[发明专利]基于ADMM的多天线全双工系统分布式波束成形方法

说明书

本发明公开了一种基于ADMM的多天线全双工系统分布式波束成形方法，该方法适用于多中继多天线全双工系统的多重干扰联合抑制，在用户速率约束下降低系统发送总功率。利用ADMM算法解决原始问题非严格凸导致的无法收敛问题，同时提升收敛速率。该方法包含以下几个步骤：(1)初始化系统变量；(2)构造紧凑形式ADMM问题，并将该问题解耦合；(3)在每个中继处求解增广拉格朗日函数最小化问题，得原始和松弛变量，并将其广播给所有中继，从而更新对偶变量。重复步骤(3)直至满足预先设定的停止准则。将最后一次迭代的解输出，并对原始变量的最终迭代解进行特征值分解或高斯随机化，得到分布式波束成形矩阵和波束成形矢量。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于ADMM(Alternating DirectionMethod of Multipliers，交替方向乘子算法)的多天线全双工系统分布式波束成形方法。

背景技术

在多天线全双工中继系统中，为了解决服务范围内用户的覆盖问题，往往需要部署多个全双工中继，在该场景下，系统中存在中继自干扰、中继间互干扰以及多用户干扰，设计同时抑制多种干扰的集中式优化方案不再可行。有些人研究了多天线多全双工中继OFDMA系统中的资源分配，采取端到端链路正交隔离并为不同中继分配不同频带的方法避免中继互干扰和多用户干扰，但是由中继部署带来的频率重用优势将不复存在。有些仅仅考虑了单一全双工中继网络中的波束成形设计，而没有考虑实际多中继网络中存在的中继间的互干扰。有些研究提出了分布式波束成形算法，但并不能兼顾系统性能提升和快速收敛特性。

基于ADMM(Alternating Direction Method of Multipliers，交替方向乘子算法)的分布式波束成形方法，通过引入辅助变量和对偶变量，设计了适用于ADMM算法规则处理的新的二次规划问题，可用于解决了上述算法或不适用于多中继网络，或收敛速度慢等问题，提升多全双工中继网络的整体性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现存多天线多全双工中继网络分布式波束成形设计收敛速度慢，或者难以兼顾系统性能提升和快速收敛的缺陷，提供一种基于ADMM的多天线全双工系统分布式波束成形方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于ADMM的多天线全双工系统分布式波束成形方法，所述的方法包括下列步骤：

S1、初始化系统参数，多中继网络的基站天线数目为N_B，多天线全双工中继与单天线用户数目均为L，且每个多天线全双工中继的发送和接收天线数目分别为N_t和N_r，给定基站的发送符号向量为且满足基站发送波束成形矩阵为其中N_i是回传链路i上传输的子流数，回传链路i上的信道矩阵为给定中继i的发送符号为x_R,i∈C，且满足E{|x_R,i|²}＝1，中继i波束成形矩阵为给定中继干扰矩阵给定单根天线的零均值高斯白噪声功率为给定基站波束成形矩阵的自相关矩阵以及中继波束成形向量的自相关矩阵构建一个以系统的总发送功率为优化目标函数的优化问题，如下：

其中，约束(1.1b)和(1.1d)表示回传链路i与接入链路i上的数据速率不应低于用户i的速率需求，(1.1c)表示中继l接收的中继自干扰和中继互干扰之和，(1.1e)表示用户l接收的多用户干扰，约束(1.1f)使得Q_B,i和Q_R,i均为半正定矩阵；