去蜂窝大规模MIMO下行链路频谱效率和能量效率均衡优化方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115021846A(43)申请公布日2022.09.06(21)申请号202210560840.8(22)申请日2022.05.23(71)申请人浙江师范大学地址321004浙江省金华市婺城区迎宾大道688号20-21幢连廊509(72)发明人张尧唐长兵陈丽娜杨龙祥(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204专利代理师王恒静(51)Int.Cl.H04B17/391(2015.01)H04L25/02(2006.01)权利要求书5页说明书12页附图2页(54)发明名称去蜂窝大规模MIMO下行链路频谱效率和能量效率均衡优化方法(57)摘要本发明公开了一种去蜂窝大规模MIMO下行链路频谱效率和能量效率均衡优化方法，该方法包括：在去蜂窝大规模MIMO系统下，建立上行链路导频训练模型并利用MMSE准则得出信道的MMSE估计；表示用户接收到的为其提供服务的接入点发射的数据信号以及利用UatF技术推导出该用户的下行链路频谱效率和能量效率闭式表达式；以接入点的发射功率限制和用户的QoS限制为约束条件，建立以频率效率和能量效率同时最优化为目标的优化问题，本发明考虑了接入点选择机制对频谱效率和能量效率的影响，并对频谱效率和能量效率的偏好需求通过合理分配资源的方式来灵活地均衡频谱效率和能量效率，从而达到同时优化频谱效率和能量效率的效果，具有广泛的使用价值及应用前景。CN115021846ACN115021846A权利要求书1/5页1.一种去蜂窝大规模MIMO下行链路频谱效率和能量效率均衡优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在去蜂窝大规模MIMO系统下，建立上行链路导频训练模型并利用MMSE准则得出信道的MMSE估计；(2)被选中的接入点和用户建立通信连接，表示某用户接收到的为其提供服务的接入点发射的数据信号以及利用UatF技术推导出该用户的下行链路频谱效率的闭式表达式；(3)引入系统功耗模型以及采用用户的下行链路频谱效率闭式表达式得到能量效率的闭式表达式，以接入点的发射功率限制和用户的QoS限制为约束条件，建立以频率效率和能量效率同时最优化为目标的优化问题，该优化问题是一个混合整数非线性MOOP；(4)利用主要目标法和SCA技术设计所述混合整数非线性MOOP的求解方法，从而达到频谱效率和能量效率的均衡优化。2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，步骤(1)包括：假设接入点和用户之间的通信连接主要以LOS传播为主，对应的信道衰落特性应服从莱斯分布，此时第l个接入点即APl和第k个用户即UEk之间的N×1维信道矢量glk建模为：其中，l＝1,2,......,L，k＝1,2,......,K，ζlk表示APl和UEk之间的大尺度衰落系数，为LOS确定性分量，表示莱斯因子，则为满足瑞利分布的小尺度衰落矢量，且去蜂窝规模MIMO系统具有L个接入点，K个用户和1个CPU，每个接入点配备N根天线，每个用户配备单根天线。3.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，步骤(1)还包括：假设K个用户同时以最大传输功率向接入点发射导频，APl接收到的导频矢量yl表达式为：其中，τ为用户的导频长度，ρp为用户的导频发射功率，表示分配给UEk的导频序列，表示复数域，上标H表示共轭转置运算符，代表APl处的加性高斯白噪声，得出信道glk的MMSE估计表达式为：其中，表示与UEk使用同一导频的所有用户的下标集合，2σ表示高斯白噪声功率，信道MMSE估计的统计特征分布为γlkIN，其中，表示循环对称复高斯分布，IN表示N×N维单位矩阵。4.根据权利要求3所述的优化方法，其特征在于，所述步骤(2)包括以下步骤：(21)利用信道互惠性，估计出的上行链路CSI可当作下行链路CSI，下行链路CSI被用来2CN115021846A权利要求书2/5页构建下行链路预编码矩阵；(22)采用CB技术，此时APl处理UEk的数据信号sk所使用的CB矩阵为(23)考虑接入点选择机制，只有被选中的接入点才与用户建立通信连接，令alk表示接T入点的选择因子，当APl与UEk进行通信连接时，alk＝1；反之，alk＝0，定义ak＝a1k,...,aLk，假定APl的最大下行链路发射功率为ρd，UEk接收到的可以为其提供服务的接入点发射的数据信号rk为：其中，nk表示UEk的加性高斯白噪声，ηlk≥0表示APl和UEk之间的功率控制系数，且其满足(24)得到UEk的下行链路SE表达式5.根据权利要求4所述的优化方法，其特征在于，UEk的下行链路表示为：T其中，B表示系统带宽，τc表示一个相干区间的长度，ηk＝η1k,...,ηLk，上标T表示矩阵转置运算符，diagA表示由方阵A的对角线元素构成的新方阵