[發(fā)明專利]量子回溯搜索優(yōu)化的CCFD-Massive MIMO系統(tǒng)功率分配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810531057.2
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108880734B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高洪元;蘇雨萌;張世鉑;刁鳴;馬雨微;呂闊;臧國建;謝婉婷;劉長庚
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04K1/00;H04K3/00;H04B7/0456;H04B7/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種量子回溯搜索優(yōu)化的CCFD?Massive MIMO系統(tǒng)功率分配方法，包括：建立系統(tǒng)模型；初始化量子種群及系統(tǒng)參數(shù)，經(jīng)映射規(guī)則，得到量子個體的映射態(tài)；計算量子個體的適應(yīng)值，將量子種群中適應(yīng)值最大的量子個體記為全局最優(yōu)解；通過進(jìn)化和交叉策略生成新的量子個體；根據(jù)映射規(guī)則得到新生成的量子個體的映射態(tài)，計算適應(yīng)值，經(jīng)貪婪選擇，更新量子種群及全局最優(yōu)解；如果迭代次數(shù)小于預(yù)先設(shè)定的最大迭代次數(shù)，返回第四步；否則，終止迭代，輸出全局最優(yōu)解，得到最佳功率分配方案。本發(fā)明有效提高了頻譜利用率，充分考慮了基站和用戶的自干擾、互干擾，很大程度上提高了系統(tǒng)的保密容量，為復(fù)雜系統(tǒng)的功率分配問題提供了一種新的解決方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種量子回溯搜索優(yōu)化的CCFD-Massive MIMO系統(tǒng)功率分配方法，具體是一種基于量子回溯搜索優(yōu)化的同時同頻全雙工Massive MIMO系統(tǒng)功率分配方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

Massive MIMO作為5G關(guān)鍵技術(shù)之一，與傳統(tǒng)的MIMO技術(shù)相比，其基站裝備大規(guī)模的天線，可同時服務(wù)于更多的用戶，能夠有效提高系統(tǒng)容量。在通信系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的雙工通信方式主要是時分雙工(TDD)和頻分雙工(FDD)，用以避免發(fā)射機(jī)信號對接收機(jī)信號在時域和頻域上的干擾。為了滿足頻譜效率更高、速率更快、容量更大的通信需求，新興的同時同頻全雙工(Co-time Co-frequency Full Duplex,CCFD)技術(shù)突破了現(xiàn)有的TDD和FDD模式，采用干擾消除的方法，減少了傳統(tǒng)雙工模式中時隙和頻譜資源的開銷，從而達(dá)到提高頻譜效率的目的。與現(xiàn)有的TDD和FDD方式相比，CCFD技術(shù)能夠?qū)o線頻譜資源的使用效率提升近一倍，因此成為5G潛在的關(guān)鍵技術(shù)之一。

在Massive MIMO系統(tǒng)中，各用戶通信時均會受到來自其他用戶的干擾，而竊聽器的存在往往會降低系統(tǒng)的保密性。近年來，Massive MIMIO系統(tǒng)的安全通信問題受到越來越多的關(guān)注。Lingxiang Li等在《IEEE Transactions on Information Forensics andSecurity》(2017,Vol.12,No.10,pp.2387-2401)上發(fā)表的“MIMO Secret CommunicationsAgainst an Active Eavesdropper”考慮了有竊聽器存在的下行系統(tǒng)中，接收機(jī)通過一部分天線接收信號，另一部分天線發(fā)送干擾信號的方式來干擾竊聽器獲取有效信息的能力，但僅考慮了所有節(jié)點的功率為同一值的情況，沒有進(jìn)行功率分配，此外，也沒有考慮多個用戶同時同頻全雙工的場景。Danda B.Rawat等在《IEEE Internet of Things Journal》(2017,Vol.4,No.6,pp.1987-1993)上發(fā)表的“EvaluatingSecrecy Outage of PhysicalLayer Security in Large-Scale MIMO Wireless Communications for Cyber-PhysicalSystems”考慮了Massive MIMO上行系統(tǒng)中，竊聽器和干擾器共存的場景，各用戶需要根據(jù)收到的干擾信號，得到干擾矩陣的最小特征值對應(yīng)的特征向量來更新其發(fā)送的信號，以提高接收機(jī)的干信噪比。但這種方法的計算量太大，很難滿足實時通信的需求。Chuang Du等在《IET Communications》(2017,Vol.11,No.1,pp.10–16)上發(fā)表的“Energy-EfficientOptimization for Secrecy Wireless Information and Power Transfer in MassiveMIMO Relaying Systems”中給出了有竊聽器存在時的系統(tǒng)保密能效的表達(dá)式，并利用拉格朗日數(shù)乘法得到系統(tǒng)保密能效最大的功率分配方案，但拉格朗日數(shù)乘法只適用于解等式約束的凸優(yōu)化問題，對于不等式約束的問題，很難通過這種方法得到最優(yōu)解。系統(tǒng)保密容量是衡量通信系統(tǒng)保密性的有效指標(biāo)之一，而現(xiàn)有的功率分配方法多應(yīng)用于較為簡單的場景，在實際通信系統(tǒng)中很難得到較大的系統(tǒng)保密容量。因此，設(shè)計新的功率分配方案，提高系統(tǒng)的保密容量，具有重要的意義。本發(fā)明設(shè)計了一種基于量子回溯搜索優(yōu)化的CCFD-MassiveMIMO系統(tǒng)功率分配方法。該方法利用量子計算與回溯搜索優(yōu)化機(jī)制的優(yōu)勢來解決CCFD-Massive MIMO系統(tǒng)的功率分配這一復(fù)雜的連續(xù)非凸優(yōu)化問題，具有搜索速度快、全局搜索能力強(qiáng)的優(yōu)點。此外，本發(fā)明結(jié)合Massive MIMO和同時同頻全雙工技術(shù)，能有效降低竊聽器對有用信息的截取能力，提高系統(tǒng)的保密性，節(jié)約頻譜資源。