一种分布式MIMO系统AP子阵的阵列拓扑结构优化方法及装置

本发明属于无线通信，尤其涉及一种分布式mimo系统ap子阵的阵列拓扑结构优化方法及装置。

背景技术：

1、毫米波(mmwave)是指频率在30～300ghz范围内，波长在1～10毫米范围内的电磁波。毫米波通信具有实现每秒千兆比特(gbps)数据速率的潜力，因为其频带比当前系统高几倍。此外，毫米波信号的极短波长允许在小终端上封装大量天线元件。因此，使用分布式大规模mimo技术而非传统mimo有助于辐射波束更窄并在空间上朝向用户，从而实现更高的频谱效率(se)和能量效率(ee)。

2、大规模多输入多输出(mimo)的技术以补偿毫米波频带的较大路径损耗。分布式mimo其实是mimo技术演进的一种，将mimo和分布式天线系统结合能够形成分布式mimo多天线系统。分布式的远程天线单元处配置多根天线，成倍的提高了通信的容量。将传统的点对点mimo技术与分布式天线的基本原理相结合，引入了分布式mimo(d-mimo)系统，该系统兼具空间复用和宏分集的优点。在分布式mimo系统中，由于天线分布在不同的位置，可以缩短分布式天线单元和用户之间的距离，降低发射功率，从而可以获得更低的传播损耗和更高的空间复用。

3、但是，分布式mimo系统中，分布式天线单元的天线阵列拓扑结构会影响通信效率，如何设计分布式天线单元的天线阵列拓扑结构成为了亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种分布式mimo系统ap子阵的阵列拓扑结构优化方法及装置，通过构建优化问题来优化ap子阵的阵列拓扑，可以提升分布式mimo系统的通信效率。

2、本发明采用以下技术方案：一种分布式mimo系统ap子阵的阵列拓扑结构优化方法，包括以下步骤：

3、获取分布式mimo系统ap子阵的初始参数；

4、以分布式mimo系统的遍历和速率最大为目标，基于初始参数构建第一优化问题；

5、基于第一优化问题构建干扰项和辅助变量并结合ap子阵的阵元位移向量简化第一优化问题，得到第三优化问题；

6、基于cvx工具箱使用迭代搜索法求解第三优化问题，得到ap子阵中非均匀线阵的排布方式。

7、进一步地，基于第一优化问题构建干扰项和辅助变量并结合ap子阵的阵元位移向量简化第一优化问题包括：

8、建立干扰项并基于干扰项对第一优化问题进行等价转换，得到第二优化问题；

9、基于ap子阵的阵元位移向量和辅助变量简化第二优化问题，得到第三优化问题。

10、进一步地，第一优化问题为：

11、

12、其中，rsum表示分布式mimo系下行传输可实现遍历和速率，δx为非均匀线阵中相邻阵元之间的间距，xn表示每个ap子阵中非均匀线阵中第n个阵元在该ap坐标系中的具体位置横坐标，xn+1表示每个ap子阵中非均匀线阵中第n+1个阵元在该ap坐标系中的具体位置横坐标，dmin为相邻阵元间的最小间距阈值，表示每个ap子阵的非均匀线阵中第nt个阵元在该ap坐标系中的具体位置横坐标，lt为非均匀线阵的阵列孔径，k为用户数，k为用户总数，sinrk表示第k个用户的接收信干噪比。

13、进一步地，建立干扰项并基于干扰项对第一优化问题进行等价转换包括：

14、使用jensen不等式转换第一优化问题；

15、基于mullen不等式和大数定律对转换后的第一优化问题中的sinr项进行变换；

16、令干扰项并将其融入变换后的sinr项；其中，v(θk,j)为第k个用户和第j个ap相应的导向矢量，v(θi,j)第i个用户和第j个ap相应的导向矢量，λ表示波长，θk,j表示第k个用户和第j个ap之间对应的方位角，θi,j表示第i个用户和第j个ap之间对应的方位角；

17、根据变换后的sinr项生成第二优化问题。

18、进一步地，第二优化问题为：

19、

20、进一步地，第三优化问题为：

21、

22、其中，t表示辅助变量，f(υ)为阵元位置位移向量的函数，a＝[a1,a2,...,ant]为ap子阵中要确定nt维的阵元位置向量，an1为要确定的第n1个阵元的位置，an2为要确定的第n2个阵元的位置，为第i-1次迭代时要确定的第n1个阵元的位置，为第i-1次迭代时要确定的第n2个阵元的位置，ω＝cos(θk,j)-cos(θi,j)，表示第i次迭代时第n1个阵元的位置位移，表示第i次迭代时第n2个阵元的位置位移，为第i-1次迭代时第n+1个阵元的位置，i为迭代步数，为第i次迭代时第n+1个阵元的位置位移，第i-1次迭代时第n个阵元的位置，为第i次迭代时第n个阵元的位置位移，υi表示第i次迭代时阵元位移向量，μ表示阵元位置位移的上限阈值。

23、本发明的另一种技术方案：一种分布式mimo系统ap子阵的阵列拓扑结构优化装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的一种分布式mimo系统ap子阵的阵列拓扑结构优化方法。

24、本发明的有益效果是：本发明通过ap子阵的初始参数构建第一优化问题，并基于干扰项和阵元位移向量简化得到第三优化问题，大大缩减了求解计算量，最后基于cvx工具箱使用迭代搜索法求解所述第三优化问题，得到ap子阵中非均匀线阵的排布方式，可以提升分布式mimo系统的通信效率。

技术特征：

1.一种分布式mimo系统ap子阵的阵列拓扑结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种分布式mimo系统ap子阵的阵列拓扑结构优化方法，其特征在于，基于所述第一优化问题构建干扰项和辅助变量并结合ap子阵的阵元位移向量简化所述第一优化问题包括：

3.如权利要求2所述的一种分布式mimo系统ap子阵的阵列拓扑结构优化方法，其特征在于，所述第一优化问题为：

4.如权利要求3所述的一种分布式mimo系统ap子阵的阵列拓扑结构优化方法，其特征在于，建立干扰项并基于所述干扰项对所述第一优化问题进行等价转换包括：

5.如权利要求4所述的一种分布式mimo系统ap子阵的阵列拓扑结构优化方法，其特征在于，所述第二优化问题为：

6.如权利要求5所述的一种分布式mimo系统ap子阵的阵列拓扑结构优化方法，其特征在于，所述第三优化问题为：

7.一种分布式mimo系统ap子阵的阵列拓扑结构优化装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的一种分布式mimo系统ap子阵的阵列拓扑结构优化方法。

技术总结
本发明公开了一种分布式MIMO系统AP子阵的阵列拓扑结构优化方法及装置，获取分布式MIMO系统AP子阵的初始参数；以分布式MIMO系统的遍历和速率最大为目标，基于初始参数构建第一优化问题；基于第一优化问题构建干扰项和辅助变量并结合AP子阵的阵元位移向量简化第一优化问题，得到第三优化问题；基于CVX工具箱使用迭代搜索法求解第三优化问题，得到AP子阵中非均匀线阵的排布方式；本发明通过AP子阵的初始参数构建第一优化问题，并基于干扰项和阵元位移向量简化得到第三优化问题，大大缩减了求解计算量，最后基于CVX工具箱使用迭代搜索法求解所述第三优化问题，得到AP子阵中非均匀线阵的排布方式，可以提升分布式MIMO系统的通信效率。

技术研发人员：庞立华,柯增红,刘庆庆,李荣,夏猛
受保护的技术使用者：西安科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14