基于低復(fù)雜度接收機(jī)的上行大規(guī)模mimo系統(tǒng)功率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于低復(fù)雜度接收機(jī)的上行大規(guī)模MM0 系統(tǒng)功率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能終端普及應(yīng)用及移動(dòng)新業(yè)務(wù)需求持續(xù)增長，無線傳輸速率需求將在今后10年呈指數(shù)增長，大規(guī)模MMCKMassive MM0)時(shí)分雙工系統(tǒng)作為一種新穎的蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)成為當(dāng)前的研宄熱點(diǎn)，在大規(guī)模MM0系統(tǒng)中，基站端有數(shù)量巨大的低功率小天線，天線 數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過同時(shí)調(diào)度的單天線用戶數(shù)量，基站和用戶之間通過時(shí)分雙工進(jìn)行通信。大規(guī) 模天線陣列提供了很高的陣列增益和很高的空間分辨率。在較好的傳播條件下，線性大規(guī) 模MM0接收機(jī)可以有效地消除小區(qū)內(nèi)的干擾和噪聲。
[0003]在傳統(tǒng)的線性接收機(jī)中，麗SE接收機(jī)可以最大化接收速率。然而，麗SE接收機(jī)的 實(shí)現(xiàn)需要涉及所有用戶的聯(lián)合信道矩陣的求逆運(yùn)算，當(dāng)同時(shí)服務(wù)大量用戶時(shí)，如此龐大的 矩陣求逆運(yùn)算量是不可行的。
[0004]另一方面，MM0能效傳輸方案作為新話題成為當(dāng)前的研宄熱點(diǎn)，通過基站端的線 性處理，大規(guī)模MM0系統(tǒng)可以減少上行傳輸功率，提高能效，這對(duì)于沒有外接電源的用戶 來說是非常有意義的。然而，傳統(tǒng)的能效傳輸方案假設(shè)總功率平均分配給所有用戶，這樣并 不能充分挖掘大規(guī)模MIM0系統(tǒng)在單用戶功率控制方面的潛力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的：本發(fā)明旨在提出一種功率損耗小、復(fù)雜度低的基于低復(fù)雜度接收機(jī)的 上行大規(guī)模M頂0系統(tǒng)功率控制方法。
[0006]技術(shù)方案：一種基于低復(fù)雜度接收機(jī)的上行大規(guī)模MM0系統(tǒng)的功率控制方法，包 括如下步驟：
[0007] 步驟一：在上行大規(guī)模MM0系統(tǒng)且信道為相關(guān)瑞利塊衰落信道情況下，采用TPE 接收機(jī)近似麗SE接收機(jī)，以截?cái)喽囗?xiàng)式來近似麗SE接收機(jī)中的矩陣的逆，從而降低復(fù)雜 度；
[0008]步驟二：采用確定性等價(jià)的方法，計(jì)算使用TPE接收機(jī)時(shí)的近似SINR ;
[0009] 步驟三：基于SINR的確定性等價(jià)近似，運(yùn)用迭代算法來聯(lián)合優(yōu)化TPE接收機(jī)的多 項(xiàng)式系數(shù)和用戶的功耗。
[0010] 所述步驟一中：
[0011] 1)上行大規(guī)模MM0系統(tǒng)模型：
[0012] 考慮單小區(qū)上行大規(guī)模MM0系統(tǒng)配備有M根天線的基站接收來自K個(gè)單天線用 戶的數(shù)據(jù)；通過基站端的線性檢測器處理后的接收信號(hào)reCA表示為：
[0013]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于低復(fù)雜度接收機(jī)的上行大規(guī)模MMO系統(tǒng)的功率控制方法，其特征在于，包 括如下步驟： 步驟一：在上行大規(guī)模MMO系統(tǒng)且信道為相關(guān)瑞利塊衰落信道情況下，采用TPE接收 機(jī)近似麗SE接收機(jī)，以截?cái)喽囗?xiàng)式來近似麗SE接收機(jī)中的矩陣的逆，從而降低復(fù)雜度； 步驟二：采用確定性等價(jià)的方法，計(jì)算使用TPE接收機(jī)時(shí)的近似SINR ; 步驟三：基于SINR的確定性等價(jià)近似，運(yùn)用迭代算法來聯(lián)合優(yōu)化TPE接收機(jī)的多項(xiàng)式 系數(shù)和用戶的功耗。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于低復(fù)雜度接收機(jī)的上行大規(guī)模MMO系統(tǒng)的功率控制方 法，其特征在于，所述步驟一中： 1) 上行大規(guī)模MMO系統(tǒng)模型： 考慮單小區(qū)上行大規(guī)模MIMO系統(tǒng)配備有M根天線的基站接收來自K個(gè)單天線用戶的 數(shù)據(jù)；通過基站端的線性檢測器:AeCmxa'處理后的接收信號(hào)reC表示為：
其中，基站端的接收信號(hào)，
為所有用戶的聯(lián)合信道矩 陣1一([^0 = 1,..,[)為第1^個(gè)用戶的信道矢量，對(duì)角矩陣
的對(duì)角線元素為每個(gè)用戶所分配的功率權(quán)重，x=h，...，^dTeCA'由所有用戶的上行發(fā)射 信號(hào)組成，A~CA/X〇,：〇為第k個(gè)用戶的發(fā)射數(shù)據(jù)符號(hào)，n~CA^O,Ik)為加性高斯白噪聲， Im為MXM的單位矩陣； 第k個(gè)用戶的處理后的SINR表示為：
