頻分復(fù)用多用戶mimo能效優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了頻分復(fù)用多用戶MIMO能效優(yōu)化方法，能夠運用于多用戶MIMO系統(tǒng)。優(yōu)化的目的是為每一個用戶設(shè)計預(yù)編碼方案，使總能效效用函數(shù)最大。優(yōu)化方法按如下步驟進行：首先將各個用戶的能效函數(shù)進行優(yōu)化預(yù)處理，具體分為三個步驟：噪聲白化與信道對角化，求出鏈路功率分配方案的注水解，獲取優(yōu)化后的能效函數(shù)；然后利用預(yù)優(yōu)化的能效函數(shù)，確定各個用戶的發(fā)送功率以最大化多用戶的總能效效用；最后使用用戶組能效效用最大化算法解決這個問題。本發(fā)明定義的多用戶能效效用函數(shù)的定義具有一般性，能夠涵蓋最大化各用戶能效的加權(quán)平均、冪運算的乘積、加權(quán)調(diào)和平均、加權(quán)最小值等多種指標，且隨后提出的高效算法對這些指標均適用。
【專利說明】頻分復(fù)用多用戶MIMO能效優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于在頻分復(fù)用和多天線通信情形下的能效聯(lián)合優(yōu)化領(lǐng)域，涉及一種在頻分復(fù)用情形下對多用戶MIMO能效效用函數(shù)的優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MIMO 是Multiple Input Multiple Output (多輸入多輸出)的縮寫形式，Multiple指的是多傳輸天線和多發(fā)送天線，也就是說，MMO系統(tǒng)是一個多天線系統(tǒng)。MMO系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的傳輸系統(tǒng)有巨大的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下兩個方面:第一，空間復(fù)用增益，也就是更高的數(shù)據(jù)率；第二，空間分集增益，也就是對抗多徑衰落，提高系統(tǒng)可靠性。多用戶MMO系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的點對點MMO系統(tǒng)具有更大的優(yōu)勢。它利用了 MMO處理技術(shù)的高信道容量和系統(tǒng)吞吐量，以及空分多址技術(shù)的優(yōu)點，可以服務(wù)某一區(qū)域內(nèi)的眾多用戶，目前已被IEEE802.16m and3GPP LTE標準采用，成為MMO技術(shù)最有前景的發(fā)展方向之一。我們考慮一個擁有K個用戶的多用戶MMO系統(tǒng)，用戶小組內(nèi)有且僅有一個基站，它負責向組內(nèi)的各個用戶傳送數(shù)據(jù)?；緦γ恳粋€用戶的發(fā)送天線數(shù)為N，擁有的總天線數(shù)為KN，組內(nèi)的成員各自擁有的接收天線數(shù)為M。這個組內(nèi)多用戶的MIMO系統(tǒng)可以用下面的線性系統(tǒng)模型來表示，對于用戶i，有:
[0003]Yi = HiXjni i = I, 2,…K
[0004]其中，H1 ef為基站對用戶i的信道矩陣，X1.€Cjv為基站對用戶i的發(fā)送信號向量，TiCCm為用戶i從基站接收到的信號向量，n,eCM為基站與用戶i通信過程中的噪聲向量，它可以是高斯白噪聲，也可以是其他的有色噪聲，但我們依然保留噪聲零均值的特性，所以有叫~CN(0，Ri)，R,+O 在這里，我們考慮各用戶使用不同的頻帶，因此不存在多用戶干擾的現(xiàn)象，于是所有的Ri都是常量。Qf =￡[*,<]為基站對用戶i的發(fā)送信號的相關(guān)矩陣，也是基站對用戶i的預(yù)編碼矩陣。這是我們優(yōu)化的重點。
[0005]能效，英文是energy efficiency,簡稱EE。隨著信息理論和技術(shù)的迅猛發(fā)展，能耗的增長成為一個越來越不可忽略的問題。能效的定義是使用單位能量能夠發(fā)送的數(shù)據(jù)量，能量的單位是Joule，數(shù)據(jù)量的單位是bit或者nat，且I (nat)=log2e(bit) ^ 1.443(bit)。這里為了求導(dǎo)方便，我們采用nat為單位。根據(jù)香農(nóng)的信息容量定理，在IHz帶寬下，基站對用戶i發(fā)送的數(shù)據(jù)率&可表示為:t] = tog dct(R, + HiQiHf) - log CiCt(Mi) nal I (Hzs) β與之相對應(yīng)的有效發(fā)送功率Pi的表達式為:PiZtr(Qi)。但是，有效發(fā)送功率并不是總發(fā)射功率。首先，功率放大器的效率不可能為100%，因此為了達到標稱值可能需要比標稱值多一些的功率，這里我們認為功率放大器的效率恒定，設(shè)為Π ,為了達到標稱值,往往需要乘一個修正因子S , ?9 = 1/--。其次，在發(fā)射數(shù)據(jù)的時候，天線中存在功率耗散，這些耗散存在于濾波器，混頻器，鎖相環(huán)以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器等設(shè)備中，假設(shè)在一個天線中它們的總和為P。，那么耗散總和為NP。；此外基站為了滿足一個用戶需要數(shù)據(jù)的需求，會消耗一定的基態(tài)功率，記為Ρο，Ρο的大小與P。沒有關(guān)系。天
線的耗散功率與基態(tài)功率之和稱為靜態(tài)功率?；谏厦娴目紤]，用戶i的能效EEi可以定
義為:
[0006]
【權(quán)利要求】
1.一種頻分復(fù)用多用戶MIMO能效優(yōu)化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 1)噪聲白化與預(yù)編碼矩陣換元: 根據(jù)下式進行信道噪聲白化，得到所有用戶的等效白化信道矩陣:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻分復(fù)用多用戶MIMO能效優(yōu)化方法，其特征在于，所述的步驟4)中，拉格朗日乘子λ的上界λ_定為10000。
【文檔編號】H04W52/02GK103997775SQ201410243380
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】王家恒, 趙立成, 梁霄 申請人:東南大學(xué)