基于slnr波束賦形的考慮用戶需求的功率分配方法
【專利摘要】基于SLNR波束賦形的考慮用戶需求的功率分配方法，屬于無線通信系統(tǒng)中的波束賦形【技術(shù)領(lǐng)域】。解決目前的波束賦形方法在提高系統(tǒng)性能時(shí)，存在不同用戶之間的公平性以及各個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的滿意度低的問題。通過初始點(diǎn)選擇算法獲得可行的功率初值；求解建立的功率優(yōu)化問題的近似凸優(yōu)化問題，獲得用戶的功率分配值；獲得暫時(shí)的最優(yōu)功率分配值；更新SLNR波束賦形方法得到相應(yīng)的波束賦形矩陣，獲得最優(yōu)功率分配結(jié)果?；虿捎么蝺?yōu)化：利用SINR的表達(dá)式以及矩陣變換，得到當(dāng)用戶端接收到的SINR為最小需求時(shí)對(duì)應(yīng)的功率分配矩陣的表達(dá)式，獲得功率分配值得到最終的功率分配結(jié)果。使系統(tǒng)性能、不同用戶之間的公平性以及各個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的滿意度達(dá)到最佳折衷。
【專利說明】基于SLNR波束賦形的考慮用戶需求的功率分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信系統(tǒng)中的波束賦形【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于SLNR波束賦形的考慮用戶需求的功率分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如何在對(duì)抗信道衰落和干擾的同時(shí)提高頻譜利用率，并且在保證通信質(zhì)量的同時(shí)提高系統(tǒng)容量，是LTE-A系統(tǒng)中亟待解決的問題。多用戶MMO和波束賦形技術(shù)能夠達(dá)到增強(qiáng)期望信號(hào)并抑制用戶間干擾，提高通信容量和質(zhì)量的目的，因此，在LTE-A標(biāo)準(zhǔn)中，多用戶MMO和波束賦型等技術(shù)也得到了進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。在TD-LTE-A的下行鏈路中，非碼本波束賦型方法由于可以利用TDD模式下信道的互易性來降低信道估計(jì)的信令開銷而在近年來受到更多的關(guān)注。
[0003]從3GPP的Release 10版本后開始支持多用戶多流波束賦型，多用戶非碼本波束賦形方案分為以臟紙編碼為代表的非線性波束賦形方案，以及線性方案，包括塊對(duì)角化、迫零、最小均方誤差和SLNR(Signal-to-leakage-and_noise Rat1,漏信噪比)算法。臟紙編碼算法能夠達(dá)到多用戶MIMO系統(tǒng)的信道容量上界，但其實(shí)現(xiàn)極其復(fù)雜，在實(shí)際硬件中難于實(shí)現(xiàn)。而SLNR算法，能極大地降低算法的復(fù)雜度，并且在誤碼率及和容量的性能相比其他線性預(yù)編碼方案更好。此外，通過結(jié)合合適的功率分配算法能提高波束賦形的性能，發(fā)射端對(duì)用戶終端進(jìn)行功率分配，能夠使得系統(tǒng)達(dá)到最大容量。功率分配也能夠滿足用戶對(duì)于業(yè)務(wù)的服務(wù)需求，比如，某一用戶終端的信道狀況較差，但其業(yè)務(wù)速率卻有最小的限值，那么此時(shí)可以通過為其分配更大的功率使其滿足需求。有學(xué)者提出考慮容量最優(yōu)的注水功率分配算法，信道條件不好的用戶被分配到的功率就小，由于注水算法追求最優(yōu)化的容量，會(huì)放棄信道條件特別差的用戶的傳輸，這是不合理的。有學(xué)者提出了信道自適應(yīng)的功率分配算法，考慮了用戶的信道條件的差異和用戶間的公平性，但達(dá)不到容量的最優(yōu)化，也并未考慮用戶的業(yè)務(wù)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決目前的波束賦形方法在提高系統(tǒng)性能的同時(shí)，還存在不同用戶之間的公平性以及各個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的滿意度低的問題，本發(fā)明提供了一種基于SLNR波束賦形的考慮用戶需求的功率分配方法。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明的基于SLNR波束賦形的考慮用戶需求的功率分配方法，給出兩種技術(shù)方案:
[0007]技術(shù)方案一:最優(yōu)化的功率分配方法，包含如下步驟:
[0008]步驟一:在等功率分配的條件下，采用結(jié)合用戶功率的SLNR波束賦形方法得到相應(yīng)的波束賦形矩陣；
[0009]步驟二:在步驟一得到的波束賦形矩陣下，通過初始點(diǎn)選擇算法獲得可行的功率初值；
[0010]步驟三:在步驟二得到的功率初值下，求解建立的功率優(yōu)化問題的近似凸優(yōu)化問題，獲得用戶的功率分配值；
[0011]步驟四:將步驟三得到的功率分配結(jié)果作為步驟三的初值，重復(fù)執(zhí)行步驟三，判斷前后兩次獲得的功率分配值之差是否足夠小，滿足則執(zhí)行步驟五，此時(shí)，獲得暫時(shí)的最優(yōu)功率分配值；
[0012]步驟五:在步驟四得到的最優(yōu)功率分配值下，采用結(jié)合用戶功率的SLNR波束賦形方法得到相應(yīng)的波束賦形矩陣，執(zhí)行步驟二至步驟四，如果前后兩次得到的優(yōu)化目標(biāo)(系統(tǒng)和容量)值之差足夠小，結(jié)束算法，獲得最終的最優(yōu)功率分配結(jié)果。
