CN106603133B - 基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法及*** - Google Patents
基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法及*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN106603133B CN106603133B CN201611237407.1A CN201611237407A CN106603133B CN 106603133 B CN106603133 B CN 106603133B CN 201611237407 A CN201611237407 A CN 201611237407A CN 106603133 B CN106603133 B CN 106603133B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- base station
- matched
- terminal
- channel model
- rate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 77
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 115
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 102
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 29
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 23
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 22
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 14
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003205 fragrance Substances 0.000 claims description 8
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 claims description 8
- 238000005562 fading Methods 0.000 claims description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 235000021147 sweet food Nutrition 0.000 claims 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 21
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 13
- 238000013468 resource allocation Methods 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000010267 cellular communication Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
- H04B7/0413—MIMO systems
- H04B7/0426—Power distribution
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
- H04B7/0413—MIMO systems
- H04B7/0426—Power distribution
- H04B7/0434—Power distribution using multiple eigenmodes
- H04B7/0443—Power distribution using multiple eigenmodes utilizing "waterfilling" technique
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
- H04W52/04—TPC
- H04W52/06—TPC algorithms
- H04W52/14—Separate analysis of uplink or downlink
- H04W52/143—Downlink power control
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
- H04W52/04—TPC
- H04W52/18—TPC being performed according to specific parameters
- H04W52/26—TPC being performed according to specific parameters using transmission rate or quality of service QoS [Quality of Service]
- H04W52/267—TPC being performed according to specific parameters using transmission rate or quality of service QoS [Quality of Service] taking into account the information rate
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
本发明实施例提供了一种基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法及***,该方法包括:获取并根据迫零预编码的多输入多输出***的终端和基站的射频电路增益的幅度和相位,建立上行信道模型和下行信道模型。根据上行信道模型和下行信道模型,确定近似和速率。根据近似和速率,建立以最大化近似和速率为目标的优化函数。在基站侧的收发电路匹配,终端侧的收发电路不匹配时,根据优化函数,通过注水定理,确定基站功率分配的最优解。或在终端侧的收发电路匹配,基站侧的收发电路不匹配时,根据优化函数,通过将函数由非凸性转换为凸性的公式,确定使近似和速率最大的最优解。根据最优解,配置多输入多输出***的下行功率。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,特别是涉及基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法及***。
背景技术
由于MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多输入多输出)***与单天线***相比,具有分集和复用增益、更高的速率和可靠度等优越性能,而被认为是蜂窝通信***一种重要的技术。近年来,大规模MIMO***,即基站安装大量的天线,将天线增加到几百根用来同时服务几十个用户,以获得更高的速率和可靠性。大规模MIMO***被认为是5G通信***一种重要的关键技术。
