大規(guī)模天線系統(tǒng)高能效資源優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動通信系統(tǒng)中的資源分配技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大規(guī)模天線系統(tǒng) 中的高能效資源分配優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大規(guī)模天線技術(shù)W其高譜效、高能效的特點而成為未來移動通信中的關(guān)鍵技術(shù)。 但是隨著天線數(shù)量的增加，整體的天線固定功率消耗也會急劇增加，功率模型需要重建，同 時，常規(guī)的波束賦型操作如迫零、最小均方誤差等技術(shù)的計算復(fù)雜度會急劇上升，但幸運的 是，大規(guī)模天線系統(tǒng)的特點使得最為簡單的最大混合比波束賦型即可實現(xiàn)優(yōu)良的性能，然 而，最大混合比波束賦型卻無法抑制用戶間的干擾，進而造成能效表達式中的多變量禪合 問題。
[0003] 盡管大規(guī)模天線系統(tǒng)具有高能效的潛在優(yōu)勢，但是從綠色通信的角度而言，大規(guī) 模天線系統(tǒng)中的高能效資源分配方法仍然是亟需的。在考慮了大規(guī)模天線系統(tǒng)中的諸多問 題之后，本發(fā)明提供了一種高能效資源分配優(yōu)化方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題：本發(fā)明提供了一種大規(guī)模天線系統(tǒng)中高能效資源分配優(yōu)化方法，在保 證用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的前提下，實現(xiàn)了對基站端能效情況的改善。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明是一種大規(guī)模天線系統(tǒng)高能效資源優(yōu)化方法，該方法包括W下 步驟： (1).設(shè)定初始發(fā)射功率設(shè)定傳輸速率約束罰因 子0*1和干擾約束罰因 子撰r設(shè)定初始拉格朗日參數(shù)忽f, ,...,忽f,.,., 和 jf, 4氣…Ittf,…4 4。'其中，4"為用戶i的初始發(fā)射功率'J表示用戶數(shù)'鑛r為關(guān) 于用戶J的干擾約束的初始拉格朗日系數(shù)，澀f為關(guān)于用戶J的傳輸速率約束的初始拉格 朗日系數(shù)； (2) .計算在上述給定初始功率下對應(yīng)的初始能效值； (3) .針對用戶的發(fā)射功率進行迭代計算婆f*6 =Kpf)，其中，I；表示迭代次 數(shù)，燕為用戶J經(jīng)過1 + 1次迭代后的發(fā)射功率，jof*為用戶i經(jīng)過次迭代后的發(fā)射 功率)表示關(guān)于用戶i的發(fā)射功率3的表達式； (4) .對用戶J的發(fā)射功率進行調(diào)整皆化如)，其中，巧*。為用 戶i經(jīng)過1 +1次迭代且進行調(diào)整后的發(fā)射功率，浪fw為用戶i經(jīng)過1 +1次迭代后的發(fā) 射功率，Ay為用戶_￡的最大發(fā)射功率； (5) .用調(diào)整后的發(fā)射功率If%計算能效值;gWw：!和拉格朗日參數(shù)纔和jjfW, 其中，滬為第若+1次迭代后的能效值，皆和巧f*。分別為第若+1次迭代后的用戶i的拉格朗日參數(shù)； (6) .計算效用函數(shù)Uh的值，對給定的正常數(shù)量級在1QT!之內(nèi)），若|iy<f，則 整個迭代計算則結(jié)束，否則，令潛I= 1+ 1，返回步驟（3)繼續(xù)進行迭代 計算，其中，11"為效用函數(shù)，ifW為用戶經(jīng)過^ ^ ^次迭代且進行調(diào)整后的發(fā)射功率， pfW是用戶^的下一次迭代的初始發(fā)射功率。
[0006] 有益效果;利用隨機矩陣?yán)碚搶⒏呔S度信道向量作用下的信干噪比化簡為只與天 線數(shù)W及大尺度衰落因子有關(guān)的簡潔形式。
[0007] 通過將干擾項引入到約束條件中W及在傳輸速率約束中取傳輸速率下限的操作， 使得原問題能夠轉(zhuǎn)化為無約束的凸優(yōu)化問題，極大簡化了資源分配的分析求解過程。
[0008] 解決了一類多變量禪合問題，在目標(biāo)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)方法求解困難時，該種能效優(yōu)化 方案可W避免計算方面的不可行性，并且，所提出的迭代方法也能夠在次數(shù)較少的迭代內(nèi) 實現(xiàn)收斂到全局最優(yōu)點。
【附圖說明】
