[发明专利]一种CF-mMIMO下的用户分簇及功率分配方法

权利要求书

1.一种CF-mMIMO下的用户分簇及功率分配方法，在Cell-free Massive MIMO下：所有AP在相同的时频资源下同时向所有用户提供服务；其特征是：Cell-free Massive MIMO下最大用户信干噪比的用户分簇及功率分配方法的具体方法为：

步骤一、初始化：设置初始分簇数I₀、最大分簇数I_max；

步骤二、执行第l+1次迭代：对所有用户进行分簇，分成I₀+l个用户簇，对每个用户簇均通过SCA算法计算功率控制系数，得到最小的用户信干噪比Γ_min；

步骤三、判断步骤二获得的最小的用户信干噪比Γ_min用户是否大于或等于预设的停止迭代条件Γ_min≥γ_th，如果判断结果为是，则执行步骤四；如果判断结果为否且I₀+l＝I_max，则执行步骤五；

步骤四、令l＝l+1；返回执行步骤二；

步骤五、.用户检测及排除步骤；

令E_i表示用户u_i的分簇参考变量，它通过如下公式获得：

式中：m和m′的物理含义相同；

u_i表示第i个用户；

M表示AP的总数量，m表示第m个AP；

表示第m个AP到用户u i的大尺度衰落系数；

表示第m个AP与用户u i的大尺度衰落系数的信道状态估计值；

L表示每个AP上的天线数量；

ρ_d表示每个AP的最大归一化发射功率即：由噪声功率N0归一化；

由于已知分簇数为I_l＝I₀+l，则每个簇的最小用户数Z₁为不大于用户数比分簇数的最大取整数，通过解下面的凸优化问题得到每个用户的具体的分簇结果

式中：E_i表示用户u_i的分簇参考变量；

表示具体的分簇结果，表示用户u_i属于用户簇n_q，否则

表示为用户集，表示第i个用户；

表示用户簇集，n_q表示隶属于的第q个簇；

S_max衡量指标，表示信干噪比最大的用户簇的近似信干噪比；

Z₁每个簇的最小用户数；

步骤六、初始化：n＝1，最大迭代次数为N，N为正整数，初始点为(t¹,θ¹)，误差为ε；

各用户的功率分配方法包括以下步骤：

步骤七、执行第n次迭代，用GUROBI或者MOSEK求解下式：

得到(t^*,θ^*)，

式中：

t表示信干噪比最小的用户的信干噪比；

表示第m个AP和用户u_q,k之间的功率控制系数；

为用户分簇结束后用户簇n_q中的用户集合，重新定义用户u_q,k是隶属于中的第k个用户；

表示AP的集合，

θ是凸优化过程中引入的松弛变量；

F(t,θ；tⁿ,θⁿ)是f(t,θ)在点(tⁿ,θⁿ)处的一阶泰勒展开(tⁿ,θⁿ)表示第n次执行步骤七后得到的最优解；

步骤八、判断|t^*-tⁿ|≤ε，或者n＝N，如果判断结果为是，则停止迭代，完成一次Cell-free Massive MIMO下最大用户信干噪比的用户分簇及功率分配；如果判断结果为否，则执行步骤九；

tⁿ表示第n次迭代后得到的t的最优解，

表示本次求解步骤七得到的最优解；

ε表示允许的最大误差；

步骤九、更新：n＝n+1，(tⁿ,θⁿ)＝(t^*,θ^*)，返回执行步骤七。