專利名稱：最大化多小區(qū)下行加權(quán)和速率的單調(diào)優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種最大化多小區(qū)下行加權(quán)和速率的單調(diào)優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著無線通信技 術(shù)的飛速發(fā)展，無線通信大業(yè)務(wù)量、高速率和高頻譜效率的要求日益迫切。在下一代無線通信系統(tǒng)中，頻率復(fù)用因子為1，存在嚴(yán)重的同信道干擾。多小區(qū)下行協(xié)作傳輸是一項有效抑制同信道干擾提高系統(tǒng)性能的重要技術(shù)。在不同的設(shè)計準(zhǔn)則中，加權(quán)和速率最大化是一個研究的熱點，獲得了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的很多關(guān)注。然而，由于多小區(qū)系統(tǒng)的容量域未定，達(dá)到加權(quán)和速率的全局最優(yōu)解非常困難，目前更為實用的方法是采用單用戶檢測進(jìn)行協(xié)作傳輸設(shè)計?，F(xiàn)有技術(shù)中公開了L. Venturino, N. Prasad, and X. Wang 的文獻(xiàn) “CoordinatedI inear beamforming in downlink multi-cel I wireless networks (多小區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)的下行協(xié)作線性波束成形)，” IEEE Transactions on WirelessCommunications, vol. 9, no. 4, pp. 1451 - 1461, Apr. 2010,它提出了 基于優(yōu)化問題的Karush-Kuhn-Tucker (KKT)條件的 ICBF (Iterative Coordinated Beam-Forming)算法。Q. J. Shi, Μ· Razaviyayn, Ζ· Q. Luo, and C. He 的文 獻(xiàn) “An iteratively weightedMMSE approach to distributed sum-utility maximization for a MIMO interferingbroadcast channel (MIMO干擾廣播信道和利用率最大化的分布式迭代加權(quán)最小均方誤差方法)，，，IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 59, no. 9, pp. 4331 -4340，Sept. 2011，公開了利用加權(quán)和均方誤差和加權(quán)和速率的關(guān)系設(shè)計迭代的WMMSE(Weighted Minimum Mean Square Error)算法。但是,采用單用戶檢測的可達(dá)容量域仍然是非凸的,對于MISO系統(tǒng)，R. Zhang andS. G. Cui 的文獻(xiàn) “Cooperative interference management with MISO beamf orming (MIS0波束成形協(xié)作干擾管理)，”IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 58, no. 10, pp.5454-5462，Oct. 2010，證明了波束成形的最優(yōu)性并給出了刻畫可達(dá)容量域的方法。雖然已經(jīng)有了一些方法可以保證得到帕累托最優(yōu)解(Pareto optimal solution),達(dá)到全局最優(yōu)還是非常具有挑戰(zhàn)性，需要設(shè)計合理有效的搜索算法。L. Liu, R. Zhang, and K. Chua 的文獻(xiàn)“Achieving global optimality forweighted sum—rate maximization in the K—user Gaussian interference channelwith multiple antennas (逼近多天線K用戶干擾信道加權(quán)和速率全局最優(yōu)解)，” IEEETransactions on Wireless Communications,vol. 11, no. 5, pp. 1933 - 1945,2012，將加權(quán)和速率優(yōu)化問題從可達(dá)容量域的角度看作一個單調(diào)優(yōu)化問題并采用outerpolyblock approximation算法以及現(xiàn)有文獻(xiàn)中公開的rate profile技術(shù)搜索全局最優(yōu)角軍。