[发明专利]一种基于预处理的分枝剪枝联合网络优化和波束成形方法

说明书

一种基于预处理的分枝剪枝联合网络优化和波束成形方法，涉及无线通信领域。为了充分挖掘协作多点传输中联合传输的优势，实现功率优化和回程链路开销的折中，降低系统实现复杂度，本发明首先将功率消耗和回程链路开销折中的优化问题建模为一个非凸的混合整数规划问题，通过将非凸约束转变为凸约束，得到一个MI‑SOCP问题，然后对二进制整数约束进行松弛处理，转化为一个SOCP问题。再将BnB法与切平面法相结合得到的BnC法，以及对部分二进制整数变量进行预处理，确定变量的取值，将两者相结合，从而大大降低了实现复杂度，优化功率和回程链路开销。本发明适用于无线网络领域中的信号处理。

技术领域

本发明涉及无线通信领域。

背景技术

随着高数据速率的应用要求，如高质量无线视频流等的爆炸式增长，对第五代无线通信系统(5G)提出了更高的要求。预计在2020年能够实现最小化功率消耗的同时大幅度的提升频谱效率(1000倍)。然而，尽管蜂窝式的网络架构能够支持大面积覆盖和用户移动性，但并不能实现在频谱效率上突破。为了达到上述要求，一些新的网络架构、先进的信号处理技术等逐渐被提出。随着微蜂窝、微微蜂窝等微型基站的普遍使用，各基站到用户间的距离大幅度减小。基站的数据经过较短距离的衰减被用户接收，大大的降低了基站端的功率。尽管基站间可以通过协作(协作多点传输，CoMP)来提高频谱效率，但随着基站数量的增多，用户受到相邻基站的干扰也会越来越严重。发送端只有增加发送功率，才能满足一定的用户QoS需求。在全频率复用条件下，发送功率的增加，将给其他用户带来更严重的干扰。

在LTE-A中，协作多点传输(CoMP)包括联合传输(JP)或者协作波束成形/协作调度(CB/CS)。JP方式中，由于各个发送端通过共享用户数据和信道状态信息(CSI)，将干扰信号转化为了有用信号，相比于CB/CS方式，JP方式能够获得更高的频谱效率，由于共享用户数据，需要更大的开销。在规模较大的网络中，采用JP方式是不现实的，因此，如何保证用户频谱效率的同时，用较少的基站进行协作，实现频谱效率和协作开销的折中？在火车站、飞机场及一些大型购物场所，为了满足巨大的业务量需求，需要布置很多的发射基站，然而，在业务量小(如夜间)时，大部分基站处于空闲状态，造成巨大的功率开销，因此，为了降低功率消耗，根据当前网络业务情况，只采用一部分基站为用户服务，关闭其他基站，大大降低了功率的消耗。同时，考虑到当基站和用户数较多时，采用JP方式会给回程链路造成巨大的开销。因此，为了实现节能和开销的折中，本发明在集中式网络架构下，联合网络优化和波束成形设计。尽管如此，求解该问题的计算复杂度非常高。

发明内容

本发明是为了解决现有集中式网络架构下联合网络优化和波束成形系统的复杂度高的问题，以及为了实现功率优化和回程链路开销的折中，从而提供一种基于预处理的分枝剪枝联合网络优化和波束成形方法。

一种基于预处理的分枝剪枝联合网络优化和波束成形方法，在集中式网络架构下，该架构下有L个基站，每个基站配有N根天线，用Λ＝{1,…,L}表示基站集，被调度的用户为K个单天线用户，K为正整数；

基于预处理的分枝剪枝联合网络优化和波束成形方法由以下步骤实现：

步骤一、根据基站总功率消耗模型和回程链路容量开销，建立功率和回程容量的折中模型：

其中，w_lk为基站l到用户k的波束向量，正实数λ控制问题解的稀疏性，R_k为用户的速率，η_l为功率放大器的效率，P_l^IDL为空闲时功率放大器的功率，a_l∈{0,1}表征第l个功率放大器的状态，b_lk∈{0,1},l∈Λ表示基站的分配情况；执行步骤二；

步骤二、将非凸的信干噪比(SINR)约束转化为二阶锥约束，