[發(fā)明專利]一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中注水功率分配改進(jìn)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710957292.1
• 申請(qǐng)日: 2017-10-16
• 公開（公告）號(hào): CN107733488B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧宏貴;楊錦麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/0413
• 分類號(hào): H04B7/0413;H04B7/024;H04W52/34;H04W52/42
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 龔燕妮

本發(fā)明公開了一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中注水功率分配改進(jìn)方法及系統(tǒng)，該方法包括以下步驟：步驟1：以信道矩陣的特征值作為大規(guī)模MIMO系統(tǒng)等效信道模型中的r個(gè)不同傳輸路徑的信道增益；步驟2：按照各信道增益比例對(duì)各信道和天線進(jìn)行功率分配；步驟3：計(jì)算大規(guī)模MIMO系統(tǒng)容量和能效。通過對(duì)信道矩陣的分解得到等效信道模型中各子信道的增益，按照各信道增益比例對(duì)各信道和天線進(jìn)行功率分配，使得在不增加傳輸帶寬、發(fā)射功率的情況下進(jìn)一步提高大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的頻譜效率和系統(tǒng)能效，且該方法容易實(shí)現(xiàn)，滿足了綠色通信的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于第五代無(wú)線通信領(lǐng)域，特別涉及一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中注水功率分配改進(jìn)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

4G建設(shè)方興未艾，世界各國(guó)對(duì)5G的研究正如火如荼的展開。作為5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中最核心技術(shù)之一的大規(guī)模MIMO也一度成為了各科研學(xué)者、通信公司爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)。大規(guī)模MIMO系統(tǒng)主要通過在基站側(cè)部署大量天線陣列，充分利用空間自由度，在同一時(shí)頻資源上力求服務(wù)更多的用戶，在不增加傳輸帶寬和發(fā)射功率的情況大幅度提高系統(tǒng)的頻譜效率和能量效率，改善系統(tǒng)性能，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)數(shù)據(jù)的爆炸增長(zhǎng)。

功率分配是通信系統(tǒng)中非常重要的問題，決定了通信資源能否得到很好的利用，并在一定程度上決定了系統(tǒng)的頻譜效率和能量效率。平均功率分配算法是當(dāng)發(fā)送端不知道信道狀態(tài)信息時(shí)，將發(fā)送功率均勻分配給每一個(gè)發(fā)射天線。它實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但性能較低；注水功率分配算法是收發(fā)兩端都獲取了信道狀態(tài)，發(fā)射端根據(jù)已知的信道狀態(tài)好壞分配不同的功率，能實(shí)現(xiàn)傳輸速率的最大化。該方法是是功率分配的最優(yōu)算法，但需要多次迭代，計(jì)算復(fù)雜度較大，且會(huì)出現(xiàn)負(fù)功率的情況。此外，由于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中基站側(cè)部署了數(shù)十甚至數(shù)百根發(fā)射天線，天線間的相關(guān)性增加，且信道狀態(tài)極差的傳輸路徑會(huì)極大的干擾信息傳輸，造成傳輸信號(hào)的出錯(cuò)、缺失，導(dǎo)致一定的頻譜損失和功率損耗。因此如何根據(jù)信道狀況合理的分配功率一直是研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中注水功率分配改進(jìn)方法及系統(tǒng)，其目的在于，提高大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的頻譜效率和系統(tǒng)能效，降低運(yùn)算復(fù)雜度，改善系統(tǒng)性能。

一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中注水功率分配改進(jìn)方法，包括以下步驟：

步驟1：對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中耦合的信道矩陣進(jìn)行SVD分解，以信道矩陣的特征值作為大規(guī)模MIMO系統(tǒng)等效信道模型中的r個(gè)不同傳輸路徑的信道增益；

步驟2：按照不同傳輸路徑的信道增益的2次開方占所有傳輸路徑信道增益2次開方總和的比例，對(duì)各個(gè)傳輸路徑的信道和對(duì)應(yīng)的天線進(jìn)行信號(hào)接收功率和天線信號(hào)發(fā)射功率的分配；

步驟3：依據(jù)步驟2獲得的各個(gè)傳輸路徑的信道信號(hào)接收功率和對(duì)應(yīng)的天線信號(hào)發(fā)射功率計(jì)算大規(guī)模MIMO系統(tǒng)容量和能效。

進(jìn)一步地，所述對(duì)各個(gè)傳輸路徑的信道和對(duì)應(yīng)的天線進(jìn)行信號(hào)接收功率和天線信號(hào)發(fā)射功率的分配按照以下公式計(jì)算進(jìn)行：

P_ri＝λ_iP

其中，P_i表示第i根天線的信號(hào)發(fā)射功率，P_ri表示第i個(gè)傳輸路徑所在信道的信號(hào)接收功率，P表示大規(guī)模MIMO系統(tǒng)總的信號(hào)發(fā)射功率，λ_i表示第i個(gè)傳輸路徑所在信道的信道增益。

進(jìn)一步地，所述大規(guī)模MIMO系統(tǒng)容量和能效分別按照以下公式計(jì)算獲得：

其中，C和E分別表示大規(guī)模MIMO系統(tǒng)容量和能效，B、N、M、γ、P_s、P_r、σ²均為大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的屬性，分別表示大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的帶寬、發(fā)送天線個(gè)數(shù)、接收天線個(gè)數(shù)、天線發(fā)送效率、發(fā)送鏈路功率、接收鏈路功率以及噪聲功率。