一种基于有效容量的MIMO-OFDM系统能效优化方法

摘要

本发明公开了一种基于有效容量的MIMO-OFDM系统能效优化方法，包括：将MIMO-OFDM系统中每个子载波上的频域信道矩阵进行奇异值分解共得到MN个并行的空频子信道，对所得的MN个空频子信道进行分组，计算各组子信道的优化有效容量，根据优化有效容量计算MIMO-OFDM系统的优化能量效率η_opt。本发明以系统的能量效率优化为目标，将系统各子载波上的频域信道矩阵进行奇异值分解后得到并行的空频子信道，再将子信道进行分组，分别根据各组子信道的边缘概率密度函数求得各组子信道功率分配优化解的门限值，以对各组子信道的有效容量进行优化，从而使整个系统的能效最大化。

主权项

一种基于有效容量的MIMO‑OFDM系统能效优化方法，包括以下步骤：(1)将MIMO‑OFDM系统中每个子载波上的频域信道矩阵进行奇异值分解共得到MN个并行的空频子信道，其中，M＝min(M_t,M_r)，N为MIMO‑OFDM系统中正交子载波的数量，M_t为MIMO‑OFDM系统中的发送天线数，M_r为MIMO‑OFDM系统中的接收天线数；(2)对(1)中所得的MN个空频子信道进行分组，具体如下：(21)将每个子载波上的子信道按其信道增益的大小降序排列；(22)将N个子载波上排序后处于同一位置的子信道归为一组，这样即可得到M组子信道；(3)计算各组子信道的优化有效容量，具体如下：(31)设置计数器i＝1；(32)计算第i组子信道满足平均功率约束条件的功率分配门限值λ_0i，具体是通过下式进行计算：${\int }_{{\lambda }_{0i}}^{\infty }(\frac{1}{{\lambda }_{0i}^{\frac{1}{\beta +1}}{\lambda }^{\frac{\beta }{\beta +1}}}-\frac{1}{\lambda })p_{\mathrm{\Gamma i}}(\mathrm{\lambda d\lambda }=\bar{P})$其中，p_Γi(λ)为第i组子信道增益的边缘概率密度函数，β为归一化的QoS指数，且β＝θT_fB/log2，T_f为帧长度，B为信道带宽，θ为系统的QoS统计约束指数，λ为子信道增益；(33)根据功率分配门限值λ_0i计算第i组子信道的功率分配优化解μ_{opt_i}(θ,λ)，具体是通过下式进行计算：${\mu }_{\mathrm{opt}\_i}(\theta ,\lambda )=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{{\lambda }_{0i}^{\frac{1}{\beta +1}}{\lambda }^{\frac{\beta }{\beta +1}}}-\frac{1}{\lambda },& \lambda ,{\lambda }_{0i}\\ 0,& \lambda <{\lambda }_{0i}\end{array}\right.;$(34)根据所求得的功率分配优化解μ_{opt_i}(θ,λ)计算第i组子信道的优化有效容量C_e(θ)_{opt_i}，具体是通过下式进行计算：$C_e{\left(\theta \right)}_{\mathrm{opt}\_i}=-\frac{N}{\theta }\log \left({\int }_0^{\infty }{e}^{-\theta T_f\mathrm{B\; lo}{g}_2(1+{\mu }_{\mathrm{opti}}(\theta ,\lambda )\lambda )}{p}_{\mathrm{\Gamma i}}\left(\lambda \right)\mathrm{d\lambda }\right);$(35)设置i＝i+1，并判断是否有i≤M，如果是则返回步骤(32)，否则进入步骤(4)；(4)根据优化有效容量C_e(θ)_{opt_i}计算MIMO‑OFDM系统的优化能量效率η_opt，具体是通过下式进行计算：${\eta }_{\mathrm{opt}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}{C}_e{\left(\theta \right)}_{\mathrm{opt}\_i}}{\bar{P}\times \mathrm{MN}}.$