一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114389658A(43)申请公布日2022.04.22(21)申请号202111660404.X(22)申请日2021.12.31(71)申请人南京邮电大学地址210003江苏省南京市鼓楼区新模范马路66号(72)发明人杨龙祥李欢张尧(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人姜慧勤(51)Int.Cl.H04B7/0426(2017.01)H04W52/14(2009.01)H04W52/34(2009.01)权利要求书5页说明书10页附图2页(54)发明名称一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法(57)摘要本发明公开了一种基于迫零接收的去蜂窝大规模多输入输出(multiple‑inputmultiple‑output,MIMO)系统的上行功率优化方法，该方法核心步骤为：在满足每个用户服务质量要求(quality‑of‑service,QoS)和最大发射功率限制的前提下，优化系统整体的上行容量，增加目标信号功率的同时减少部分干扰信号的功率，同时考虑方法的复杂度，降低计算时间和计算资源的消耗。该优化方法利用松弛变量和解耦变形，通过部分拉格朗日函数处理约束条件和目标函数，使整个优化问题转化为凸优化问题，并推各变量的迭代封闭表达式，比以往凸逼近方式求解效率更高，同时可以显著提高上行系统的容量。本发明可以用于提高功率使用效率，提高目标信号功率并减少部分干扰信号功率。CN114389658ACN114389658A权利要求书1/5页1.一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1，构建迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行系统模型；步骤2，基于上行系统模型，计算迫零接收下用户的上行可达速率的封闭表达式，并建立系统功率的优化问题模型；步骤3，引入松弛变量对步骤2构建的系统功率的优化问题模型进行重建，改进其中的目标函数和约束条件；步骤4，利用拉格朗日函数对改进的目标函数和约束条件进行处理，进一步重构为新的优化问题模型；步骤5，对新的优化问题模型进行解耦变形，转化为多变量的凸优化问题，并通过迭代算法进行模型求解，得到系统的上行功率分配优化方案。2.根据权利要求1所述的一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法，其特征在于，所述步骤1的方法，具体如下：所述去蜂窝大规模MIMO系统包括M个AP和K个单天线用户，每个所述AP均配置有N个天线，M×N>>K；其中，m∈[1,M]表示AP的编号，k∈[1,K]表示用户的编号；APm与用户k之间的信道模型gmk表达式如下：式中，APm表示第m个AP，βmk表示APm与用户k之间的大尺度衰落系数，hmk表示APm与用户k之间的小尺度衰落矢量，其元素独立同分布于均值为0、方差为1的复高斯分布，即hmk～CN(0,1)，则gmk～CN(0,βmkIN)，IN为N维单位矩阵；APm端接收到所有用户发送的导频信号Ymp为：1/2HYmp＝GmPφ+Wmp(2)N×KN×K1/2式中，Gm＝[gm1,gm2,...,gmK]～C，C为N×K的复数矩阵，P为发射功率分配矩阵，φ为导频矩阵，其元素为系统分配给用户k的导频，kN×τ∈[1,K]；Wmp为加性高斯白噪声，Wmp～C，τ为导频长度；基于最小均方误差准则，APm与用户k之间的信道估计为：式中，ρp为导频传输的标准化信噪比，为系统分配给用户i的导频，信道估计误差为且3.根据权利要求1所述的一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法，其特征在于，步骤2所述计算迫零接收下用户的上行可达速率的封闭表达式，具体包括2CN114389658A权利要求书2/5页如下步骤：步骤2.1，所有用户均发送数据给AP，设置用户k发送的数据矢量为sk，功率满足E{|sk2|}＝1，APm接收到的信号ym表示为：式中，ρu为信号的标准化信噪比，gmk为APm与用户k之间的信道模型，ηk为APm对于用户k的功率控制系数，0≤ηk≤1，wm为APm信道的加性高斯白噪声；AP通过回传链路将接收信号传送给CPU，迫零接收机对接收信号进行解码，所述迫零接收机的接收矩阵为其中，MN×K表示的转置；定义用户k的接收矢量为ak，具体为接收矩阵A∈C的第k列，则用户k的迫零接收信号的表达式为：式中，为信道估计误差所导致的用户间干扰，ηi为APm对于用户i的功率控制系数，0≤ηi≤1，si为用户i发送的数据矢量，为用户i的信道估计误差，上标H表示矩阵的共轭转置，为信道噪声干扰；对于迫零接收机，用户k的上行信干噪比表达式为：式中，amk表示APm对用户k的迫零接收矢量；[amk]n表示amk的第n个元素；设置基于