基站利用下行CSI(Channel State Information,信道状态信息)进行预编码可以更好的服务更多的用户。对于FDD(Frequency Division Duplexing,频分双工)的***,为了估计出下行信道状态信息,基站向用户发射的下行导频数应至少等于基站的天线数。因此,当***的规模变的很大,即基站的天线数增加到几百根时,下行导频开销和下行CSI的反馈将变的不可接受。而对于TDD(Time Division Duplexing,时分双工)***,由于上行和下行链路在同一频段,当发送时间间隔小于信道相干时间时,上下行信号将经历相同的物理衰减,即满足信道的互易性,也就是下行信道是上行信道的转置。因此,下行信道的估计可以通过上行信道估计获得。而用户发射的上行导频数量只要保证大于等于用户数就可完成上行信道的估计,显然用户的数量级比基站天线数小很多。这样可以大大减少导频开销和CSI的反馈。
现有技术中,基站分别获取上行信道中的每个上行信号,根据信道的互易性,确定每个下行信号的功率,并将确定的下行信号的功率配置到对应的天线上。但是,实际的通信***不仅仅包括无线传播信道,还包括链路两端收发机的RF(Radio Frequency,射频)电路部分。通常,RF电路包括混合器、A/D及D/A转换器、功率放大器等,且RF电路受外部环境的温度和湿度等影响非常大。所以,收发机RF电路的随机变化将引起上下行信道即使在同一频段上,也很难保持这个信道的互易性。因此现有技术中直接根据上行信号配置下行功率,会造成通信***资源配置的不合理,造成***通信资源的浪费。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法及***,以实现提高互易性校准的可靠性。具体技术方案如下:
一种基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法,应用于大规模MIMO多输入多输出***射频不匹配环境,包括:
获取并根据迫零预编码的多输入多输出***的终端和基站的射频电路增益的幅度和相位,建立上行信道模型和下行信道模型;
根据所述上行信道模型和所述下行信道模型,确定近似和速率,其中,所述近似和速率为通过预设的近似公式得到的,所述下行信道模型对应的总传输速率;
根据所述近似和速率,建立以最大化所述近似和速率为目标的优化函数;
在所述基站侧的收发电路匹配,所述终端侧的收发电路不匹配时,根据所述优化函数,通过注水定理,确定基站功率分配的最优解;或
在所述终端侧的收发电路匹配,所述基站侧的收发电路不匹配时,根据所述优化函数,通过将函数由非凸性转换为凸性的公式,确定使所述近似和速率最大的最优解;
根据所述最优解,配置多输入多输出***的下行功率。
一种基于迫零预编码的非匹配信道功率分配***,应用于大规模MIMO多输入多输出***射频不匹配环境,包括:
信道型搭建模块,用于获取并根据迫零预编码的多输入多输出***的终端和基站的射频电路增益的幅度和相位,建立上行信道模型和下行信道模型;
第一计算模块,用于根据所述上行信道模型和所述下行信道模型,确定近似和速率,其中,所述近似和速率为通过预设的近似公式得到的,所述下行信道模型对应的总传输速率;
第二计算模块,用于根据所述近似和速率,建立以最大化所述近似和速率为目标的优化函数;
第三计算模块,用于在所述基站侧的收发电路匹配,所述终端侧的收发电路不匹配时,根据所述优化函数,通过注水定理,确定基站功率分配的最优解;
第四计算模块,用于在所述终端侧的收发电路匹配,所述基站侧的收发电路不匹配时,根据所述优化函数,通过将函数由非凸性转换为凸性的公式,确定使所述近似和速率最大的最优解;
功率配置模块,用于根据所述最优解,配置所述多输入多输出***的下行功率。
本发明实施例提供的基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法及***,给出了最大化近似和速率的算法,根据终端和基站的射频电路增益的幅度和相位,确定上行信道模型和下行信道模型,根据上行信道模型和下行信道模型,确定近似和速率,在近似和速率最大时,确定下行功率的最优解。根据最优解分配下行功率,可以实现提高通信***资源配置的合理性,节约***的通信资源。当然,实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法的一种流程示意图;
图2为本发明实施例的基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法的另一种流程示意图;
图3为本发明实施例的通过迭代方法确定最优解的流程示意图;
图4为本发明实施例的***和速率随基站天线数变化的曲线图;
图5为本发明实施例的***和速率随基站发射功率变化的曲线图;
图6为本发明实施例的***和速率随射频电路不匹配方差变化的曲线图;
图7为本发明实施例的***和速率随射频电路不匹配相位变化的曲线图;
图8为本发明实施例的速率增益随基站发射功率变化的曲线图;
图9为本发明实施例的基于迫零预编码的非匹配信道功率分配***的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在实际的MIMO通信***中,不仅包括无线传播信道,还包括链路两端收发机的RF电路部分。通常,RF电路的收发电路由于外部环境的影响,如温度和湿度,导致收发机RF电路的增益产生变化。这使得即使上行信道和下行信道工作在同一频段上的TDD***也不能够满足信道的互易性。RF电路的这种不匹配显然会恶化***的性能,不利于基站的预编码和功率的分配。即使从硬件电路和软件算法两方面进行互易性校准研究,也很难做到理想消除RF电路的不匹配问题。
因此,有必要在信道存在非匹配时对***的性能进行评价,以及基于信道不匹配时的资源分配问题,如基站功率分配问题;有必要研究在信道不匹配的条件下,基站采用各种预编码方法时***所获得性能,进而研究各不匹配参数对***带来的影响,以及依据***所获得的性能如何进行资源分配,如功率分配,从而确定***的最佳配置,降低RF不匹配对***的影响。
本发明实施例以单小区的情景为例,基站安装M(M为正整数)根天线同时服务K(K为正整数)个用户,满足M>>K,且***操作在TDD模式下。首先,在RF电路增益模型的基础上,建立RF不匹配时的信道模型,对于基站使用ZF预编码(迫零预编码),分析了大规模MIMO***信道不匹配时获得的近似和速率。
然后,根据基站发射功率的约束需求,建立了以最大化整个***速率之和为目标的优化问题。由于所求问题的复杂性,本发明实施例分为两种情况进行求解。第一种情况是基站侧收发机电路增益理想而终端侧收发机电路增益不理想,即基站侧收发电路匹配而终端侧收发电路不匹配,此时,优化的目标函数关于终端的功率是凸的,因而可以用注水定理进行求解;对于第二种情况,即终端侧收发电路匹配而基站侧收发电路不匹配,由于建立的优化问题的目标函数为非凸性,通过预设的对数下界不等式(该下界在特定取值附近,将变得非常紧)将优化问题的目标函数转化为优化其下界。由于转化后的函数分配给各用户的功率仍然是非凸的,进而采用一种指数变换,将该问题转化为一个线性函数和对数函数之差,使得该问题变成了凸问题;最后通过迭代更新下界不等式中的参数,以逐步逼近最优解。
参见图1,图1为本发明实施例的基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法的一种流程示意图,应用于大规模多输入多输出***射频不匹配环境,包括:
S101,获取并根据迫零预编码的多输入多输出***的终端和基站的射频电路增益的幅度和相位,建立上行信道模型和下行信道模型。
根据调研的用户侧和基站侧RF射频电路增益模型,建立包含无线信道和RF射频电路在内的整个通信信道模型。
S102,根据上行信道模型和下行信道模型,确定近似和速率,其中,近似和速率为通过预设的近似公式得到的,下行信道模型对应的总传输速率。
S103,根据近似和速率,建立以最大化近似和速率为目标的优化函数。
根据ZF预编码方法建立下行信道用户接收端的信号噪声干扰比,分用户侧不匹配和基站侧不匹配两种情况,利用香浓公式、Jensen不等式和大数定律计算出***和速率的下界和近似和速率。
