本技術涉及無線通信，具體涉及一種預編碼及功率分配的聯合優化方法、系統及產品。

背景技術：

1、時間反轉(time?reversal，tr)是一種利用無線信道的多徑傳播特性來提高系統傳輸性能的技術。tr應用于無線通信系統時，發送端將信道脈沖響應(channel?impulseresponse,cir)的時間反轉和共軛版本作為預處理濾波器，發送的信號需先經過預處理濾波器的處理后再送入信道。經過tr預處理和多徑信道傳輸后信號的能量會聚集在期望的時域和空域上，即時空聚焦效應。這種空時聚焦特性是多徑環境中tr傳輸的顯著特征，這意味著tr可以減小符號間干擾(inter?symbol?interference,isi)及用戶間干擾(inter?userinterference,iui)等，而這正好是影響無線通信系統中用戶的服務質量(quality?ofservice,qos)和系統容量的主要因素。在多用戶系統中，由于不同用戶的路徑信道特性不同，tr傳輸可以利用多徑作為區分不同用戶的方式，進而可以將tr引入多址接入系統。

2、而在時間反轉ofdm通信系統中，常規的預編碼矩陣為頻域信道矩陣的共軛，對于多用戶系統而言不是最優的，一個用戶的預編碼矩陣和功率分配不僅影響自己的速率，同時也決定了對其他用戶的干擾，從而對系統和速率造成影響。

技術實現思路

1、有鑒于此，本技術提供一種預編碼及功率分配的聯合優化方法、系統及產品。旨在對預編碼矩陣和功率分配進行聯合優化，以提高頻域時間反轉多用戶通信系統的性能。

2、本技術第一方面提供了一種預編碼及功率分配的聯合優化方法，所述方法包括：

3、根據速率函數，建立預編碼矩陣和功率分配的聯合優化目標函數，所述聯合優化目標函數為

4、其中，r表示系統和速率，p表示系統發送總功率，速率函數為rk為用戶k的速率，xk為向用戶k發送的數據流矢量，表示數據流矢量xk的共軛轉置，hk為發送端與用戶k間的多徑信道的頻域信道矩陣，表示矩陣hk的共軛轉置，in表示n×n維的單位矩陣，gk為用戶k的預編碼矩陣，為預編碼矩陣gk的共軛轉置，τr(σk)決定用戶k的發送功率，s為擴展矩陣，sh為s的共軛轉置，為噪聲方差；

5、將所述聯合優化目標函數由非凸性函數轉換為dc函數；

6、基于所述dc函數，構建對應的線性近似dc函數；

7、通過dc規劃算法對所述線性近似dc函數進行迭代優化，確定迭代優化的目標最優解；

8、基于所述目標最優解配置通信系統中各個用戶的預編碼矩陣和功率分配。

9、可選的，將所述聯合優化目標函數由非凸性函數轉換為dc函數，包括：

10、基于第一函數和所述速率函數，構建對應的目標速率函數，所述目標速率函數為

11、

12、其中，所述第一函數為i為斜對角為1的矩陣；

13、表示對目標速率函數中的第一項函數進行矩陣行列式分解，

14、表示對目標速率函數中的第二項函數進行矩陣行列式分解；

15、將目標速率函數中的各個矩陣行列式分解分別構建為上凸函數，所述上凸函數的表達式為

16、

17、其中，ha＝[shh1,shh2,...,shhk]；ψ＝diag{σ1,σ2,...,σk}；

18、hbk＝[shh1,shh2,...0n×n,...,shhk]；

19、基于聯合優化目標函數中的最大化系統和速率函數與所述上凸函數，確定最大化系統和速率函數對應的第一dc函數，所述第一dc函數表達式為

20、

21、其中，y1(ψ)＝kf(ψ)為上凸函數，為上凸函數；

22、基于所述第一dc函數和所述聯合優化目標函數中的功率分配約束函數確定dc函數。

23、可選的，基于所述dc函數，構建對應的線性近似dc函數，包括：

24、對第一dc函數中的第二項函數在初始矩陣處進行一階泰勒展開，獲得所述第二項函數的線性近似函數，所述線性近似函數的表達式為

25、

26、其中，為上凸函數gk(ψ)在初始矩陣處的線性近似函數，為初始矩陣；

27、基于所述第二項函數的線性近似函數，構建第一dc函數的第一線性近似dc函數：

28、

29、基于所述第一線性近似dc函數和所述聯合優化目標函數中的功率分配約束函數，確定對應的線性近似dc函數。

30、可選的，通過dc規劃算法對所述線性近似dc函數進行迭代優化，確定迭代優化的目標最優解，包括：

31、通過凸優化工具求解確定每輪迭代優化中使線性近似dc函數最大化的最優解；

32、確定當前迭代優化輪次對應的結果是否滿足預設收斂條件；

33、在當前迭代優化輪次對應的結果滿足預設收斂條件的情況下，確定當前迭代優化輪次獲得的最優解為目標最優解。

34、可選的，在起始迭代優化輪次中，初始矩陣為預設的一個初始矩陣；在后續迭代優化輪次中，當前迭代優化輪次中的初始矩陣為當前迭代優化輪次的前一迭代優化輪次獲得的最優解。

