[發(fā)明專利]一種緊致平面天線陣列Massive MIMO系統(tǒng)的能效優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113315552B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張陽;唐潔;龐立華;鄭聒天;欒英姿
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/06;H04B17/391;H04W52/02;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/06
• 代理公司: 西安維賽恩專利代理事務(wù)所(普通合伙) 61257
• 代理人: 李明全

本發(fā)明公開了一種緊致平面天線陣列Massive MIMO系統(tǒng)的能效優(yōu)化方法，構(gòu)建緊致平面天線陣列結(jié)構(gòu)下的互耦信道模型及功耗模型；基于互耦信道模型和功耗模型，以最大化Massive MIMO系統(tǒng)的能效為目標構(gòu)建能效問題模型；基于透視重構(gòu)和順序參數(shù)凸近似理論優(yōu)化能效問題模型，得到發(fā)射天線子集和波束賦形參數(shù)；基于波束賦形參數(shù)進行波束賦形預(yù)處理，并利用發(fā)射天線子集向用戶發(fā)射數(shù)據(jù)；本發(fā)明以最大化系統(tǒng)能效為目標，將基于天線選擇的預(yù)處理架構(gòu)引入到緊致平面天線陣列Massive MIMO系統(tǒng)中，在減少基站功率消耗的同時抑制互耦損傷、改善系統(tǒng)性能，提高了緊致平面天線陣列Massive MIMO系統(tǒng)的通信能效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于移動通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種緊致平面天線陣列Massive MIMO系統(tǒng)的能效優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

Massive MIMO技術(shù)通過增大天線數(shù)量可以深度挖掘空間資源，在容量增益方面擁有巨大的潛力。在實際工程部署時，考慮到一些物理尺寸(受風面)、功耗、成本等方面受限的場景，Massive MIMO系統(tǒng)需要部署緊致平面天線陣列。

但是，大量天線緊密排布會導致不可忽視的電磁互耦效應(yīng)，對系統(tǒng)性能的影響很大。其次，采用緊致平面陣列雖然可以在有限空間部署大量天線，但大規(guī)模的天線陣列對應(yīng)著大量的射頻鏈路，系統(tǒng)的能耗和成本都會急劇上升。此時，考慮到通信系統(tǒng)的能效，天線選擇就變得尤為迫切和重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種緊致平面天線陣列Massive MIMO系統(tǒng)的能效優(yōu)化方法，以提升緊致平面天線陣列的能耗利用率。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種緊致平面天線陣列Massive MIMO系統(tǒng)的能效優(yōu)化方法，包括以下步驟：

構(gòu)建緊致平面天線陣列結(jié)構(gòu)下的互耦信道模型及功耗模型；

基于互耦信道模型和功耗模型，以最大化Massive MIMO系統(tǒng)的能效為目標構(gòu)建能效問題模型；

基于透視重構(gòu)和順序參數(shù)凸近似理論優(yōu)化能效問題模型，得到發(fā)射天線子集和波束賦形參數(shù)；

基于波束賦形參數(shù)進行波束賦形預(yù)處理，并利用發(fā)射天線子集向用戶發(fā)射數(shù)據(jù)。

進一步地，以最大化Massive MIMO系統(tǒng)的能效為目標構(gòu)建能效問題模型包括：

通過計算系統(tǒng)下行傳輸和速率；其中，R_sum(G,W)為系統(tǒng)下行傳輸和速率，G為對角矩陣，g_i表示第i個射頻鏈路和第i根天線之間的通斷狀態(tài)，W是數(shù)字波束賦形矩陣，W＝(w₁,w₂,…,w_K)∈C^N×K，w_k是給用戶k的波束賦形矢量，C^N×K為N×K維的復(fù)數(shù)矩陣，N、K均為正整數(shù)，h_k∈H，h_k^H是基站到用戶k的下行信道矢量，信道建模考慮互耦效應(yīng)的影響，H為下行信道矩陣，H＝(h₁,h₂,…,h_K)^H∈C^K×N，σ²噪聲矢量的方差；

結(jié)合下行傳輸和速率構(gòu)建能效問題模型：