S104,在基站侧的收发电路匹配,终端侧的收发电路不匹配时,根据优化函数,通过注水定理,确定基站功率分配的最优解。或
在终端侧的收发电路匹配,基站侧的收发电路不匹配时,根据优化函数,通过将函数由非凸性转换为凸性的公式,确定使近似和速率最大的最优解。
S105,根据最优解,配置多输入多输出***的下行功率。
确定近似和速率最大时对应的解,作为最优解。将最优解作为MIMO***的下行功率。
在本发明实施例中,根据终端和基站的射频电路增益的幅度和相位,确定上行信道模型和下行信道模型,根据上行信道模型和下行信道模型,确定近似和速率,在近似和速率最大时,确定下行功率的最优解。根据最优解分配下行功率,可以实现提高通信***资源配置的合理性,节约***的通信资源。
可选的,建立上行信道模型和下行信道模型,包括:
建立射频不匹配时的下行信道模型:
其中,HD为下行信道模型,Ur为终端接收到的射频电路增益矩阵,且Ur=diag{ur,1,ur,2,…,ur,k,…,ur,K},ur,k为第k个终端接收到的射频电路增益,k∈[1,K],K为正整数,且 幅度服从对数正态分布δu,r为预设的参数,根据第k个终端接收到的射频电路增益的幅度进行计算,相位服从均匀分布 为第k个终端接收到的射频电路增益相位失真的最大值,为普通的瑞利信道,且中的元素服从均值为0、方差为1的复高斯变量,Bt为基站发送的射频电路增益矩阵,且Bt=diag{bt,1,bt,2,…,bt,m,…,bt,M},bt,m为基站发送的第m个射频电路增益,m∈[1,M],且幅度服从对数正态分布δb,t为预设的参数,根据基站发送的第m个射频电路增益的幅度进行计算,相位服从均匀分布 为基站发送的第m个射频电路增益相位失真的最大值。
建立射频不匹配时的上行信道模型:
其中,HU为上行信道模型,Br为基站接收到的射频电路的增益矩阵,且Br=diag{br,1,br,2,…,br,m,…,br,M},br,m为基站接收到的第m个射频电路增益,且幅度服从对数正态分布δb,r为预设的参数,根据基站接收到的第m个射频电路增益的幅度进行计算,相位服从均匀分布 为基站接收到的第m个射频电路增益相位失真的最大值,为的转置,Ut为终端发送的射频电路的增益矩阵,且Ut=diag{ut,1,ut,2,…,ut,k,…,ut,K},ut,k为第k个终端发送的射频电路增益,且幅度服从对数正态分布δu,t为预设的参数,根据第k个终端发送的射频电路增益的幅度进行计算,相位服从均匀分布 为第k个终端发送的射频电路增益相位失真的最大值。
在本发明实施例中,建立了射频不匹配信道的上行信道模型和下行信道模型,为后续确定***的近似和速率提供了技术上的支持。
可选的,根据上行信道模型和下行信道模型,确定近似和速率,包括:
步骤一,根据上行信道模型和下行信道模型,通过功率约束条件,确定迫零预编码的预编码系数。
步骤二,根据预编码系数,通过上行信道模型和下行信道模型,确定终端的信号干扰噪声比。
步骤三,在基站侧的收发电路匹配,终端侧的收发电路不匹配时,根据信号干扰噪声比,通过香浓公式及詹森不等式,确定近似和速率。或
在终端侧的收发电路匹配,基站侧的收发电路不匹配时,根据信号干扰噪声比,通过香浓公式及大数定律,确定近似和速率。
在本发明实施例中,通过上行信道模型和下行信道模型,确定***的近似和速率,为确定近似和速率最大时对应的最优解提供了技术上的支持。
可选的,根据上行信道模型和下行信道模型,确定近似和速率,包括:
获取下行信道模型中迫零预编码的输出信号:其中,X为迫零预编码输出的信号,ξ为预编码系数,W为基站采用的迫零预编码矩阵,且D为大尺度衰落矩阵,且D=diag{β1,β2,…,βk,…,βK},βk为第k个终端的大尺度衰落系数,P为基站的发射功率矩阵,P=diag{P1,P2,…,Pk,…,PK},Pk为基站分配给第k个终端的发射功率,S为终端发送的随机信号矢量,且s=[s1,s2,…,sk,…,sK],且满足E(ssH)=IK,E(ssH)为ssH的期望,IK为K阶单位矩阵,sk为第k个终端的随机信号矢量,为HU的转置,为HU的共轭矩阵。k∈[1,K],m∈[1,M]。
根据输出信号,通过功率约束条件及下行信道模型,确定预编码系数。
其中,功率约束条件为E(||x||2)=pmax,E(||x||2)为||x||2的期望,pmax为基站的最大发射功率,M为基站安装的天线数,Tr()为迹函数。
根据预编码系数,通过上行信道模型和下行信道模型,确定第k个终端接收的信号:
其中,yk为第k个终端接收的信号,pk为基站为第k个终端分配的功率, 为Br的共轭矩阵,为的共轭转置,nk为第k个终端接收信号的噪声,[F]ki为k行i列的矩阵F,[F]kk为k行k列的矩阵F,i∈[1,K]且i≠k。
根据第k个终端接收的信号,确定第k个终端的信号干扰噪声比:
其中,γk为第k个终端的SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio,信号干扰噪声比)。
根据信号干扰噪声比,通过香浓公式,确定***和速率:
由于γk的概率密度函数难以得到,因此精确的***和速率很难得到。本发明实施例分两种情况将***和速率转换为近似和速率,从而获取最优解。
在基站侧的收发电路匹配,终端侧的收发电路不匹配时,通过詹森不等式,将终端和速率转换为近似和速率。
在Bt=Br=IM时,F可简化为F=IK,基站预编码功率约束系数可简化为
利用詹森不等式(Jensen不等式)可得到***速率的下界:
在终端侧的收发电路匹配,基站侧的收发电路不匹配时,通过大数定律,将终端的和速率转换为近似和速率。
***的近似和速率表示为:
在本发明实施例中,通过上行信道模型和下行信道模型,确定***的近似和速率,为确定近似和速率最大时对应的最优解提供了技术上的支持。
可选的,根据近似和速率,建立以最大化近似和速率为目标的优化函数,包括:
在基站侧的收发电路匹配,终端侧的收发电路不匹配时,根据近似和速率,以基站的功率为约束条件,建立优化函数:
pk≥0,k=1,2,…,K
在终端侧的收发电路匹配,基站侧的收发电路不匹配时,在基站侧匹配,终端侧不匹配时,根据近似和速率,以基站的功率为约束条件,建立优化函数:
pk≥0,k=1,2,…,K
其中,为基站为第k个终端分配的最优功率,为最优功率的集合,pk为基站为第k个终端分配的功率,pmax为基站能够提供的最大发射功率,K为正整数,表示终端的个数,s.t.(subject to)指满足规定的条件。
在本发明实施例中,建立以最大化近似和速率为目标的优化函数,为确定近似和速率最大值时对应的最优解提供了技术上的支持。
可选的,根据优化函数,通过注水定理,确定基站功率分配的最优解,包括:
在基站侧的收发电路匹配,终端侧的收发电路不匹配时,优化函数为:
pk≥0,k=1,2,…,K
在本发明实施例中,通过注水定理确定注水解,即最优解,该利用该最优解分配MIMO***的下行功率,能够提高通信***资源配置的合理性,节约***的通信资源。
可选的,通过将函数由非凸性转换为凸性的公式,确定使近似和速率最大的最优解,包括:
步骤一,根据优化函数,通过预设的对数下界不等式,将非凸性的优化函数转换为优化下界函数。
此处的对数下界不等式为符合本发明实施例的任意对数下界不等式,例如log(1+z)≥λlogz+μ。参数λ,μ为常数。当 时,在z=z0附近,不等式将变的非常紧。即***和速率的下界在特定取值附近,将与***的近似和速率非常接近。
步骤二,根据优化下界函数,通过预设的指数变换,确定凸性优化函数。
优化下界函数仍然是非凸性的,为了获得近似和速率的最大值,通过指数变换,将函数转换为凸性的。
步骤三,根据凸性优化函数,通过迭代法,确定最优解。
在本发明实施例中,将非凸性优化函数转化为凸性优化函数,并通过迭代法,在近似和速率取最大值时对应的最优解,为根据最优解配置下行功率提供了技术上的支持。
可选的,根据优化函数,通过将函数由非凸性转换为凸性的公式,确定使近似和速率最大的最优解,包括:
