[發(fā)明專利]一種針對(duì)硬件損傷的Massive MIMO信能同傳系統(tǒng)優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010813819.5
• 申請(qǐng)日: 2020-08-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112054830B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張超;黃向鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/0456
• 分類號(hào): H04B7/0456;H02J50/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

1.一種針對(duì)硬件損傷的Massive MIMO信能同傳系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、建立Massive MIMO下行鏈路信能同傳系統(tǒng)模型，然后分別討論基站發(fā)射機(jī)處的硬件損傷、用戶的信息接收機(jī)處的硬件損傷、用戶的能量接收機(jī)處的硬件損傷；

S2、根據(jù)基站、信息接收機(jī)、能量接收機(jī)處的硬件損傷模型，保證基站發(fā)送總功率約束和用戶能量接收機(jī)處收集能量大于設(shè)定門限，表述用戶的最大最小可達(dá)速率優(yōu)化問(wèn)題，在不對(duì)稱高斯信號(hào)傳輸方案下，最大化用戶可達(dá)信息速率的最小值表述為：

P1:

其中，分別是基站發(fā)送給第k個(gè)用戶信息信號(hào)的方差和偽方差；約束1表示第k個(gè)用戶能量收集約束，ε_k為非線性能量收集模型下第k個(gè)用戶能量接收機(jī)處實(shí)際收集的能量；μ_k為第k個(gè)用戶能量接收機(jī)處收集能量的門限值；約束2為基站處的發(fā)送總功率約束，P_BS為基站的最大發(fā)送功率；約束3為滿足不對(duì)稱高斯信號(hào)的性質(zhì)約束，即偽方差的絕對(duì)值小于等于方差；約束4為第k個(gè)用戶的功率分流系數(shù)大于0小于1；α_k＝0表示用戶只進(jìn)行能量收集，α_k＝1表示用戶只進(jìn)行信息檢測(cè)；

S3、引入輔助變量γ，以及非線性能量收集函數(shù)為單調(diào)增函數(shù)，將問(wèn)題P1轉(zhuǎn)化為問(wèn)題P2；

將優(yōu)化問(wèn)題P2的能量收集約束，可達(dá)速率約束，基站的總功率約束寫為關(guān)于發(fā)送信號(hào)方差和偽方差的函數(shù)具體為：

第k個(gè)用戶的能量接收機(jī)處入射的射頻能量表示為：

其中：a_k＝[… a_1mk a_2mk a_3mk …]^T，為3N×1的矢量；

基站的總發(fā)送功率約束表述為：b^Tr≤P_BS；

b＝[… 1 0 0 …]^T

其中，矢量b的第3k-2元素為1，其余元素為0；

第k個(gè)用戶信息接收機(jī)處接收信號(hào)的方差表示為：

其中：c_k＝[… c_1mk c_2mk c_3mk …]^T為3N×1的矢量，1≤m≤N；

第k個(gè)用戶信息接收機(jī)處干擾加噪聲的方差表示為：

當(dāng)m＝k時(shí)，d_1mk＝d_2mk＝d_3mk＝0，否則d_1mk＝c_1mk,d_2mk＝c_2mk,d_3mk＝c_3mk

第k個(gè)用戶信息接收機(jī)處接收信號(hào)的偽方差表示為：

第k個(gè)用戶信息接收機(jī)處干擾加噪聲的偽方差表示為：

當(dāng)m＝k時(shí)，f_1mk＝f_2mk＝f_3mk＝0；否則f_1mk＝e_1mk,f_2mk＝e_2mk,f_3mk＝e_3mk；

將用戶的能量收集約束、基站的總功率約束、信息用戶的可達(dá)速率約束表述為發(fā)送信號(hào)方差和偽方差的函數(shù)；求解用戶的最大最小可達(dá)速率，采用迭代優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化，迭代優(yōu)化算法具體為：

固定功率分流系數(shù)α_k，r的優(yōu)化問(wèn)題表述如下：

P3：

2b^Tr≤2P_BS

其中：

B_k＝diag([… 0 -1 1 1 0 …])，-1,1,1分別是B_k的第3k-2,3k-1,3k個(gè)對(duì)角元，表示基站發(fā)送給第k個(gè)用戶的信號(hào)偽方差約束；q_k＝[… 0 1 0 …]^T表示基站發(fā)送給第k個(gè)用戶的信號(hào)方差大于0，1是q_k的第3k-2個(gè)元；其中：約束一為用戶k的速率約束，約束二為用戶k的入射射頻功率約束，約束三為基站的總功率約束；

固定輔助變量γ，將功率分流系數(shù)α_k的優(yōu)化分解為k個(gè)并行的子問(wèn)題，具體為：

P4：

其中，約束1表示第k個(gè)用戶的速率約束，約束2表示第k個(gè)用戶的能量收集約束；約束3為功率分流系數(shù)約束，σ²為接收天線處熱噪聲的方差。