[发明专利]基于能效最优的三节点大规模天线中继系统天线选择方法

说明书

基于能效最优的三节点大规模天线中继系统天线选择方法，涉及无线通信技术领域，以系统能效最大化为目标，建立了以中继天线数为变量的优化模型，对该模型求解即可得到能效最优时的中继系统天线选择数。本发明有益效果：根据本发明可以准确的确定中继系统所需要使用的天线数，在将大规模天线阵列引入中继站的同时，使得射频通道固定电路总功耗最低，进而提高中继系统的整体能效性能，对于实际中继通信系统中具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体地说是基于能效最优的三节点大规模天线中继系统天线选择方法。

背景技术

自2010年美国贝尔实验室科学家Marzetta教授提出大规模多输入多输出 (简称大规模MIMO)技术之后，近几年来该项技术以其新颖的特性受到了无线通信领域工业界与学术界的广泛关注，全球各个知名研究机构与课题组针对该项技术进行了深入的研究。所谓大规模MIMO技术，是指在基站端配置大规模数量的天线阵列来同时服务多个用户，并且天线数量级要远大于服务的用户数量级。有学者研究指出，通过在基站端使用大规模天线阵列挖掘空域可用资源，可以获得许多相对于传统MIMO系统的新特性，诸如，可以在基站端采用简单的线性预编码/检测方法来有效消除多用户干扰，显著降低基站端和用户端的发射功率同时不影响系统的可达速率要求，不额外增加时频资源开销的前提下使得系统频谱效率和能量效率的成倍提升，丰富的自由度用于先进的波束赋形等等。大规模MIMO技术的这些特性，也使得其成为第五代移动通信系统的关键技术之一。

与此同时，多天线中继系统在近十年来也一直受到业内人士的普遍关注。通过引入多天线中继站，可以大大提升用户覆盖范围，提高边缘用户的传输速率，增强传输链路的可靠性。但是，在传统的多天线中继系统中，中继节点受限于尺寸有限和功率受限，通常只能在中继节点部署少量天线，未能充分挖掘空间资源和多天线技术带来的空间分集与复用增益。值得庆幸的是，毫米波技术在近年来的广泛研究，使得基于毫米波段的大规模天线阵列尺寸大大降低(由于天线尺寸与波长成正比)，这也使得中继节点配备大规模天线阵列具备了可能性。正基于此，HimalA.Suraweera等人于2013年首次提出将大规模MIMO技术引入中继系统，通过在中继节点处配置大规模天线阵列，使得系统可以在链路可靠性、频谱效率和小区覆盖方面获得进一步的性能提升。特别是利用大规模天线所带来的阵列增益，可以大大降低中继节点和发送节点的发射功率。这些特性也使得大规模天线中继系统在无需额外的时频资源消耗下，在频谱效率和能量效率两个指标上具有了很大的提升潜力。

值得注意的是，在将大规模天线阵列引入中继站的同时，也不可避免的会带来一些问题。最直接的问题就是大量天线的使用所造成的射频通道固定电路总功耗成倍提升，而固定电路总功耗的提升势必会对中继系统的整体能效性能造成影响。很显然，在未来绿色通信为主流的无线通信系统中，高功耗面临着严峻的挑战。因而，在满足能效性能的前提下，确定中继系统所需要使用的天线数具有十分重要的实际意义和应用背景，而这一问题尚未有研究人员涉足。为了解决中继站最优天线数的问题，本发明提出了基于能效最大化的最优天线数优化模型。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供基于能效最优的三节点大规模天线中继系统天线选择方法，解决现有大规模天线阵列引入中继站的同时带来的问题，解决大量天线的使用所造成的射频通道固定电路总功耗成倍提升的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于能效最优的三节点大规模天线中继系统天线选择方法，所述中继系统由一个单天线发送节点，一个单天线接收节点和一个配置大规模天线阵列的中继节点所组成，发送节点的信号经过中继节点处理转发后，送至接收节点，其特征在于：所述天线选择方法包括以下步骤：