大規(guī)模多輸入多輸出系統(tǒng)中異構(gòu)用戶導(dǎo)頻功率優(yōu)化分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大規(guī)模多輸入多輸出系統(tǒng)中異構(gòu)用戶的導(dǎo)頻功率優(yōu)化分配方法，步驟1)產(chǎn)生一組隨機(jī)分布的異構(gòu)用戶，每個(gè)用戶經(jīng)歷獨(dú)立的信道信息，計(jì)算系統(tǒng)下行可達(dá)速率；步驟2)由系統(tǒng)下行可達(dá)速率以及總功率約束條件構(gòu)成拉格朗日函數(shù)L；步驟3)假設(shè)λ為拉格朗日因子，將L對(duì)每個(gè)用戶的導(dǎo)頻功率ρk以及λ求導(dǎo)得到ρk關(guān)于λ和信道信息的表達(dá)式；步驟4)根據(jù)ρk大于0小于總功率的限制，基于步驟3)得到的表達(dá)式得到λ的取值范圍；步驟5)根據(jù)步驟4)求得的λ的取值范圍進(jìn)行二分搜索，得到最佳的導(dǎo)頻功率分配值。該方法利用異構(gòu)用戶不同的信道信息，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)頻功率的優(yōu)化分配，提升系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)傳輸性能。
【專利說明】大規(guī)模多輸入多輸出系統(tǒng)中異構(gòu)用戶導(dǎo)頻功率優(yōu)化分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說，涉及一種大規(guī)模多輸入多輸出系統(tǒng)中異構(gòu)用戶導(dǎo)頻功率優(yōu)化分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著用戶對(duì)高速數(shù)據(jù)服務(wù)的需求不斷增加，以及不斷增加的小區(qū)用戶數(shù)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻譜資源的需求日益增加，大規(guī)模多用戶多輸入多輸出(多用戶多輸入多輸出，文中簡稱:MU-MM0)系統(tǒng)通過增加基站天線數(shù)目提高系統(tǒng)頻譜利用率，得到廣泛關(guān)注。大規(guī)模MU-MMO系統(tǒng)在基站側(cè)配備遠(yuǎn)比用戶數(shù)更多的天線，而小區(qū)用戶配備單個(gè)天線，基站用這大量的天線，在相同的時(shí)頻資源里同時(shí)服務(wù)于多個(gè)終端用戶，利用上行傳輸?shù)膶?dǎo)頻以及TDD (時(shí)分雙工)系統(tǒng)信道的互易性，獲得所有用戶的上下行信道估計(jì)值，從而進(jìn)行下行鏈路預(yù)編碼。
[0003]大規(guī)模MU-MMO系統(tǒng)的基本特征是基站側(cè)的天線數(shù)目相比于傳統(tǒng)MU-MMO系統(tǒng)增加了一個(gè)量級(jí)以上。它相比于傳統(tǒng)MU-MMO系統(tǒng)，具備特有的優(yōu)點(diǎn):獲得更高倍數(shù)的容量；更高的功率利用率和頻譜利用率；可以使用相對(duì)廉價(jià)、低功率的器件；更好的鏈路可靠性
坐寸ο
[0004]傳統(tǒng)的大規(guī)模MMO系統(tǒng)，小區(qū)內(nèi)所有用戶采用正交導(dǎo)頻，基站利用這些正交導(dǎo)頻以及TDD系統(tǒng)信道互易性進(jìn)行信道估計(jì)，從而獲得所有用戶的上下行信道估計(jì)信息。然而，由于相干時(shí)間以及用戶數(shù)的限制，相同的正交導(dǎo)頻序列需要在多個(gè)小區(qū)中復(fù)用，從而基站在接收上行導(dǎo)頻信息時(shí)將受到同頻小區(qū)用戶發(fā)送的導(dǎo)頻信息的干擾，產(chǎn)生導(dǎo)頻污染的問題。目前針對(duì)導(dǎo)頻污染，主要有通過小區(qū)間協(xié)作消除導(dǎo)頻污染、通過在時(shí)間和空間上調(diào)度導(dǎo)頻來減輕導(dǎo)頻污染以及導(dǎo)頻污染預(yù)編碼等方法。另一方面，大規(guī)模MU-MIMO系統(tǒng)中，用戶一般是異構(gòu)用戶，即每個(gè)用戶經(jīng)歷獨(dú)立的信道，從而每個(gè)用戶就可能達(dá)到不同的下行可達(dá)速率。所以我們考慮是否能通過分配給異構(gòu)用戶不同的導(dǎo)頻功率來取得性能的提升。這方面的研究目前還比較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種大規(guī)模多輸入多輸出系統(tǒng)中異構(gòu)用戶導(dǎo)頻功率優(yōu)化分配方法，該方法利用異構(gòu)用戶不同的信道信息，在總導(dǎo)頻功率受限的情況下，實(shí)現(xiàn)各用戶導(dǎo)頻功率的優(yōu)化分配，有效利用有限的導(dǎo)頻功率，從而達(dá)到系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)傳輸性能提升。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種大規(guī)模多輸入多輸出系統(tǒng)中異構(gòu)用戶導(dǎo)頻功率優(yōu)化分配方法，該方法包括以下過程:
[0008]步驟I)小區(qū)中有一個(gè)基站和K個(gè)異構(gòu)用戶，用gk = [glk, g2k,...，gftiT表示小區(qū)中第k個(gè)用戶到基站的信道矢量，其中，M為基站的天線總數(shù)，k= 1、2、3…K，小區(qū)中第k個(gè)用
戶終端到基站的第m根天線的復(fù)傳輸系數(shù)為gmk，m為正整數(shù)，且I≤m≤M，
【權(quán)利要求】
1.一種大規(guī)模多輸入多輸出系統(tǒng)中異構(gòu)用戶的導(dǎo)頻功率優(yōu)化分配方法，其特征在于，該分配方法包括以下步驟: 步驟I)小區(qū)中有一個(gè)基站和K個(gè)異構(gòu)用戶，用gk= [glk，g2k，...，gMk]T表示小區(qū)中第k個(gè)用戶到基站的信道矢量，其中，M為基站的天線總數(shù)，k= 1、2、3…K，小區(qū)中第k個(gè)用戶終端到基站的第m根天線的復(fù)傳輸系數(shù)為g^m為正整數(shù)，且I≤m≤M，=孤1',?，hmk表示小區(qū)中第k個(gè)用戶終端到基站的第m根天線的復(fù)快衰落因子，β,表示小區(qū)中第k個(gè)用戶終端到基站的慢衰落系數(shù)，所謂異構(gòu)用戶，即對(duì)于不同的k，β,互異；用戶采用長時(shí)估計(jì)方法獲得慢衰落系數(shù)β k ; 步驟2)用戶首先進(jìn)行上行導(dǎo)頻傳輸，用Pk表示第k個(gè)用戶發(fā)送的平均導(dǎo)頻功率，則在信道估計(jì)階段，基站的接收信號(hào)為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)頻功率優(yōu)化分配方法，其特征在于，所述步驟7)中采用的二分搜索可以通過如下方式減小平均迭代次數(shù): a.將{λ k，max}從小到大排列，令
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)頻功率優(yōu)化分配方法，其特征在于，所述方法是針對(duì)單小區(qū)的場景。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)頻功率優(yōu)化分配方法，其特征在于，對(duì)于多小區(qū)場景，首先，按照所述步驟I)到步驟5)的過程計(jì)算下行可達(dá)速率的公式:
【文檔編號(hào)】H04W52/32GK104039004SQ201410253635
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】張華 , 鄭心如, 許威 申請(qǐng)人:東南大學(xué)