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大规模天线系统基于粒子群算法的高能效功率分配方法
审中-实审

申请号:201610074257.0 申请日:2016-02-02
摘要:本发明公开了一种大规模天线系统基于粒子群算法的高能效功率分配方法,通过分式规划、拉格朗日乘子罚函数法、粒子群算法等方法求解最优能效对应的功率配置。首先,在最大比合并波束赋型下,根据大规模天线独有的信道矩阵特点,利用詹森不等式,获得用户传输速率下界表达式;然后,利用分式规划思想以及拉格朗日乘子法,将原始的有约束非凸优化问题转化为无约束的凸优化问题;最后,在多变量耦合情况下,利用粒子群算法得到最优解。本发明解决了在干扰严重的情况下(多变量耦合)功率分配求解困难的问题,在保证了用户传输速率的前提下,有效地提升了系统的能量效率。
申请人: 东南大学
地址: 211189 江苏省南京市江宁区东南大学路2号
发明(设计)人: 蒋雁翔 张家典 郑福春 高西奇 尤肖虎
主分类号: H04W52/24(2009.01)I
分类号: H04W52/24(2009.01)I H04W52/26(2009.01)I H04W72/04(2009.01)I
  • 法律状态
2016-07-27  实质审查的生效IPC(主分类):H04W 52/24申请日:20160202
2016-06-29  公开
注:本法律状态信息仅供参考,即时准确的法律状态信息须到国家知识产权局办理专利登记簿副本。
  • 其他信息
主权项  大规模天线系统基于粒子群算法的高能效功率分配方法,其特征在于:综合分式规划、拉格朗日乘子罚函数法和粒子群算法求解最优能效对应的功率配置;具体包括如下步骤:(1)初始化迭代标识k=0;给定初始发射功率向量表示用户i的初始发射功率,N表示总用户数,用户i关于传输速率约束的初始拉格朗日系数记为(2)计算第k次迭代时的能效值q(k)<mrow><msup><mi>q</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msup><mo>=</mo><mfrac><mrow><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msub><mi>log</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>N</mi><mi>t</mi></msub><msubsup><mi>p</mi><mi>i</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup></mrow><mrow><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>&NotEqual;</mo><mi>i</mi></mrow><mi>N</mi></munderover><msubsup><mi>p</mi><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>+</mo><msup><mi>&sigma;</mi><mn>2</mn></msup><mo>/</mo><msub><mi>&beta;</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msubsup><mi>p</mi><mi>i</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>+</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><msub><mi>N</mi><mi>t</mi></msub></munderover><msub><mi>p</mi><mrow><mi>c</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>式中:q(k)为第k次迭代时的能效值q(k)为第k次迭代时用户i的发射功率,为第k次迭代时用户j的发射功率;Nt为基站线数,pc,j为天线j上的固定功率消耗;σ2为噪声功率谱密度,βi为用户i的信道大尺度衰落参数;(3)对q(k)采用粒子群算法求解p(k+1)为第(k+1)次迭代时的发射功率向量,为第(k+1)次迭代时用户i的发射功率;(4)对p(k+1)进行调整,<mrow><msup><mover><mi>p</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></msup><mo>=</mo><mo>&lsqb;</mo><msubsup><mover><mi>p</mi><mo>~</mo></mover><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>,</mo><msubsup><mover><mi>p</mi><mo>~</mo></mover><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>,</mo><mo>...</mo><mo>,</mo><msubsup><mover><mi>p</mi><mo>~</mo></mover><mi>i</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>,</mo><mo>...</mo><mo>,</mo><msubsup><mover><mi>p</mi><mo>~</mo></mover><mi>N</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>&rsqb;</mo><mo>,</mo></mrow><mrow><msubsup><mover><mi>p</mi><mo>~</mo></mover><mi>i</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>=</mo><mi>m</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mo>{</mo><mi>m</mi><mi>a</mi><mi>x</mi><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>p</mi><mi>i</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>,</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><msub><mi>p</mi><mrow><mi>T</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub><mo>}</mo><mo>,</mo></mrow>pT,i为用户i的最大发射功率;(5)计算效用函数<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mi>E</mi><mi>E</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>p</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></msup><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msup><mover><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub><mo>&OverBar;</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></msup><mo>-</mo><msup><mi>q</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msup><mrow><mo>(</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msubsup><mi>p</mi><mi>i</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>+</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><msub><mi>N</mi><mi>t</mi></msub></munderover><msub><mi>p</mi><mrow><mi>c</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow></mrow>式中:为用户i在第k+1次迭代时的实时传输速率下界,是在最大混合比接收、大规模天线阵列及詹森不等式联合作用下推导得出的,表示为:<mrow><msup><mover><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub><mo>&OverBar;</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></msup><mo>=</mo><mi>B</mi><mi></mi><msub><mi>log</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><msub><mi>N</mi><mi>t</mi></msub><msub><mi>&beta;</mi><mi>i</mi></msub><msubsup><mi>p</mi><mi>i</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup></mrow><mrow><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>&NotEqual;</mo><mi>i</mi></mrow><mi>N</mi></munderover><msub><mi>&beta;</mi><mi>j</mi></msub><msubsup><mi>p</mi><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>+</mo><msub><mi>BN</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow>其中,B为频谱带宽,N0为信道噪声功率谱密度;对给定的正常数ε(量级在10?1之内):若则迭代计算结束;否则,k=k+1;(6)计算第k次迭代时用户i关于传输速率约束的拉格朗日系数记为<mrow><msubsup><mi>&omega;</mi><mi>i</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>=</mo><mi>m</mi><mi>a</mi><mi>x</mi><mo>{</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><msubsup><mi>&omega;</mi><mi>i</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>-</mo><mi>&theta;</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mover><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub><mo>&OverBar;</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msup><mo>-</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mi>T</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>}</mo></mrow>式中:θ为非负步长,RT,i为用户i的最低传输速率要求;<mrow><msup><mi>p</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msup><mo>=</mo><msup><mover><mi>p</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msup><mo>,</mo></mrow>返回步骤(2)。
公开号  105722203A
公开日  2016-06-29
专利代理机构  南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙) 32249
代理人  黄成萍
颁证日  
优先权  
国际申请  
国际公布  
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