[发明专利]一种多用户大规模MIMO混合预编码能效优化方法

摘要

本发明公开了一种多用户大规模MIMO混合预编码能效优化方法，首先松弛约束条件，迭代求得基站能效的理论上限。然后以逼近理论上限为目标设计基带预编码矩阵和射频预编码矩阵。具体做法是，在基带，将基带预编码的求解转化为可以用内点法求解的标准的半正定松弛问题，在射频，将射频预编码的求解转化为可以用相位旋转求解的向量逼近问题。使用交替最小化的方法，迭代逼近理论上限。通过本发明可以显著提高能量效率。

主权项

一种多用户大规模MIMO混合预编码能效优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取大规模MIMO基站无约束条件时的能效并由求取最大化时得到无约束预编码矩阵Bopt，其中，B＝BRFBBB，表示NT×K的复矩阵，表示无约束条件时基站总传输速率，表示无约束条件时基站总功率，BBB表示NRF×K的基带预编码复矩阵，BRF表示NT×NRF的射频预编码复矩阵，且BRF中每个元素的幅值均为1，K表示基站的基带数据流的个数，NRF表示射频链路数量，NT表示天线数量，无约束条件时的能效为大规模MIMO基站能效的理论上限；S2、迭代求解得到基带预编码复矩阵BBB以及射频预编码复矩阵BRF，使得BRFBBB最大化逼近Bopt，从而使得基站能效最大化逼近理论上限其中，步骤S1具体包括如下子步骤：S1.1、初始化i＝0，并对B(i)随机赋值，其中，上标(i)表示第i次迭代；S1.2、由得到由得到其中，δj表示第j个用户接受到的干扰信号功率，表示无约束条件下第m个用户能够达到的速率，表示无约束条件时基站总功率，W表示带宽，hj表示基站到第j个用户的下行信道，bj表示B的第j列，LBS表示基站计算效率，PCOD表示信道编码的效率，表示噪声的方差，上标H表示共轭转置，α为功率放大器的效率，表示NT×NT的单位矩阵；S1.3、由得到在不同的迭代步长μ取值时的temp_B(i+1)(μ)，其中，k＝1...K，μ∈[0,1]，temp_bk为temp_B的第k列，temp_B为NT×K的复矩阵，上标(μ)表示迭代步长取μ，上标‑1表示求逆；S1.4、对于不同μ取值时的temp_B(i+1)(μ)，选取使基站能效最大的temp_B(i+1)(μ)，并使得B(i+1)＝temp_B(i+1)(μ)；S1.5、令i＝i+1，若||B(i+1)‑B(i)||F≥第一预设门限值，则跳转执行步骤S1.2，否则得到使得最大化时的无约束预编码矩阵Bopt＝B(i+1)；其中，步骤S2具体包括如下子步骤：S2.1、初始化i＝0，并随机初始化BRF(i)；S2.2、根据BRF(i)计算得到BBB(i+1)；S2.3、由计算得到BRF(i+1)，其中，phase(x)表示对x取相位，X(l,j)表示矩阵X中第l行第j列的元素，X(l,:)示矩阵X中第l行的所有元素，表示向上取整；S2.4、若||Bopt‑BRF(i+1)BBB(i+1)||F≤第二预设门限值，则令否则，i＝i+1，并跳转执行步骤S2.2；其中，步骤S2.2具体包括如下子步骤：S2.2.1、对与Bopt分别进行向量化得到xc与获取IK与的克罗内克积ζc，由向量xc的实部、虚部以及变量t构成向量x，由向量的实部与虚部构成向量bopt，由向量ζc的实部与虚部构成向量ζ，其中，t2＝1，IK表示K×K的单位矩阵；S2.2.2、求解得到的矩阵X即能够得到其中，X＝xxH，n＝2KNRF+1，Pmax表示最大发射功率限制，Tr()为求矩阵的迹。