专利名称：最大化多小区下行加权和速率的单调优化方法
技术领域：
本发明涉及的是一种无线通信技术领域的方法，具体是一种最大化多小区下行加权和速率的单调优化方法。
背景技术：
近年来，随着无线通信技 术的飞速发展，无线通信大业务量、高速率和高频谱效率的要求日益迫切。在下一代无线通信系统中，频率复用因子为1，存在严重的同信道干扰。多小区下行协作传输是一项有效抑制同信道干扰提高系统性能的重要技术。在不同的设计准则中，加权和速率最大化是一个研究的热点，获得了学术界和产业界的很多关注。然而，由于多小区系统的容量域未定，达到加权和速率的全局最优解非常困难，目前更为实用的方法是采用单用户检测进行协作传输设计。现有技术中公开了L. Venturino, N. Prasad, and X. Wang 的文献 “CoordinatedI inear beamforming in downlink multi-cel I wireless networks (多小区无线网络的下行协作线性波束成形)，” IEEE Transactions on WirelessCommunications, vol. 9, no. 4, pp. 1451 - 1461, Apr. 2010,它提出了 基于优化问题的Karush-Kuhn-Tucker (KKT)条件的 ICBF (Iterative Coordinated Beam-Forming)算法。Q. J. Shi, Μ· Razaviyayn, Ζ· Q. Luo, and C. He 的文 献 “An iteratively weightedMMSE approach to distributed sum-utility maximization for a MIMO interferingbroadcast channel (MIMO干扰广播信道和利用率最大化的分布式迭代加权最小均方误差方法)，，，IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 59, no. 9, pp. 4331 -4340，Sept. 2011，公开了利用加权和均方误差和加权和速率的关系设计迭代的WMMSE(Weighted Minimum Mean Square Error)算法。但是,采用单用户检测的可达容量域仍然是非凸的,对于MISO系统，R. Zhang andS. G. Cui 的文献 “Cooperative interference management with MISO beamf orming (MIS0波束成形协作干扰管理)，”IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 58, no. 10, pp.5454-5462，Oct. 2010，证明了波束成形的最优性并给出了刻画可达容量域的方法。虽然已经有了一些方法可以保证得到帕累托最优解(Pareto optimal solution),达到全局最优还是非常具有挑战性，需要设计合理有效的搜索算法。L. Liu, R. Zhang, and K. Chua 的文献“Achieving global optimality forweighted sum—rate maximization in the K—user Gaussian interference channelwith multiple antennas (逼近多天线K用户干扰信道加权和速率全局最优解)，” IEEETransactions on Wireless Communications,vol. 11, no. 5, pp. 1933 - 1945,2012，将加权和速率优化问题从可达容量域的角度看作一个单调优化问题并采用outerpolyblock approximation算法以及现有文献中公开的rate profile技术搜索全局最优角军。E. Bjornson, G. Zheng, M. Bengtsson, and B. Ottersten 的文献 “Robust monotonicoptimization framework for multicell MISO systems (多小区 MISO 系统的鲁棒单调优化架构)，” IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 60, no. 5, pp. 2508 - 2523, 2012,提出了一种分支约减定界(branch-reduce-and-bound, BRB)算法，比 outer polyblockapproximation算法具有更快的收敛速度,但是当用户数较多时收敛仍然很慢。
发明内容
本发明在现有技术的基础上，提出一种最大化多小区下行加权和速率的单调优化方法，本发明采用判断搜索、顺序分割以及顶点重置等方法，能有效提高单调优化算法的收敛速度。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤步骤I)设置系统参数小区数M，每个小区用户数Km，第m个基站的天线数Tm，第m个基站的功率约束Pm，其中m=l，. . .，M，第η个基站到用户《^(第m个小区的第k个用户)的信道状态信息，其中m，n=l,. . . , M, k=l,. . .，Km，用户的零均值复高斯加性噪声的协方差以及加权系数；步骤2)定义足%为用户\的速率，
其中为用户Wwt的波束成形向量，其中,!，...，!《，!^，...，!^，/^为第打个基站到用户^的信道状态信息，其中m，n=l, ...,M, k=l,. . .，Km,'为用户《 ,(第η个小区的第j个用户)的波束成形向量，其中n=l，. . . , M, j=l,. . .，Κη，<，为第m个基站到用户\的Ih道状态Ih息，其中m=l,..., M, k=l,..., Km。构造可达速率向量
权利要求
1 .一种最大化多小区下行加权和速率的单调优化方法，其特征在于，采用判断搜索、顺序分割以及顶点重置方法，具体包括以下步骤 步骤I)设置系统参数小区数M，每个小区用户数Km，第m个基站的天线数Tm，第m个基站的功率约束Pm，其中111=1，...^，第11个基站到用户《)%的信道状态信息< ，其中m, n=l,. . . , M, k=l,. . .，K111，用户《%的零均值复高斯加性噪声的协方差以及加权系数amk，用户〃《,表示第m个小区的第k个用户； 步骤2)定义As力用户的速率，
2.根据权利要求I所述的最大化多小区下行加权和速率的单调优化方法，其特征是，所述步骤5)中的可行问题树^是指
3.根据权利要求I所述的最大化多小区下行加权和速率的单调优化方法，其特征是，所述步骤6)中的判断搜索是指 找到a, b连线与超平面Ir I f (r) =fmin}的交点c,即
4.根据权利要求I所述的最大化多小区下行加权和速率的单调优化方法，其特征是，所述步骤7)中的顺序分割是指 i)由顶点b和分割点r得到K个新盒子的顶点{V1)，b }，其中 b(l)=b- (bj-rj) ej, i = I, . . . , K 其中，下标i表示该向量的第i个元素，e,表示第i个元素为I其余元素为O的向量； ii)根据K个新顶点{V1)，b }处的加权和速率进行升序排列，得到:iii)顺序计算得到K个顶点_*>，…，·&&)}对应的顶点沁(4)，...，β&)}，其中
全文摘要
本发明提供一种最大化多小区下行加权和速率的单调优化方法，属于无线通信技术领域，将加权和速率优化问题看作可达容量域上的单调优化问题，采用判断搜索、顺序分割以及顶点重置等步骤设计单调优化算法。该方法能有效减少可行问题求解次数，降低计算复杂度，提高收敛速度。
文档编号H04W28/18GK102905320SQ20121035938
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者张茜, 何晨, 蒋铃鸽 申请人:上海交通大学