[發明專利]基于模擬退火算法的大規模MIMO系統上行能效優化方法

有效

• 申請號: 201910897122.8
• 申請日: 2019-09-23
• 公開（公告）號: CN110505643B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 方昕;侯怡岑
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04B7/0413
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

1.基于模擬退火算法的大規模MIMO系統上行能效優化方法，包括以下步驟：

S1：通過MMSE信道估計，從基站接收到的導頻信號中推導出未量化信號的協方差矩陣；

S2:信號經過量化系統，根據Bussgang理論與MMSE信道估計計算量化后系統噪聲的協方差矩陣，由香農公式計算出量化后的系統容量下限，從而得到系統的頻譜效率；

S3：根據頻譜效率和總能量能耗，得到大規模MIMO系統上行能量效率；

S4：構建模擬退火算法模型，設計退火參數，求解最優值；

步驟S1具體為：

基站天線接收機接收到的導頻信號是：

其中，ρ_p表示用戶發送導頻的功率；τ為導頻序列長度；L表示蜂窩小區的個數，表示第j個小區內K個用戶發送的導頻序列；W_l表示第l個小區內的加性高斯白噪聲；G_lj表示第j個小區與第l個小區之間的信道；

假設表示第l個小區內K個用戶與基站側M根天線之間的信道，利用MMSE信道估計能得的表達式，從而推導出基站側M根天線接收到未量化信號的協方差矩陣；

步驟S2具體為：

基站側接收端的ADC對接收到的信號進行采樣，對采樣信號進行量化；

據Bussgang理論，經過A/D量化器量化后的信號表示成：

r＝Fy+e

其中，量化后噪聲向量e與y不相關，y為未經量化的輸出信號；

量化系統線性函數F通過r和y基于MMSE算法估計得出：

基于均方誤差最小的原理對信號進行量化后得出：

采用匹配濾波算法預編碼方案，得到協方差矩陣：

代入系統互信息公式，得到系統的頻譜效率：

步驟S3具體為：

系統上行鏈路的總能量消耗與量化比特數的關系表示為：

經過ADC量化后系統能量效率的表達式為：

步驟S4具體為：

用模擬退火算法優化出最佳的量化比特數b和基站側天線數m使系統能夠獲得最大的能量效率，具體為：

S4.1:將能量效率函數EE(b,m)設置為目標函數，天線數m和量化比特數b設置為自由變量；設定模擬退火算法的初始溫度，迭代次數，終止條件，隨機生成初始解，并計算目標函數EE(b,m)；

S4.2：設置模擬退火算法的初始溫度T₀，迭代次數T，溫度概率系數K_t和溫度降低速率d，新溫度與舊溫度的關系為T_new＝d*T_old；

S4.3:緩慢降低溫度，擾動產生新的解b',m'，計算目標函數EE(b',m')；計算ΔEE＝EE(b',m')-EE(b,m)的值；

S4.4:若ΔEE≤0，則接受新解，b＝b',m＝m',EE(b,m)＝EE(b',m')，若ΔEE＞0，則按照Metropolis準則接受新解；

S4.5:在每個溫度下重復步驟S4.3和S4.4，如果達到了迭代次數，則判斷是否滿足終止條件；若不滿足，則緩慢降低溫度重置迭代次數；若滿足，則結束運算，得到目標函數的最優解，即為該精度A/D轉換器下的最優天線分組量化方案。