一种在大规模MIMO系统中基于天线选择提高通信能效的方法转让专利
申请号 : CN201610938252.8
文献号 : CN106506052B
文献日 : 2019-10-08
发明人 : 邓宏贵 , 张朝阳 , 杜捷 , 钱学文
申请人 : 中南大学深圳研究院
摘要 :
权利要求 :
1.一种在大规模MIMO系统中基于天线选择提高通信能效的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1:根据大规模MIMO系统信道状态条件、发射链路功率、接收链路功率、转化效率,建立大规模MIMO系统功耗模型,并依据用户端最小的容量需求,计算最小天线个数;
步骤S2:根据系统功耗模型和最小天线个数,利用搜索方法计算出最优能效时的天线个数;
步骤S3:利用最大范数法从步骤S2获取的天线个数中得到一个多于最优能效天线个数的一个子集,然后在该子集中利用递减法选出最优能效天线个数的天线阵列;
所述大规模MIMO系统功耗模型E(L)如下:
其中,C(L)为发送端总发送功率确定和信道状态确定的情况下的大规模MIMO系统容量,P(L)为发送端总发送功率确定和信道状态确定的情况下大规模MIMO系统功耗;B为大规模MIMO系统带宽,λi表示第i个所选发送天线的信道增益,pi表示第i个所选发送天线的发射信号功率,σ表示大规模MIMO系统噪声,Γ表示大规模MIMO系统容限,L表示所选发送天线数量,M表示接收天线数量,γ表示天线发送效率,Ptx表示天线发射功率,Ps表示发送链路功率,Pr表示接收链路功率;
上述参数为大规模MIMO系统属性值;
所述步骤S2中利用搜索方法计算出最优能效时的天线个数的具体过程如下:步骤2.1:设置最小天线个数初始值,令L1=k,L2=k+1;
其中,k为步骤S1获得的最小天线个数,L1表示第一所选天线个数,L2表示第二所选天线个数;
步骤2.2:以大规模MIMO系统功耗模型E(L)作为目标函数,判断E(L2)<E(L1)是否成立,若成立,则以L1为满足系统容量时最优能效时的天线个数,完成计算;否则,进入步骤
2.3,进行迭代运算;
步骤2.3:增大搜索范围,令L1=k+1,L2=α*L2,进入步骤2.4;
步骤2.4:判断E(L2)>E(L1)与L2
步骤2.5:利用二分法缩小搜索范围,令U=(L1+L2)/2;
步骤2.6:判断E(U+1)>E(U)是否成立,若成立,U的位置在最优解左侧,进入步骤2.7,否则,进入步骤2.8;
步骤2.7:更新L1,令L1=U,更新U,U=(L1+L2)/2,进入步骤2.8;
步骤2.8:判断(L2-L1)>2是否成立,若成立,仍未达到最优解,则返回步骤2.6,否则,则以U的取值作为最优能效时的天线个数,完成计算;
其中,N为发送天线总个数,α为大于1的搜索步长系数,U为计算中间变量。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S1中的最小天线个数Lmin满足以下公式:其中,Cmin为大规模MIMO系统最小容量,ηi为每根所选天线信号发送的信噪比,
3.根据权利要求1-2任一项所述的方法,其特征在于,所述步骤S3的具体过程如下:STEP1,利用最大范数法从信道初始矩阵H的N列中选出βL列组成信道矩阵S:首先初始化信道矩阵S,并使信道矩阵S为空;接着选取信道初始矩阵H中Frobenius范数最大的列插入到信道矩阵S中并在H中删除该列,直到集合S中有βL列数据,得到信道矩阵S;
STEP2,在信道矩阵S上利用递减法从βL列中选出L列:计算信道矩阵S去掉每列所对应的系统容量,去除对系统容量影响最小的一列;循环执行上述操作,直到所剩天线个数为L,即信道矩阵S中剩下L列,得到最后的天线阵列。