[发明专利]网络辅助全双工系统的稀疏波束设计与功率控制方法

说明书

本发明公开了网络辅助全双工系统的稀疏波束设计与功率控制方法，以最大化系统和速率为目标，以满足指定的系统服务质量QoS、发射机的发射功率以及回程链路消耗为约束条件，建立了以远程无线电射频头发射机与接收机波束，以及上行用户功率为设计变量的数学优化模型。本方法通过基于迭代序贯参数凸逼近方法，将原始的非凸优化问题通过不断连续凸逼近方法逐步转化为凸优化问题，并通过不断迭代优化联合求出稀疏波束形成向量与发射功率的值。

技术领域

本发明涉及无线通信传输技术领域，尤其是网络辅助全双工系统的稀疏波束设计与功率控制方法。

背景技术

在过去几十年中，智能设备和视频流应用的激增导致了对上行链路和下行链路传输中更高数据速率的需求激增。目前，5G仍采用传统的时分双工和频分双工技术。然而，随着对上行下行业务不对称需求的不断增长，我们需要突破更灵活的双工模式，进一步提高频谱效率。为了使收发器同时使用相同的频率资源工作，使通信双方能够同时使用相同的频率，提出了全双工方案，其他方案，诸如混合半/全双工蜂窝网络、α-双工方案等双工模式仅限于每个小区一个或两个基站，小区边缘用户可能会获得全双工无线资源，从而导致严重干扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供网络辅助全双工系统的稀疏波束设计与功率控制方法，能够使系统的和速率尽可能达到最大化。

为解决上述技术问题，本发明提供网络辅助全双工系统的稀疏波束设计与功率控制方法，包括如下步骤：

(1)发送远程无线电射频头通过信道估计获得它到所有下行用户设备和接收远程无线电射频头间的理想信道状态信息，上行用户通过信道估计获得它到所有下行用户设备和接收远程无线电射频头间的理想信道状态信息；假设系统采用基于网络辅助全双工模式的时分双工制式，且信道服从平坦衰落，即在信道相干时间内信道系数保持不变；

(2)中央处理器发送下行预编码向量到发送远程无线电射频头，发送远程无线电射频头接收该信号并将收到的信号，经过信道h_D,k转发给下行用户设备，下行用户设备最终接收到的下行信息为其中，表示发送远程无线电射频头到所有下行用户设备的理想信道状态信息，h_IUI,j,k表示第j个上行用户到第k个下行用户设备的信道且服从复高斯分布且s_D,k,s_U,j分别表示发送远程无线电射频头发送给下行用户设备k及上行用户j发送的数据信息；w_D,k,p_U,j分别表示发送远程无线电射频头发送给下行用户设备k的预编码向量及上行用户设备j的发射功率；表示加性高斯白噪声；上行传输系统中，先对发送远程无线电射频头到接收远程无线电射频头的干扰功率做干扰消除处理，并对参与上行传输的用户及上行接收的远程无线电射频头做好配对；这样，接收远程无线电射频头接收到的上行用户信息为其中，表示干扰消除后的信道估计误差项，表示加性高斯白噪声，表示上行用户通过信道估计到接收远程无线电射频头间的理想信道状态信息；

(3)整个传输系统以最大化和速率为准则，以指定的上行及下行用户设备传输最小系统频谱效率，上行用户的功率及下行远程天线的预编码发射功率，下行回程容量为约束，求解传输系统的稀疏波束形成与功率控制优化问题；

建立问题模型为：

C1:

C2:

C3:

C4:R_D,k≥R_D,min,k

C5:R_U,j≥R_U,min,j

C6:

其中，