[發明專利]一種基于有效容量的MIMO-OFDM系統能效優化方法

有效

• 申請號: 201210551430.3
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103051581A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 葛曉虎;王玉明;黃曦;張靖;韓濤;潘勝;倪大建
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，更具體地，涉及一種基于有效容量的MIMO-OFDM系統能效優化方法。

背景技術

MIMO-OFDM技術是結合MIMO和OFDM技術而得到的一種新技術。MIMO技術能夠在空間中產生獨立的并行信道并傳輸多路數據流，在不增加系統帶寬的情況下增加頻譜效率，有效地提高系統的傳輸速率。而OFDM通過將頻率選擇性多徑衰落信道在頻域內轉換為平坦信道，減小了多徑衰落的影響。這樣，將MIMO和OFDM兩種技術相結合，就能到達兩種效果，一是實現很高的數據傳輸速率，二是通過分集實現很強的可靠性。

系統級的移動通信系統資源優化中一個關鍵技術是功率控制。關于功率控制，目前用的比較多的方法之一有功率注水算法。它是利用某種準則，根據信道狀況對發送功率進行自適應分配。以往，在傳統的以語音業務為主的移動通信系統里，功率控制是為了保證能夠提供給用戶的指定的信干噪比水平；之后，在現代數字移動通信系統里，功率控制的目標是能夠最大化系統的容量或者吞吐率。

QoS保障是下一代無線通信網絡的關鍵問題之一,由于無線通信的移動性及環境變化導致數據率隨時間隨機變化，故無線網絡中的QoS保障問題十分復雜。目前，系統容量是作為系統產出的一個衡量指標。香農容量描述的是一個高斯信道（Gaussian?channel）的容量，并假設傳播信號的持續時間無限，以及解碼和檢測的復雜度有限；但是，對于任何一個實際通信網絡所能提供的容量都要明顯低于該公式提供的容量上限，在嚴格的QoS約束條件下更是如此。針對這一問題，人們根據無線通信系統中數據傳輸的特性，建立了一種基于統計特性的QoS約束模型，通過統計約束參數θ來對不同級別的QoS進行約束，并基于此QoS約束模型建立了一種有效容量模型，科學地衡量了系統在不同QoS約束條件下的有效輸出。

隨著通信領域的能耗問題引起世界范圍內的強烈關注，人們極力尋求一種有效的通信資源分配方案來提高系統的能量效率。而現有的MIMO-OFDM能效優化方案很少能在兼顧系統QoS需求的同時，根據系統級的實際輸出來衡量系統的能效，故其很難得出科學的能效指標。另外，如何根據子信道的統計特性尋求一種高效的功率分配優化方案是目前通信資源分配研究所面臨的另一挑戰。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于有效容量的MIMO-OFDM系統能效優化方法，其針對MIMO-OFDM通信系統，在有效容量的基礎上建立系統的能效模型，并根據子信道的統計特性，提出了一種功率分配優化方案，在保障系統不同級別QoS的前提下，實現系統的能效優化。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于有效容量的MIMO-OFDM系統能效優化方法，包括以下步驟：

（1）將MIMO-OFDM系統中每個子載波上的頻域信道矩陣進行奇異值分解共得到MN個并行的空頻子信道，其中，M＝min(M_t,M_r)，N為MIMO-OFDM系統中正交子載波的數量，M_t為MIMO-OFDM系統中的發送天線數，M_r為MIMO-OFDM系統中的接收天線數；

（2）對（1）中所得的MN個空頻子信道進行分組，具體如下：

（21）將每個子載波上的子信道按其信道增益的大小降序排列；

（22）將N個子載波上排序后處于同一位置的子信道歸為一組，這樣即可得到M組子信道；

（3）計算各組子信道的優化有效容量，具體如下：

（31）設置計數器i＝1；

（32）計算第i組子信道滿足平均功率約束條件的功率分配門限值λ_0i；

（33）根據功率分配門限值λ_0i計算第i組子信道的功率分配優化解μ_{opt_i}(θ，λ)；

（34）根據所求得的功率分配優化解μ_{opt_i}(θ，λ)計算第i組子信道的優化有效容量C_e(θ)_{opt_i}；

（35）設置i＝i+1，并判斷是否有i≤M，如果是則返回步驟（32），否則進入步驟（4）；

（4）根據優化有效容量C_e(θ)_{opt_i}計算MIMO-OFDM系統的優化能量效率η_opt。

第i組子信道的功率分配門限值λ_0i通過下式進行計算：