[發明專利]MU?DAS無線攜能通信系統的最優魯棒構造方法

有效

• 申請號: 201510075002.1
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104702372B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 王忠勇;朱政宇;張園園;張延彬;高向川;葛偉力
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L25/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨

1.一種多用戶分布式天線系統MU-DAS無線攜能通信系統的魯棒構造方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：獲取系統中各終端的信道估計矩陣；

S2：以所述信道估計矩陣為中心，以預設的估計誤差范圍為半徑建立歐幾里得球體，作為信道估計模型；

S3：根據所述信道估計模型，確定各分布天線單元功率限制和各終端所需最小的采集功率，并構建最糟信干噪比的最大優化問題模型；

S4：將所述最糟信干噪比的最大優化問題模型轉化為各分布式天線功率平衡問題模型；

S5：根據S-procedure理論和Schur’s complement理論，更新信干噪比和功率采集表達式，簡化所述功率平衡問題模型；

S6：利用半正定松弛技術，修正所述功率平衡問題模型；

S7：根據修正后的功率平衡問題模型，根據二分搜索方法獲取最佳發射協方差矩陣，并獲得各終端的最佳波束成形矢量；

S8：根據終端的情況，利用修正后的功率平衡問題模型獲取功率分裂因子；

所述步驟S2具體包括：

以所述信道估計矩陣為中心以估計誤差范圍ε_k為半徑建立歐幾里得球體，表示為：

其中，表示信道估計矢量集合，為信道估計模型，信道估計誤差為所有分布式天線單元到第k個終端的信道估計矢量為ε_k表示所述歐幾里得球體的半徑，且滿足||Δh_k||≤ε_k；

所述步驟S3具體包括：

S31：對系統進行初始化設置，并根據所述信道估計模型確定第k個終端的信息解碼部分相應的信干噪比為：

其中，SINR_k(ρ_k,{v_k})表示第k個終端的信息解碼部分相應的信干噪比，ρ_k表示第k個終端的接收天線裝配的功率分裂器的功率分裂因子，v_k表示第k個終端的發射波束成形向量；基站到第k個終端的噪聲為獨立復高斯白噪聲，滿足z_k表示為第k個終端信息解碼部分的加性噪聲，滿足

S32：確定第k個終端的采集功率為：

Ek(ρk,{vk})=ζk(1-ρk)(Σj=1K|hkHvj|2+σk2),k=1,...,K.]]>

其中，E_k(ρ_k,{v_k})表示第k個終端采集的功率，ζ_k∈(0,1]表示為第k個終端的能量轉換效率；

S33：根據預設的閾值條件，構建最糟SINR的最大化優化問題模型：

其中，e_k表示第k個終端的功率閾值，且e_k＞0，P_m表示第m個天線單元的預設的發射功率，終端的總個數為K，分布式天線單元總個數為M；

所述步驟S4具體包括：

S41：固定各終端的功率分裂因子(P0)優化問題模型簡化為：

(P1)

s.t.ζk(1-ρ‾k)(Σj=1K|hkHvj|2+σk2)≥ek,∀k,]]>

[Σk=1KvkvkH]m,m≤Pm,m=1,...,M1≤k≤K]]>

其中，為P1優化問題模型關于的最優值，為第k個終端功率分裂因子的信干噪比；

S42：將(P1)優化問題模型轉化為各個分布式天線功率平衡問題模型：

(P2)

s.t.SINRk({vk},ρ‾k)≥λ,k=1,...,K]]>

其中，α^*(λ)為(P2)優化問題模型關于λ的最優值；

所述步驟S5具體包括：

S51：根據信道估計誤差滿足||Δh_k||≤ε_k，獲取信干噪比SINR_k的等價式：

ΔhkHΔhk≤ϵk2,(h^k+Δhk)H(1λvkvkH-Σj≠kvjvjH)(h^k+Δhk)-ρ‾kσk2-δk2≥0]]>

S52：引入輔助變量依據S-procedure理論和Schur’s complement理論，獲得消掉Δh_k的SINR_k重寫式：

其中，I為單位矩陣；經過矩陣運算得到

其中：β_k＞0,k＝1,...,K為松弛變量。

同理，獲得消掉Δh_k的E_k(ρ_k,{v_k})重寫式：

其中：τ_k,k＝1,...,K為松弛變量；

S53：依據SINR_k和E_k(ρ_k,{v_k})的重寫式，獲取(P2)問題模型變量的一次型的簡化形式；

(P3)

s.t.Σk=1Ktr(DmXk)≤αPm,m=1,...,M]]>

T=Σk=1KXk,Mk=1λXk-Σj≠kXj,∀k]]>

其中：

所述步驟S6具體包括：

利用半正定松弛技術去掉秩1限制，獲得修正后的功率平衡問題模型；

所述步驟S7具體包括：

S71：根據修正后的功率平衡問題模型，根據二分搜索方法，獲得最佳發射協方差矩陣

S72：根據特征值分解，獲取各終端的最佳波束成形矢量所述二分搜索方法，具體包括：

S701、初始化λ的下界λ_min，上界λ_max和算法精度因子η＞0；

S702、判斷(λ_max-λ_min)/λ_max＜η是否成立，若是，則轉至步驟S706，否則轉至步驟S703；

S703、二分搜索λ，使得

S704、根據數值優化工具，處理修正后的功率平衡問題模型，獲取各終端的最佳發射協方差矩陣和α^*(λ)；

S705：判斷α^*(λ_max)＞1是否成立，若是，則令λ_max＝λ，并轉至步驟S702，否則令λ_min＝λ，并轉至步驟S702；

S706、輸出當前最佳發射協方差矩陣和

所述步驟S8具體包括：

S81：根據修正后的功率平衡問題模型的結果建立功率分裂因子優化問題模型：

(P4)

s.t.0＜ρ_k＜1

S82：當所有終端具有不同的功率分裂因子時，根據多維窮舉搜索方法解決(P4)問題模型，獲得最優的功率分裂因子；

S83：當所有終端具有相同的功率分裂因子時ρ＝ρ₁＝...＝ρ_k,，根據1維搜索方法，獲得次優的功率分裂因子。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括：

通過反饋的方式或系統的信道互惠性，獲取系統中各終端的信道估計矩陣。