[发明专利]一种基于不完全信道信息的大规模MIMO系统频谱效率优化的功率分配方法

权利要求书

1.一种基于不完全信道信息的大规模MIMO系统频谱效率优化的功率分配方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)首先对上行大规模MIMO系统进行模型构建，考虑基站配备有M根发射天线，服务K个单天线用户，信道矩阵G＝HD^1/2建模为服从复高斯分布的小尺度衰落，以及包含路径损耗与阴影衰落的大尺度衰落；H为瑞利衰落，D为大尺度衰落矩阵，是一个K×K的对角矩阵，第k个对角元素为β_k，其代表第k个用户的大尺度衰落系数；

(2)对用户到基站间的信道进行估计，假设信道估计存在误差，实际信道矩阵H与信道估计矩阵关系为其中E为信道估计误差，其第k列服从0均值，方差为ε_k的复高斯分布；信道估计矩阵的第k列服从0均值，方差为1-ε_k的复高斯分布；经过迫零检测后的第k个用户的接收信噪比为

其中，p_k和p_i分别为第k个和第i个用户的发射功率，ε_k和ε_i分别代表第k个和第i个用户的信道估计错误的方差，β_k和β_i分别代表第k个和第i个用户的大尺度衰落系数；

根据大数定律，上述接收信噪比近似为

(3)将用户最大发射功率作为约束条件，构建出基于不完全信道状态信息的频谱效率优化问题为：

s.t.0≤p_k≤P_max,k

其中，η_SE代表频谱效率，P_max,k表示第k个用户的最大发射功率；

(4)将步骤(3)中得到的优化函数的减数项在p₀处泰勒展开，得到一个新的凹函数，并引入对数障碍函数将带约束的优化问题转换为无约束的优化问题：

其中，为无约束优化问题的目标函数，p为用户发送功率向量，t为对数障碍系数向量，t_k为向量t的第k个元素，为第l次迭代时的泰勒展开点的第i个元素，l为迭代次数；

(5)利用梯度下降法求解出功率分配方案，根据更新梯度下降法的最值点，其中τ为步长，为在处的导数，为第l次迭代的功率分配矩阵；当小于约束条件时结束迭代过程，返回最优功率分配方案p^*。