[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

说明书

本发明公开了一种大规模MIMO混合中继系统的功耗优化方法，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和一般表达式，得到系统频谱效率的渐近值和能量效率的渐近值；根据渐近值，得到系统频谱效率和能量效率的最佳功率缩放尺度方案。本发明能够直接观察系统频谱效率和能量效率的最佳功率缩放方案。

技术领域

本发明涉及一种大规模MIMO混合中继系统的功耗优化方法及装置，属于MIMO系统功耗优化技术领域。

背景技术

作为一种流行的现代通信技术，大规模多输入多输出(MIMO)方法在无线通信中具有诸多优势，吸引了学术界和工业界的极大研究兴趣。在大规模MIMO无线通信系统中，基站处部署了超过数百(例如256)根天线，以在相同的时频资源中服务于多个用户终端，从而实现高数据速率和相对简单的信号处理。当基站天线的数量M足够大时，成对信道向量近似正交，并且每个用户与(或)中继站的发射功率可以通过线性处理方案降低1/M。此外，还可以消除信道估计产生的空中干扰和小尺度衰落的影响。

相对于单向中继，双向中继在半双工中继系统中实现了更高的系统频谱效率；然而，这增加了系统的复杂性。利用大规模MIMO的双向中继系统能够显著提高系统性能，特别是在系统频谱效率和能量效率方面。对于不完备CSI的放大转发中继，能够获得基于广义功率标度情况下的系统渐近频谱效率和能量效率。然而，用于大规模MIMO的传统全数字波束形成设计是不可行的，因为每个天线单元需要由专用射频链支持，这导致相对较高的能耗、实现成本和计算复杂性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种大规模MIMO混合中继系统的功耗优化方法及装置，在满足用户最低传输速率前提下，能够直接观察系统频谱效率和能量效率的最佳功率缩放方案。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种大规模MIMO混合中继系统的功耗优化方法，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。

结合第一方面，进一步地，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。

结合第一方面，进一步地，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：