[发明专利]一种最大化最小能效多小区大规模MIMO波束域功率分配方法

说明书

本发明公开了一种最大化最小能效多小区大规模MIMO波束域功率分配方法，该方法包括如下步骤：构建小区簇并配置天线阵列，通过波束赋形生成波束集合：获取小区簇内各用户的统计信道状态信息：将所述统计信道状态信息发送至中央处理中心，并进行多小区大规模MIMO波束域功率分配：根据统计信道状态信息的变化动态实施多小区大规模MIMO波束域功率分配。本发明通过大规模天线阵列从而使能效和谱效有效提升，并充分利用了多个小区用户的波束域统计信道状态信息，提高了设计性能，且进行最大化最小能效多小区大规模MIMO波束域功率分配，显著降低优化问题求解和物理层实现的复杂度。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种最大化最小能效多小区大规模MIMO波束域功率分配方法。

背景技术

在大规模MIMO系统中，基站端布置大规模天线阵列以同时服务多个用户。采用大规模MIMO技术可以有效降低用户间干扰，大幅提高无线通信系统的能效和谱效。波束域传输是指基站侧通过统一的酉变换将发射信号转换到波束域，充分利用大规模天线阵列的空间角度分辨率和用户信道在波束域中的局部特性。

多小区大规模MIMO下行链路传输过程中，基站将信号分别发送给小区内的用户，对于小区内每个用户来说，干扰信号包括两个方面：本小区基站发送给其他用户的信号，以及其他小区的基站发送给其他小区用户的信号。为了权衡通信各小区的系统容量和能源消耗，提出以最大化最小能效(各小区用户和速率与总功率消耗比值的最小值)为优化目标的问题，得到基站侧波束域功率分配矩阵。若利用集中式的方法来解决此功率分配问题，基站之间需要交换大量的大规模矩阵信息，因此，在大规模MIMO场景中，集中式算法会造成较高的反馈开销和复杂度。而分布式的算法是指在不同基站之间进行的有限(或没有)信息交换的情况下，每个基站独立的处理本小区的功率分配。大规模MIMO系统的分布式处理具有较小的开销和较低的计算复杂度。

传统的能效优化问题常基于瞬时信道状态信息，而在大规模MIMO系统中，瞬时信道状态信息的获取有难度，并且当基站侧天线数较大时，求解用户速率过程中求期望过程的复杂度很高。为此，本发明提出了一种低复杂度的利用统计信道状态信息的最大化最小能效多小区大规模MIMO波束域功率分配方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种最大化最小能效多小区大规模MIMO波束域功率分配方法，该发明针对多小区大规模MIMO系统下行链路通信场景，能够优化小区最小能效，实现各个小区能效的公平性，并降低实现这一优化过程的复杂度，使其便于实施。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明提供了一种最大化最小能效多小区大规模MIMO波束域功率分配方法，该方法包括如下步骤：

1)构建小区簇并配置天线阵列，通过波束赋形生成波束集合：

将若干个小区构建为一个小区簇，且小区簇内各小区的基站配置大规模天线阵列，并通过波束赋形生成能够覆盖全部小区的大规模波束集合；

2)获取小区簇内各用户的统计信道状态信息：

所述统计信道状态信息的获取包括用户反馈、基站直接估计来获取，或通过上行探测信号获取；

3)将所述统计信道状态信息发送至中央处理中心，并进行多小区大规模MIMO波束域功率分配：

所述中央处理中心利用确定性等同方法、MM迭代算法和Dinkelbach变换，分别使用集中式和分布式算法进行功率分配，其中，最大化最小能效多小区大规模MIMO波束域功率分配优化问题的优化目标为各小区能效的加权最小值，优化变量为各个基站发送信号的协方差矩阵，约束条件为各基站发送信号的协方差矩阵满足功率约束；

4)根据统计信道状态信息的变化动态实施多小区大规模MIMO波束域功率分配：