[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

说明书

本发明公开了一种基于波束选择和干扰消除的联合优化方法。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；簇间干扰消除方法包括步骤：一、根据基站向用户发送的每簇信号确定相应的簇中心用户，二、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，三、根据波束信道进行数字预编码设计，实现簇间干扰消除；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。本发明是通过针对基站向用户发送的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，确保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。

技术领域

本发明涉及透镜毫米波NOMA系统领域，尤其涉及一种基于波束选择和干扰消除的联合优化方法及其应用。

背景技术

毫米波通信是5G无线通信主要的关键技术之一，可以利用其丰富的频率资源来支持超高的数据传输速率。毫米波较小的波长能够在相同的物理空间中集成大量天线，通过特定的天线配置来调制发射信号的辐射方向，提供更多的复用增益和波束形成增益。毫米波大规模天线系统可以实现系统容量的数量级增加，然而在系统中使用大量射频链会造成较高的硬件成本和能耗。

在透镜天线阵列的毫米波系统中引入功率域NOMA能够进一步提升系统可达和速率和能量效率，但需进行波束选择和干扰消除的联合设计，为了提高系统可达和速率性能，需要基站向用户发送的信号做簇间和簇内的干扰消除处理。

发明内容

为解决对基站向用户发送的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，以提高系统可达和速率性能的技术问题，本发明提供一种基于波束选择和干扰消除的联合优化方法及其应用。

本发明采用以下技术方案实现：一种基于波束选择和干扰消除的联合优化方法，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。

作为上述方案的进一步改进，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。