[发明专利]基于对偶性的下行多用户能效波束成形方法

摘要

本发明公开了一种在广播多天线信道下的考虑能效优化的波束成形方法，该方法的优化的目标是实现在给定的功率和信干噪比的约束下数据传输速率的最大化。首先将传统的上下行传输的对偶性引入到能效的优化中，设立相应的能效优化目标函数，引入与下行传输对偶的虚拟的上行问题；其次通过对虚拟的上行传输问题进行相应的转化，获得可解的GP优化问题，优化后将相应的上行优化结果转化成原来的下行传输问题的解，从而解决在下行多用户的能效传输问题。相比于现有的考虑能效的波束成形方法，所提方法计算复杂度低，易于实现，而且相比于传统的最小化发射功率类的算法可以获得能效的提高。

主权项

1.一种基于对偶性的下行多用户能效波束成形方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1）初始化下行传输功率p⁽ⁿ⁾和波束矢量W⁽ⁿ⁾，保证满足信干噪比和功率的约束，然后通过下行传输功率p⁽ⁿ⁾和波束矢量W⁽ⁿ⁾计算出此时的信干噪比通过计算出的虚拟上行信干噪比分别计算出近似参数和设置此时的虚拟上行传输功率q⁽ⁿ⁾＝0，并且初始化此时的目标函数g←(n)=0;]]>其中：为第n次迭代以后目标函数的值；K为基站的数量；k为用户编号；n为算法迭代次数，初始值为0；W⁽ⁿ⁾为为基站对用户k的波束矢量；p⁽ⁿ⁾为为基站对用户k的发射功率；q⁽ⁿ⁾为为用户k对基站的虚拟上行功率；为为用户k的虚拟上行信干噪比；为为用户k的速率近似辅助变量；为为用户k的速率近似辅助变量；h_k为基站到用户k之间的信道参数；σ为系统热噪声；其中利用p⁽ⁿ⁾和W⁽ⁿ⁾来获得信干噪比的计算方法如下所示：γ~k(n)=pk(n)||h‾kHwk(n)||2Σm=1,m≠kKpm(n)||h‾kHwm(n)||2+1;h‾k=hkσ]]>利用分别计算出近似参数和的方法如下所示：其中θ表示用户速率权重；2）.令n=n+1,求解如下的GP优化问题：s.t.γ←k≥γ~k,γ←k≥γk,∀k,Σm=1Kqk≤αP,0≤α≤1.]]>其中表示的是基站功放的损耗，P_c表示的是每根天线的固定电路损耗，P₀表示的是与天线无关的固定损耗，M表示的是基站天线的数量，P为发射功率限制；通过求解以上的优化问题，得到虚拟上行传输功率q⁽ⁿ⁾；3).利用优化后的虚拟上行传输功率q⁽ⁿ⁾计算出相应的波束矢量W⁽ⁿ⁾，计算方法如下所示：wk=(Σm=1Kqmh‾mh‾mH+1)-1h‾k||(Σm=1Kqmh‾mh‾mH+1)-1h‾k||,∀k]]>如果进行步骤4），的定义如下所示：如果不满足，利用更新后的q⁽ⁿ⁾和W⁽ⁿ⁾计算出新的虚拟上行信干噪比计算方法如下所示：γ~k(n)=qk(n)||h‾kHwk(n)||2Σm=1,m≠kKqm(n)||h‾kHwm(n)||2+1;h‾k=hkσ]]>通过更新后的计算出新的近似参数和更新方法与步骤1）相同，然后返回步骤2），ζ为预先设定的精度要求；4).将上行的优化结果转化为下行，根据上下行的信干噪比相等得到下行的传输功率p⁽ⁿ⁾。