[發(fā)明專利]一種適用于緊致陣列Massive MIMO系統(tǒng)的兩級(jí)功率分配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110592238.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113315556B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張陽(yáng);陶云舒;龐立華;欒英姿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/0426
• 分類號(hào): H04B7/0426;H04B7/0456
• 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(kāi)了一種適用于緊致陣列Massive MIMO系統(tǒng)的兩級(jí)功率分配方法，基于緊致陣列Massive MIMO系統(tǒng)，構(gòu)建多用戶MIMO下行鏈路的信道模型；根據(jù)信道模型，以信道容量最大化為目標(biāo)且發(fā)送功率為變量確定優(yōu)化問(wèn)題；采用拉格朗日對(duì)偶理論求解優(yōu)化問(wèn)題，得到基站為每個(gè)用戶分配的功率；以基站為每個(gè)用戶分配的功率為約束條件，將優(yōu)化問(wèn)題分解為多個(gè)子問(wèn)題，求解每個(gè)子問(wèn)題，得到在基站發(fā)出的每個(gè)數(shù)據(jù)流中給每個(gè)用戶分配的功率；本發(fā)明在考慮陣元間互耦的前提下，為了盡可能提升信道容量，在基站發(fā)射功率有限的場(chǎng)景中盡可能提升信道容量和功率利用率，響應(yīng)“綠色通信”的環(huán)保口號(hào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于緊致陣列Massive MIMO系統(tǒng)的兩級(jí)功率分配方法。

背景技術(shù)

在傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)中天線陣元排列較為松散，因此互耦效應(yīng)并不明顯。但在MassiveMIMO系統(tǒng)中，基站需要在有限的空間里封裝大量的天線陣元，往往不能保證陣元間有足夠的距離緩解耦合效應(yīng)對(duì)輻射方向圖、反射系數(shù)和輸入阻抗的影響，且陣元間距的持續(xù)減小會(huì)繼續(xù)增加電磁互耦的程度，造成系統(tǒng)性能下降。因此，在考慮互耦的前提下給傳輸?shù)浇邮贞嚵猩厦扛炀€的數(shù)據(jù)流分配相同的功率是不實(shí)際的，因此有必要進(jìn)行功率分配，以提升多用戶MIMO下行鏈路系統(tǒng)的信道容量。

功率分配的基本思想是：將更多的傳輸功率分配給在信道狀況比較好信道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，給信道狀況不好信道中的數(shù)據(jù)流分配更少的功率或者不分配功率，以此來(lái)減少功率損耗。但是傳統(tǒng)的功率分配方法，一般僅考慮Massive MIMO系統(tǒng)單一特性，限制了信道容量，通信效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種適用于緊致陣列Massive MIMO系統(tǒng)的兩級(jí)功率分配方法，在收發(fā)端同時(shí)考慮電磁互耦的前提下，提高信道便利容量。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種適用于緊致陣列Massive MIMO系統(tǒng)的兩級(jí)功率分配方法，包括以下步驟：

基于緊致陣列Massive MIMO系統(tǒng)，構(gòu)建多用戶MIMO下行鏈路的信道模型；

根據(jù)信道模型，以信道容量最大化為目標(biāo)且發(fā)送功率為變量確定優(yōu)化問(wèn)題；

采用拉格朗日對(duì)偶理論求解優(yōu)化問(wèn)題，得到基站為每個(gè)用戶分配的功率；

以基站為每個(gè)用戶分配的功率為約束條件，將優(yōu)化問(wèn)題分解為多個(gè)子問(wèn)題，求解每個(gè)子問(wèn)題，得到在基站發(fā)出的每個(gè)數(shù)據(jù)流中給每個(gè)用戶分配的功率。

進(jìn)一步的，信道模型具體為：

其中，為信道模型；γ是歸一化系數(shù)，N^t為基站發(fā)射天線的數(shù)量，N^k為第k個(gè)用戶配有的接收天線數(shù)量，N_cl為散射簇的數(shù)量，N_ray為每個(gè)散射簇的傳播子徑的數(shù)量；α_il是第i個(gè)散射簇中第l條子徑的復(fù)數(shù)路徑增益；表示第i個(gè)散射簇中第l條子徑接收天線陣列的陣元增益；表示第i個(gè)散射簇中第l條子徑發(fā)射天線陣列的陣元增益；表示第i個(gè)散射簇中第l條子徑歸一化的接收導(dǎo)向矢量；表示第i個(gè)散射簇中第l條子徑歸一化的發(fā)射導(dǎo)向矢量；中當(dāng)x＝t時(shí)表示為發(fā)射端的離開(kāi)角，當(dāng)x＝r時(shí)表示為接收端的到達(dá)角。

進(jìn)一步的，以信道容量最大化為目標(biāo)且發(fā)送功率為變量確定優(yōu)化問(wèn)題包括：

根據(jù)信道模型，建立考慮互耦效應(yīng)的信道矩陣：

其中，C^BS表示基站端的互耦矩陣，表示第k個(gè)用戶端的互耦矩陣；

確定優(yōu)化問(wèn)題為：