[發明專利]SAR約束的能效最大化多用戶MIMO上行預編碼方法

有效

• 申請號: 202011099951.0
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112235025B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 尤力;熊佳媛;黃雨菲;姜涵予;徐潔;任德榮;王聞今
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0426;H04B7/0456
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

1.SAR約束的能效最大化多用戶MIMO上行預編碼方法，其特征在于：包括以下步驟：

在多用戶MIMO上行傳輸中，多個用戶同時發送信號到達基站，利用統計信道狀態信息，以能效最大化為準則設計各用戶的發送信號協方差矩陣；所述能效為系統帶寬與系統和速率的乘積，再與系統總功率消耗的比值；其中能效最大化問題的目標為在滿足各用戶發送功率約束和SAR約束的前提下，最大化系統的能效，通過確定性等同原理、Dinkelbach變換和迭代注水算法優化各用戶的發送信號協方差矩陣；

隨著通信過程中各用戶和基站之間的統計信道狀態信息發生變化，用戶端動態實施滿足SAR約束的能效最大化多用戶MIMO上行鏈路傳輸方法；

所述通過確定性等同原理、Dinkelbach變換和迭代注水算法優化各用戶的發送信號協方差矩陣，包括以下步驟：

(1)根據大維隨機矩陣理論，利用統計信道狀態信息計算系統和速率的確定性等同值，進而計算系統能效的確定性等同值，以降低問題求解的復雜度；

(2)能效最大化的優化問題是一個分式規劃問題，目標函數是一個分式，其中分子為關于各用戶發送協方差矩陣的凹函數，分母為關于各用戶發送信號協方差矩陣的線性函數，根據Dinkelbach變換，通過引入輔助變量將原分式規劃問題轉化為一系列凸優化子問題迭代求解；每次迭代過程中，利用迭代注水算法求解凸優化子問題，得到各用戶的發送信號協方差矩陣，以此對輔助變量進行更新；迭代過程在相鄰兩次迭代結果之差小于某個給定閾值時終止；

所述系統和速率表示為：

其中，E{.}表示期望運算，log表示對數運算，det表示取矩陣的行列式運算，I_M表示M×M的單位矩陣，M為基站天線數，σ²表示噪聲方差，為第k個用戶到基站的信道矩陣，為第k個用戶到基站的統計特征模式域信道矩陣，U_k和V_k是確定性酉矩陣，(.)^H表示矩陣的共軛轉置運算，表示M×N_k的復數域矩陣，K為小區中用戶數，N_k為第k個用戶的天線數，為各用戶發送協方差矩陣的集合，Q_k為第k個用戶的發送協方差矩陣；

信道的統計信道狀態信息表示為其中運算符⊙表示矩陣的Hadamard乘積，(.)^*表示矩陣的共軛運算，表示M×N_k的實數域矩陣；

SAR約束的能效最大化準則下的優化問題表示為：

其中，W為系統的帶寬，ξ_k為第k個用戶處功率放大器的放大系數，tr{·}表示取矩陣跡的運算，P_c,k為第k個用戶處的靜態電路功耗，P_BS為基站的靜態硬件耗散功率，P_max,k為第k個用戶的發送功率約束，R_k,i為第k個用戶的第i個SAR矩陣，Q_k,i為第k個用戶的第i個SAR約束，為用戶的集合，為第k個用戶的SAR約束集合，其中G_k為第k個用戶處的SAR約束個數。

2.根據權利要求1所述的SAR約束的能效最大化多用戶MIMO上行預編碼方法，其特征在于：所述步驟(1)中根據大維隨機矩陣理論，利用統計信道狀態信息計算系統和速率的確定性等同值，進而計算系統能效的確定性等同值的具體步驟包括：

(11)依據大維隨機矩陣理論，通過用戶到基站信道的統計信道狀態信息迭代計算系統和速率的確定性等同輔助變量直至收斂，第k個用戶的確定性等同輔助變量為：

其中，diag{.}表示對角矩陣，輔助變量和由下式確定：

其中u_k,m是U_k的第m列，v_k,n是V_k的第n列，表示N_k×N_k的單位矩陣；

(12)利用迭代得到的確定性等同輔助變量計算系統和速率的確定性等同表達如下：

(13)系統能效的確定性等同值為：

其中為系統總功率消耗；將系統能效的確定性等同表達代入能效最大化的功率分配優化問題中，降低運算的復雜度。