[發明專利]一種采用混合ADC的大規模MIMO中繼系統多用戶功率配置方法

在審

• 申請號: 201710156130.8
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106899337A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 許威;徐錦丹
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0452
• 分類號: H04B7/0452;H04B7/0426
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 王安琪

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，尤其是一種采用混合ADC的大規模MIMO中繼系統多用戶功率配置方法。

背景技術

在發射端和接收端分別配置大量發射天線和接收天線的大規模MIMO技術，能夠充分利用空間資源抑制信道衰落，不僅能夠顯著提高系統的頻譜效率，還能同時提高能量效率。因此，大規模MIMO已成為下一代無線通信系統5G的關鍵技術。在多用戶MIMO方案中，一個基站同時服務于多個單天線用戶，所有用戶同時與基站進行數據傳輸。

然而，天線數目的增長同時也提升了硬件實現的復雜度。在上行鏈路中，基站作為接收端，每個天線需要配置一個ADC，因此，硬件成本和功耗成本隨著天線數目的增加而快速增加，這大大限制了大規模MIMO的應用。針對這個問題，目前主要有兩種解決方案，一是減少ADC的數目，在接收端設計數字、模擬混合的接收方案；二是減少ADC的精度，極端情況下設置僅采用1比特量化的ADC。其中第一種方案是采用混合ADC，即給部分天線配置接近理想的高精度ADC，而給剩余的天線配置低精度ADC，此種方法能夠在系統性能和功耗成本之間進行權衡。第二種方案對于低精度ADC的分析，一種典型加性量化噪聲模型被廣泛應用，此模型將量化后的信號近似為兩個不相關的部分之和，一是量化前的原始信號與一個衰減因子之積，二是加性量化噪聲。其中，衰減因子與ADC的量化比特數成正相關，通常情況下，理想高精度ADC的衰減因子近似為1。

在無線通信領域，中繼技術被廣泛用來提高基站的有效覆蓋范圍和系統可靠性。當用戶與基站之間因為某些障礙無法直接進行通信時，需要在通信鏈路上增加中繼設備。在上行鏈路中，中繼端在某一時刻同時接收所有用戶發送的信號，在下一時刻將信號放大后發給基站，中繼與大規模MIMO技術相結合能夠有效提高系統的頻譜效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種采用混合ADC的大規模MIMO中繼系統多用戶功率配置方法，能夠在滿足多用戶傳輸速率的前提下有效控制系統的功耗。

為解決上述技術問題，本發明提供一種采用混合ADC的大規模MIMO中繼系統多用戶功率配置方法，包括如下步驟：

(1)K個用戶同時發送信號到中繼，再由中繼轉發到基站，中繼和基站分別配置N、M根天線，且比例固定；基站有M₀根天線配置高精度ADC，剩余M₁＝M-M₀根天線配置低精度ADC，高精度ADC所占比例因子為

(2)針對低精度ADC，引入參數α，設α為與量化比特數成正相關的衰減因子，通常α由ADC的量化精度決定，對于高精度ADC，衰減因子設為α＝1，根據下式計算混合ADC的平均衰減因子為：

(3)用戶到中繼的信道矩陣為其中是N×K的復矩陣，代表信道中的小尺度衰落；D_F＝β_KI_K是K×K的對角矩陣，代表大尺度衰落，假設所有用戶的大尺度衰落因子相同，由β_K表示，I_K表示K×K的單位矩陣；

(4)每個用戶的發送功率記為符號P_U，當中繼發送信號的總功率較大時，每個用戶的上行可達速率可以根據下面公式計算：

由此，當系統給定一個目標數據速率R，則每個用戶的發送功率P_U應該配置為：

優選的，步驟(2)中，的具體取值根據典型的ADC加性量化噪聲模型計算，如ADC精度分別為[1,2,3,4,5]時，對應的α通常取值為α＝[0.6366,0.8825,0.96546,0.990503,0.997501。

本發明的有益效果為：本發明在基站混合配置高精度和低精度ADC，有效降低大規模MIMO系統的硬件和功耗成本；采用加性量化噪聲模型，將ADC量化精度對數據速率的非線性影響近似成線性，簡化了求解過程，降低了計算復雜度；在給定的數據速率要求下，快速確定每個用戶的發送功率，對于實際應用具有重要價值。

附圖說明

圖1為本發明的多用戶大規模MIMO中繼系統的上行鏈路示意圖。

圖2為本發明的大規模MIMO中繼系統中多用戶功率配置算法的性能示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種采用混合ADC的大規模MIMO中繼系統多用戶功率配置方法，包括如下步驟：