[发明专利]一种基于用户子集选择的多播波束成形并行计算方法

权利要求书

1.一种基于用户子集选择的多播波束成形并行计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、多播波束成形优化问题转化为用户子集选择问题；

步骤2、基于信道半正交化的用户排序与候选子集生成；

步骤3、计算候选子集的波束成形因子及可获取信噪比；

步骤4、从候选子集中选择信噪比最优的子集合及相应波束成形因子；

所述步骤1中单用户组多播场景包含一个含M个发射天线的发送端和一组单天线用户集合将最大最小信噪比形式的多播波束成形问题转换为如下用户子集选择问题：

上式，表示限制多播组性能的瓶颈用户集合，剩余用户集合为和分别表示波束成形因子和第k个用户的信道向量；

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1、设置第一个用户为：

计算第一个用户相应的基向量

步骤2.2、对剩余用户，分别计算每个用户在子空间{v₁，...，v_i-1}的投影：

选出在前i-1个用户张成的信道空间上投影最小的用户作为第个用户，即

计算第i个用户相应的基向量

步骤2.3、将剩余用户按照信道增益值递增排序；

步骤2.4、按照上述排序，按序枚举用户数目不大于信道空间自由度的候选用户子集合即且子集内用户的信道向量线性无关；令表示所有候选用户子集的集合；

所述步骤3对于所有的候选用户子集合分别求对应子集合可以获得的信噪比增益，

具体而言，对于候选子集对应的波束成形因子w^(l)计算包括以下步骤：

步骤3.1、将所述步骤1的问题的第一个约束条件转换为线性方程其中定义一个列向量瓶颈子集的信道矩阵为(简化表示为H)；求解瓶颈子集对应的波束成形因子w^(l)可表示为以下优化问题：

步骤3.2、对所述步骤3.1的问题第一个约束条件中的H^*作LU分解，则问题的目标函数最大化SNR_eq^(l)可通过求解以下优化问题对应的优化向量b^(l)获得：

步骤3.3、根据子集及所述步骤3.2得到的方向向量b^(l)，通过线性运算得到波束成形因子w^(l)；

步骤3.4、整个多播组对应的可获取信噪比按照下式计算：

所述步骤4比较所有候选子集合的可获取信噪比大小选择信噪比最大的用户子集及相应的波束成形因子，即为最终波束成形方案；

所述步骤3.2中的b^(l)采用连续线性凸近似的方法，借助MATLAB的CVX凸优化工具箱Sedumi函数进行求解；

所述步骤3.3中的波束成形因子w^(l)可由方向向量b^(l)线性运算得到，包括以下步骤：

步骤3.3.1、根据所述步骤3.1问题第一个约束条件，计算w^(l)＝H^(l)*\b^(l)；

步骤3.3.2、计算w^(l)在用户信道空间Col(H^(l))上的分量w^(l)＝H^(l)(H^(l)*H^(l))^-1H^(l)*w，即为波束成形因子；

步骤3.3.3、对发送功率作归一化运算w^(l)＝w^(l)/||w^(l)||₂。

2.如权利要求1所述的基于用户子集选择的多播波束成形并行计算方法，其特征在于，所述步骤3的候选子集对应波束成形因子及可获取信噪比计算方法包括基于QR分解的波束成形因子计算方法。