[發(fā)明專利]一種適應(yīng)于硬件損傷下大規(guī)模MIMO系統(tǒng)能效的優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010528173.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-11
• 公開（公告）號(hào): CN111641468B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李暉;張瑞清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 海南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B17/391
• 分類號(hào): H04B17/391;H04B7/0413
• 代理公司: 北京東方盛凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 謝秀娟

本發(fā)明公開一種適應(yīng)于硬件損傷下大規(guī)模MIMO系統(tǒng)能效優(yōu)化方法，包括：建立理想狀態(tài)下上下行鏈路的系統(tǒng)模型；建立中繼設(shè)備和用戶天線在硬件損傷下的上下行鏈路模型；建立一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中以發(fā)射功耗為主的功耗模型；根據(jù)得到的的鏈路模型和功耗模型，求得上下行鏈路的系統(tǒng)和速率，建立大規(guī)模MIMO系統(tǒng)能效函數(shù)模型；在限制條件下，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中表示能效的函數(shù)形式為非線性，利用分?jǐn)?shù)規(guī)劃性質(zhì)，將非線性的系統(tǒng)能效函數(shù)模型轉(zhuǎn)化為線性函數(shù)進(jìn)行求解并得到系統(tǒng)能效最優(yōu)值。本發(fā)明考慮了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中中繼設(shè)備和用戶天線存在硬件損傷的非理想情況，對(duì)信道進(jìn)行了非理想估計(jì)，合理地對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的能效問題建模，并求得大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的能效最優(yōu)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種適應(yīng)于硬件損傷下大規(guī)模MIMO系統(tǒng)能效的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)種類的日漸豐富，智能終端的數(shù)量呈持續(xù)爆炸式地增長，人們對(duì)移動(dòng)通信數(shù)據(jù)傳輸速率和服務(wù)質(zhì)量的需求越來越高。圖片、視頻和互聯(lián)網(wǎng)接入等智能終端功能實(shí)現(xiàn)通常需要較高的數(shù)據(jù)速率，因此傳統(tǒng)的MIMO技術(shù)已經(jīng)無法滿足人們的需求。用戶對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率的要求不斷增長以及蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)能源消耗比例的不斷增長等因素，使得如何降低移動(dòng)通信系統(tǒng)的能源消耗成為當(dāng)前移動(dòng)通信技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。

大規(guī)模MIMO技術(shù)是未來移動(dòng)通信技術(shù)極具潛力的技術(shù)之一，也符合未來移動(dòng)通信技術(shù)以能量為導(dǎo)向的發(fā)展方向。在傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)中，小區(qū)中基站配置的天線數(shù)目較少，在系統(tǒng)功耗模型中，發(fā)送端的發(fā)送功率占據(jù)功耗的主導(dǎo)地位，對(duì)于發(fā)送和接收天線的電路元器件的功耗相對(duì)較少從而可以忽略不計(jì)，基站處天線的硬件損傷也不明顯，但是，在成百上千根天線的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，基站側(cè)配置大規(guī)模天線陣列雖然可以大幅度提高系統(tǒng)容量和能量效率，但是電路功率消耗隨基站配置的天線的數(shù)目的增加而增加，因此系統(tǒng)總的功率消耗也會(huì)成比例增加，天線本身的硬件損傷影響尤為突出。

在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，有一個(gè)M根天線的中繼位于小區(qū)中間，小區(qū)中有K個(gè)用戶對(duì)且均勻分散在小區(qū)內(nèi)部。在已有的研究中，多是基于理想條件下的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)能效分析。也有一部分專家學(xué)者開始研究硬件損傷對(duì)系統(tǒng)能效的影響，比如萬曉榆等建立了上行鏈路大規(guī)模MIMO系統(tǒng)，并提出了均時(shí)最小QoS保證算法、吞吐量資源分配算法，提高了系統(tǒng)能效；劉紫燕等研究了關(guān)于多用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的下行鏈路，主要說明了關(guān)于發(fā)射功率和天線數(shù)對(duì)系統(tǒng)能效的影響，并提出了一種低復(fù)雜度的天線選擇算法，提高系統(tǒng)能效。

考慮到大規(guī)模MIMO技術(shù)是未來移動(dòng)通信技術(shù)中極具潛力的技術(shù)之一，也符合未來移動(dòng)通信技術(shù)以能量為導(dǎo)向的發(fā)展方向，而當(dāng)前的研究多偏向于理想硬件下的系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用中多存在硬件損傷的情況，然而現(xiàn)有的研究或者只研究不考慮硬件損傷的理想情況，或者只對(duì)上行鏈路建立模型，再或者只對(duì)下行鏈路建立模型，故而當(dāng)前的研究存在片面性，不能夠從整體上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，因此迫切需要一種當(dāng)中繼設(shè)備和用戶的天線處于非完全工作狀態(tài)，即非理想狀態(tài)下對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)上下行鏈路進(jìn)行整體分析的模型。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種適應(yīng)于硬件損傷下大規(guī)模MIMO系統(tǒng)能效的優(yōu)化方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，能夠在存在硬件損傷的非理想狀態(tài)下對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)上下行鏈路進(jìn)行整體分析并給出整體系統(tǒng)存在最優(yōu)值的結(jié)論。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種適應(yīng)于硬件損傷下大規(guī)模MIMO系統(tǒng)能效的優(yōu)化方法，內(nèi)容如下：

S1.在硬件理想狀態(tài)下，對(duì)系統(tǒng)從信源用戶到中繼設(shè)備的上行鏈路階段、從中繼設(shè)備到目的用戶的下行鏈路階段分別建立模型；

S2.對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的信源用戶和中繼設(shè)備中的天線進(jìn)行硬件損傷分析，再次得到所述上行鏈路階段和所述下行鏈路階段的模型；

S3.建立整體系統(tǒng)以發(fā)射功耗為主的功耗模型；

S4.求得上行鏈路和下行鏈路的系統(tǒng)和速率，并建立非線性的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)能效模型；