[发明专利]一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法

说明书

本发明公开了一种基于迫零接收的去蜂窝大规模多输入输出(multiple‑input multiple‑output,MIMO)系统的上行功率优化方法，该方法核心步骤为：在满足每个用户服务质量要求(quality‑of‑service,QoS)和最大发射功率限制的前提下，优化系统整体的上行容量，增加目标信号功率的同时减少部分干扰信号的功率，同时考虑方法的复杂度，降低计算时间和计算资源的消耗。该优化方法利用松弛变量和解耦变形，通过部分拉格朗日函数处理约束条件和目标函数，使整个优化问题转化为凸优化问题，并推各变量的迭代封闭表达式，比以往凸逼近方式求解效率更高，同时可以显著提高上行系统的容量。本发明可以用于提高功率使用效率，提高目标信号功率并减少部分干扰信号功率。

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，具体涉及一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法。

背景技术

去蜂窝大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output，MIMO)通过以用户为中心的思想，实现分布式的大规模MIMO，原蜂窝网中的小区划分，解决传统蜂窝通信网络中通信速率与覆盖面积的矛盾，避免了蜂窝网中小区频繁切换的问题，并进一步提高了服务质量和覆盖面积，因此极有可能成为后5G以及6G的核心技术之一。

现有去蜂窝MIMO系统中，由于用户量往往大于导频数量，因此存在用户间干扰，限制了系统性能的进一步提升，因此需要对每个AP(接入点)的通信功率分配进行优化，以达到进一步提高系统总体容量的目的。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法，利用对AP到每个用户的功率分配优化，减少一部分用户之间的干扰，提升需求消耗功率，以达到提升系统总体容量的目的。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行功率优化方法，具体包括如下步骤：

步骤1，构建迫零接收的去蜂窝大规模MIMO系统的上行系统模型；

步骤2，基于上行系统模型，计算迫零接收下用户的上行可达速率的封闭表达式，并建立系统功率的优化问题模型；

步骤3，引入松弛变量对步骤2构建的系统功率的优化问题模型进行重建，改进其中的目标函数和约束条件；

步骤4，利用拉格朗日函数对改进的目标函数和约束条件进行处理，进一步重构为新的优化问题模型；

步骤5，对新的优化问题模型进行解耦变形，转化为多变量的凸优化问题，并通过迭代算法进行模型求解，得到系统的上行功率分配优化方案。

进一步地，所述步骤1的方法，具体如下：

所述去蜂窝大规模MIMO系统包括M个AP以及K个单天线用户，每个所述AP均配置有N个天线，M×NK；其中，m∈[1,M]表示AP的编号，k∈[1,K]表示用户的编号；AP_m与用户k之间的信道模型g_mk表达式如下：

式中，AP_m表示第m个AP，β_mk表示AP_m与用户k之间的大尺度衰落系数，h_mk表示AP_m与用户k之间的为小尺度衰落矢量，其元素独立同分布于均值为0、方差为1的复高斯分布，即h_mk～CN(0,1)，则g_mk～CN(0,β_mkI_N)，I_N为N维单位矩阵；

AP_m端接收到所有用户发送的导频信号Y_mp为：