[0009] 圖1為大規(guī)模天線場景示意圖； 圖2為大規(guī)模天線系統(tǒng)高能效資源優(yōu)化方法示意圖； 圖3為大規(guī)模天線系統(tǒng)高能效資源優(yōu)化方法算法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0010] 下面結(jié)合具體實例對本發(fā)明所述提供一種大規(guī)模天線系統(tǒng)中的高能效資源優(yōu)化 方法做詳細說明。
[0011] 考慮下行鏈路大規(guī)模天線系統(tǒng)，假設(shè)單小區(qū)，多用戶，窄帶通信過程(信道特性恒 定)，基站端具有理想信道狀態(tài)信息，采用最大比合并波束賦型，用戶傳輸速率受限，用戶發(fā) 射功率受限，用戶接收干擾受限。
[0012] 大規(guī)模天線系統(tǒng)中的高能效資源分配優(yōu)化方法，包括W下步驟： (1) .設(shè)定初始發(fā)射功率設(shè)定傳輸速率約束罰因 子和干擾約束罰因子，設(shè)定初始拉格朗日參數(shù)戀f,sfj^ ...?和 盛f,if,.,.,Jif,,.., 其中，Jjf為用戶J的初始發(fā)射功率，￡表示用戶數(shù)，纖f為關(guān) 于用戶^的干擾約束的初始拉格朗日系數(shù)，巧為關(guān)于用戶的傳輸速率約束的初始拉格 朗日系數(shù)； (2) .計算在上述給定初始功率下對應(yīng)的初始能效值gW，
【主權(quán)項】
1. 一種大規(guī)模天線系統(tǒng)高能效資源優(yōu)化方法，其特征在于該方法包括以下步驟： 1) .設(shè)定初始發(fā)射功率設(shè)定傳輸速率約束罰因 子^^和干擾約束罰因 子％ 設(shè)定初始拉格朗日參數(shù)sf,sf,…和 ，其中，，f3為用戶i的初始發(fā)射功率，f表示用戶數(shù)，-f1為關(guān) 于用戶i的干擾約束的初始拉格朗日系數(shù)，為關(guān)于用戶i的傳輸速率約束的初始拉格 朗日系數(shù)； 2) .計算在上述給定初始功率下對應(yīng)的初始能效值； 3) .針對用戶i的發(fā)射功率進行迭代計算^ = 其中，^表示迭代次 數(shù)，^為用戶i經(jīng)過f+i次迭代后的發(fā)射功率,Jjf5為用戶i經(jīng)過i次迭代后的發(fā)射 功率,Jtpf)表示關(guān)于用戶i的發(fā)射功率JDf3的表達式； 4) .對用戶i的發(fā)射功率進行調(diào)整對+1)=細in(臟其中，見1_為用 戶i經(jīng)過i* +1次迭代且進行調(diào)整后的發(fā)射功率為用戶i經(jīng)過jt+1次迭代后的發(fā) 射功率，Pji為用戶^的最大發(fā)射功率； 5) .用調(diào)整后的發(fā)射功率,gf+i)來計算能效值#?》和拉格朗日參數(shù)和遲廣氣其 中，為第金+i次迭代后的能效值+1)和JlfW分別為第I+以迭代后的用戶i的 拉格朗日參數(shù)； 6) .計算效用函數(shù)U11的值，對給定的量級在IQ"1之內(nèi)的正常數(shù)￡?,若|Un|l 則整個 迭代計算則結(jié)束，否則， 免d，i=i+ 1，返回步驟3)繼續(xù)進行迭代計算， 其中，U11為效用函數(shù)，為用戶i經(jīng)過f+1次迭代且進行調(diào)整后的發(fā)射功率 是用戶i的下一次迭代的初始發(fā)射功率。
【專利摘要】一種大規(guī)模天線系統(tǒng)高能效資源優(yōu)化方法，通過分式規(guī)劃、拉格朗日乘子罰函數(shù)法、標(biāo)準(zhǔn)干擾函數(shù)方法求解最優(yōu)能效對應(yīng)的資源配置。首先，在最大比合并波束賦型下，利用大規(guī)模天線獨有的信道矩陣特點，得出統(tǒng)計規(guī)律下的接收信噪比表達式；其次，將用戶間干擾引入到約束條件中去以保證對多變量耦合作用進行有效抑制；然后，利用分式規(guī)劃思想以及拉格朗日乘子法，將原始的有約束非凸優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束的能效凸優(yōu)化問題；最后，在無法利用求導(dǎo)方法獲得原問題最優(yōu)解的情況下，利用標(biāo)準(zhǔn)干擾函數(shù)方法得到最優(yōu)解的隱式迭代表達式，進行快速迭代求解。本發(fā)明解決了在干擾嚴(yán)重的情況下（多變量耦合）資源分配求解困難的問題，有效地提升了大規(guī)模天線系統(tǒng)的能量效率。
【IPC分類】H04W52-06
【公開號】CN104717730
【申請?zhí)枴緾N201510093660
【發(fā)明人】蔣雁翔, 張家典, 鄭福春, 高西奇, 尤肖虎
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年3月2日