[发明专利]网络辅助全双工系统的稀疏波束设计与功率控制方法

摘要

本发明公开了网络辅助全双工系统的稀疏波束设计与功率控制方法，以最大化系统和速率为目标，以满足指定的系统服务质量QoS、发射机的发射功率以及回程链路消耗为约束条件，建立了以远程无线电射频头发射机与接收机波束，以及上行用户功率为设计变量的数学优化模型。本方法通过基于迭代序贯参数凸逼近方法，将原始的非凸优化问题通过不断连续凸逼近方法逐步转化为凸优化问题，并通过不断迭代优化联合求出稀疏波束形成向量与发射功率的值。

主权项

1.网络辅助全双工系统的稀疏波束设计与功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)发送远程无线电射频头通过信道估计获得它到所有下行用户设备和接收远程无线电射频头间的理想信道状态信息，上行用户通过信道估计获得它到所有下行用户设备和接收远程无线电射频头间的理想信道状态信息；假设系统采用基于网络辅助全双工模式的时分双工制式，且信道服从平坦衰落，即在信道相干时间内信道系数保持不变；(2)中央处理器发送下行预编码向量到发送远程无线电射频头，发送远程无线电射频头接收该信号并将收到的信号，经过信道h_D,k转发给下行用户设备，下行用户设备最终接收到的下行信息为其中，表示发送远程无线电射频头到所有下行用户设备的理想信道状态信息，h_IUI,j,k表示第j个上行用户到第k个下行用户设备的信道且服从复高斯分布且s_D,k,s_U,j分别表示发送远程无线电射频头发送给下行用户设备k及上行用户j发送的数据信息；w_D,k,p_U,j分别表示发送远程无线电射频头发送给下行用户设备k的预编码向量及上行用户设备j的发射功率；表示加性高斯白噪声；上行传输系统中，先对发送远程无线电射频头到接收远程无线电射频头的干扰功率做干扰消除处理，并对参与上行传输的用户及上行接收的远程无线电射频头做好配对；这样，接收远程无线电射频头接收到的上行用户信息为其中，表示干扰消除后的信道估计误差项，表示加性高斯白噪声，表示上行用户通过信道估计到接收远程无线电射频头间的理想信道状态信息；(3)整个传输系统以最大化和速率为准则，以指定的上行及下行用户设备传输最小系统频谱效率，上行用户的功率及下行远程天线的预编码发射功率，下行回程容量为约束，求解传输系统的稀疏波束形成与功率控制优化问题；建立问题模型为：C1:C2:C3:C4:R_D,k≥R_D,min,kC5:R_U,j≥R_U,min,jC6:其中，u_U,j,z为接收远程无线电射频头z为解调上行用户j发射的信号而设计的接收机，接收远程无线电射频头z与上行用户采用预先配对模式，即接收远程无线电射频头z仅可解调与之配对的上行用户信号；其中，一个接收远程无线电射频头可以解调多个上行用户信号，而一个上行用户仅可以配对一个接收远程无线电射频头，C_D,l,R_U,min,j,R_D,min,k分别为预设的第l个发送远程无线电射频头的回程约束，发射功率约束，上行用户j的发射功率约束，最低速率要求，下行用户k的速率要求，表示发送远程无线电射频头到所有下行用户设备的理想信道状态信息，h_IUI,j,k表示第j个上行用户到第k个下行用户设备的信道且服从复高斯分布且s_D,k,s_U,j分别表示发送远程无线电射频头发送给下行用户设备k及上行用户j发送的数据信息；w_D,k,p_U,j分别表示发送远程无线电射频头发送给下行用户设备k的预编码向量及上行用户设备j的发射功率；表示加性高斯白噪声，表示干扰消除后的信道估计误差项，表示加性高斯白噪声，表示上行用户通过信道估计到接收远程无线电射频头间的理想信道状态信息；为指示函数，具体定义为：(4)由于指示函数为离散整数规划问题，无法直接通过优化求解处理，此处利用如下函数逼近该问题，即C7:其中w_D,l,k表示第l个发送远程无线电射频头到第k个下行用户设备的预编码向量，θ＞＞1为一个远大于1的实数；逼近后的函数由于是原问题的近似解，并不是原问题的准确解；因此，原问题可以分步骤完成；(5)根据对数函数的单调性观察，首先将目标函数重新建模为：C8:C9:C10:1+r_D,k≥χ_D,k,C11:1+r_U,j≥χ_U,j,C12:χ_U,j≥1,χ_D,k≥1,C1,C2,C6,C7,其中，χ_D,k，χ_U,j为针对下行用户设备速率以及上行用户设备速率而新引入的优化变量；(6)在此基础上，特别地，将目标函数转化为二阶锥规划形式：C13:C14:其中，为新引入变量；(7)根据一般的凸优化问题求解方法，利用迭代序贯参数凸逼近方法将原问题转化成凸问题求解，即步骤S1；(8)判断原问题相邻两个解之间的差值是否大于阈值，即步骤S2；(9)根据步骤(5)到步骤(8)，重复步骤S1、步骤S2并返回下行远程天线单元与下行用户服务配对模式，即步骤S3；(10)给定下行远程天线单元与下行用户的服务配对模式，利用利用迭代序贯参数凸逼近及块坐标下降方法求解原问题并重复步骤S1和步骤S2，即步骤S4。