[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

说明书

本发明提供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；S2：建立通信系统的一MIMO模型；S3：建立基于MIMO模型的一能量效率模型和一频谱效率模型；S4：构建能量效率模型和频谱效率模型的优化目标函数；S5：将优化目标函数转换为凸优化目标函数；S6：对凸优化目标函数进行求解，获得能量效率优化值；S7：利用能量效率优化值调整通信系统。本发明的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，将非凸的多目标问题转化为凸优化的单目标问题；并能够在不同能量效率值的设定下实现对频谱效率的优化，并能够灵活地改变能量效率函数或频谱效率函数在折中优化函数中的优先级。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及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。

背景技术

近年来，Massive-MIMO系统中的能量效率和频谱效率的性能折中是平衡系统性能和运营效率的关键，近年来吸引了众多的研究和关注。传统的Massive-MIMO系统仅考虑能量效率或者频谱效率的最优化，通常在固定一个性能指标时对另一个进行优化。这种方式无法在变化的场景中，有效地追踪设计目标。

传统的Massive-MIMO系统对于能量效率和频谱效率二者之间性能折中的优化，通常仅考虑频谱效率或者能量效率的最优化，首先推导二者在相关模型下的近似关系闭式，再在固定一个性能指标时对另一个进行优化，这种方式无法在变化的场景中，有效地追踪设计目标。目前，对于Massive-MIMO系统中频谱效率和能量效率的性能折中研究多集中于单目标优化，在能量效率和频谱效率性能折中的多目标优化方面研究还比较少。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供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，通过构建能量效率和频谱效率之间的折中优化函数关系，将非凸的多目标问题转化为凸优化的单目标问题；并能够在不同能量效率值的设定下实现对频谱效率的优化，并能够通过选择不同的折中因子灵活地改变能量效率函数或频谱效率函数在折中优化函数中的优先级。

为了实现上述目的，本发明提供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：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。

优选地，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。

优选地，所述能量效率模型的表达式为：