其中，ak為A的第k列，G k為矩陣G移除了 g k列后的矩陣，P k為矩陣P移除了 p k列后 的矩陣； 2) 相關(guān)瑞利塊衰落信道模型： 相關(guān)瑞利塊衰落信道模型表示為：
其中，Z = [Z1，…，zK]，Zk~CN(0，IM)，信道的協(xié)方差矩陣；當(dāng)M-①時(shí)， 協(xié)方差矩陣的譜范數(shù)I I Φ I I2是有界的； 3) 麗SE接收機(jī)和TPE接收機(jī) 麗SE接收機(jī)表示為：
在大規(guī)模MMO系統(tǒng)下，采用麗SE接收機(jī)，近似的處理后的SINR表示為：ymmse， k = Mcpk, c為^行的2范數(shù)的平方； 通過矩陣多項(xiàng)式來TPE接收機(jī)矩陣求逆，即：
其中，IwJ是一序列實(shí)參數(shù)，用于提高性能J是TPE階數(shù)，J-I是多項(xiàng)式階數(shù)；AtlJ勺第 k列表示為
第k個(gè)用戶SINR的確定性等價(jià)表示為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于低復(fù)雜度接收機(jī)的上行大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的功率控制方 法，其特征在于，所述步驟二具體為： 1) 確定優(yōu)化目標(biāo)為在滿足每個(gè)用戶SINR需求和功率限制的條件下，最小化總發(fā)射功 率； 2) 將優(yōu)化問題描述為：
3) 解決優(yōu)化問題：將優(yōu)化問題P1分解為2個(gè)步驟分別求解；首先固定{p k}，使得P1R 僅與W有關(guān)；此時(shí)，目標(biāo)函數(shù)不存在，最大化γ 來滿足SINR的要求；γ 是瑞利熵，解 決如下的優(yōu)化問題來得到w :
的最 大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量； 給定w和{pk}，計(jì)算ytpe;，k;如果;解是不可行的； 接下來固定w以解決下面的優(yōu)化問題得到最佳的發(fā)送功率{pk}
P3的最優(yōu)解為 P(n) = I(p(n-1));
其中I(P) = Ψ(Ερ+1κχ1)，1表示全1矩陣，下標(biāo)是矩陣維度；
當(dāng)ΨΕ的最大特征值小于1，即λ_(ΨΕ) <l，p為可行解； 如果I (P)是標(biāo)準(zhǔn)的，只要可行解存在，給定任意初始值，均收斂到唯一的定點(diǎn)最優(yōu)解。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于低復(fù)雜度接收機(jī)的上行大規(guī)模MMO系統(tǒng)的功率控制方 法，其特征在于，所述步驟三中聯(lián)合優(yōu)化TPE接收機(jī)的多項(xiàng)式系數(shù)和用戶功耗的迭代算法 為： 1) 初始化：令 nout= n in= I ;p in(nJ = pini;p out(nout) = pini，wout(nout) = Wini，設(shè)置 flag = 0,初始化門限ε ; 2) 開始外層循環(huán)： n〇ut n out+1
3) 優(yōu)化系數(shù)： 固定 PQUt (nQUt_l)，更新 wQUt (nQUt); 給定wMt (γ〇，計(jì)算γ k, Ψ和E ; 重置 nin=l，pin(nj =pout(nout-l),和 ε?η= ε ; 正 7；^ 之，▽女，λ·(ΨΕ) < I 4) 開始內(nèi)層循環(huán)：功控 While ε in^ ε nin= nin+l ； 固定 wMt (Iut)，更新 Pin (nin)
Endwhile ELSE flag = I ； wOUt(nOUt) =W〇ut(n〇ut_l); ENDIF 5) 在內(nèi)層循環(huán)結(jié)束后 Pout (nOUt) = Pin (nin); 1?亡1&8=1或者卩。也〇1祕）-卩_〇1_-1)<￡ break ； ENDIF ENDWHILE 6) 返回 p〇ut(n〇ut)and w〇ut(n〇ut)〇
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于低復(fù)雜度接收機(jī)的上行大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的功率控制方法。在上行大規(guī)模MIMO系統(tǒng)且信道為相關(guān)瑞利塊衰落信道情況下，為了避免MMSE接收機(jī)的大維矩陣運(yùn)算，采用基于截?cái)喽囗?xiàng)式展開(TPE)接收機(jī)來降低復(fù)雜度，同時(shí)使用上行功率控制來節(jié)省所有用戶的功率損耗?；赟INR的確定性等價(jià)近似，運(yùn)用迭代算法來聯(lián)合優(yōu)化TPE接收機(jī)的多項(xiàng)式系數(shù)和用戶的功耗。此算法只采用信道統(tǒng)計(jì)信息而不是瞬時(shí)信道信息，并且已經(jīng)證明了該算法是收斂的。當(dāng)多項(xiàng)式階數(shù)足夠高時(shí)，本發(fā)明消耗的功率接近MMSE接收機(jī)。
【IPC分類】H04W52-14, H04W52-24, H04B7-04
【公開號(hào)】CN104869626
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510219672
【發(fā)明人】黃永明, 范立行, 張帆, 楊綠溪
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年4月30日