[发明专利]一种基于波束选择和干扰消除的联合优化方法及其应用

权利要求书

1.一种基于波束选择和干扰消除的联合优化方法，其特征在于，其针对基站向用户发送的多簇信号做多簇信号之间的簇间干扰消除和单簇信号之内的簇内干扰消除；

其中，所述簇间干扰消除方法包括步骤：

步骤S1，根据基站向用户发送的每簇信号确定相应的簇中心用户；

步骤S2，对各个所述簇中心用户进行波束选择，选择出最优波束，得到最优波束信道其中，波束选择方法包括步骤：

步骤S21，选择第i簇中心用户μ_i的最优波束序列其中，为波束信道的第n行第μ_i列的元素；

步骤S22，选择波束集合Φ：其中，集合Z＝{1,…,N}；

步骤S23，从集合Z中移除已经选择的波束：

步骤S24，集合Z经过移除后，剩下的为最优波束，最优波束信道其中，1≤n≤N，M＝|Φ|，K为用户数，表示M行K列的复数矩阵；

步骤S3，根据所述最优波束信道进行数字预编码设计，得到数字预编码，以实现簇间干扰消除；

所述簇内干扰消除方法为：对单簇信号之内的簇内用户进行簇内功率分配优化，以实现簇内干扰消除；所述簇内功率分配优化表示为：其中，为最小信噪比，R_min为用户的最小可达速率，n_m为第m簇中的用户数，ζ_m,k为第m簇中第k个用户的功率分配因子，P_m为第m簇中分配的总功率，为用户的等效信道，σ²表示噪声功率。

2.如权利要求1所述的基于波束选择和干扰消除的联合优化方法，其特征在于，所述簇中心用户的确定包括步骤：

步骤S11，针对基站向用户发送的信号通过K-means算法收敛直接得到簇中心虚用户；

步骤S12，定义距离所述簇中心虚用户最近的实际用户为簇中心实用户。

3.如权利要求1所述的基于波束选择和干扰消除的联合优化方法，其特征在于，所述数字预编码设计包括步骤：

步骤S31，经过波束选择后，M个用户簇的波束信道矩阵表示为H_e：其中，为第m簇的波束信道向量；

步骤S32，通过迫零方法，得到数字预编码的矩阵以实现簇间干扰消除，其中，表示H_e矩阵的共轭转置，表示M行M列的复数矩阵；

步骤S33，通过归一化处理后，第m簇的数字预编码的向量w_m：其中，m∈{1,2,3,...,M}。

4.如权利要求3所述的基于波束选择和干扰消除的联合优化方法，其特征在于，在步骤S33中，所述数字预编码的向量w_m为第m簇内各用户共享的数字预编码向量。

5.如权利要求1所述的基于波束选择和干扰消除的联合优化方法，其特征在于，所述最小信噪比η的最优值通过二分法在[0,τ]的范围内确定，所述最小信噪比η的最优值使每个用户达到最小速率需求的同时能够最大化系统可达和速率，其中，

6.如权利要求5所述的基于波束选择和干扰消除的联合优化方法，其特征在于，所述系统可达和速率R_sum表示为：其中，R_m,k为所述第m簇中第k个用户的可达速率。

7.如权利要求6所述的基于波束选择和干扰消除的联合优化方法，其特征在于，所述第m簇中第k个用户的可达速率R_m,k表示为：R_m,k＝log₂(1+γ_m,k)，其中，γ_m,k为第m簇中第k个用户的接收信号信干比。

8.如权利要求7所述的基于波束选择和干扰消除的联合优化方法，其特征在于，所述第m簇中第k个用户的接收信号信干比γ_m,k表示为:其中，p_m,k为向第m簇中第k个用户发送信号的发送功率。

9.一种透镜毫米波NOMA系统，其特征在于，其根据如权利要求1至8任意一项所述的基于波束选择和干扰消除的联合优化方法对透镜毫米波NOMA系统的系统可达和速率性能进行优化。