[发明专利]大规模天线能量效率和频谱效率的折中性能优化方法

权利要求书

1.一种大规模天线能量效率和频谱效率的折中性能优化方法，包括步骤：

S1：建立一通信系统，所述通信系统包括一基站和多个用户端，所述基站通过一ULA发射天线阵列与各所述用户端通信连接；

S2：建立所述通信系统的一MIMO模型；

S3：建立基于所述MIMO模型的一能量效率模型和一频谱效率模型；

S4：构建所述能量效率模型和所述频谱效率模型的优化目标函数；

S5：将所述优化目标函数转换为凸优化目标函数；

S6：对所述凸优化目标函数进行求解，获得能量效率优化值；

S7：利用所述能量效率优化值调整所述通信系统。

2.根据权利要求1所述的大规模天线能量效率和频谱效率的折中性能优化方法，其特征在于，所述MIMO模型的表达式为：

其中，y_k表示第k个用户端接收信号矢量；x_k为基站发送给第k个用户端的信号矢量；且满足E{|x_k|²}＝1，其中k为自然数且1≤k≤N；h_k为基站到第k用户端的信道增益矢量；为第k用户端的加权矢量，p_k为基站对第k用户端的发射功率；n_k表示第k用户端的噪声向量，服从复高斯分布；N表示用户端的个数；H表示复共轭转置运算；E{·}表示数学期望。

3.根据权利要求2所述的大规模天线能量效率和频谱效率的折中性能优化方法，其特征在于，所述能量效率模型的表达式为：

其中，η_EE表示能量效率；ω表示用户加权矢量的集合；P＝dig(p₁，p₂…p_N)为N个用户端发射功率构建的对角矩阵；M表示所述ULA发射天线阵列中天线的个数；R_n表示第n用户端的传输速率；当基站能够获取小区内所有用户完全的信道状态信息，并且考虑信道的空间相关性，系统信道矩阵表示为G＝D^1/2H，令其中g_n＝[g_1n，g_2n...g_Mn]^H；g_mn表示单个用户分配的信道；p_n表示第n个用户端的发射功率；p_cm表示每根天线的电路功率消耗；

所述频谱效率模型的表达式为：

其中，η_SE表示频谱效率；R_total表示系统总传输速率；B表示信号带宽；

其中，γ_n表示第n个用户端的信干燥比；

其中，β_n表示路径损耗和阴影衰落；n₀表示噪声功率谱密度；p_n表示第n用户端的发射功率；h_n表示基站到第n客户端之间的信道增益矢量；为了消除用户间的干扰，基站在信号发送前使用迫零预编码进行预处理，相应的迫零预编码矩阵为其中表示矩阵·的伪逆，且有h_i·其中，表示包含载波频率和天线增益的常量；ε表示服从10logε～N(0，σ²)分布的阴影衰落因子，σ表示标准差，d_n表示基站与第n用户端之间的距离，ξ表示路径损耗因子。

4.根据权利要求3所述的大规模天线能量效率和频谱效率的折中性能优化方法，其特征在于，所述优化目标函数的表达式为：

公式(6)的受约束条件包括：

其中，U(ω，P)表示所要求的目标函数；α表示折中系数；p_T表示基站的最大发射功率；R_t，N表示满足第k客户端的最小传输速率；c(ω，P)表示R_total。