[發(fā)明專利]一種基于用戶子集選擇的多播波束成形并行計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110089931.3
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112929064B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉玲亞;簡繼航;王易因;關(guān)新平
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04L25/02
• 代理公司: 上海旭誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

1.一種基于用戶子集選擇的多播波束成形并行計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、多播波束成形優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為用戶子集選擇問題；

步驟2、基于信道半正交化的用戶排序與候選子集生成；

步驟3、計算候選子集的波束成形因子及可獲取信噪比；

步驟4、從候選子集中選擇信噪比最優(yōu)的子集合及相應(yīng)波束成形因子；

所述步驟1中單用戶組多播場景包含一個含M個發(fā)射天線的發(fā)送端和一組單天線用戶集合將最大最小信噪比形式的多播波束成形問題轉(zhuǎn)換為如下用戶子集選擇問題：

上式，表示限制多播組性能的瓶頸用戶集合，剩余用戶集合為和分別表示波束成形因子和第k個用戶的信道向量；

所述步驟2包括以下步驟：

步驟2.1、設(shè)置第一個用戶為：

計算第一個用戶相應(yīng)的基向量

步驟2.2、對剩余用戶，分別計算每個用戶在子空間{v₁，...，v_i-1}的投影：

選出在前i-1個用戶張成的信道空間上投影最小的用戶作為第個用戶，即

計算第i個用戶相應(yīng)的基向量

步驟2.3、將剩余用戶按照信道增益值遞增排序；

步驟2.4、按照上述排序，按序枚舉用戶數(shù)目不大于信道空間自由度的候選用戶子集合即且子集內(nèi)用戶的信道向量線性無關(guān)；令表示所有候選用戶子集的集合；

所述步驟3對于所有的候選用戶子集合分別求對應(yīng)子集合可以獲得的信噪比增益，

具體而言，對于候選子集對應(yīng)的波束成形因子w^(l)計算包括以下步驟：

步驟3.1、將所述步驟1的問題的第一個約束條件轉(zhuǎn)換為線性方程其中定義一個列向量瓶頸子集的信道矩陣為(簡化表示為H)；求解瓶頸子集對應(yīng)的波束成形因子w^(l)可表示為以下優(yōu)化問題：

步驟3.2、對所述步驟3.1的問題第一個約束條件中的H^*作LU分解，則問題的目標函數(shù)最大化SNR_eq^(l)可通過求解以下優(yōu)化問題對應(yīng)的優(yōu)化向量b^(l)獲得：

步驟3.3、根據(jù)子集及所述步驟3.2得到的方向向量b^(l)，通過線性運算得到波束成形因子w^(l)；

步驟3.4、整個多播組對應(yīng)的可獲取信噪比按照下式計算：

所述步驟4比較所有候選子集合的可獲取信噪比大小選擇信噪比最大的用戶子集及相應(yīng)的波束成形因子，即為最終波束成形方案；

所述步驟3.2中的b^(l)采用連續(xù)線性凸近似的方法，借助MATLAB的CVX凸優(yōu)化工具箱Sedumi函數(shù)進行求解；

所述步驟3.3中的波束成形因子w^(l)可由方向向量b^(l)線性運算得到，包括以下步驟：

步驟3.3.1、根據(jù)所述步驟3.1問題第一個約束條件，計算w^(l)＝H^(l)*\b^(l)；

步驟3.3.2、計算w^(l)在用戶信道空間Col(H^(l))上的分量w^(l)＝H^(l)(H^(l)*H^(l))^-1H^(l)*w，即為波束成形因子；

步驟3.3.3、對發(fā)送功率作歸一化運算w^(l)＝w^(l)/||w^(l)||₂。

2.如權(quán)利要求1所述的基于用戶子集選擇的多播波束成形并行計算方法，其特征在于，所述步驟3的候選子集對應(yīng)波束成形因子及可獲取信噪比計算方法包括基于QR分解的波束成形因子計算方法。