条件，根据所述导频分配和信道估计信息计算信干噪比，选取二分搜索上界和下界，包括：根据实际AP最大可提供功率、最大化最小用户速率将最大最小公平功率分配优化问题建模为：2CN115173900A权利要求书2/3页ρlk≥0,k＝1,...K,l＝1,...,L其中ρlk为第l个AP和第k个用户之间的功率分配系数，满足每个AP处最大可分配的功率限制以及每个AP最小的分配系数，引入AP选择优化变量将最大最小公平功率分配优化问题进一步建模为：ρlk≥0,k＝1,…K,l＝1,…,LDlk＝{0,1},k＝1,…K,l＝1,…,L其中Dlk为二进制优化变量，当第l个AP服务第k个用户时，Dlk＝1否则Dlk＝0；在下行通信场景中使用最大比值预编码，使用闭合表达式来表示所述最大最小公平功率分配优化问题中的频谱效率，所述闭合表达式如下：其中γlk代表第k个用户和第l个AP间的信道估计，为第k个用户的导频序列，由信干噪比SINR表达式到频谱效率为SEk＝log2(1+SINRk)给定信干噪比的闭合解后，将二分搜索的上界设置为大于最大可能达到的SINR，下界设置为小于最小的SINR，下界最小为0。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的引入松弛变量，将所述优化问题模型和约束条件转化为凸问题和凸约束，基于所述二分搜索上界和下界求解所述凸问题和凸约束的可行解，包括：引入松弛变量将所述最大最小公平功率分配优化问题和约束转化为凸问题和凸约束，引入联合变量代替优化变量乘积，并基于bigM法引入相关约束条件转化问题：subjectto||DPl||2≤1,l＝1,…,LDPlk≥0,k＝1,...K,l＝1,...,LD