[发明专利]大规模MISO协同能效发送方法

摘要

本发明公开了一种在大规模MISO协同能效发送方法，实现在大规模天线系统中在给定的单基站总功率和信干噪比的约束下能效的优化。首先将上下行传输的对偶性引入到能效的优化中，设立相应的能效优化目标函数，引入与下行传输对偶的虚拟的上行问题，其次通过GP优化对虚拟的上行传输问题进行求解，然后将相应的上行优化结果转化成原来的下行传输问题的解，从而解决在下行多用户的能效传输问题。通过考虑大规模天线系统的特殊性，获得了只利用大尺度衰落得出波束设计和功率分配的方法。所述方法计算复杂度低，易于实现，而且在大规模天线的系统下所需要的反馈量较小，在天线较多的情况下性能接近获得完整信道信息反馈的算法。

主权项

一种大规模MISO协同能效发送方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1).通过求解满足信干噪比和功率的约束下的功率最小化问题初始化上行传输功率q(0)；K为基站数，N为每个基站所服务的用户数，是用户的编号；w为{w1,1,…,w1,N,w2,1,…,wK,N},wm为是基站对用户的波束矢量；和为向下和向上取整；q为{q1,1,…,q1,N,q2,1,…,qK,N},qm为是用户m的虚拟上行功率；p为{p1,1,…,p1,N,p2,1,…,pK,N},pm为是用户m的下行传输功率；hm,n为基站与第个基站中的第个用户之间的信道参数；σm为用户m的噪声均方差；每个基站天线有Mj根；Pj为第j个基站的发射功率；为为是用户m的虚拟上行信干噪比；为为是用户m的下行信干噪比；为基站与第个基站中的第个用户之间的大尺度衰落；2).令βmax＝1，然后通过q(0)和βmin计算系统的能效，得到ρ(*)；β(*)为满足单基站功率约束和目标信干噪比约束下的最小发射功率之和与总功率之间的比值；βmin与βmax为二分法搜寻β(*)时的辅助变量；ρ(*)为给定的条件下的能效，能效的定义如下：g(w,p,β)=Σm=1N‾amRmξβΣj=1KPj+Σj=1K(MjPc+P0)]]>ξ为功率放大器的效率，Pc为每根天线上的能量损耗，P0为基本的基站能量损耗，am表示用户m的速率权重；R为Rm为表示用户m的数据速率；β为辅助变量；计算能效时需要使用下行功率，利用上下行的对偶性，可以得到下行功率的转换方法，设计并计算如下的辅助计算矩阵：Q(w,λ,γ←,Pmax)=DGD1N‾1PmaxλTDG1PmaxλTD1N‾]]>其中D、G的定义如下：其中为算法中的近似辅助变量；上式中求解上述辅助计算矩阵最大特征值所对应的特征向量对最后一个元素作归一化得到的前个元素就是所求的下行功率；表示第个基站的发射天线数；3).初始化辅助变量λ(*)，令和q(*)＝q(0)，通过q(*)和λ(*)计算出目标函数值，得到τ(*)；为虚拟上行信干噪比的近似值，在大规模天线系统中，根据推导，虚拟上行信干噪比可以只用大尺度衰落信息进行近似，相应的定义如下：也可以表示为其中∑m(z)代表在z点处的斯蒂尔杰斯变换；相应的上行优化问题(1)如下所示，τ(*)为优化目标的更新数值：Σm=1N‾qm≤Σj=1K(λj+βλK+1)Pj]]>在上式中，4).利用q(*)和λ(*)求解相应的上行优化问题(1)，得到优化后的上行功率q(**)，并计算相应的目标函数值，得到τ(**)和如果|τ(**)‑τ(*)|≤η，令q(*)＝q(**)和然后进行步骤5)，否则令q(*)＝q(**)和然后返回步骤4)；5).根据MMSE准则,即最小均方误差准则更新波束，并根据对偶性得到相应的下行传输功率，判断此时椭圆准则的收敛条件是否满足，如果满足进行步骤6)，否则利用q(*)和更新辅助变量λ(*)，利用椭圆准则得出每个辅助变量的变化梯度，然后乘以相应的步长，得到更新后的辅助变量λ(*)，并返回步骤4)；6).通过和β(*)计算能效，得到ρ(**)，判断如果ρ(**)<ρ(*)，令βmax＝β(*)，否则，令ρ(*)＝ρ(**)，βmin＝β(*)；如果|βmin‑βmax|≤η，其中η为给定的停止阈值，算法结束，否则令并返回步骤3)。