[发明专利]频分复用多用户MIMO能效优化方法

摘要

本发明提出了频分复用多用户MIMO能效优化方法，能够运用于多用户MIMO系统。优化的目的是为每一个用户设计预编码方案，使总能效效用函数最大。优化方法按如下步骤进行首先将各个用户的能效函数进行优化预处理，具体分为三个步骤噪声白化与信道对角化，求出链路功率分配方案的注水解，获取优化后的能效函数；然后利用预优化的能效函数，确定各个用户的发送功率以最大化多用户的总能效效用；最后使用用户组能效效用最大化算法解决这个问题。本发明定义的多用户能效效用函数的定义具有一般性，能够涵盖最大化各用户能效的加权平均、幂运算的乘积、加权调和平均、加权最小值等多种指标，且随后提出的高效算法对这些指标均适用。

主权项

一种频分复用多用户MIMO能效优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)噪声白化与预编码矩阵换元：根据下式进行信道噪声白化，得到所有用户的等效白化信道矩阵：H~i=Ri-12Hi;]]>其中，i表示用户编号，i∈{1,2,…,K}，表示用户i的等效白化信道矩阵，K为用户总数，Ri为用户i的噪声协方差矩阵，Hi为用户i的信道矩阵；然后进行信道对角化，即根据下式对等效白化信道矩阵做奇异值分解：H~i=ΔUiΣiViH]]>其中Ui为用户i的等效白化信道矩阵的左奇异矩阵，Σi为用户i的等效白化信道矩阵的奇异值矩阵，为用户i的等效白化信道矩阵的右奇异矩阵的共轭转置，为数学中用于定义的符号；最后将修正预编码矩阵换元为紧凑预编码矩阵其中Qi为用户i的简单预编码矩阵，Vi为用户i的等效白化信道矩阵的右奇异矩阵，为用户i的等效白化信道矩阵的右奇异矩阵的共轭转置；2)运用拉格朗日乘值法求解链路功率分配问题，得到最优功率分配方案为：pij*=max{1υi-1γij2,0}]]>其中，为用户i的第j个链路的最优功率分配方案，j为链路标号，max表示取最大值，υi为注水水平，υi的取值须满足P′i是链路功率的总和，γij为Σi对角线上的元素，即等效白化信道矩阵的奇异值，且Li为等效白化信道矩阵的秩；3)根据下式获取预优化能效函数ui*(Pi)=ΔsupPi′∈[0,Pi]ui(Pi′)=ui(Pi)0≤Pi<Pi*ui(Pi*)Pi≥Pi*]]>其中，Pi为用户i的功率资源，ui(Pi)为用户能效效用，为用户i的最优功率资源，为最优用户能效效用；4)用户组能效效用的数据初始化：初始化λmin＝0，ε>0；其中λmin为拉格朗日乘子λ的下界，λmax为拉格朗日乘子λ的上界，ε为迭代精确度，si为用户i对应的权重，γi1为用户i的等效白化信道矩阵的最大奇异值，β为基站的静态功率；5)首先根据二分法的折半查找原理，按照下式计算拉格朗日乘子：λ＝(λmin+λmax)/2；然后根据下式求取所有用户的当前最佳功率分配方案为：Piopt(λ)=min{Pi(λ),Piu}]]>其中，为用户i的的当前最佳功率分配方案，Piu为用户i的上限功率，Pi为用户i的无功率限制情况下的功率分配方案，其为关于λ的函数，Pi的值满足为预优化能效函数的一阶导数，a为描述指标的参数；6)更新拉格朗日乘子的上限或下限：如果则不更新λmin，并根据λmax＝λ更新λmax；如果则不更新λmax，并根据λmin＝λ更新λmin；其中Ps为基站的总功率；7)获得最优的功率分配方案：如果λmax‑λmin≤ε，则将最后计算得到的Piopt(λ)作为用户i的最优功率分配方案，从而得到最优功率分配方案集合，否则返回步骤5)。