[发明专利]一种适用于紧致阵列Massive MIMO系统的两级功率分配方法

说明书

本发明公开了一种适用于紧致阵列Massive MIMO系统的两级功率分配方法，基于紧致阵列Massive MIMO系统，构建多用户MIMO下行链路的信道模型；根据信道模型，以信道容量最大化为目标且发送功率为变量确定优化问题；采用拉格朗日对偶理论求解优化问题，得到基站为每个用户分配的功率；以基站为每个用户分配的功率为约束条件，将优化问题分解为多个子问题，求解每个子问题，得到在基站发出的每个数据流中给每个用户分配的功率；本发明在考虑阵元间互耦的前提下，为了尽可能提升信道容量，在基站发射功率有限的场景中尽可能提升信道容量和功率利用率，响应“绿色通信”的环保口号。

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，尤其涉及一种适用于紧致阵列Massive MIMO系统的两级功率分配方法。

背景技术

在传统MIMO系统中天线阵元排列较为松散，因此互耦效应并不明显。但在MassiveMIMO系统中，基站需要在有限的空间里封装大量的天线阵元，往往不能保证阵元间有足够的距离缓解耦合效应对辐射方向图、反射系数和输入阻抗的影响，且阵元间距的持续减小会继续增加电磁互耦的程度，造成系统性能下降。因此，在考虑互耦的前提下给传输到接收阵列上每根天线的数据流分配相同的功率是不实际的，因此有必要进行功率分配，以提升多用户MIMO下行链路系统的信道容量。

功率分配的基本思想是：将更多的传输功率分配给在信道状况比较好信道中传输的数据流，给信道状况不好信道中的数据流分配更少的功率或者不分配功率，以此来减少功率损耗。但是传统的功率分配方法，一般仅考虑Massive MIMO系统单一特性，限制了信道容量，通信效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于紧致阵列Massive MIMO系统的两级功率分配方法，在收发端同时考虑电磁互耦的前提下，提高信道便利容量。

本发明采用以下技术方案：一种适用于紧致阵列Massive MIMO系统的两级功率分配方法，包括以下步骤：

基于紧致阵列Massive MIMO系统，构建多用户MIMO下行链路的信道模型；

根据信道模型，以信道容量最大化为目标且发送功率为变量确定优化问题；

采用拉格朗日对偶理论求解优化问题，得到基站为每个用户分配的功率；

以基站为每个用户分配的功率为约束条件，将优化问题分解为多个子问题，求解每个子问题，得到在基站发出的每个数据流中给每个用户分配的功率。

进一步的，信道模型具体为：

其中，为信道模型；γ是归一化系数，N^t为基站发射天线的数量，N^k为第k个用户配有的接收天线数量，N_cl为散射簇的数量，N_ray为每个散射簇的传播子径的数量；α_il是第i个散射簇中第l条子径的复数路径增益；表示第i个散射簇中第l条子径接收天线阵列的阵元增益；表示第i个散射簇中第l条子径发射天线阵列的阵元增益；表示第i个散射簇中第l条子径归一化的接收导向矢量；表示第i个散射簇中第l条子径归一化的发射导向矢量；中当x＝t时表示为发射端的离开角，当x＝r时表示为接收端的到达角。

进一步的，以信道容量最大化为目标且发送功率为变量确定优化问题包括：

根据信道模型，建立考虑互耦效应的信道矩阵：

其中，C^BS表示基站端的互耦矩阵，表示第k个用户端的互耦矩阵；

确定优化问题为：