一种去蜂窝大规模MIMO上行频谱效率优化方法.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CN113179109A(43)申请公布日2021.07.27(21)申请号202110463583.1(22)申请日2021.04.26(71)申请人南京盛航海运股份有限公司地址210033江苏省南京市栖霞区广月路9号十月公社科技创业园S11栋(72)发明人李伟光张尧杨龙祥(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人柏尚春(51)Int.Cl.H04B7/0413(2017.01)H04W24/02(2009.01)H04W24/06(2009.01)权利要求书4页说明书10页附图1页(54)发明名称一种去蜂窝大规模MIMO上行频谱效率优化方法(57)摘要本发明公开了一种去蜂窝大规模MIMO上行频谱效率优化方法，包括：建立瑞利平坦衰落信道下去蜂窝大规模MIMO系统上行链路信道模型，引入AQNM对导频训练和数据传输阶段的低分辨率ADC量化输出进行建模，计算MT可达频谱效率，并以前传链路容量上限和MT数据发射功率上限为约束条件，建立系统总频谱效率最优化问题，进行资源分配；然后根据优化参数的不同将所述非凸问题转化为ADC量化比特设计和最佳MT功率分配两个子问题进行求解，得到一个次优的ADC量化比特和功率控制因子组合，最终达到优化系统总频谱效率的目的。本发明所提出的一种去蜂窝大规模MIMO上行频谱效率优化方法，使用效果优异，具有广泛的使用价值及应用前景。CN113179109ACN113179109A权利要求书1/4页1.一种去蜂窝大规模MIMO上行频谱效率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立系统模型：建立瑞利平坦衰落信道下去蜂窝大规模MIMO系统上行链路模型，基于AQNM对上行导频训练和数据传输阶段的低分辨率ADC量化输出进行建模，推导出MMSE信道估计并将AP接收到的信号数字化表示；步骤2、推导移动终端MT可达频谱效率闭式表达式：AP基于MRC接收机对接收到的数据信号进行处理并将处理后的信号经前传链路发送给CPU进行译码；CPU利用UatF策略，推导出MT可达频谱效率闭式表达式；步骤3、资源分配：前传链路容量上限和MT数据发射功率上限为约束条件，在所述步骤2的基础上建立系统总频谱效率优化问题，进行资源分配；根据优化参数的不同将非凸问题转化为ADC量化比特设计和MT功率分配两个子问题进行求解，在假定一类优化参数为定值的条件下，交替运用拉格朗日乘子法和加权MMSE算法求解原始问题的一个次优解，最终实现系统总频谱效率优化。2.根据权利要求1所述的去蜂窝大规模MIMO上行频谱效率优化方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：未考虑ADC量化时，APm接收到的导频矩阵表达式为：其中，为MTk的导频矩阵，表示τ×N维复数矩阵，N为每个MT的天线数目，τ则表示分配给MT每根天线的导频长度，系统中共有K个MT和M个AP，每个AP配备L根天线，ρp代表归一化导频传输功率，对应于APm处的加性高斯白噪声，为APm和MTk之间的信道矩阵，利用AQNM对量化输出建模，量化后的Ym表达式为：其中，表示与APm处的ADC量化比特位数bm有关的线性系数，当bm取值为1，2，3，4，5时，对应的αm等于0.6366，0.8825，0.96546，0.990503，0.997501；当bm＞5时，矩阵表示与量化输入Ym不相关的量化噪声，其协方差矩阵表示为表示期望运算符，diag(·)则表示由对应矩阵中的对角元素组成的对角阵，基于均方误差最小的原理得出信道Gmk的MMSE估计表达式为：其中，βmk为APm和MTk之间的大尺度衰落系数，APm接收到的数据信号经过ADC量化的建模表达式为：2CN113179109A权利要求书2/4页其中，ρu为归一化数据传输功率，0≤ηk≤1为MTk的功率控制因子，sk,n为MTk的第n根天线发射的数据信号，wm为加性高斯白噪声，为量化噪声，其协方差矩阵为其中，3.根据权利要求1所述的去蜂窝大规模MIMO上行频谱效率优化方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：基于MRC接收机，APm将与做內积，将处理后的经前传链路发送给CPU，CPU处接收到的MTk的第n根天线发射的总数据信号为：利用UatF策略，得到MTk的可达频谱效率表达式为：其中，T为相干间隔的长度，B表示系统带宽。4.根据权利要求1所述的去蜂窝大规模MIMO上行频谱效率优化方法，其特征在于，所述步骤3中系统总频谱效率优化问题表示为：TT其中，b＝[b1,...,bM]，η＝[η1,...,ηK]，约束1表示前传链路容量约束，要求系统总比特数等于CB，约束2表示MT数据信号发射功率应满足的条件；ADC量化比特设计子问题表示为：MT功率分配子问题表示为：5.根据权利要求4所述