[发明专利]一种大规模MIMO混合中继系统的功耗优化方法及装置

权利要求书

1.一种大规模MIMO混合中继系统的功耗优化方法，其特征在于，包括：

建立大规模MIMO混合中继系统模型；

基于建立的模型，增大中继站天线数量M→∞，得到单个用户渐近信干噪比的一般表达式、系统频谱效率的一般表达式和系统能量效率的一般表达式；

基于对称系统的三种功率缩放尺度方案，由单个用户渐近信干噪比的一般表达式、系统频谱效率的一般表达式得到系统频谱效率的渐近值，根据渐近值得到系统频谱效率的最佳功率缩放尺度方案；

基于对称系统的三种功率缩放尺度方案，由单个用户渐近信干噪比的一般表达式、系统能量效率的一般表达式得到系统能量效率的渐近值，根据渐近值得到系统能量效率的最佳功率缩放尺度方案。

2.根据权利要求1所述的大规模MIMO混合中继系统的功耗优化方法，其特征在于，所述大规模MIMO混合中继系统模型，包括：

K个一对一配对的用户，用户K通过在发送侧和接收侧部署了服务天线M的混合半双工中继站进行信息交换，Kr+Kt个射频链部署在中继站，其中2K≤Kr，KtM；中继站设置有模拟组合器和预编码器进行数据传输。

3.根据权利要求1所述的大规模MIMO混合中继系统的功耗优化方法，其特征在于，所述得到单个用户渐近信干噪比的一般表达式、系统频谱效率的一般表达式和系统能量效率的一般表达式，包括：

所述单个用户渐近信干噪比的一般表达式，通过下式表示：

式(1)中，SINR_k′表示用户k′端渐近信干噪比；a.s.表示几乎必然收敛；p表示单个用户的传输功率；P_R表示中继端的传输功率；表示用户k′与中继间估计信道矢量的转置；表示用户k与中继间的估计信道矢量；M表示服务天线数量；η_k表示大尺度衰落系数；K表示用户通信对数；P为块对角矩阵；P_P表示导频信号的传输功率；η_i表示用户i与中继站间信道的大尺度衰落系数；表示中继站端信干噪比；表示用户端信干噪比；

表示用户k′端信道估计矢量的正交化因子，通过下式表示：

式(2)中，α_z表示渐进因子。

式(1)中，表示放大因子，i＝1,…,2K，通过下式表示：

式(3)中，δ_ki＝1；

式(1)中，P_R表示中继站端的传输功率，通过下式表示：

P_R＝Tr(Py_Ry_R^HP^H) (4)

式(4)中，Tr表示矩阵的迹；y_R表示中继站端接收到的来自所有用户的预处理放大信号；H表示矩阵的共轭转置；

所述系统频谱效率的一般表达式，通过下式表示：

式(5)中，系数1/2表示整个信号传输的两个周期；T表示相干间隔；τ表示导频序列的长度；

所述系统能量效率的一般表达式，通过下式表示：

式(6)中，ρ表示系统能量效率；2Kp+P_R表示所有2K个用户终端和中继站的总功耗。

4.根据权利要求3所述的大规模MIMO混合中继系统的功耗优化方法，其特征在于，所述基于对称系统的三种功率缩放尺度方案，包括：

基于式(1)，p＝E_UM^-a，P_R＝E_RM^-b，P_P＝c，得到渐近信干噪比的简化数值：

考虑对称系统，η_i＝1，E_U＝E_R＝E，则渐近信干噪比表示为：

则三种功率缩放尺度方案，包括：

方案1：a＝1，0≤b1，则渐近信干噪比表示为：

方案2：0≤a1，b＝1，则渐近信干噪比表示为：

方案3：a＝b＝1，则渐近信干噪比表示为：