[0013]對(duì)技術(shù)方案一作進(jìn)一步限定:
[0014]所述步驟一中采用結(jié)合用戶功率的SLNR波束賦形方法得到相應(yīng)的波束賦形矩陣的過程為:
[0015]當(dāng)用戶端配置匹配濾波接收機(jī)且用戶的發(fā)射功率已經(jīng)被歸一化時(shí)，用戶k的SLNR表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于SLNR波束賦形的考慮用戶需求的功率分配方法，其特征在于，所述方法的實(shí)現(xiàn)過程為: 步驟一:在等功率分配的條件下，采用結(jié)合用戶功率的SLNR波束賦形方法得到相應(yīng)的波束賦形矩陣； 步驟二:在步驟一得到的波束賦形矩陣下，通過初始點(diǎn)選擇算法獲得可行的功率初值； 步驟三:在步驟二得到的功率初值下，求解建立的功率優(yōu)化目標(biāo)的近似凸優(yōu)化問題，獲得用戶的功率分配值； 步驟四:將步驟三得到的功率分配結(jié)果作為步驟三的初值，重復(fù)執(zhí)行步驟三，并判斷前后兩次獲得的功率分配值之差是否足夠小，滿足則執(zhí)行步驟五，此時(shí)，獲得暫時(shí)的最優(yōu)功率分配值； 步驟五:在步驟四得到的最優(yōu)功率分配值下，采用SLNR波束賦形方法得到相應(yīng)的波束賦形矩陣，執(zhí)行步驟二至步驟四，如果前后兩次得到的優(yōu)化目標(biāo)系統(tǒng)和容量值之差足夠小，結(jié)束算法，獲得最終的最優(yōu)功率分配結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SLNR波束賦形的考慮用戶需求的最優(yōu)迭代功率分配方法，其特征在于，所述步驟一中采用結(jié)合用戶功率的SLNR波束賦形方法得到相應(yīng)的波束賦形矩陣的過程為: 當(dāng)用戶端配置匹配濾波接收機(jī)且用戶的發(fā)射功率已經(jīng)被歸一化時(shí)，用戶k的SLNR表示為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于SLNR波束賦形的考慮用戶需求的最優(yōu)迭代功率分配方法，其特征在于，步驟二中初始點(diǎn)選擇算法的過程為: 步驟二一:將等功率分配值最為初值Pm，m = 0，優(yōu)化問題的第i個(gè)約束條件設(shè)Sci(P)；步驟二二:計(jì)算非有效集J,設(shè)定J = {j: Cj (Pk) >0},如果*/=0，0表示空集,算法結(jié)束，獲得合理的功率初值向量；否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟二三； 步驟二三:取j e J，以Pm為初值，利用內(nèi)點(diǎn)法求解如下問題:min Cj (P) j e J
s.t.Ci (P) 步驟二四:若此子問題的最優(yōu)解Pm+1滿足Cj(Pm+1)≤0，則m = m+l，執(zhí)行步驟二二。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于SLNR波束賦形的考慮用戶需求的最優(yōu)迭代功率分配方法，其特征在于，所述在步驟三的功率優(yōu)化目標(biāo)建模為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于SLNR波束賦形的考慮用戶需求的最優(yōu)迭代功率分配方法，其特征在于，所述在步驟四中所述的判斷是否執(zhí)行步驟五的條件為:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于SLNR波束賦形的考慮用戶需求的最優(yōu)迭代功率分配方法，其特征在于，所述在步驟五中所述的判斷算法結(jié)束的條件的為:
C(Pn)-C(Plri)I ^ ε2； 式中，Pn表示第η次重復(fù)執(zhí)行權(quán)利要求2中的步驟二至四得到的功率分配結(jié)果，C(Pn)表示在功率分配矩陣為Pn時(shí)的和容量。
7.一種基于SLNR波束賦形的考慮用戶需求的功率分配方法，其特征在于，所述方法的實(shí)現(xiàn)過程為: 步驟一:在等功率分配的條件下，采用結(jié)合用戶功率的SLNR波束賦形方法得到相應(yīng)的波束賦形矩陣； 步驟二:利用SINR的表達(dá)式以及矩陣變換，得到當(dāng)用戶端接收到的SINR為最小SINR需求時(shí)，對(duì)應(yīng)的功率分配矩陣的表達(dá)式，在步驟一得到的波束賦形矩陣下，進(jìn)而獲得剛好滿足用戶需求的功率分配值； 步驟三:將剩余的功率按照比例因子進(jìn)行分配，得到最終的功率分配結(jié)果。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于SLNR波束賦形的考慮用戶需求的次優(yōu)化功率分配方法，其特征在于，所述步驟二中當(dāng)用戶端接收到的SINR為最小SINR需求時(shí)，獲得用戶功率表達(dá)式為:
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的基于SLNR波束賦形的考慮用戶需求的次優(yōu)化功率分配方法，其特征在于，步驟三所述的比例因子獲得的公式為:
【文檔編號(hào)】H04W52/42GK104039005SQ201410293234
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】吳宣利, 趙婉君, 吳瑋, 付楠楠, 李卓明, 馬哲明, 韓杏玲 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)