[发明专利]无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案。

背景技术

过去的几十年中，无线网络中MIMO技术已经被证明可以获得高的频谱效率，通过空间复用，MIMO系统的吞吐量随着发送天线和接收天线的最小值呈现线性增加。然而，受到体积和代价的限制，移动端很难配备多根天线，实际中移动用户一般配置一或二跟天线，因此尽管基站可以配置多根天线，但是用户和基站间信道的吞吐量依旧受限于用户端的天线数。不失一般性，假设移动用户配置一根发送天线。

通过两个或者多个用户在相同的子信道上使用相同的频率和时隙独立地发送数据，可以克服之前提出的问题，这意味着一个用户使用其中一些子信道，另外的一个或多个用户也使用相同的子信道发送数据，使用相同子信道的用户被分成组给基站发送数据。从基站的角度来看，接收到的数据似乎是从一个用户发来的，该用户配置多根天线，使用空间服用的传输模式。如果基站接收天线的数目大于或等于用户发送天线数目总和，基站可以解码出来自不同用户的多个数据流，该种传输方式称为上行链路的V-MIMO传输，对于目前流行的无线蜂窝小区V-MIMO，例如长期演进(LTE)中的V-MIMO，移动用户之间不存在协作。对于未来的V-MIMO，用户之间的协作将成为可能。

目前存在的V-MIMO传输方案主要是最大化分组用户的吞吐量，一个分组中任何用户使用子信道的优先级相同(该子信道是根据目前存在的用户划分的)，这对于分组中已经存在的用户是不公平的，这是由于新增用户的干扰，现存用户的吞吐量可能小于实际需求。基于对现存用户的公平考虑，设计V-MIMO传输方案时，首先满足现存用户吞吐量的要求，因此需要对用户分成两组：现存用户和新增加的用户。不使用V-MIMO时现存用户单独地占有了子信道；使用V-MIMO时，现存用户和新增加用户分成组使用相同的子信道分组同时发送数据。

注意到对于非协作和协作V-MIMO传输，我们的传输方案在以下几方面不同于每根天线功率受限的MIMO传输方案：一方面，在非协作V-MIMO传输中，用户分布于无线网络中，他们独立地给基站发送数据；对于V-MIMO传输，基站需要辨别来自不同用户的数据。MIMO传输中每根天线功率受限，所有用户配置相同的天线，这样不同天线的数据可以在发送端联合解码并发送给接收端，与V-MIMO相比有可能进一步增加系统的吞吐量。另一方面，如果在V-MIMO传输中应用协作方式，需要估计不同用户的信道状态，这可能导致时间帧或带宽的额外开销，然而，对于MIMO传输而言，由于所有的天线对应着相同的用户，因此没有必要估计所有天线之间的信道状态。

此外，由于信道的时变性，无线网络实时传输过程中很难保证确定的QoS，因此对于无线通信实时性而言，统计意义上的QoS(QoS指数和有效容量)成为了一个重要的替代选择。有效容量定义为服务速率可支持的最大常数到达率，该服务速率能够保证规定的QoS指数θ，有效容量表征了不同时延-QoS需求的系统吞吐量。对于实时流量，例如视频会议，需要确保严格的时延界限，此时的有效容量指的是中断容量；另一方面，对于非实时流量，例如数据传输需要很高的吞吐率但是时延要求很宽松，此时的有效容量指遍历容量。目前关于V-MIMO存在的工作主要考虑的是非实时流量，对时延要求很宽松。另外，以前的工作中有关无线网络V-MIMO中如何保证和评估QoS没有深入理解和彻底的研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种可以最大化新增加用户的有效容量同时保证现存用户的有效容量，通过仿真评估了非协作/协作V-MIMO系统中功率分配方案的无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案，其特征在于：对于无线网络中MIMO系统，对新增加的用户使用功率控制技术，限制新增加用户对现存用户带来的干扰维持在一个可接受的水平，从而保证了现存用户的有效容量；通过协作V-MIMO中保证QoS的优化问题，得到了新增加用户的QoS驱动的功率分配方案；对于无线网络协作V-MIMO半双工和全双工系统中，构造了协作V-MIMO中保证QoS的优化问题为严格的凸优化问题；为解决上述的严格的凸优化问题，提出了适用于现存用户和新增加用户的QoS驱动功率分配方案，该方案可以最大化新增加用户的有效容量同时保证现存用户的有效容量。