35、可選的，確定當前迭代優化輪次對應的結果是否滿足預設收斂條件，包括：

36、根據當前迭代優化輪次的最優解和當前迭代優化輪次的前一迭代優化輪次的最優解，確定收斂因子的取值；

37、根據所述收斂因子的取值與收斂因子的閾值之間的關系，確定當前迭代優化輪次對應的結果是否滿足預設收斂條件。

38、可選的，根據所述收斂因子的取值與收斂因子的閾值之間的關系，確定當前迭代優化輪次對應的結果是否滿足預設收斂條件，包括：

39、在所述收斂因子的取值未超過收斂因子的閾值的情況下，確定當前迭代優化輪次對應的結果滿足預設收斂條件；

40、在所述收斂因子的取值超過收斂因子的閾值的情況下，確定當前迭代優化輪次對應的結果不滿足預設收斂條件。

41、可選的，確定當前迭代優化輪次對應的結果是否滿足預設收斂條件，包括：

42、在當前迭代優化輪次對應的迭代優化次數達到預設次數時，確定當前迭代優化輪次對應的結果滿足預設收斂條件；

43、在當前迭代優化輪次對應的迭代優化次數未達到預設次數時，確定當前迭代優化輪次對應的結果不滿足預設收斂條件。

44、可選的，所述方法還包括：在迭代優化的起始輪次中，設定預編碼矩陣為常規時間反轉預編碼矩陣，以及設定功率分配為平均分配。

45、本技術第二方面提供了一種預編碼及功率分配的聯合優化系統，所述系統包括：

46、聯合優化目標函數構建模塊，用于根據速率函數，建立預編碼矩陣和功率分配的聯合優化目標函數，所述聯合優化目標函數為

47、其中，r表示系統和速率，p表示系統發送總功率，速率函數為rk為用戶k的速率，xk為向用戶k發送的數據流矢量，表示數據流矢量xk的共軛轉置，hk為發送端與用戶k間的多徑信道的頻域信道矩陣，表示矩陣hk的共軛轉置，in表示n×n維的單位矩陣，gk為用戶k的預編碼矩陣，為預編碼矩陣gk的共軛轉置，τr(σk)決定用戶k的發送功率，s為擴展矩陣，sh為s的共軛轉置，為噪聲方差；

48、凸性轉換模塊，用于將所述聯合優化目標函數由非凸性函數轉換為dc函數；

49、線性近似構建模塊，用于基于所述dc函數，構建對應的線性近似dc函數；

50、迭代優化模塊，用于通過dc規劃算法對所述線性近似dc函數進行迭代優化，確定迭代優化的目標最優解；

51、配置模塊，用于基于所述目標最優解配置通信系統中各個用戶的預編碼矩陣和功率分配。

52、本技術第三方面提供了一種電子設備，包括：處理器、存儲器及存儲在所述存儲器上并在所述處理器上運行的計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執行時實現如本技術第一方面所述的一種預編碼及功率分配的聯合優化方法中的步驟。

53、本技術第四方面提供了一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現如本技術第一方面所述的一種預編碼及功率分配的聯合優化方法中的步驟。

54、本技術提供的一種預編碼及功率分配的聯合優化方法具有以下優點：

55、本技術實施例提供的一種預編碼及功率分配的聯合優化方法，首先根據速率函數，建立預編碼矩陣和功率分配的聯合優化目標函數，所述聯合優化目標函數為其中，r表示系統和速率，p表示系統發送總功率，速率函數為rk為用戶k的速率，xk為向用戶k發送的數據流矢量，表示數據流矢量xk的共軛轉置，hk為發送端與用戶k間的多徑信道的頻域信道矩陣，表示矩陣hk的共軛轉置，in表示n×n維的單位矩陣，gk為用戶k的預編碼矩陣，為預編碼矩陣gk的共軛轉置，τr(σk)決定用戶k的發送功率，s為擴展矩陣，sh為s的共軛轉置，為噪聲方差；將聯合優化目標函數由非凸性函數轉換為dc函數；基于dc函數，構建對應的線性近似dc函數；通過dc規劃算法對線性近似dc函數進行迭代優化，確定迭代優化的目標最優解；基于目標最優解配置通信系統中各個用戶的預編碼矩陣和功率分配。由此，本技術提供的一種預編碼及功率分配的聯合優化方法基于建立的同時涉及預編碼矩陣和功率分配的聯合優化目標函數，然后將其由非凸性函數轉換為dc函數，并構建對應的線性近似dc函數，最后通過dc規劃算法對線性近似dc函數進行迭代優化求解得到目標最優解用于對時間反轉ofdm通信系統中各個用戶的預編碼矩陣和功率分配進行配置，以提高頻域時間反轉多用戶通信系統的性能。