在终端侧的收发电路匹配,基站侧的收发电路不匹配时,优化函数为:
pk≥0,k=1,2,…,K
将非凸性的优化函数转换为优化下界函数:
pk≥0,k=1,2,…,K
在本发明实施例中,将非凸性优化函数转化为凸性优化函数,可以计算出近似和速率的最大值,为确定在近似和速率取最大值时对应的最优解提供了技术上的支持。
可选的,根据凸性优化函数,通过迭代法,确定最优解,包括:
步骤A,获取并根据基站功率分配结果的初始值,计算出凸性优化函数中参数的值。
步骤B,将计算出的凸性优化函数中参数的值代入凸性优化函数,确定凸性优化函数的最新解。
步骤C,根据凸性优化函数的最新解,通过指数变换,确定指数变换后的最新解。
步骤D,确定指数变换后的最新解是否满足预设的停止条件,若指数变换后的最新解满足停止条件,则将指数变换后的最新解作为最优解,若指数变换后的最新解不满足停止条件,则将基站功率分配结果的初始值的数值更新为指数变换后的最新解的数值,返回步骤A执行,直至凸性优化函数的最新解满足停止条件。
给定初值条件,令基站功率的初始值为例如基站为K个用户均分功率根据其中计算初值解上述凸性优化函数(1),得到最优解然后,根据指数变换关系式计算再根据得到的更新参数λ1,λ2,…,λK,直到满足停止条件。及右上角的n均表示第n次迭代时,获取的该参数,如表示第n次迭代时,计算得到的pK。
在本发明实施例中,通过迭代法确定最优解,该最优解能够使近似和速率最大,利用该最优解分配MIMO***的下行功率,能够提高通信***资源配置的合理性,节约***的通信资源。
本发明实施例提供了一种基于ZF预编码大规模MIMO***信道不匹配的下行功率分配方法的流程示意图。首先,在研究RF电路增益模型的基础上,建立的RF不匹配时总的信道模型,对于基站使用一种计算简单的线性预编码,即迫零(ZF)预编码时,由于所考虑问题的复杂性,直接分析用户侧和基站侧同时都不匹配时,会遇到很大困难。所以,分开对用户侧或基站侧不匹配时进行讨论,即分基站理想匹配而用户不匹配和用户理想而基站不匹配两种情况。
然后,根据基站发射功率的约束需求,分别建立了以最大化整个***速率之和为目标的优化问题。对于基站侧RF增益匹配而用户侧不匹配时,优化问题的目标函数关于{pk},k=1,2,…,K是凸的,因此,最优的功率分配策略为注水解。对于用户侧RF增益匹配而基站侧不匹配时,优化问题的目标函数是非凸的,因此采用一种对数下界不等式,该下界在特定取值附近,将变得非常紧,因而将优化的目标函数转化为优化该目标函数的下界;由于转化后目标函数关于用户的各功率仍然是非凸的,进而采用一种指数变换,将该问题转化为一个线性函数和对数函数之差,使得该问题变成了凸问题;最后通过迭代更新下界不等式中的参数,以逐步逼近最优解。
图2为本发明实施例的基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法的另一种流程示意图,包括:
S201,分别建立终端侧和基站侧RF不匹配模型,进而建立RF不匹配信道模型。
S202,根据ZF预编码建立各终端的信噪比,进而分析出***和速率。
S203,以基站发射功率受限为条件,建立优化问题即最大化***和速率。
S204,在基站侧匹配终端侧不匹配时,使用注水方法进行功率分配。
S205,在终端侧匹配基站侧不匹配时,通过对数下界不等式和指数变换,将非凸问题转换为凸问题。
S206,更新对数下界不等式中的参数,以获得最优的功率分配结果。
在本发明实施例中,给出了最大化近似和速率的算法,根据终端和基站的射频电路增益的幅度和相位,确定上行信道模型和下行信道模型,根据上行信道模型和下行信道模型,确定近似和速率,在近似和速率最大时,确定下行功率的最优解。根据最优解分配下行功率,可以实现提高通信***资源配置的合理性,节约***的通信资源。
参见图3,图3为本发明实施例的通过迭代方法确定最优解的流程示意图,包括:
S301,初始化参数。
S302,解变换后的凸性优化函数。
S303,求原问题的解。
S304,更新迭代参数。
S305,判断迭代终止条件。
判断前后两次迭代结果是否有变化,若不满足收敛条件:||pn+1-pn||<ε,返回S302继续迭代;若不满足收敛条件,终止迭代执行S306。
S306,输出结果。
在本发明实施例中,通过迭代的方法,确定最优解,最优解的数值更加准确。
图4到图8均设置了K=5个用户,且其大尺度衰落系数分别为β1=0.01,β2=0.02,β3=30,β4=50,β5=80。
图4为本发明实施例的***和速率随基站天线数变化的曲线图,在基站发射功率为p=20dB条件下,考察了基站侧匹配而终端侧不匹配以及终端侧匹配而基站侧不匹配两种情况,基站采用等功率分配和采用本发明实施例提供的基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法时的***和速率随基站天线数的变化。
其中,曲线1为计算出的基站侧匹配终端侧不匹配时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线2为计算出的基站侧匹配终端侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线,曲线3为仿真得到的基站侧匹配终端侧不匹配时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线4为仿真得到的基站侧匹配终端侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线,曲线5为计算出的终端侧匹配基站侧不匹配 时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线6为计算出的终端侧匹配基站侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线,曲线7为仿真得到的终端侧匹配基站侧不匹配 时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线8为仿真得到的终端侧匹配基站侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线。
由图4可得,在整个仿真天线范围内,解析的***速率能够很好的匹配***速率的仿真结果。另外,不管是终端侧不匹配还是基站侧不匹配,增加基站天线数对增加***的速率都是有益的。由于仿真时设置基站侧的不匹配方差小于终端侧不匹配方差而采用等功率分配时,终端侧不匹配时获得的速率要远大于基站侧不匹配时的***速率,这验证了基站侧不匹配对***的性能影响更为严重的结论,因而需要对基站侧RF电路不匹配进行校准。但经过本发明提出的方法对基站的功率进行最优分配后,基站侧不匹配时***速率获得了较大的提高。因而,本发明提出的方法可以配合硬件电路校准以进一步提高***速率。
图5为本发明实施例的***和速率随基站发射功率变化的曲线图,在基站天线数M=100条件下,考察了基站侧匹配而终端侧不匹配,以及终端侧匹配而基站侧不匹配两种情况,基站采用等功率分配和采用本发明提供的方法进行功率分配时***获得的速率随基站总功率的变化。
