[發明專利]無線多天線虛擬MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案

在審

• 申請號: 201410206359.4
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN103974404A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 李丹萍;程文馳;張海林;任智源;李勇朝;崔建國
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W52/26
• 分類號: H04W52/26;H04B7/04
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙) 11368
• 代理人: 郭官厚

技術領域

本發明涉及一種無線多天線虛擬MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案。

背景技術

過去的幾十年中，無線網絡中MIMO技術已經被證明可以獲得高的頻譜效率，通過空間復用，MIMO系統的吞吐量隨著發送天線和接收天線的最小值呈現線性增加。然而，受到體積和代價的限制，移動端很難配備多根天線，實際中移動用戶一般配置一或二跟天線，因此盡管基站可以配置多根天線，但是用戶和基站間信道的吞吐量依舊受限于用戶端的天線數。不失一般性，假設移動用戶配置一根發送天線。

通過兩個或者多個用戶在相同的子信道上使用相同的頻率和時隙獨立地發送數據，可以克服之前提出的問題，這意味著一個用戶使用其中一些子信道，另外的一個或多個用戶也使用相同的子信道發送數據，使用相同子信道的用戶被分成組給基站發送數據。從基站的角度來看，接收到的數據似乎是從一個用戶發來的，該用戶配置多根天線，使用空間服用的傳輸模式。如果基站接收天線的數目大于或等于用戶發送天線數目總和，基站可以解碼出來自不同用戶的多個數據流，該種傳輸方式稱為上行鏈路的V-MIMO傳輸，對于目前流行的無線蜂窩小區V-MIMO，例如長期演進(LTE)中的V-MIMO，移動用戶之間不存在協作。對于未來的V-MIMO，用戶之間的協作將成為可能。

目前存在的V-MIMO傳輸方案主要是最大化分組用戶的吞吐量，一個分組中任何用戶使用子信道的優先級相同(該子信道是根據目前存在的用戶劃分的)，這對于分組中已經存在的用戶是不公平的，這是由于新增用戶的干擾，現存用戶的吞吐量可能小于實際需求?；趯ΜF存用戶的公平考慮，設計V-MIMO傳輸方案時，首先滿足現存用戶吞吐量的要求，因此需要對用戶分成兩組：現存用戶和新增加的用戶。不使用V-MIMO時現存用戶單獨地占有了子信道；使用V-MIMO時，現存用戶和新增加用戶分成組使用相同的子信道分組同時發送數據。

注意到對于非協作和協作V-MIMO傳輸，我們的傳輸方案在以下幾方面不同于每根天線功率受限的MIMO傳輸方案：一方面，在非協作V-MIMO傳輸中，用戶分布于無線網絡中，他們獨立地給基站發送數據；對于V-MIMO傳輸，基站需要辨別來自不同用戶的數據。MIMO傳輸中每根天線功率受限，所有用戶配置相同的天線，這樣不同天線的數據可以在發送端聯合解碼并發送給接收端，與V-MIMO相比有可能進一步增加系統的吞吐量。另一方面，如果在V-MIMO傳輸中應用協作方式，需要估計不同用戶的信道狀態，這可能導致時間幀或帶寬的額外開銷，然而，對于MIMO傳輸而言，由于所有的天線對應著相同的用戶，因此沒有必要估計所有天線之間的信道狀態。

此外，由于信道的時變性，無線網絡實時傳輸過程中很難保證確定的QoS，因此對于無線通信實時性而言，統計意義上的QoS(QoS指數和有效容量)成為了一個重要的替代選擇。有效容量定義為服務速率可支持的最大常數到達率，該服務速率能夠保證規定的QoS指數θ，有效容量表征了不同時延-QoS需求的系統吞吐量。對于實時流量，例如視頻會議，需要確保嚴格的時延界限，此時的有效容量指的是中斷容量；另一方面，對于非實時流量，例如數據傳輸需要很高的吞吐率但是時延要求很寬松，此時的有效容量指遍歷容量。目前關于V-MIMO存在的工作主要考慮的是非實時流量，對時延要求很寬松。另外，以前的工作中有關無線網絡V-MIMO中如何保證和評估QoS沒有深入理解和徹底的研究。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服上述缺陷，提供一種可以最大化新增加用戶的有效容量同時保證現存用戶的有效容量，通過仿真評估了非協作/協作V-MIMO系統中功率分配方案的無線多天線虛擬MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案。

為解決上述問題，本發明所采用的技術方案是：

一種無線多天線虛擬MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案，其特征在于：對于無線網絡中MIMO系統，對新增加的用戶使用功率控制技術，限制新增加用戶對現存用戶帶來的干擾維持在一個可接受的水平，從而保證了現存用戶的有效容量；通過協作V-MIMO中保證QoS的優化問題，得到了新增加用戶的QoS驅動的功率分配方案；對于無線網絡協作V-MIMO半雙工和全雙工系統中，構造了協作V-MIMO中保證QoS的優化問題為嚴格的凸優化問題；為解決上述的嚴格的凸優化問題，提出了適用于現存用戶和新增加用戶的QoS驅動功率分配方案，該方案可以最大化新增加用戶的有效容量同時保證現存用戶的有效容量。