[發(fā)明專利]大規(guī)模天線系統(tǒng)高能效資源優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510093660.3
• 申請(qǐng)日: 2015-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN104717730B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣雁翔;張家典;鄭福春;高西奇;尤肖虎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W52/06
• 分類號(hào): H04W52/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及移動(dòng)通信系統(tǒng)中的資源分配技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大規(guī)模天線系統(tǒng)中的高能效資源分配優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

大規(guī)模天線技術(shù)以其高譜效、高能效的特點(diǎn)而成為未來移動(dòng)通信中的關(guān)鍵技術(shù)。但是隨著天線數(shù)量的增加，整體的天線固定功率消耗也會(huì)急劇增加，功率模型需要重建，同時(shí)，常規(guī)的波束賦型操作如迫零、最小均方誤差等技術(shù)的計(jì)算復(fù)雜度會(huì)急劇上升，但幸運(yùn)的是，大規(guī)模天線系統(tǒng)的特點(diǎn)使得最為簡(jiǎn)單的最大混合比波束賦型即可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的性能，然而，最大混合比波束賦型卻無法抑制用戶間的干擾，進(jìn)而造成能效表達(dá)式中的多變量耦合問題。

盡管大規(guī)模天線系統(tǒng)具有高能效的潛在優(yōu)勢(shì)，但是從綠色通信的角度而言，大規(guī)模天線系統(tǒng)中的高能效資源分配方法仍然是亟需的。在考慮了大規(guī)模天線系統(tǒng)中的諸多問題之后，本發(fā)明提供了一種高能效資源分配優(yōu)化方法。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題: 本發(fā)明提供了一種大規(guī)模天線系統(tǒng)中高能效資源分配優(yōu)化方法，在保證用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的前提下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)基站端能效情況的改善。

技術(shù)方案: 本發(fā)明是一種大規(guī)模天線系統(tǒng)高能效資源優(yōu)化方法，該方法包括以下步驟：

（1）．設(shè)定初始發(fā)射功率，設(shè)定傳輸速率約束罰因子和干擾約束罰因子，設(shè)定初始拉格朗日參數(shù)和，其中,為用戶的初始發(fā)射功率，表示用戶數(shù)，為關(guān)于用戶的干擾約束的初始拉格朗日系數(shù)，為關(guān)于用戶的傳輸速率約束的初始拉格朗日系數(shù)；

（2）.計(jì)算在上述給定初始功率下對(duì)應(yīng)的初始能效值；

（3）.針對(duì)用戶的發(fā)射功率進(jìn)行迭代計(jì)算，其中, 表示迭代次數(shù),為用戶經(jīng)過次迭代后的發(fā)射功率，為用戶經(jīng)過次迭代后的發(fā)射功率，表示關(guān)于用戶的發(fā)射功率的表達(dá)式；

（4）.對(duì)用戶的發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)整，其中，為用戶經(jīng)過次迭代且進(jìn)行調(diào)整后的發(fā)射功率，為用戶經(jīng)過次迭代后的發(fā)射功率，為用戶的最大發(fā)射功率；

（5）. 用調(diào)整后的發(fā)射功率來計(jì)算能效值和拉格朗日參數(shù)和,其中，為第次迭代后的能效值，和分別為第次迭代后的用戶的拉格朗日參數(shù)；

（6）. 計(jì)算效用函數(shù)的值，對(duì)給定的正常數(shù)(量級(jí)在之內(nèi))，若，則整個(gè)迭代計(jì)算則結(jié)束，否則, 令,,返回步驟（3）繼續(xù)進(jìn)行迭代計(jì)算，其中，為效用函數(shù), 為用戶經(jīng)過次迭代且進(jìn)行調(diào)整后的發(fā)射功率，是用戶的下一次迭代的初始發(fā)射功率。

有益效果：利用隨機(jī)矩陣?yán)碚搶⒏呔S度信道向量作用下的信干噪比化簡(jiǎn)為只與天線數(shù)以及大尺度衰落因子有關(guān)的簡(jiǎn)潔形式。

通過將干擾項(xiàng)引入到約束條件中以及在傳輸速率約束中取傳輸速率下限的操作，使得原問題能夠轉(zhuǎn)化為無約束的凸優(yōu)化問題，極大簡(jiǎn)化了資源分配的分析求解過程。

解決了一類多變量耦合問題，在目標(biāo)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)方法求解困難時(shí)，這種能效優(yōu)化方案可以避免計(jì)算方面的不可行性，并且，所提出的迭代方法也能夠在次數(shù)較少的迭代內(nèi)實(shí)現(xiàn)收斂到全局最優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為大規(guī)模天線場(chǎng)景示意圖；

圖2為大規(guī)模天線系統(tǒng)高能效資源優(yōu)化方法示意圖；

圖3為大規(guī)模天線系統(tǒng)高能效資源優(yōu)化方法算法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明所述提供一種大規(guī)模天線系統(tǒng)中的高能效資源優(yōu)化方法做詳細(xì)說明。

考慮下行鏈路大規(guī)模天線系統(tǒng)，假設(shè)單小區(qū)，多用戶，窄帶通信過程（信道特性恒定），基站端具有理想信道狀態(tài)信息，采用最大比合并波束賦型，用戶傳輸速率受限，用戶發(fā)射功率受限，用戶接收干擾受限。

大規(guī)模天線系統(tǒng)中的高能效資源分配優(yōu)化方法，包括以下步驟：

（1）．設(shè)定初始發(fā)射功率，設(shè)定傳輸速率約束罰因子和干擾約束罰因子，設(shè)定初始拉格朗日參數(shù)和，其中,為用戶的初始發(fā)射功率，表示用戶數(shù)，為關(guān)于用戶的干擾約束的初始拉格朗日系數(shù)，為關(guān)于用戶的傳輸速率約束的初始拉格朗日系數(shù)；

（2）.計(jì)算在上述給定初始功率下對(duì)應(yīng)的初始能效值，

其中，為用戶數(shù)，為基站天線數(shù)，為用戶的初始發(fā)射功率，為用戶的初始發(fā)射功率，為噪聲功率譜密度，為用戶的信道大尺度衰落參數(shù)，表示天線上的固定功率消耗；

（3）.針對(duì)用戶的發(fā)射功率進(jìn)行迭代計(jì)算，其中, 表示迭代次數(shù),為用戶經(jīng)過次迭代后的發(fā)射功率，為用戶經(jīng)過次迭代后的發(fā)射功率，表示關(guān)于用戶的發(fā)射功率的表達(dá)式，迭代過程為：