其中,曲线11为计算出的基站侧匹配用户侧不匹配时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线12为计算出的基站侧匹配用户侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线,曲线13为仿真得到的基站侧匹配用户侧不匹配时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线14为仿真得到的基站侧匹配用户侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线,曲线15为计算出的用户侧匹配基站侧不匹配 时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线16为计算出的用户侧匹配基站侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线,曲线17为仿真得到的用户侧匹配基站侧不匹配 时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线18为仿真得到的用户侧匹配基站侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线。
由图5可得,不管是终端侧不匹配还是基站侧不匹配,增加基站的发射功率对增加***的速率都是有益的。当终端侧不匹配时,基站增加发射功率可以使***的速率近似线性增加,而当基站侧不匹配而又采用等功率分配方案时,在发射功率比较大时***速率的增加开始变缓,而采用本发明的方法进行功率分配时,***获得的速率能像在低功率时一样近似线性增加。
图6为本发明实施例的***和速率随射频电路不匹配方差变化的曲线图,在基站天线M=100、发射总功率为p=20dB条件下,考察了RF电路不匹配方差的变化对***和速率的影响。
其中,曲线21为计算出的基站侧匹配用户侧不匹配时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线22为计算出的基站侧匹配用户侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线,曲线23为仿真得到的基站侧匹配用户侧不匹配时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线24为仿真得到的基站侧匹配用户侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线,曲线25为计算出的用户侧匹配基站侧不匹配时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线26为计算出的用户侧匹配基站侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线,曲线27为仿真得到的用户侧匹配基站侧不匹配时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线28为仿真得到的用户侧匹配基站侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线。
由图6可得,当RF电路不匹配方差逐渐变大时,***的速率不断降低。即信道越不匹配,***的和速率性能越差。这是由于信道越不匹配,信道的不确定性越大,ZF预编码效果就越差,因而***的性能就越差。还可以看出,当终端侧和基站侧都匹配时,即采用等功率分配时,终端侧匹配获得的速率和基站侧匹配获得速率是相等的,采用本发明提出的最优功率分配策略时,终端侧匹配获得的速率和基站侧匹配获得速率也是相等的。因为,当终端侧匹配等价为理想信道,而基站侧也匹配时也等价为理想信道,故两种情况下获得的速率相等。但当RF电路不匹配方差变大时,基站侧不匹配在采用等功率分配方案下***的性能会出现急剧恶化,采用了本发明提出的方法进行功率分配后可以大大减少***性能恶化的速度。
图7为本发明实施例的***和速率随射频电路不匹配相位变化的曲线图,在基站天线数M=100、发射功率p=20dB条件下,考察了RF电路不匹配相位变化对***和速率的影响。
其中,曲线31为计算出的基站侧匹配用户侧不匹配时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线32为计算出的基站侧匹配用户侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线,曲线33为仿真得到的基站侧匹配用户侧不匹配时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线34为仿真得到的基站侧匹配用户侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线,曲线35为计算出的用户侧匹配基站侧不匹配时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线36为计算出的用户侧匹配基站侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线,曲线37为仿真得到的用户侧匹配基站侧不匹配时采用等功率分配的***和速率曲线,曲线38为仿真得到的用户侧匹配基站侧不匹配时采用本发明方法的***和速率曲线。
由图7可得,终端侧相位不匹配对***的速率没有影响,这与理论结果是一致的。但对于基站侧不匹配时,基站侧RF电路相位从0变化到pi/6时,***的性能会出现急剧恶化,而本发明提出的方法可以极大的减小了恶化的速度。
图8为本发明实施例的速率增益随基站发射功率变化的曲线图。其中,曲线41为基站侧匹配用户侧不匹配且基站侧的天线数为100时的速率增益曲线,曲线42为用户侧匹配基站侧不匹配且基站侧的天线数为100时的速率增益曲线,曲线43为基站侧匹配用户侧不匹配且基站侧的天线数为200时的速率增益曲线,曲线44为用户侧匹配基站侧不匹配且基站侧的天线数为200时的速率增益曲线,曲线45为基站侧匹配用户侧不匹配且基站侧的天线数为300时的速率增益曲线,曲线46为用户侧匹配基站侧不匹配且基站侧的天线数为300时的速率增益曲线。
由图8可得,对于终端侧不匹配时,相对增益随着基站发射功率的增大而不断减少,另外,随着基站天线数的增加,相对增益也在变小。当基站发射功率不断增大时,采用等功率分配时***的速率也近似线性增加,本发明的功率分配方法和等分功率分配方法获得的速率之差不能超越等功率分配时***和速率的增加时,相对增益就会变小。
而在基站侧不匹配时,增加基站发射功率,速率相对增益先变小后变大。当基站发射功率比较小且继续增加发射功率时,与终端侧不匹配一样,采用等功率分配时***的速率也近似线性增加,本发明的功率分配方法和等功率分配方法获得的速率之差不能超越等功率分配时***和速率的增加时,相对增益就会变小。而当基站发射功率很高且继续增大时,采用等功率分配方案,***增加的速率开始趋于平缓,而采用本发明的功率分配方法后可以使得***和速率线性增加,因而相对速率增益又开始变大。
图9为本发明实施例的基于迫零预编码的非匹配信道功率分配***的示意图,包括:
信道型搭建模块901,用于获取并根据迫零预编码的多输入多输出***的终端和基站的射频电路增益的幅度和相位,建立上行信道模型和下行信道模型。
第一计算模块902,用于根据上行信道模型和下行信道模型,确定近似和速率,其中,近似和速率为通过预设的近似公式得到的,下行信道模型对应的总传输速率。
第二计算模块903,用于根据近似和速率,建立以最大化近似和速率为目标的优化函数。
第三计算模块904,用于在基站侧的收发电路匹配,终端侧的收发电路不匹配时,根据优化函数,通过注水定理,确定基站功率分配的最优解。
第四计算模块905,用于在终端侧的收发电路匹配,基站侧的收发电路不匹配时,根据优化函数,通过将函数由非凸性转换为凸性的公式,确定使近似和速率最大的最优解。
功率配置模块906,用于根据最优解,配置多输入多输出***的下行功率。
在本发明实施例中,根据终端和基站的射频电路增益的幅度和相位,确定上行信道模型和下行信道模型,根据上行信道模型和下行信道模型,确定近似和速率,在近似和速率最大时,确定下行功率的最优解。根据最优解分配下行功率,可以实现提高通信***资源配置的合理性,节约***的通信资源。
