[發(fā)明專利]一種分布式MISO系統(tǒng)基于波束成形的低復雜度功率分配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710530255.2
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN109194371B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 虞湘賓;儲君雅;潘青
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/06;H04W72/04
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本發(fā)明公開了一種分布式多輸入單輸出(MISO)系統(tǒng)中基于波束成形的低復雜度功率分配方法。本發(fā)明以分布式MISO系統(tǒng)中能量效率為優(yōu)化目標、各遠程天線單元功率分配和波束成形矢量為優(yōu)化參數(shù)構(gòu)建系統(tǒng)優(yōu)化模型。結(jié)合最大比傳輸?shù)淖顑?yōu)波束成形方案，根據(jù)KKT條件，獲得優(yōu)化模型最優(yōu)解的形式；利用朗伯函數(shù)與二分法求得最優(yōu)功率分配，從而使得分布式天線系統(tǒng)能量效率實現(xiàn)最大。本發(fā)明對分布式MISO系統(tǒng)基于波束成形的能效功率分配進行優(yōu)化設(shè)計，并考慮了實際中大尺度衰落對信道的影響。所設(shè)計方法簡單且有效，在降低計算復雜度同時，可獲得與已有方法一致的能效性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于移動通信領(lǐng)域，涉及移動通信的資源分配方法，特別是涉及分布式多天線系統(tǒng)中基于波束成形的低復雜度能效功率分配算法。

背景技術(shù)

隨著業(yè)務(wù)量的增長和網(wǎng)絡(luò)的不斷擴容，無線通信網(wǎng)絡(luò)的巨大能耗及其產(chǎn)生的環(huán)境問題已經(jīng)成為通信的焦點，在資源日益緊缺的今天，如何節(jié)能減排、降低能耗成為通信業(yè)研究的一個熱點。為了將環(huán)境共生與可持續(xù)性發(fā)展等綠色理念融入到通信中時，“綠色通信”的概念隨之誕生。綠色通信旨是為了降低系統(tǒng)能耗，更有效的利用系統(tǒng)資源。傳統(tǒng)的通信技術(shù)主要著眼于提高系統(tǒng)的頻譜效率SE，對于能源節(jié)約方面考慮較少，但是過度考慮頻譜效率往往是以巨大的能耗為代價的。第五代移動通信5G除了對傳統(tǒng)性能指標，如傳輸速率、頻譜效率等提出要求外，還首次將降低能耗，提高能量效率EE作為明確的研發(fā)目標。

分布式天線系統(tǒng)DAS以其大覆蓋范圍、較少的切換、降低發(fā)送功率、提供更大的分集增益等優(yōu)點已成為未來無線通信極具發(fā)展前途的技術(shù)之一。不同于傳統(tǒng)的集中式天線系統(tǒng)，分布式天線系統(tǒng)將若干天線分布式放置在小區(qū)的不同地理位置上，每個天線通過光纖、同軸電纜或無線鏈路與小區(qū)的中央處理器相連。由于系統(tǒng)中有在空間上分開的多根天線，分布式天線系統(tǒng)可以克服大尺度衰落和陰影衰落造成的信道路徑損耗，提高系統(tǒng)容量，提升分集度，解決小區(qū)內(nèi)的通信死角，提高通信服務(wù)質(zhì)量。與傳統(tǒng)的分布式天線系統(tǒng)相比，分布式多輸入單輸出MISO系統(tǒng)的各遠程天線單元配有多根天線，使得系統(tǒng)能夠同時獲得空間分集增益，進一步提升了分布式天線系統(tǒng)的性能。波束成形技術(shù)是發(fā)射端對數(shù)據(jù)先加權(quán)再發(fā)送，形成窄的發(fā)射波束，將能量對準目標用戶，從而提高目標用戶的解調(diào)信噪比，這對改善小區(qū)邊緣用戶吞吐率特別有效。波束成形技術(shù)可以獲得陣列增益、分集增益和復用增益。

現(xiàn)有文獻(H.Kim，E.-S.Park，H.-W.Park.I.Lee，“Beamforming and powerallocation designs for efficiency maximization in MISO distributed antennasystems，”IEEE Commun.Letters.，vol.17，NO.11，pp.2100-2103，November.2013.)對分布式MISO系統(tǒng)基于波束成形的能量效率進行研究，并給出了能效最大化的資源分配算法。但該文獻中未考慮陰影衰落，算法需要使用較多次數(shù)的朗伯函數(shù)，具有很高的計算復雜度，且文獻中給出的計算公式并不準確(僅在遠程天線單元數(shù)為2時成立)。目前，還沒有一種低復雜度的算法解決一種分布式MISO系統(tǒng)基于波束成形的能量效率最大化的功率分配問題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提出一種分布式MISO系統(tǒng)基于波束成形的低復雜度功率分配方法，在最大化能量效率、減少計算法復雜度的同時，解決了分布式MISO系統(tǒng)基于波束成形的功率分配問題。

技術(shù)方案：為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種分布式MISO系統(tǒng)基于波束成形的功率分配方法，所述分布式MISO系統(tǒng)包括N個遠程天線單元，每個遠程天線單元具有L根天線，各遠程天線單元分別與中央處理器交互；該方法包括以下步驟：