用户下行速率和能效提升方法和装置、系统、存储介质

本发明属于无线通信，尤其涉及一种用户下行速率和能效提升方法和装置、系统、存储介质。

背景技术：

1、随着移动通信和物联网技术的发展，各类无线用户和物联网设备的数量呈爆发式增加，由此产生的移动数据流量也呈指数级增长。要实现如此海量的通信需求，从用户接入到用户间的相互通信，都需要相应的技术支持。现有的大规模多输入多输出(mimo,massivemultiple-input multiple-output)技术，是5g网络的关键技术之一，其利用mimo技术并使用数十根甚至上百根天线，将传统mimo天线系统扩展为大规模天线矩阵，利用大规模天线矩阵所提供的波束赋形技术，将传输和接收信号的能量聚焦到有限区域，从而提高能量效率和传输距离，并利用mimo的空间复用技术提高传输速率。大规模mimo技术充分利用空间维度的资源，可将信号以水平方向、垂直方向全维度发射，通过空域、时域、频域、极化域等方面将信号电磁波束状形式辐射，实现了更高的数据传输速率，并且大幅降低了噪声干扰，显著提升了频谱效率和系统容量。然而，随着通信需求的不断增长，传统的蜂窝网络结构逐渐暴露出资源分配不均、存在覆盖盲区等问题。同时，由于低频段频谱资源越发紧缺，6g正逐渐迈向太赫兹通信。而太赫兹通信虽然速率高，但其覆盖距离短、基站数目多，随着蜂窝小区划分面积的不断缩小，小区之间的相互干扰以及用户因移动而频繁越区的问题日益严重，再加上集中式系统中天线规模的增大使得物理上实现困难，进而导致用户的通信速率并不能得到持续的提升。为了解决这些技术问题，迎合未来网络的发展需求，无蜂窝大规模mimo(cf-mmimo,cell-free massive mimo)网络的概念应运而生。该概念由美国纽约大学的thomas l.marzetta教授和瑞典林雪平大学的eric g.larsson教授于2017年共同提出。打破了传统蜂窝网络的固定结构，中央处理器(cpu)与接入点(ap,access point)协同工作，形成一个统一的无线接入层。这种网络结构使得用户设备可以在该无线接入层内无缝切换及漫游，从而消除了覆盖盲区，提高了频谱资源的复用效率。无蜂窝大规模mimo之所以具有更高的频谱效率，是因为大量的分布在各个地理位置的ap可以同时为少量的用户终端提供服务，它们使用相同的时频资源以非正交的方式工作。这种方式可以充分利用分集增益，减少传统蜂窝网络中存在的跨小区干扰。随着ap部署密度的增加，无蜂窝大规模mimo的频谱效率提升会变得更加明显。由于无蜂窝大规模mimo系统去中心化的特点，用户与ap间的距离大大缩短，不仅降低了路径损耗，同时也避免了小区间的干扰。因此，无蜂窝大规模mimo系统具有极高的潜力以实现高能量效率。然而在实际中，由于无线网络的通信资源有限，存在无法提升无蜂窝大规模mimo场景下的能量效率的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，提供一种无蜂窝大规模mimo网络下基于功率分配的用户下行速率和能效提升方法和装置、系统、存储介质，优先保证信道质量较差用户的通信质量。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、一种用户下行速率和能效提升方法，包括：

4、步骤s1、获取用户接收到的信号；

5、步骤s2、根据用户接收到的信号，基于信道排序的功率分配，进行下行可达速率和用户能效分析。

6、作为优选，在用户接入时，将用户与ap之间的信道系数作为评判信道质量的依据；在上行链路中的用户接入阶段，首先计算各用户与各ap之间的信道系数总和，并升序排序，用户按照此顺序依次选择ap进行接入，且在接入时优先选择与自身信道系数较大的ap；在下行链路传输阶段，ap对用户的功率分配。

7、作为优选，设第m个ap共为lm个用户服务，包括用户k，设用户k的排序位次为ck，则用户k的功率分配因子ηk,m为：

8、

9、设第m个ap的总功率为则用户k所分得的功率pak为：

10、

11、作为优选，用户k的下行可达速率为：

12、

13、其中，ρd,p为每个下行导频符号的归一化信噪比；βk,m表示第m个ap与用户k之间的大尺度衰落系数；γk,m满足gk,m为用户k与第m个ap之间的信道系数；v(m)为第m个ap所服务的用户集合，z(k)为向用户k提供服务的ap集合；φk表示第k个用户发送的导频序列。

14、作为优选，用户k的能量效率为：

15、

16、其中，n0为噪声功率，αm为功率放大器的效率；ptc,m是运行与第m个ap的天线相关的电路元件所需的内部功率；pbh,m为从中央cpu到第m个ap的回程链路功耗，p0,m为回程链路上的固定功率消耗；sem为第m个ap所服务的所有用户的总频谱效率，b为系统带宽。

17、本发明还提供一种用户下行速率和能效提升装置，包括：

18、获取模块，用于获取用户接收到的信号；

19、分析模块，用于根据用户接收到的信号，基于信道排序的功率分配，进行下行可达速率和用户能效分析。

20、本发明还提供一种用户下行速率和能效提升系统，包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有由所述处理器运行的计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器运行时执行用户下行速率和能效提升方法。

21、本发明还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在运行时执行用户下行速率和能效提升方法。

22、1、本发明根据用户与ap之间的信道条件，所有用户进行信道质量排序后依次进行接入，不仅可以令用户选择更合适的ap，还能优先保障信道较差用户的通信质量。

23、2、本发明综合考虑每个ap所服务的用户总数及用户之间的信道质量差异，根据ap所服务的用户数量及时调整对用户的功率分配，同时优先保证了信道质量较差用户的通信质量。

技术特征：

1.一种用户下行速率和能效提升方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的用户下行速率和能效提升方法，其特征在于，在用户接入时，将用户与ap之间的信道系数作为评判信道质量的依据；在上行链路中的用户接入阶段，首先计算各用户与各ap之间的信道系数总和，并升序排序，用户按照此顺序依次选择ap进行接入，且在接入时优先选择与自身信道系数较大的ap；在下行链路传输阶段，ap对用户的功率分配。

3.如权利要求2所述的用户下行速率和能效提升方法，其特征在于，设第m个ap共为lm个用户服务，包括用户k，设用户k的排序位次为ck，则用户k的功率分配因子ηk,m为：

4.如权利要求3所述的用户下行速率和能效提升方法，其特征在于，用户k的下行可达速率为：

5.如权利要求4所述的用户下行速率和能效提升方法，其特征在于，用户k的能量效率为：

6.一种用户下行速率和能效提升装置，其特征在于，包括：

7.一种用户下行速率和能效提升系统，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有由所述处理器运行的计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器运行时执行如权利要求1-5中的任一项所述的用户下行速率和能效提升方法。

8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在运行时执行如权利要求1-5中的任一项所述的用户下行速率和能效提升方法。

技术总结本发明公开一种用户下行速率和能效提升方法和装置、系统、存储介质，包括：步骤S1、获取用户接收到的信号；步骤S2、根据用户接收到的信号，基于信道排序的功率分配进行下行可达速率和用户能效分析。采用本发明的技术方案，优先保证信道质量较差用户的通信质量。技术研发人员：姚媛媛,刘忆秋,刘祁,岳新伟,潘春雨受保护的技术使用者：北京信息科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29