需要说明的是,本发明实施例的***是应用于上述基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法的***,则上述基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法的所有实施例均适用于该装置,且均能达到相同或相似的有益效果。
可选的,信道型搭建模块901,包括:
下行信道模型搭建子模块,用于建立射频不匹配时的下行信道模型:
上行信道模型搭建子模块,用于建立射频不匹配时的上行信道模型:
在本发明实施例中,建立了射频不匹配信道的上行信道模型和下行信道模型,为后续确定***的近似和速率提供了技术上的支持。
可选的,第一计算模块902,包括:
预编码系数确定子模块,用于根据上行信道模型和下行信道模型,通过功率约束条件,确定迫零预编码的预编码系数。
信干噪比确定子模块,用于根据预编码系数,通过上行信道模型和下行信道模型,确定终端的信号干扰噪声比。
第一近似和速率确定子模块,用于在基站侧的收发电路匹配,终端侧的收发电路不匹配时,根据信号干扰噪声比,通过香浓公式及詹森不等式,确定近似和速率。
第二近似和速率确定子模块,用于在终端侧的收发电路匹配,基站侧的收发电路不匹配时,根据信号干扰噪声比,通过香浓公式及大数定律,确定近似和速率。
在本发明实施例中,通过上行信道模型和下行信道模型,确定***的近似和速率,为确定近似和速率最大时对应的最优解提供了技术上的支持。
可选的,预编码系数确定子模块具体用于:
可选的,信干噪比确定子模块具体用于:
根据预编码系数,通过上行信道模型和下行信道模型,确定第k个终端接收的信号:
根据第k个终端接收的信号,确定第k个终端的信号干扰噪声比:
其中,γk为第k个终端的信号干扰噪声比。
可选的,第一近似和速率确定子模块具体用于:
根据信号干扰噪声比,通过香浓公式,确定***和速率:
在基站侧的收发电路匹配,终端侧的收发电路不匹配时,通过詹森不等式,将终端和速率转换为近似和速率:
在本发明实施例中,确定了基站侧的收发电路匹配,终端侧的收发电路不匹配时的近似和速率,为后续根据近似和速率确定最优解提供了依据。
可选的,第二近似和速率确定子模块具体用于:
根据信号干扰噪声比,通过香浓公式,确定***和速率:
在终端侧的收发电路匹配,基站侧的收发电路不匹配时,通过大数定律,将终端的和速率转换为近似和速率:
在本发明实施例中,确定了终端侧的收发电路匹配,基站侧的收发电路不匹配时的近似和速率,为后续根据近似和速率确定最优解提供了依据。
可选的,第四计算模块905,包括:
优化下界函数建立子模块,用于根据优化函数,通过预设的对数下界不等式,将非凸性的优化函数转换为优化下界函数。
凸性优化函数建立子模块,用于根据优化下界函数,通过预设的指数变换,确定凸性优化函数。
迭代计算子模块,用于根据凸性优化函数,通过迭代法,确定最优解。
在本发明实施例中,将非凸性优化函数转化为凸性优化函数,并通过迭代法,在近似和速率取最大值时对应的最优解,为根据最优解配置下行功率提供了技术上的支持。
可选的,凸性优化函数建立子模块具体用于:
在本发明实施例中,通过指数变换,获取凸性优化函数,为计算出功率分配的最优解提供了技术上的支持。
可选的,第三计算模块904具体用于:
在本发明实施例中,通过注水定理确定最优解,算法简单结果准确,基站下行功率分配更加合理。
可选的,迭代计算子模块,包括:
参数计算单元,用于获取并根据基站功率分配结果的初始值,计算出凸性优化函数中参数的值。
第一最新解计算单元,用于将计算出的凸性优化函数中参数的值代入凸性优化函数,确定凸性优化函数的最新解。
第二最新解计算单元,用于根据凸性优化函数的最新解,通过指数变换,确定指数变换后的最新解。
最优解输出单元,用于确定指数变换后的最新解是否满足预设的停止条件,若指数变换后的最新解满足停止条件,则将指数变换后的最新解作为最优解,若指数变换后的最新解不满足停止条件,则将基站功率分配结果的初始值的数值更新为指数变换后的最新解的数值,返回执行参数计算单元,直至凸性优化函数的最新解满足停止条件。
在本发明实施例中,通过迭代法确定最优解,最优解的取值更加准确,利用该最优解分配MIMO***的下行功率,能够提高通信***资源配置的合理性,节约***的通信资源。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于***实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法,应用于基于迫零预编码的大规模MIMO多输入多输出***射频不匹配环境,其特征在于,包括:
获取并根据迫零预编码的多输入多输出***的终端和基站的射频电路增益的幅度和相位,建立上行信道模型和下行信道模型;
根据所述上行信道模型和所述下行信道模型,通过功率约束条件,确定所述迫零预编码的预编码系数;
根据所述预编码系数,通过所述上行信道模型和所述下行信道模型,确定所述终端的信号干扰噪声比;
在所述基站侧的收发电路匹配,所述终端侧的收发电路不匹配时,根据所述信号干扰噪声比,依次通过香浓公式及詹森不等式,确定近似和速率;或
在所述终端侧的收发电路匹配,所述基站侧的收发电路不匹配时,根据所述信号干扰噪声比,依次通过香浓公式及大数定律,确定近似和速率,其中,所述近似和速率为通过预设的近似公式得到的,所述下行信道模型对应的总传输速率;
根据所述近似和速率,建立以最大化所述近似和速率为目标的优化函数;
在所述基站侧的收发电路匹配,所述终端侧的收发电路不匹配时,根据所述优化函数,通过注水定理,确定基站功率分配的最优解;或
在所述终端侧的收发电路匹配,所述基站侧的收发电路不匹配时,根据所述优化函数,通过将函数由非凸性转换为凸性的公式,确定使所述近似和速率最大的最优解;
根据所述最优解,配置多输入多输出***的下行功率。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据优化函数,通过将函数由非凸性转换为凸性的公式,确定使所述近似和速率最大的最优解,包括:
根据所述优化函数,通过预设的对数下界不等式,将非凸性的所述优化函数转换为优化下界函数;
根据所述优化下界函数,通过预设的指数变换,确定凸性优化函数;
根据所述凸性优化函数,通过迭代法,确定所述最优解。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述根据所述凸性优化函数,通过迭代法,确定最优解,包括:
步骤A,获取并根据基站功率分配结果的初始值,计算出所述凸性优化函数中参数的值;
步骤B,将计算出的所述凸性优化函数中参数的值代入所述凸性优化函数,确定所述凸性优化函数的最新解;
步骤C,根据所述凸性优化函数的最新解,通过指数变换,确定指数变换后的最新解;
步骤D,确定所述指数变换后的最新解是否满足预设的停止条件,若所述指数变换后的最新解满足所述停止条件,则将所述指数变换后的最新解作为所述最优解,若所述指数变换后的最新解不满足所述停止条件,则将所述基站功率分配结果的初始值的数值更新为所述指数变换后的最新解的数值,返回步骤A继续执行,直至所述凸性优化函数的最新解满足所述停止条件。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述建立上行信道模型和下行信道模型,包括:
建立射频不匹配时的下行信道模型:
其中,所述HD为所述下行信道模型,所述Ur为所述终端接收到的射频电路增益矩阵,且Ur=diag{ur,1,ur,2,…,ur,k,··,ur,K},所述ur,k为第k个终端接收到的射频电路增益,k∈[1,K],K为正整数,且所述幅度服从对数正态分布所述相位服从均匀分布所述为第k个终端接收到的射频电路增益相位失真的最大值,所述为普通的瑞利信道,且所述中的元素服从均值为0、方差为1的复高斯变量,所述Bt为所述基站发送的射频电路增益矩阵,且Bt=diag{bt,1,bt,2,…,bt,m,…,bt,M},所述bt,m为所述基站发送的第m个射频电路增益,m∈[1,M],且所述幅度服从对数正态分布所述相位服从均匀分布所述为所述基站发送的第m个射频电路增益相位失真的最大值,δu,r为预设的参数,根据第k个终端接收到的射频电路增益的幅度进行计算,δb,t为预设的参数,根据基站发送的第m个射频电路增益的幅度进行计算;
