[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

说明书

本发明公开了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，本发明采用不完全信道状态信息，首先对信道进行估计，以规模MIMO系统的频谱效率最大化为优化目标，把大规模MIMO系统中各个用户的发射功率作为变量，将最大传输功率作为约束，建立频谱效率优化问题。通过凹凸过程法(concave‑convex procedure,CCCP)，将非凹的目标函数的凸函数部分在指定点泰勒展开转换为凹函数，然后通过梯度下降法求解出功率分配方案。本发明所提出的方法有效地解决了大规模MIMO系统中频谱效率这一非凹问题的功率分配，可以提供与强烈搜索法近乎相同的功率分配方案，并拥有更低的复杂度。

技术领域：

本发明属于移动通信领域，涉及移动通信系统的资源分配方法，尤其是涉及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。

背景技术：

作为最令人瞩目的5G技术之一，大规模多入多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)天线系统拥有出色的抗干扰能力，组成天线成本低，功效高，并且可以显著提升频谱效率以及能量效率。国际电信联盟于2015年发布的5G通信系统中包括频谱效率在内的八大性能指标，要求将频谱效率提升至IMT-Advanced的3倍，如何提升频谱效率以满足未来通信需求已成为一个热门课题。

对于频谱效率的研究一直是大规模MIMO系统中的一个热点问题。在文献1(Ngo HQ,Larsson E G,Marzetta T L.Energy and spectral efficiency of very largemultiuser MIMO systems[J].IEEE Transactions on Communications,2013,61(4):1436-1449.)中分别给出了采用最大比合并，迫零检测和最小均方误差检测的上行链路大规模MIMO系统频谱效率的下界。文献2(T.C.Mai,H.Q.Ngo and T.Q.Duong,UplinkSpectral Efficiency of Cell-free Massive MIMO with Multi-Antenna Users,20193rd International Conference on Recent Advances in Signal Processing,TelecommunicationsComputing(SigTelCom),Hanoi,Vietnam,2019,pp.126-129.)对分别采用最大比合并(maximum ratio combining，MRC)和迫零检测(zero forcing，ZF)的上行大规模MIMO系统能效做了分析，结果表明采用ZF检测的系统频谱效率要优于采用MRC检测时的频谱效率。文献3(Y.Lin,X.Li,W.Fu and Y.Hei,Spectral efficiency analysisfor downlink massive MIMO systems with MRT precoding,in ChinaCommunications,vol.12,no.Supplement,pp.67-73,December 2015.)提出了对采用最大比传输(maximum-radio transmission，MRT)预编码时，下行链路大规模MIMO系统的频谱效率下界，并且基于该近似下界分析了估计错误对频谱效率的影响。