多天线系统高能效动态功率分配方法
专利汇可以提供多天线系统高能效动态功率分配方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种多天线系统中高能效性的动态功率分配方法，包括建立系统模型；建立卡尔曼信道估计、差分反馈模型并分析时间相关性；基于时间相关性建立能效功率分配机制。考虑在多输入输出系统中，基于高斯 马 尔科夫信道特性分析卡尔曼滤波的信道估计和估计误差。基于信道估计值进一步分析信道差分反馈中的信道反馈和反馈误差。进而基于信道估计、信道反馈及其误差的时间相关性，给出系统的遍历能效下界，以最大化该能效指标为目标给出动态的训练序列功率和数据传输功率分配方法。，下面是多天线系统高能效动态功率分配方法专利的具体信息内容。
1.多天线系统高能效动态功率分配方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤1：建立系统模型，即信道传输模型；
设计一个通信系统包含Nt个发送天线(Nt≥2)和一个接收天线，通信链路的信道环境为瑞利平坦衰落信道环境；
步骤2：建立信道估计和反馈模型；
步骤2.1：建立信道估计模型；
(1)AR模型
信道随时间变化且在每个时隙内保持恒定，根据时间相关性，通过一阶的自回归模型——AR模型表示；
(2)信道估计
状态模型和观测模型允许使用卡尔曼滤波器来自适应地跟踪信道，因此，使用卡尔曼进行滤波估计；
步骤2.2：反馈模型；
在此，采用差分反馈构建系统模型；发射端和接收端分别具有Nt和Nr根天线，下行CSI(信道状态信息)首先由接收端估计得到，由接收端计算CSI的差分信息；差分信息量化为有限的反馈比特数，并通过反馈信道发送给发射端；
步骤3：建立能效功率分配机制；
步骤3.1：信道容量问题；
假定发送器码元经历了许多相干模块，建立受到不完美的信道估计和信道反馈作用的在遍历容量信道的下界Rk；
步骤3.2：能量效率问题；
在发射端设计功率控制器的目标是最大化遍历的能源效率下界，经分析后，该功率分配的设计可看作随机优化问题；
步骤3.3：最优功率的分配；
是关于 和 的非凹非线性分式函数，全局最大化的最佳变量较易计
算。
2.根据权利要求1所述的多天线系统高能效动态功率分配方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：建立系统模型，即信道传输模型；
设计包含Nt个发送天线和一个接收天线通信链路，链路的信道满足瑞利平坦衰落信道环境，假定训练信号Sk的大小是J×Nt，被用于在时间块k内(k≥4000)，其中J代表训练时间间隔的持续时间，至少满足J≥Nt； 且snt,k∈CJ×1，表示发送训练信号向量中元素；nt＝1,…,NT，其中nt表示发送天线的数量；
接收机获得所接收的信号 是大小为J×1的矩阵；
其中 表示信道矢量，其元素是独立分布的高斯变量，用 描述 ；n是
均值为零，协方差矩阵为 的白复高斯噪声向量；
最佳训练信号的形式为： 是每个天线上的训练功
率；
需要归一化共轭转置hk作为波束形成向量，使接收端的信噪比(SNR)最大化；但是，hk实际上是未知的，接收端仅能通过 进行信道估计获得
因此，假设信道在每个时隙内是恒定的，在每个时间间隔内，使用Ntbk个比特的基于码本的反馈信道 发射器从信道反馈获得的信道信息被描述为 其标准化的共轭转置被用作波束形成向量；因此，数据xk的接收信号yk由下式给出：
其中 是数据功率分配， 假定为功率归一化符号；
步骤2：建立信道估计和反馈模型；
步骤2.1建立信道估计模型；
(1)AR模型
信道随时间变化且在每个时隙内保持恒定，根据信道时间相关性，可以通过一阶的自回归模型来表示：
参数α，α＝J0(2πfdTs)是时间相关系数.其中J0(·)是第一类零阶贝塞尔函数，fd表示最大多普勒频率，Ts表示连续时隙之间的时间间隔，wk是一个满足 的独立同分布的复高斯随机变量；
(2)信道估计
状态模型 和观测模型 允许使用卡尔曼滤波器来自
适应地跟踪信道，如下公式：
其中 和
分别是先验和后验估计误差协方差矩阵；Gk是卡尔曼增益， 是所估计的信道；初始值为步骤2.2：反馈模型；
在第k个时隙时，时间相关参数α在基站中是已知的；量化矢量 可以通过量化估计的信道向量 和先验 之间的差 来给定，然后BS可以根据量化差矢量
来更新信道
b
其中 是dk的量化形式，从2 个向量组成的码本中选择；
对于给定的量化信道 和量化误差矢量 根据公式(3)(4)，第k个信道估计可表示为：
其中 是反馈误差；因此，误差矢量可以表示为：
高斯假设下的量化误差矢量 0≤k′≤k-1，满足 的独立同分布的复高斯随机变量，误差矢量dk的方差 可通过下式表示：
根据速率失真理论，对于每个单元满足 分布的b比特量化失真，基于形状增益比单独量化形状增益联合量化产生更大的量化误差的事实，可得出量化误差方差的上下界，如下式所示：
其中C是一个系数；
步骤3：建立能效功率分配机制；
步骤3.1：信道容量问题；
假定发送器码元经历了许多相干模块，遍历容量信道下界的信道估计损失可以通过Rk得到
其中误差的影响被认为是一种干扰；
为了清楚地构成遍历容量作为反馈信道函数的估计误差和反馈误差，有：
其中，(a)为Backward Triangle不等式，(b)为严格的Cauchy-Bunyakovskii-Schwarz不等式，且 很小；
此外，有干扰的期望表示为：
综上可得：
其中， 在 范围内是关于 的凸函数时，可以使用Jensen不等
式 很小时，这个不等式是严格的；
步骤3.2：分配问题；
发射端设计功率控制器的目标是最大化平均下界遍历的能源效率，其度量由下式给出：
它是系统状态 和系统动作 的函数，显然，参数 是
依赖于 和b的马尔科夫链；其中，PC是电路功耗，a是恒定功率放大器(PA)的效率，T是每个时隙的符号数；
本发明中，采取功率分配，在k-1时刻的发送端，基于k-1时刻的系统状态，最大化k时刻的能量效率可通过下式得到：
显然， 是关于 和 的非凹非线性分式函数，全局最大化可以很容易解出。
多天线系统高能效动态功率分配方法
技术领域
发明内容
具体实施方式
是所估计的信道。初始值为
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