[发明专利]MU‑DAS无线携能通信系统的最优鲁棒构造方法

摘要

本发明提供了MU‑DAS无线携能通信系统的最优鲁棒构造方法，包括获取系统中各终端的信道估计矩阵；以所述信道估计矩阵为中心，以预设的估计误差范围为半径建立欧几里得球体，作为信道估计模型；根据所述信道估计模型，构建最糟信干噪比的最大优化问题模型；将最糟信干噪比的最大优化问题模型转化为各分布式天线功率平衡问题模型；简化所述功率平衡问题模型；利用半正定松弛技术，修正所述功率平衡问题模型；根据修正后的功率平衡问题模型，获得各终端的最佳波束成形矢量；根据终端的情况，利用修正后的功率平衡问题模型获取功率分裂因子。本发明能够解决以各天线单位功率和终端采集功率量为限制的最大化最糟终端的SINR优化问题。

主权项

一种多用户分布式天线系统MU‑DAS无线携能通信系统的鲁棒构造方法，其特征在于，所述方法包括：S1：获取系统中各终端的信道估计矩阵；S2：以所述信道估计矩阵为中心，以预设的估计误差范围为半径建立欧几里得球体，作为信道估计模型；S3：根据所述信道估计模型，确定各分布天线单元功率限制和各终端所需最小的采集功率，并构建最糟信干噪比的最大优化问题模型；S4：将所述最糟信干噪比的最大优化问题模型转化为各分布式天线功率平衡问题模型；S5：根据S‑procedure理论和Schur’s complement理论，更新信干噪比和功率采集表达式，简化所述功率平衡问题模型；S6：利用半正定松弛技术，修正所述功率平衡问题模型；S7：根据修正后的功率平衡问题模型，根据二分搜索方法获取最佳发射协方差矩阵，并获得各终端的最佳波束成形矢量；S8：根据终端的情况，利用修正后的功率平衡问题模型获取功率分裂因子；所述步骤S2具体包括：以所述信道估计矩阵为中心以估计误差范围εk为半径建立欧几里得球体，表示为：其中，表示信道估计矢量集合，为信道估计模型，信道估计误差为所有分布式天线单元到第k个终端的信道估计矢量为εk表示所述欧几里得球体的半径，且满足||Δhk||≤εk；所述步骤S3具体包括：S31：对系统进行初始化设置，并根据所述信道估计模型确定第k个终端的信息解码部分相应的信干噪比为：其中，SINRk(ρk,{vk})表示第k个终端的信息解码部分相应的信干噪比，ρk表示第k个终端的接收天线装配的功率分裂器的功率分裂因子，vk表示第k个终端的发射波束成形向量；基站到第k个终端的噪声为独立复高斯白噪声，满足zk表示为第k个终端信息解码部分的加性噪声，满足S32：确定第k个终端的采集功率为：Ek(ρk,{vk})=ζk(1-ρk)(Σj=1K|hkHvj|2+σk2),k=1,...,K.]]>其中，Ek(ρk,{vk})表示第k个终端采集的功率，ζk∈(0,1]表示为第k个终端的能量转换效率；S33：根据预设的阈值条件，构建最糟SINR的最大化优化问题模型：其中，ek表示第k个终端的功率阈值，且ek＞0，Pm表示第m个天线单元的预设的发射功率，终端的总个数为K，分布式天线单元总个数为M；所述步骤S4具体包括：S41：固定各终端的功率分裂因子(P0)优化问题模型简化为：(P1)s.t.ζk(1-ρ‾k)(Σj=1K|hkHvj|2+σk2)≥ek,∀k,]]>[Σk=1KvkvkH]m,m≤Pm,m=1,...,M1≤k≤K]]>其中，为P1优化问题模型关于的最优值，为第k个终端功率分裂因子的信干噪比；S42：将(P1)优化问题模型转化为各个分布式天线功率平衡问题模型：(P2)s.t.SINRk({vk},ρ‾k)≥λ,k=1,...,K]]>其中，α*(λ)为(P2)优化问题模型关于λ的最优值；所述步骤S5具体包括：S51：根据信道估计误差满足||Δhk||≤εk，获取信干噪比SINRk的等价式：ΔhkHΔhk≤ϵk2,(h^k+Δhk)H(1λvkvkH-Σj≠kvjvjH)(h^k+Δhk)-ρ‾kσk2-δk2≥0]]>S52：引入辅助变量依据S‑procedure理论和Schur’s complement理论，获得消掉Δhk的SINRk重写式：其中，I为单位矩阵；经过矩阵运算得到其中：βk＞0,k＝1,...,K为松弛变量。同理，获得消掉Δhk的Ek(ρk,{vk})重写式：其中：τk,k＝1,...,K为松弛变量；S53：依据SINRk和Ek(ρk,{vk})的重写式，获取(P2)问题模型变量的一次型的简化形式；(P3)s.t.Σk=1Ktr(DmXk)≤αPm,m=1,...,M]]>T=Σk=1KXk,Mk=1λXk-Σj≠kXj,∀k]]>其中：所述步骤S6具体包括：利用半正定松弛技术去掉秩1限制，获得修正后的功率平衡问题模型；所述步骤S7具体包括：S71：根据修正后的功率平衡问题模型，根据二分搜索方法，获得最佳发射协方差矩阵S72：根据特征值分解，获取各终端的最佳波束成形矢量所述二分搜索方法，具体包括：S701、初始化λ的下界λmin，上界λmax和算法精度因子η＞0；S702、判断(λmax‑λmin)/λmax＜η是否成立，若是，则转至步骤S706，否则转至步骤S703；S703、二分搜索λ，使得S704、根据数值优化工具，处理修正后的功率平衡问题模型，获取各终端的最佳发射协方差矩阵和α*(λ)；S705：判断α*(λmax)＞1是否成立，若是，则令λmax＝λ，并转至步骤S702，否则令λmin＝λ，并转至步骤S702；S706、输出当前最佳发射协方差矩阵和所述步骤S8具体包括：S81：根据修正后的功率平衡问题模型的结果建立功率分裂因子优化问题模型：(P4)s.t.0＜ρk＜1S82：当所有终端具有不同的功率分裂因子时，根据多维穷举搜索方法解决(P4)问题模型，获得最优的功率分裂因子；S83：当所有终端具有相同的功率分裂因子时ρ＝ρ1＝...＝ρk,，根据1维搜索方法，获得次优的功率分裂因子。