[发明专利]一种基于有效容量的MIMO-OFDM系统能效优化方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更具体地，涉及一种基于有效容量的MIMO-OFDM系统能效优化方法。

背景技术

MIMO-OFDM技术是结合MIMO和OFDM技术而得到的一种新技术。MIMO技术能够在空间中产生独立的并行信道并传输多路数据流，在不增加系统带宽的情况下增加频谱效率，有效地提高系统的传输速率。而OFDM通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为平坦信道，减小了多径衰落的影响。这样，将MIMO和OFDM两种技术相结合，就能到达两种效果，一是实现很高的数据传输速率，二是通过分集实现很强的可靠性。

系统级的移动通信系统资源优化中一个关键技术是功率控制。关于功率控制，目前用的比较多的方法之一有功率注水算法。它是利用某种准则，根据信道状况对发送功率进行自适应分配。以往，在传统的以语音业务为主的移动通信系统里，功率控制是为了保证能够提供给用户的指定的信干噪比水平；之后，在现代数字移动通信系统里，功率控制的目标是能够最大化系统的容量或者吞吐率。

QoS保障是下一代无线通信网络的关键问题之一,由于无线通信的移动性及环境变化导致数据率随时间随机变化，故无线网络中的QoS保障问题十分复杂。目前，系统容量是作为系统产出的一个衡量指标。香农容量描述的是一个高斯信道（Gaussian channel）的容量，并假设传播信号的持续时间无限，以及解码和检测的复杂度有限；但是，对于任何一个实际通信网络所能提供的容量都要明显低于该公式提供的容量上限，在严格的QoS约束条件下更是如此。针对这一问题，人们根据无线通信系统中数据传输的特性，建立了一种基于统计特性的QoS约束模型，通过统计约束参数θ来对不同级别的QoS进行约束，并基于此QoS约束模型建立了一种有效容量模型，科学地衡量了系统在不同QoS约束条件下的有效输出。

随着通信领域的能耗问题引起世界范围内的强烈关注，人们极力寻求一种有效的通信资源分配方案来提高系统的能量效率。而现有的MIMO-OFDM能效优化方案很少能在兼顾系统QoS需求的同时，根据系统级的实际输出来衡量系统的能效，故其很难得出科学的能效指标。另外，如何根据子信道的统计特性寻求一种高效的功率分配优化方案是目前通信资源分配研究所面临的另一挑战。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于有效容量的MIMO-OFDM系统能效优化方法，其针对MIMO-OFDM通信系统，在有效容量的基础上建立系统的能效模型，并根据子信道的统计特性，提出了一种功率分配优化方案，在保障系统不同级别QoS的前提下，实现系统的能效优化。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于有效容量的MIMO-OFDM系统能效优化方法，包括以下步骤：

（1）将MIMO-OFDM系统中每个子载波上的频域信道矩阵进行奇异值分解共得到MN个并行的空频子信道，其中，M＝min(M_t,M_r)，N为MIMO-OFDM系统中正交子载波的数量，M_t为MIMO-OFDM系统中的发送天线数，M_r为MIMO-OFDM系统中的接收天线数；

（2）对（1）中所得的MN个空频子信道进行分组，具体如下：

（21）将每个子载波上的子信道按其信道增益的大小降序排列；

（22）将N个子载波上排序后处于同一位置的子信道归为一组，这样即可得到M组子信道；

（3）计算各组子信道的优化有效容量，具体如下：

（31）设置计数器i＝1；

（32）计算第i组子信道满足平均功率约束条件的功率分配门限值λ_0i；

（33）根据功率分配门限值λ_0i计算第i组子信道的功率分配优化解μ_{opt_i}(θ，λ)；

（34）根据所求得的功率分配优化解μ_{opt_i}(θ，λ)计算第i组子信道的优化有效容量C_e(θ)_{opt_i}；

（35）设置i＝i+1，并判断是否有i≤M，如果是则返回步骤（32），否则进入步骤（4）；

（4）根据优化有效容量C_e(θ)_{opt_i}计算MIMO-OFDM系统的优化能量效率η_opt。

第i组子信道的功率分配门限值λ_0i通过下式进行计算：