[发明专利]一种去蜂窝大规模MIMO上行频谱效率优化方法

说明书

本发明公开了一种去蜂窝大规模MIMO上行频谱效率优化方法，包括：建立瑞利平坦衰落信道下去蜂窝大规模MIMO系统上行链路信道模型，引入AQNM对导频训练和数据传输阶段的低分辨率ADC量化输出进行建模，计算MT可达频谱效率，并以前传链路容量上限和MT数据发射功率上限为约束条件，建立系统总频谱效率最优化问题，进行资源分配；然后根据优化参数的不同将所述非凸问题转化为ADC量化比特设计和最佳MT功率分配两个子问题进行求解，得到一个次优的ADC量化比特和功率控制因子组合，最终达到优化系统总频谱效率的目的。本发明所提出的一种去蜂窝大规模MIMO上行频谱效率优化方法，使用效果优异，具有广泛的使用价值及应用前景。

技术领域

本发明涉及移动通信系统，具体涉及一种去蜂窝大规模MIMO上行频谱效率优化方法。

背景技术

去蜂窝大规模MIMO(multi-input multi-output)技术特别适合于热点高容量区域，其具有高频谱效率、高能量效率、均匀的服务质量(服务质量与终端的位置无关)、低成本、灵活弹性等优点。该技术可以看成是一种致密型的、以MT(mobile terminal)为中心的分布式大规模网络。去蜂窝大规模MIMO系统中的基站被替换成了众多的分布式AP(accesspoint)，这些配备若干根天线的AP由于体积小，因此可以灵活地部署在网络任意位置。且所有AP 通过前传链路与CPU(central processing unit)相连，以实现联合传输与接收。这种无处不在的AP架构可以提供极高的宏增益以及覆盖率，因此在工业界和学术界得到了广泛的研究。

为了解决日益增长的硬件成本问题和前传链路容量有限的问题，一个有效的办法是在AP 上采用低分辨率ADC(analog-to-digital converter)架构，但这会降低系统的频谱效率。频谱效率是衡量低分辨ADC架构下去蜂窝大规模MIMO系统性能的一项重要指标，衡量的是每单位时间能够传输信息比特数的能力。在去蜂窝大规模MIMO系统中，可以通过资源分配来提升频谱效率，从而补偿由于低质量硬件带来的性能损失。此外，去蜂窝大规模MIMO系统中的许多资源分配问题比传统MIMO系统更容易解决，这是因为信道硬化特性使得效用函数仅取决于长时间内稳定的大尺度衰落系数。现有技术中，有关频谱效率的优化策略大都仅考虑单一的MT数据发射功率或者ADC量化比特的影响，没有研究同时考虑这两种影响。当对ADC量化比特和MT数据发射功率进行联合优化时，频谱效率最优化问题将是一个非凸问题，最优解难以在多项式时间内求得。

因此，针对现有技术的不足，如何联合优化ADC量化比特和MT数据发射功率，从而寻找原始非凸问题的一个次优解，以提升低分辨ADC架构下去蜂窝大规模MIMO系统总频谱效率，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于联合优化ADC量化比特和MT数据发射功率的去蜂窝大规模MIMO系统上行链路总频谱效率的最优化方法，从而有效地提升系统总频谱效率。

技术方案：一种去蜂窝大规模MIMO上行频谱效率优化方法，包括如下步骤：

步骤1、建立系统模型：

建立瑞利平坦衰落信道下去蜂窝大规模MIMO系统上行链路模型，基于AQNM(additive quantization noise model)，对上行导频训练和数据传输阶段的低分辨率ADC量化输出进行建模，推导出MMSE信道估计并将AP接收到的信号数字化表示。

步骤2、推导MT可达频谱效率闭式表达式：

AP基于MRC(maximal ratio combining)接收机对接收到的数据进行处理并将处理后的信号经前传链路发送给CPU进行译码。CPU利用UatF(use-and-then-forget)策略，推导出 MT可达频谱效率闭式表达式。

步骤3、资源分配：