[发明专利]基于联合最优功率分配的多权重机会波束成形系统及方法

权利要求书

1.基于联合最优功率分配的多权重机会波束成形系统，其特征在于，包括：发射端和用户端；

所述发射端包括OBF矩阵选择器、功率分配器、叠加器以及辐射天线阵列；OBF为机会波束成形；

所述OBF矩阵选择器用于接收需要发送的用户数据，确定OBF矩阵输入值，为每个用户数据选择OBF矩阵，并将用户数据传送到功率分配器；

所述功率分配器用于对用户数据进行联合最优功率分配，并传送至叠加器，其具体过程为

步骤一一、发送端将K个用户按照信道状态从优至劣排序；K为该次传输的用户总数；令k＝1，P_y＝P_total；P_y表示分配给用户k至用户K的功率和，P_total表示发射端的总功率；

步骤一二、将用户k+1至用户K作为一个整体的虚拟用户i，则用户k至用户K的和速率形式为：

其中，R_∑为用户k至用户K的和速率，用户1至用户K的和速率即为系统的和速率，T_s为完成一次传输的总时间，τ为一次传输的导频时间，W_k(M)为用户k所选择的OBF矩阵，W_i(M)为虚拟用户i所选择的OBF矩阵；N₀为噪声功率；H_k为用户k的信道矩阵，H_i为虚拟用户i的信道矩阵；P_k为分配给用户k的功率，P_i为分配给虚拟用户i的功率；M表示在一次传输中发射端产生的OBF矩阵个数；

令：

其中，β_k表示分配给用户k的功率占P_y的比重，0≤β_k≤1；α₁(M)为用户k的等效信道增益的平方，α₂(M)为虚拟用户i的等效信道增益的平方，α₃(M)为用户k和虚拟用户i之间干扰增益的平方；

步骤一三、对于给定的M，将式(1)转化为如下的优化问题：

令：

求解式(7)得到β_k的两个解：

由于OBF矩阵选择器对每个用户均是选择信噪比最大的OBF矩阵，并且用户k的信道状况好于虚拟用户i的信道状况，因此有α₁(M)≥α₂(M)≥α₃(M)，且0≤β_k≤1，则设定的β_k为：

β_k＝min(β_k,2,1) (10)

步骤一四、若k≠1，进入步骤一五；

若k＝1，将公式(1)转换为如下的优化问题：

其中，表示向下取整；选择式(11)最大时对应的M作为OBF矩阵输入值，并根据该OBF矩阵输入值对所有用户分别选择信噪比最大的OBF矩阵W_k(M)；

步骤一五、功率分配器将β_k代入式(2)得到P_k和P_i；

步骤一六、若k＜K，则令k＝k+1，P_y＝P_i，重复步骤一二至一五，直至k＝K；

步骤一七、功率分配器将用户数据对应进行功率分配后传送至叠加器；

所述叠加器用于将经过功率分配的用户数据进行叠加并传送至辐射天线阵列；

所述辐射天线阵列用于接收从叠加器传送的数据并进行广播发送；

所述用户端用于获取辐射天线阵列发送的数据，并对获取的数据进行解码得到所需数据。

2.一种应用于权利要求1所述基于联合最优功率分配的多权重机会波束成形系统的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

步骤一、发射端的OBF矩阵选择器利用联合最优功率分配算法确定该次传输的OBF矩阵输入值，并对每个用户均选择信噪比最大的OBF矩阵；OBF为机会波束成形；功率分配器根据OBF矩阵输入值确定分配给各个用户的功率，将用户数据对应进行功率分配后传送至叠加器；

步骤二、叠加器将经过功率分配的用户数据进行叠加并传送至辐射天线阵列；辐射天线阵列接收从叠加器传送的数据并进行广播发送；

步骤三、每个用户端分别获取辐射天线阵列发送的数据，并对获取的数据进行解码得到各自所需数据。