建立射频不匹配时的上行信道模型:
其中,所述HU为所述上行信道模型,所述Br为所述基站接收到的射频电路的增益矩阵,且Br=diag{br,1,br,2,…,br,m,…,br,M},所述br,m为所述基站接收到的第m个射频电路增益,且所述幅度服从对数正态分布所述相位服从均匀分布所述为所述基站接收到的第m个射频电路增益相位失真的最大值,所述为所述的转置,所述Ut为所述终端发送的射频电路的增益矩阵,且Ut=diag{ut,1,ut,2,…,ut,k,…,ut,K},所述ut,k为第k个终端发送的射频电路增益,且所述幅度服从对数正态分布所述相位服从均匀分布所述为第k个终端发送的射频电路增益相位失真的最大值,δb,r为预设的参数,根据基站接收到的第m个射频电路增益的幅度进行计算,δu,t为预设的参数,根据第k个终端发送的射频电路增益的幅度进行计算。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述根据所述上行信道模型和所述下行信道模型,确定近似和速率,包括:
获取所述下行信道模型中所述迫零预编码的输出信号:其中,所述X为所述迫零预编码输出的信号,所述ξ为所述预编码系数,所述W为所述基站采用的迫零预编码矩阵,且所述D为大尺度衰落矩阵,且D=diag{β1,β2,…,βk,…,βK},所述βk为第k个终端的大尺度衰落系数,所述P为所述基站的发射功率矩阵,P=diag{P1,P2,…,Pk,…,PK},所述Pk为所述基站分配给第k个终端的发射功率,所述S为所述终端发送的随机信号矢量,且s=[s1,s2,…,sk,…,sK],且满足E(ssH)=IK,E(ssH)为ssH的期望,所述IK为K阶单位矩阵,所述sk为第k个终端的随机信号矢量,为HU的共轭矩阵;
根据所述输出信号,通过功率约束条件及所述下行信道模型,确定所述预编码系数:
其中,所述功率约束条件为E(||x||2)=pmax,所述pmax为所述基站的最大发射功率,所述E(||x||2)为所述||x||2的期望,所述M为所述基站安装的天线数;
根据所述预编码系数,通过所述上行信道模型和所述下行信道模型,确定第k个终端接收的信号:
根据所述第k个终端接收的信号,确定第k个终端的信号干扰噪声比:
其中,所述γk为所述第k个终端的信号干扰噪声比;
根据所述信号干扰噪声比,通过所述香浓公式,确定***和速率:
在所述基站侧的收发电路匹配,所述终端侧的收发电路不匹配时,通过詹森不等式,将所述终端和速率转换为所述近似和速率:
在所述终端侧的收发电路匹配,所述基站侧的收发电路不匹配时,通过大数定律,将所述终端的和速率转换为所述近似和速率:
6.根据权利要求5所述方法,其特征在于,所述根据所述近似和速率,建立以最大化所述近似和速率为目标的优化函数,包括:
在所述基站侧的收发电路匹配,所述终端侧的收发电路不匹配时,根据所述近似和速率,以所述基站的功率为约束条件,建立所述优化函数:
pk≥0,k=1,2,…,K
其中,所述为所述基站为第k个终端分配的最优功率,所述为所述最优功率的集合,所述所述pk为所述基站为第k个终端分配的功率,所述pmax为所述基站能够提供的最大发射功率,所述K为正整数,表示所述终端的个数;或
在所述终端侧的收发电路匹配,所述基站侧的收发电路不匹配时,在基站侧匹配,终端侧不匹配时,根据所述近似和速率,以所述基站的功率为约束条件,建立所述优化函数:
pk≥0,k=1,2,…,K
9.一种基于迫零预编码的非匹配信道功率分配***,应用于基于迫零预编码的大规模MIMO多输入多输出***射频不匹配环境,其特征在于,包括:
信道型搭建模块,用于获取并根据迫零预编码的多输入多输出***的终端和基站的射频电路增益的幅度和相位,建立上行信道模型和下行信道模型;
第一计算模块,用于根据所述上行信道模型和所述下行信道模型,通过功率约束条件,确定所述迫零预编码的预编码系数;根据所述预编码系数,通过所述上行信道模型和所述下行信道模型,确定所述终端的信号干扰噪声比;在所述基站侧的收发电路匹配,所述终端侧的收发电路不匹配时,根据所述信号干扰噪声比,依次通过香浓公式及詹森不等式,确定近似和速率;或在所述终端侧的收发电路匹配,所述基站侧的收发电路不匹配时,根据所述信号干扰噪声比,依次通过香浓公式及大数定律,确定近似和速率,其中,所述近似和速率为通过预设的近似公式得到的,所述下行信道模型对应的总传输速率;
第二计算模块,用于根据所述近似和速率,建立以最大化所述近似和速率为目标的优化函数;
第三计算模块,用于在所述基站侧的收发电路匹配,所述终端侧的收发电路不匹配时,根据所述优化函数,通过注水定理,确定基站功率分配的最优解;
第四计算模块,用于在所述终端侧的收发电路匹配,所述基站侧的收发电路不匹配时,根据所述优化函数,通过将函数由非凸性转换为凸性的公式,确定使所述近似和速率最大的最优解;
功率配置模块,用于根据所述最优解,配置所述多输入多输出***的下行功率。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611237407.1A CN106603133B (zh) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | 基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法及*** |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611237407.1A CN106603133B (zh) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | 基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法及*** |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106603133A CN106603133A (zh) | 2017-04-26 |
CN106603133B true CN106603133B (zh) | 2020-05-01 |
Family
ID=58604679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201611237407.1A Active CN106603133B (zh) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | 基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法及*** |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106603133B (zh) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107171704B (zh) * | 2017-06-09 | 2020-04-14 | 北京邮电大学 | 一种大规模mimo***的上行功率控制方法及装置 |
CN108667534B (zh) * | 2018-04-27 | 2020-08-25 | 中国科学技术大学 | 时分双工模式下的mimo***互易性校准方法 |
CN111342869B (zh) * | 2020-02-10 | 2022-04-15 | 郑州轻工业大学 | 一种基于非对角信道的干扰对齐设计方法及*** |