E. Bjornson, G. Zheng, M. Bengtsson, and B. Ottersten 的文獻(xiàn) “Robust monotonicoptimization framework for multicell MISO systems (多小區(qū) MISO 系統(tǒng)的魯棒單調(diào)優(yōu)化架構(gòu))，” IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 60, no. 5, pp. 2508 - 2523, 2012,提出了一種分支約減定界(branch-reduce-and-bound, BRB)算法，比 outer polyblockapproximation算法具有更快的收斂速度,但是當(dāng)用戶數(shù)較多時收斂仍然很慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種最大化多小區(qū)下行加權(quán)和速率的單調(diào)優(yōu)化方法，本發(fā)明采用判斷搜索、順序分割以及頂點重置等方法，能有效提高單調(diào)優(yōu)化算法的收斂速度。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟步驟I)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)小區(qū)數(shù)M，每個小區(qū)用戶數(shù)Km，第m個基站的天線數(shù)Tm，第m個基站的功率約束Pm，其中m=l，. . .，M，第η個基站到用戶《^(第m個小區(qū)的第k個用戶)的信道狀態(tài)信息，其中m，n=l,. . . , M, k=l,. . .，Km，用戶的零均值復(fù)高斯加性噪聲的協(xié)方差以及加權(quán)系數(shù)；步驟2)定義足%為用戶\的速率，
其中為用戶Wwt的波束成形向量，其中,!，...，!《，!^，...，!^，/^為第打個基站到用戶^的信道狀態(tài)信息，其中m，n=l, ...,M, k=l,. . .，Km,'為用戶《 ,(第η個小區(qū)的第j個用戶)的波束成形向量，其中n=l，. . . , M, j=l,. . .，Κη，<，為第m個基站到用戶\的Ih道狀態(tài)Ih息，其中m=l,..., M, k=l,..., Km。構(gòu)造可達(dá)速率向量
權(quán)利要求
1 .一種最大化多小區(qū)下行加權(quán)和速率的單調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于，采用判斷搜索、順序分割以及頂點重置方法，具體包括以下步驟 步驟I)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)小區(qū)數(shù)M，每個小區(qū)用戶數(shù)Km，第m個基站的天線數(shù)Tm，第m個基站的功率約束Pm，其中111=1，...^，第11個基站到用戶《)%的信道狀態(tài)信息< ，其中m, n=l,. . . , M, k=l,. . .，K111，用戶《%的零均值復(fù)高斯加性噪聲的協(xié)方差以及加權(quán)系數(shù)amk，用戶〃《,表示第m個小區(qū)的第k個用戶； 步驟2)定義As力用戶的速率，
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的最大化多小區(qū)下行加權(quán)和速率的單調(diào)優(yōu)化方法，其特征是，所述步驟5)中的可行問題樹^是指
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的最大化多小區(qū)下行加權(quán)和速率的單調(diào)優(yōu)化方法，其特征是，所述步驟6)中的判斷搜索是指 找到a, b連線與超平面Ir I f (r) =fmin}的交點c,即
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的最大化多小區(qū)下行加權(quán)和速率的單調(diào)優(yōu)化方法，其特征是，所述步驟7)中的順序分割是指 i)由頂點b和分割點r得到K個新盒子的頂點{V1)，b }，其中 b(l)=b- (bj-rj) ej, i = I, . . . , K 其中，下標(biāo)i表示該向量的第i個元素，e,表示第i個元素為I其余元素為O的向量； ii)根據(jù)K個新頂點{V1)，b }處的加權(quán)和速率進(jìn)行升序排列，得到:iii)順序計算得到K個頂點_*>，…，·&&)}對應(yīng)的頂點沁(4)，...，β&)}，其中
全文摘要
本發(fā)明提供一種最大化多小區(qū)下行加權(quán)和速率的單調(diào)優(yōu)化方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，將加權(quán)和速率優(yōu)化問題看作可達(dá)容量域上的單調(diào)優(yōu)化問題，采用判斷搜索、順序分割以及頂點重置等步驟設(shè)計單調(diào)優(yōu)化算法。該方法能有效減少可行問題求解次數(shù)，降低計算復(fù)雜度，提高收斂速度。
文檔編號H04W28/18GK102905320SQ20121035938
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者張茜, 何晨, 蔣鈴鴿 申請人:上海交通大學(xué)