[發明專利]一種多小區協調大規模MIMO波束域多播功率分配方法

有效

• 申請號: 201811138475.1
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN109831233B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 尤力;陳旭;王聞今;李科新;高西奇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0426;H04B7/06;H04W4/06;H04W16/28
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

1.一種多小區協調大規模MIMO波束域多播功率分配方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)將多個小區構成一個小區簇，小區簇內各小區的基站配置大規模天線陣列，各基站在同一時頻資源上與本小區用戶進行多播通信；

(2)各小區基站獲取小區簇內各用戶的統計信道狀態信息，所述統計信道狀態信息通過用戶反饋或基站直接估計來獲取，或者通過上行探測信號獲得；

(3)各小區基站將獲取的統計信道狀態信息發送給中央處理中心，中央處理中心根據獲取的統計信道狀態信息構建波束域多小區協調多播的功率分配優化問題，利用Minorize-Maximize迭代算法和確定性等同方法求解該優化問題，對發送多播信號進行功率分配，并通過回程鏈路向各基站返回功率分配結果；所述波束域多小區協調多播的功率分配優化問題的優化目標為最大化系統中各小區多播速率之和，優化變量為各個基站發送的多播信號的協方差矩陣；約束條件為各基站發送的多播信號的協方差矩陣滿足功率約束；

其中利用Minorize-Maximize迭代算法求解所述波束域多小區協調多播的功率分配優化問題的具體方法包括：

利用矩陣運算將目標函數期望運算內的部分轉化為兩項相減的形式：

其中，

R_k,u,2(Λ₁,...,Λ_U)＝logdet(K_k,u)；

利用Minorize-Maximize迭代算法進行求解，在當次迭代過程中，將目標函數期望運算內第二項減數項進行一階泰勒展開，將非凹的目標函數轉變為凹的目標函數：

s.t.tr{Λ_u}≤P_u,

Λ_u≥0,u＝1,...,U

其中，上標i為迭代索引，上標T表示矩陣的轉置；U為小區簇內的小區總數，Θ_u為第u個小區的用戶集合，K_k,u為第u個小區第k個用戶收到干擾信號的協方差矩陣，G_k,u,u為第u個小區的基站到本小區第k個用戶的波束域信道矩陣，Λ_u為第u個小區的基站發送的多播信號的協方差矩陣，I為單位矩陣，P_u為第u個小區的基站的功率約束，上標H表示求矩陣的共軛轉置，上標-1表示求矩陣的逆，表示期望運算，det表示取矩陣的行列式，tr(·)表示計算矩陣的跡，≥0表示矩陣非負定；

利用凸優化方法求解當次迭代過程中的優化問題，將得到的解帶入優化目標產生下一次迭代的優化問題，并再次求解，直至相鄰兩次迭代過程中系統的多播和速率的差值小于給定閾值停止迭代，最后一次迭代過程的解即優化問題的解；

第一項被減項R_k,u,1(Λ₁,...,Λ_U)的確定性等同為：

其中，

和Φ_k,u是對角矩陣，通過迭代求解得到：

C_k,u(X)和B_k,u(Y)表示生成對角矩陣，對角線上的元素表示為：

[C_k,u(X)]_n,n＝tr{diag{([Ω_k,u,u]_n,:)^T}X}，

[B_k,u(Y)]_m,m＝tr{diag{([Ω_k,u,u]_:,m)}Y}；

其中，diag表示對角矩陣，n＝1,...,N，m＝1,...,M，N為用戶配置的接收天線數，M為基站配置的發射天線數，Ω_k,u,u為第u個小區的基站到第u個小區第k個用戶的統計信道狀態信息；

(4)在用戶移動過程中，隨著小區基站與小區簇中用戶之間統計信道狀態信息的變化，各基站動態實施波束域功率分配，該多小區協調多播的過程動態更新。