以用户为中心的无小区MIMO系统的功率控制算法
专利汇可以提供以用户为中心的无小区MIMO系统的功率控制算法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提出了通信领域内的一种以用户为中心的无小区MIMO系统的功率控制 算法 ，包括以下步骤：步骤1：建立系统模型，进行信道估计以及分析上下行的用户可达速率；步骤2：分配每个AP服务的MS；步骤3：根据用户分配结果，得到上下行用户可达速率的 变形 公式，并建立功率分配模型；步骤4：求解功率分配问题，通过功率分配实现用户速率的最大化，通过搜索最佳的功率控制系数实现最小用户速率的最大化，为所有用户提供最佳服务。，下面是以用户为中心的无小区MIMO系统的功率控制算法专利的具体信息内容。
1.一种以用户为中心的无小区MIMO系统的功率控制算法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立系统模型，进行信道估计以及分析上下行的用户可达速率；
建立以用户为中心的无小区大规模MIMO系统模型，AP根据接收到的上行链路导频，通过MMSE信道估计法进行信道估计；并推导出上下行链路的用户可达速率；
步骤2：分配每个AP服务的MS；
用户分配算法根据AP与MS间信道估计的第l个元素的均方值大小，为每个AP分配需服务的用户集；
步骤3：根据用户分配结果，得到上下行用户可达速率的变形公式，并建立功率分配模型；
使用步骤2得到的用户分配结果替代上下行用户可达速率公式中的集合，以此得到新的上下行链路的用户可达速率；分别根据实现最小用户速率最大化的优化目标以及功率约束的优化条件来建立优化问题模型，该优化问题是为了搜索得到最佳的功率控制系数；
步骤4：求解功率分配问题，通过功率分配实现用户速率的最大化；
通过二分法来解决该优化问题；进行下行链路功率控制时，引入松弛变量；该优化问题可通过使用二分搜索法以及求解一系列凸可行性问题来解决。
2.根据权利要求1所述的以用户为中心的无小区MIMO系统的功率控制算法，其特征在于，步骤1步骤具体包括：
建立以用户为中心的无小区大规模MIMO系统的系统模型，在该模型中，M个AP各设有L根发射天线，服务于K个单天线MS(M＞＞K)，令N为每个AP服务的MS数，令 为第m个AP服务用户集合(m＝1，…，M)，以及 为服务于第k个MS的AP集合(k＝1，…，K)， 和 可在步骤
2中得到；
第k个AP与第m个MS间的信道模型为
其中，{βmk}，k＝1，…，K，m＝1，…，M表示不相关衰落场景下的大尺度衰落系数；hmk为L×
1向量，代表了第m个AP和第k个MS之间的小规模衰落，且假设小规模衰落为瑞利衰落，所以hmk的每个元素服从独立同分布；根据MS发送的上行导频序列，AP通过MMSE信道估计方法得到信道估计；
令τ为每个相干间隔时间，时长τp用于上行链路导频训练， 为第k个MS发送的导频序列，并且满足 第m个AP收到的信号为：
其中ρp表示每个导频符号的归一化信噪比，并且Wp，m为L×τp阶加性噪声矩阵，其中元素服从i.i.d.CN(0,1)RVs；
通过MMSE信道估计得到的信道估计为：
其中 为yp，mk于 上的投影；
推导下行链路的用户可达速率：
在以用户为中心的无小区大规模MIMO系统的下行链路传输过程中，将波束成形技术应用于发送信号，则第m个AP的传输信号可表示为：
其中，qk为模型中发送到第k个MS的符号，ρd表示AP的最大发射功率， 为下行链路发射信号的功率控制系数，且应满足 则该公式可变换为：
其中γmk为信道估计的第l个元素的均方值，即为：
第k个MS接收的信号是：
其中， 为加性高斯噪声；
式(7)可表示为：
其中：
通过下列公式可得到以用户为中心的无小区大规模MIMO系统中第k个MS的下行可达速率：
经过推导计算，第k个MS的下行可达速率Rd，k为：
推导上行链路的用户可达速率：
在上行链路传输过程中，所有MS同时向AP发送其传输；第m个AP处的接收信号yu，m为：
其中ρu表示归一化的上行链路信噪比；并且加性噪声矩阵wu，m的每个元素是上行链路功率控制系数，且应满足功率约束：
从yu，m检测到的目标信号为：
第k个MS的上行可达速率Ru，k可通过推导下行链路MS速率相同的方法得到，如下所示：
。
3.根据权利要求2所述的以用户为中心的无小区MIMO系统的功率控制算法，其特征在于，步骤2具体包括：
在以用户为中心的大规模MIMO系统中，每个AP均只服务N个MS，根据MS分配算法可得到第m个AP服务的MS集合 并根据 得到服务于第k个MS的
AP集合 所述MS分配算法：
2-1)使用式(6)计算γmk(m＝1,…,M,k＝1,…K)；
2-2)将第m个AP(m＝1，……，M)得到的γmk(k＝1,……，K)进行排序，并选择其中拥有最大γmk值的N个MS组成集合 其代表了为第m个AP需提供服务的MS集合；
2-3)依据步骤二中的集合 可得到矩阵α，其中
2-4)为保证所有MS均能被提供服务，若存在任意MS k满足 则需要转到第5
步进行MS的重分配；若不存在，则跳出该算法；
2-5)a.搜索AP m*，使其满足与第k个MS间的γm*k最大，即
b.从AP m*所服务的N个MS中，寻找MS k*使其满足
c.根据新的用户分配结果更新矩阵α，即
d.返回第四步。
4.根据权利要求3所述的以用户为中心的无小区MIMO系统的功率控制算法，其特征在于，步骤3具体包括：
根据用户分配结果，变形上下行链路用户可达速率，并建立功率分配问题模型；
式(10)(14)中的用户可达速率由于使用了集合 不利于建立功率分配模型，所以该模型中，将α用于上下行链路的用户可达速率，分别如式(15)(16)所示；
根据用户分配结果，使用最大-最小功率控制法，分别根据实现最小用户速率最大化的优化目标以及功率约束的优化条件，来建立优化问题模型；
下行链路功率分配问题模型为：
上行链路功率分配问题模型为：
。
5.根据权利要求4所述的以用户为中心的无小区MIMO系统的功率控制算法，其特征在于，步骤4具体包括：
求解功率分配问题，通过功率分配实现用户速率的最大化
4-1)下行链路功率分配问题求解为：
通过定义 以及引入松弛变量θm和 式(19)可转换为：
k＝1，…K，m＝1，…，M
式(20)中的问题可通过二分算法解决，且需在每个步骤中解决一系列凸可行性问题；
具体而言，解决(20)的二分算法如下所示：
二分算法：
1.初始化：在选择tmin和tmax的初始值，其代表了目标函数(19)的大小范围，并选择一个可接受的误差∈；
令 并且解决下列的凸可行性方案
式(21)中， 其中 I-k为去
除K×K阶单位矩阵第k列元素的K×(K-1)阶矩阵，
2.如果(20)中的问题有解的话，则tmin＝t，否则tmax＝t；
3.若tmax-tmin＜∈，则跳出，否则继续执行第二步；
4-2)上行链路功率求解为：
0≤ηk≤1，k＝1，…，K
与下行链路相似，(22)中的求解问题也可通过二分法以及解决一系列的线性可行问题搜索得到最佳解。
以用户为中心的无小区MIMO系统的功率控制算法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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