[发明专利]一种基于粒子群算法的去蜂窝大规模MIMO系统功率分配方法

说明书

本发明公开了一种基于粒子群算法的去蜂窝大规模MIMO系统功率分配方法，包括：首先，在采用非理想硬件和叠加导频传输方案的去蜂窝大规模MIMO系统中，利用UatF技术，获得用户传输速率下界表达式；然后，以用户导频和数据发射功率为自变量，以最大化用户总速率为目标函数建立优化问题；其次，在多变量耦合情况下，利用粒子群算法求得所述优化问题的最优解；最后，根据确定的导频和数据发射功率，控制用户端发射导频信号和数据信号，实现优化目标。本发明在导频和数据发射功率互相耦合的情况下对用户导频和数据发射功率进行了优化，同采用等功率分配方案相比，本发明设计的功率分配方法可以大幅提升用户总速率。

技术领域

本发明涉及一种基于粒子群算法的去蜂窝大规模MIMO系统功率分配方法，属于无线通信领域中的动态功率分配技术领域。

背景技术

去蜂窝大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术可提供较强的宏分集增益和均匀的服务质量，并且结合非理想硬件可显著提高系统能效，因此被视为未来6G(Sixth Generation)中的潜在关键技术。

随着用户数目越来越多，受导频资源制约，导频污染越来越严重，这限制了去蜂窝大规模MIMO系统传输速率的进一步提升。为了抑制导频污染，可采用叠加导频传输方案，即通过延长导频长度来增加正交导频数目。然而采用叠加导频传输方案后，用户传输速率表达式中导频和数据发射功率系数互相耦合，难以针对该表达式进行功率优化。

尽管去蜂窝大规模MIMO技术可实现较高且均匀的传输速率，但从高速率通信角度而言，仍需设计相应的功率优化算法以期进一步提升传输速率。考虑到用户速率表达式存在着多变量耦合问题，凸优化工具难以发挥作用，本发明设计了一种基于粒子群算法的功率分配方法。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于粒子群算法的去蜂窝大规模MIMO系统功率分配方法，可以使得用户合理调整其分配给导频和数据信号的发射功率，大幅提升了用户传输速率。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明所述的一种基于粒子群算法的去蜂窝大规模MIMO系统功率分配方法，包括以下步骤：

步骤1：在采用非理想硬件和叠加导频传输方案的去蜂窝大规模MIMO系统中，利用Use-and-then-Forget(UatF)技术，获得用户传输速率下界表达式R_k(ρ，q)。

步骤2：以用户导频和数据发射功率为自变量，以最大化用户总速率为目标函数结合用户传输速率下界表达式R_k(ρ，q)建立优化问题模型。

步骤3：在导频和数据发射功率耦合情况下，利用粒子群算法求得所述优化问题模型的最优解，进而得到最优导频和数据发射功率。

步骤4：根据确定的最优导频和数据发射功率，控制用户端发射导频信号和数据信号，实现最大化用户总速率的优化目标。

进一步地，所述用户传输速率下界表达式R_k(ρ，q)，计算公式如下：

其中，