CN112468196B (zh) * | 2020-11-25 | 2021-10-19 | 南京邮电大学 | 一种基于pzf预编码的去蜂窝大规模mimo***中功率分配方法 |
CN112491472B (zh) * | 2020-12-03 | 2022-02-01 | 东南大学 | 一种优化可见光通信***迫零预编码矩阵的方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103475399A (zh) * | 2013-09-10 | 2013-12-25 | 华为技术有限公司 | 干扰对齐方法和设备 |
CN104393956A (zh) * | 2014-11-26 | 2015-03-04 | 北京邮电大学 | 一种用于无线携能通信***最大化和速率预编码方法 |
CN104617996A (zh) * | 2015-01-06 | 2015-05-13 | 郑州大学 | 大规模mimo***中最大化最小信噪比的预编码设计方法 |
CN104836604A (zh) * | 2015-03-09 | 2015-08-12 | 复旦大学 | 一种基于3d-mimo***带噪信道系数的角度域稀疏波束成形算法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160116582A1 (en) * | 2011-04-29 | 2016-04-28 | Spatial Digital Systems, Inc. | Radar imaging via spatial spectrum measurement and MIMO waveforms |
-
2016
- 2016-12-28 CN CN201611237407.1A patent/CN106603133B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103475399A (zh) * | 2013-09-10 | 2013-12-25 | 华为技术有限公司 | 干扰对齐方法和设备 |
CN104393956A (zh) * | 2014-11-26 | 2015-03-04 | 北京邮电大学 | 一种用于无线携能通信***最大化和速率预编码方法 |
CN104617996A (zh) * | 2015-01-06 | 2015-05-13 | 郑州大学 | 大规模mimo***中最大化最小信噪比的预编码设计方法 |
CN104836604A (zh) * | 2015-03-09 | 2015-08-12 | 复旦大学 | 一种基于3d-mimo***带噪信道系数的角度域稀疏波束成形算法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106603133A (zh) | 2017-04-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106603133B (zh) | 基于迫零预编码的非匹配信道功率分配方法及*** | |
Aquilina et al. | Weighted sum rate maximization in full-duplex multi-user multi-cell MIMO networks | |
US8532214B2 (en) | MIMO channel state information estimation with coupled iterative two-stage ranking | |
KR101612287B1 (ko) | 셀간 간섭 경감에 대한 하향링크 무선전송 스킴들 | |
CN103262458B (zh) | 一种用于调整信道质量指示的方法和设备 | |
KR20110025838A (ko) | 하향 링크 송신을 위한 셀간 간섭 회피 | |
CN107171704B (zh) | 一种大规模mimo***的上行功率控制方法及装置 | |
CN104601257B (zh) | 一种时分双工通信模式下多天线***的互易性校准方法 | |
CN106851833B (zh) | 基于最大比传输预编码的mimo功率分配方法及*** | |
Mohanty et al. | Design and BER performance analysis of MIMO and massive MIMO networks under perfect and imperfect CSI | |
Khoshnevis et al. | Bit allocation law for multiantenna channel feedback quantization: Single-user case | |
EP2112771A1 (en) | Adaptive MIMO mode selection method and apparatus thereof | |
KR102293045B1 (ko) | Mimo 기반 빔포밍을 지원하는 방법 및 장치 | |
JP2024512358A (ja) | 情報報告方法、装置、第1機器及び第2機器 | |
Ozawa et al. | Interference alignment for time-varying channel with channel and weight predictions based on auto regressive model | |
CN111277307B (zh) | 一种有限反馈欠秩信道时mu-mimo***的资源分配方法 | |
CN116636155A (zh) | 在过载通信信道中的接收器(Rx)与发射器(Tx)之间的收发器方法 | |
KR102310972B1 (ko) | 무선 통신 시스템에서 간섭 채널 고려한 빔포밍 장치 및 방법 | |
Nezafati et al. | MSE minimized joint transmission in coordinated multipoint systems with sparse feedback and constrained backhaul requirements | |
Ahmad et al. | Robust channel quality indicator reporting for multi-carrier and multi-user systems | |
Li et al. | Power Allocation Method of Downlink Non-orthogonal Multiple Access System Based on α Fair Utility Function | |
Zhu et al. | Tunable SRS-aware robust coordinated beamforming design with channel aging | |
Ma et al. | On the capacity of ZF beamforming in massive MIMO systems with imperfect reciprocity calibration | |
Saraiva et al. | A distributed game-theoretic solution for power management in the uplink of cell-free systems | |
Duarte et al. | Cell-free system's performance under RF mismatch |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |