[发明专利]一种非规则多点海域通信网络中时空协同传输优化方法

权利要求书

1.一种非规则多点海域通信网络中时空协同传输优化方法，其特征在于，该方法采用大规模MIMO技术的时移导频位置和功率的联合优化实现时空协同传输优化；即基站在某个相干时间内，利用信道的大尺度衰落信息，通过迭代，联合优化下一个相干时间的导频位置和功率，以实现时空协同传输优化；该方法具体包括：

设非规则多点海域通信系统由L个小区组成，在每个小区中，有1个配有M根天线的基站和K个单天线用户，使用K个正交导频序列；第i个小区第k个用户到第j个小区基站之间的大尺度衰落系数表示为β_jki，第i个小区第k个用户到第j个小区的第k＇个用户之间的大尺度衰落系数表示为β_k′jki，第i个小区和第j个小区基站之间的大尺度衰落系数表示为β_ij；

该系统使用时分双工TDD模式，在信号传输过程中，每个相干时间T被划分为四个阶段：首先，用户以ρ_p的功率向基站发送长度为τ的导频序列；然后，基站使用接收到的导频序列进行信道估计，并计算预编码矩阵，所用时间为E；接着，基站以功率ρ_d向用户发送长度为D的下行数据序列；最后，用户以功率P向基站发送长度为U的上行数据序列；在采用时移导频的TDD系统中，所有小区被分为N组，用G₁,G₂,...,G_N表示，在某组小区发送导频时，其他组小区传输下行数据序列；

该方法包括以下步骤：

1)初始化参数：

令其中T′＝τ+U＝T-E-D，令系统频谱效率的初值C_u0＝0；

2)根据由上一次迭代过程反馈的功率分配结果，构建指派问题模型并求解，得到每个小区内各个用户的导频位置，即将每个小区的K个正交导频序列分配给该小区的K个单天线用户；若为第一次迭代，则采用步骤1)中的初始化参数；具体步骤如下：

2-1)新建K个空导频位置链表；

2-2)对每个小区i＝1:L依次执行：

2-2-1)对用户j＝1:K，计算第i个小区第j个用户到第i个小区基站之间的大尺度衰落系数β_iji；

2-2-2)将K个用户按照大尺度衰落系数β_iji从小到大排序；

2-2-3)按照步骤2-2-2)得到的顺序，将这K个用户分别加入到链表1,2,…,K中；

2-3)对每个小区i＝1:L依次执行：

2-3-1)对经过按β_iji从小到大排序后的用户j＝1:K，将第i个小区的第j个用户从其所在链表中删除；

2-3-2)对链表p＝1:K，用户q＝1:K，将第i个小区的第q个用户添加到第p个链表中，由公式计算将第i个小区的第q个用户添加到第p个链表后，链表p中所有用户的频谱效率之和然后将第i个小区的第q个用户从第p个链表中删除；其中：

2-3-3)求解下面公式所示的指派问题，得到0-1变量x_pq，表示是否将第i个小区的第q个用户添加到第p个链表中：

2-3-4)对链表p＝1:K，用户q＝1:K，若由步骤2-3-3)中得到的x_pq＝1，则将第i个小区的第q个用户添加到第p个链表中；

至此，得到K个链表，1,2,…,K,每个链表由L个元素组成，每个元素的取值为{1,2，…,K}，第k个链表中第i个元素的值为k＇代表第i个小区的第k＇个用户使用第k个正交导频位置；因此，这K个链表即为每个小区内各个用户的导频位置分配结果，该结果作为步骤3)的输入参数；

3)根据步骤2)中得到的导频位置分配结果，利用凸优化方法，在平均功率约束ρ_pτ+PU＝ρT′，其中T′＝τ+U＝T-E-D下，优化得到导频功率和数据功率，并判断是否结束迭代；具体地：

3-1)由公式计算得到导频功率；

3-2)由公式计算得到数据功率；

其中：

取值区间为(0,1)；

3-3)判断是否结束迭代：

3-3-1)由公式计算得到系统的频谱效率之和C_u，由公式计算得到Δ；

3-3-2)若Δ＞0.001，则令C_u0＝C_u，并返回到步骤2)，继续迭代；

若Δ≤0.001，则认为迭代已经收敛，结束迭代，得到最终的导频功率ρ_p、数据功率P，以及链表1,2,…,K表示的导频位置分配结果。