[發明專利]一種最大化最小能效多小區大規模MIMO波束域功率分配方法

有效

• 申請號: 202010782806.6
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111917445B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 尤力;黃雨菲;姜涵予;湯金科;喬治;王聞今
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0426
• 分類號: H04B7/0426;H04W52/24;H04W52/42
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

1.一種最大化最小能效多小區大規模MIMO波束域功率分配方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

1)構建小區簇并配置天線陣列，通過波束賦形生成波束集合：

將若干個小區構建為一個小區簇，且小區簇內各小區的基站配置大規模天線陣列，并通過波束賦形生成能夠覆蓋全部小區的大規模波束集合；

2)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的獲取包括用戶反饋、基站直接估計來獲取，或通過上行探測信號獲取；

3)將所述統計信道狀態信息發送至中央處理中心，并進行多小區大規模MIMO波束域功率分配：

所述中央處理中心利用確定性等同方法、MM迭代算法和Dinkelbach變換，使用集中式或者分布式算法進行功率分配，其中，最大化最小能效多小區大規模MIMO波束域功率分配優化問題的優化目標為各小區能效的加權最小值，優化變量為各個基站發送信號的協方差矩陣，約束條件為各基站發送信號的協方差矩陣滿足功率約束；

所述多小區大規模MIMO波束域功率分配表示為：

且，

其中，U為小區的總個數，K_u為第u個小區的用戶數，用戶的集合為M為小區的基站天線數，N_k,u為每個用戶的天線數，Λ_k,u為第u個小區的基站發送給該小區第k個用戶的信號的協方差矩陣，w_u為第u個小區的能效的權重因子，ξ_u(＞1)為基站放大系數，P_c,u為每根天線上耗散的動態功率，P_s,u為在硬件中耗散的靜態電路功率，P_max,u為基站的發送功率約束，為N_k,u×N_k,u的單位矩陣，σ²為噪聲方差，表示對矩陣G_k,u,v進行共軛轉置；

功率分配矩陣基于集中式算法或分布式算法求解，包括：

集中式算法：通過Dinkelbach變換后得到凸優化子問題的目標函數為最小值函數，引入輔助變量表示小區能效的最小值，得到目標函數連續的等價問題；

利用等價問題的KKT條件求解與此問題等價的分式方程，并對分式方程進行求解，得到功率分配矩陣；

分布式算法：將Dinkelbach變換后的子問題轉換為每個小區分別求解本小區功率分配矩陣的問題，小區之間只進行有限的信息交換；

對于每個小區的功率分配問題，利用問題的KKT條件得到與此問題等價的分式方程，對分式方程進行求解，解出功率分配矩陣；循環迭代上述過程直至目標函數收斂；

4)根據統計信道狀態信息的變化動態實施多小區大規模MIMO波束域功率分配：

當用戶在通信過程中發生移動時，基站與用戶之間的統計信道狀態信息會發生變化，各基站動態實施波束域功率分配，該最大化最小能效多小區大規模MIMO波束域功率分配過程動態更新。

2.如權利要求1所述的最大化最小能效多小區大規模MIMO波束域功率分配方法，其特征在于：所述基站通過相同的酉變換生成能夠覆蓋整個小區的大規模波束，每個波束對空間資源進行劃分，且基站在生成的波束域與該小區的用戶進行通信。

3.如權利要求1或2所述的最大化最小能效多小區大規模MIMO波束域功率分配方法，其特征在于：所述信道狀態信息為波束域特征模式能量耦合矩陣，其獲取還包括以下步驟：

小區的用戶在上行信道探測階段發送上行探測信號至基站；

基站根據接收到的探測信號估計波束域統計信道狀態信息，第ν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為：

其中，G_k,u,v為第ν個小區的基站到第u個小區第k個用戶的波束域信道矩陣，表示期望運算，⊙表示矩陣的阿達瑪積，為矩陣G_k,u,v的共軛矩陣。