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专利号: 2016103564429
申请人: 南京邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种大规模MIMO中能量效率、频谱效率和QoS联合优化方法,其特征在于包括如下步骤:步骤1、建立系统模型

建立大规模MIMO下行链路模型,利用块对角化方法消除用户之间的干扰,并且将每个用户的信道等效成为多个平行信道,计算系统效率;

步骤2、用户调度

判断每个用户在基站缓存器中数据的等待时隙数,优先调度数据等待时间达到或者超过最大等待时隙数的用户,此时如果选中的用户数没有达到系统可服务的用户数上限,则再根据用户信道状态,以系统频谱效率为标准,利用贪婪算法调度用户,直到用户数量达到限制,由于该阶段只涉及用户等待时间和信道状态,所以此时的系统频谱效率是在功率平均分配的情况下获得的;

步骤3、功率分配

以基站发送天线功率上限和用户QoS速率上下限为约束条件,进行功率分配,对步骤2所得的系统频谱效率进行修正的同时,求解最大能量效率,最终得到频谱效率和能量效率的联合最优。

2.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO中能量效率、频谱效率和QoS联合优化方法,其特征在于:步骤1中所述等效成为多个平行信道具体为:等效之前新信道模型为:

其中,KT为基站发射天线数,系统中总共有M个用户,第m个用户的接收天线数为km(1≤m≤M), 表示第m位的复高斯随机信道矩阵,一般有KT≥km, 假设Hm满秩,即rank(Hm)=km, 表示第m个用户的预编码矩阵, 表示第m个用户信道中的加性高斯白噪声,其均值为0,协方差矩阵为 是km维的单位阵,上式中,第一项HmDmxm是第m个用户所需的信号,第二项 是来自其他用户的干扰,

令 进 行 奇 异 值 分 解 得 到 :和 取块对角化预编码矩阵

等效之后信道模型:

其中,

3.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO中能量效率、频谱效率和QoS联合优化方法,其特征在于:步骤2中所述调度用户需要优先考虑用户的时延要求,并且能够再根据信道状态进行以下操作:初始化:未选中用户的集合:Ω={1,2,…,M0},已选中的用户集合:Ψ=φ;

第一步:判断每个缓存器内数据流等待时隙数Wm,z,如果等待时隙数大于等于nz,则选中该条链接m,提供给用户m使用,更新已选中的用户集合Ψ={m:Wm,z≥nz},未选中用户的集合:Ω=Ω-Ψ;

第二步:如果已选中的用户数超过天线限制条件,则结束算法,已选中用户的集合为Ψ ,否 则 ,对于剩 下的 用户 ,首 先选取 一位 容量最 大的 用户m1 ,满 足令此时系统容量为 更新已选中用户集合Ψ=Ψ+{m1},未选中用户集合Ω=Ω-{m1};

第三步:如果已选中的用户数超过天线限制条件,则结束算法,已选中用户的集合为Ψ,否则遍历未选中的用户集合Ω,对于未选中用户集合Ω中的每一个用户s,定义Ψs=Ψ+{s},并计算集合Ψs的容量: 在集合Ω中,找到一个用户使得 即调度用户s满足: 如果对于 均有 则结束算法,更新系统容量 选中用户集合Ψ=Ψ+{s},未选中用户集合Ω=Ω-{s};

第四步:重复第三步;

最终更新得到选中用户集合为Ψ,未选中用户集合为Ω。

4.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO中能量效率、频谱效率和QoS联合优化方法,其特征在于:步骤3中所述求解最大能量效率,最终得到频谱效率和能量效率的联合最优包含以下步骤:构建如下多目标最优化问题:

Rm0≤Rm≤Rm1,m=1,2,…,M其中,

再利用主要目标法,将多目标优化问题转化为单目标问题,Rm0≤Rm≤Rm1,m=1,2,…,M将上述所表示的可行域记为Π,则上述问题简化表示为:并等效成为:

其中:

利用拉格朗日对偶方法进行求解:

其中,

α=(α1,α2,…,αM),γ=(γ1,γ2,…,γM),β=(β1,β2,…,βM)以及μ为拉格朗日乘子;

根据KKT条件有:

其中(X)+=max(X,0)。