一种提高传输速率的多直放站协作传输方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种提高传输速率的多直放站协作传输方法。

背景技术

直放站是一种同频放大设备，在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。它由天线、射频双工器、低噪声放大器、混频器、电调衰减器、滤波器、功率放大器等元器件或模块组成，包括上、下行两种放大链路。其工作原理是：用前向天线(施主天线)将基站的下行信号接收进直放机，通过低噪放大器将有用信号放大，抑制信号中的噪声信号，提高信噪比(S/N)；再经下变频至中频信号，经滤波器滤波，中频放大，再移频上变频至射频，经功率放大器放大，由后向天线(重发天线)发射到移动台；同时利用后向天线接收移动台上行信号，沿相反的路径由上行放大链路处理：即经过低噪放大器、下变频器、滤波器、中放、上变频器、功率放大器再发射到基站，从而达到基站与移动台的双向通信。

直放站协作通信是一种利用直放站来增加用户容量的技术，该技术的基本思想是在系统中利用直放站进行协作通信，构造“虚拟多天线阵列”，从而获取新型的空间分集增益，即协作分集，从而提高通信系统的服务质量，支持高速用户的特定容量。然而，当使用多个直放站协作传输时，由于其传输范围或频带重叠，会产生相互干扰，导致信号碰撞和衰减，使得通信网络的传输速率受限。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种提高传输速率的多直放站协作传输方法。

本发明的技术方案如下：

一种提高传输速率的多直放站协作传输方法，包括以下步骤；

S1、初始化本地小区用户最小传输速率要求γ

其中，w为基站总功率，R

S2、将S1中的表达式松弛为一个松弛问题，并在F的可行域上，采用一维搜索算法求出最优解P(F)，使得P(F)的值最小；

S3、将S2中的P(F)代入松弛问题中并对松弛问题进行求解，从而得到松弛问题的最优解A；

S4、当A的秩为1时，此时松弛问题的解即为S1表达式的最优解，通过对A进行特征值分解即可得出原问题中本地小区最优波束赋形策略A以及对应的基站功率tr(w)；

S5、当A的秩不为1时，此时在对进行特征值分解之后采用高级随机化方法对优化问题进行放缩，通过对放缩问题的优化求解，求得原始问题的一个近似解A

进一步，将步骤S1中的优化问题的表达式等价为一个二次约束二次规划问题(QCQP)，根据对数函数单调性，将条件约束公式转化为与信干噪比相关的函数。

进一步，所述S2中将优化问题的表达式松弛为一个松弛问题的松弛过程包括：利用半正定松弛算法将QCQP问题松弛为一个线性规划问题(LP)，在此引入新变量

其中，

进一步，所述S2中F的可行域的获取步骤为：

S21、将半定规划问题表达式变成关于变量F的单变量优化问题，并对半定规划问题表达式中的F进行赋值；

S22、利用凸优化工具来进行求解，得出F的可行域：1≤F≤F

其中优化问题的表达式转化为了在F的可行域上对进行最优化的问题，表达式如下所示：

min P(F)

1≤F≤F

进一步，步骤S5中的高级随机化方法具体为高斯随机化方法，且当松弛问题的解A的秩不为1时，最优解的获得步骤为：

S51、对已求得的近似解A

S52、对步骤S51中的波束赋形向量通过右乘一个高斯向量v

S53、对备选向量集进行选择和优化，最终求解得到最优解，其公式为：

minp

进一步，通过

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过适当调整基站总功率，可以优化协作传输系统的覆盖范围和传输质量，提高数据的可靠性和正确性，并且能够兼顾系统的能耗和成本；

2.本发明利用半正定松弛算法和高斯随机化方法求解功率最小化问题，在保证用户服务质量前提下，通过波束赋形策略，最小化基站的总功率，提高基站的功率。

总之，本发明具有提高传输速率的优点。

附图说明

图1为单小区多直放站协作传输图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种提高传输速率的多直放站协作传输方法，其应用场景的模型如图1所示：

在该场景中，蜂窝小区的基站配备N

由图1可以看出，在下行直放站协作通信中，用户k所需数据由基站和与用户距离较近的两个直放站来协作传输，直放站M与用户之间的直接链路由于严重的信道衰落，无法被用来传输数据信息。

小区中直放站m接收到来自基站的传输信号

其中，

直放站m给用户j发射信号

其中，

第k个用户的接收信号为：

其中，

由上式可以推出用户的接收信噪比为：

其中

可以得出用户的传输速率为：R

基于上述内容得出了单小区多直放站协作传输系统中的用户传输速率这个重要指标。用户传输速率的快慢决定了数据传输的速度，影响用户体验，同时也对协作传输系统的性能和效率产生影响，另一方面，基站总功率是协作传输系统保证数据传输的重要因素之一，它决定了无线信号的传输范围和质量，从而影响用户的传输速率和数据的可靠性。

并针对上述单小区场景下的直放站协作传输，提出一种提高传输速率的多直放站协作传输方法：

S1、初始化本地小区用户最小传输速率要求γ

其中，w为基站总功率，R

将优化问题的表达式等价为一个二次约束二次规划问题(QCQP)，根据对数函数单调性，将条件约束公式转化为与信干噪比相关的函数；

S2、将S1中的表达式松弛为一个松弛问题，并在F的可行域上，采用一维搜索算法求出最优解P(F)，使得P(F)的值最小；

其中将优化问题的表达式松弛为一个松弛问题的松弛过程包括：利用半正定松弛算法将QCQP问题松弛为一个线性规划问题(LP)，在此引入新变量

其中，

F的可行域的获取步骤为：

S21、将半定规划问题表达式变成关于变量F的单变量优化问题，并对半定规划问题表达式中的F进行赋值；

S22、利用凸优化工具来进行求解，得出F的可行域：1≤F≤F

其中优化问题的表达式转化为了在F的可行域上对进行最优化的问题，表达式如下所示：

min P(F)

1≤F≤F

S3、将S2中的P(F)代入松弛问题中并对松弛问题进行求解，从而得到松弛问题的最优解A；

S4、当A的秩为1时，此时松弛问题的解即为S1表达式的最优解，通过对A进行特征值分解即可得出原问题中本地小区最优波束赋形策略A以及对应的基站功率tr(w)；

S5、当A的秩不为1时，此时在对进行特征值分解之后采用高级随机化方法对优化问题进行放缩，通过对放缩问题的优化求解，求得原始问题的一个近似解A

步骤S5中的高级随机化方法具体为高斯随机化方法，且当松弛问题的解A的秩不为1时，最优解的获得步骤为：

S51、对已求得的近似解A

λ

S52、对步骤S51中的波束赋形向量通过右乘一个高斯向量v

S53、对备选向量集进行选择和优化，最终求解得到最优解，其公式为：

minp

在本实施例中，通过

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。