CN103974404A - 无线多天线虚拟mimo中基于最大化有效容量功率分配方案 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案，其特征在于：对于无线网络中MIMO系统，对新增加的用户使用功率控制技术，限制新增加用户对现存用户带来的干扰维持在一个可接受的水平，从而保证了现存用户的有效容量；通过协作V-MIMO中保证QoS的优化问题，得到了新增加用户的QoS驱动的功率分配方案；对于无线网络协作V-MIMO半双工和全双工系统中，构造了协作V-MIMO中保证QoS的优化问题为严格的凸优化问题。本发明出了无线网络非协作/协作V-MIMO系统中支持统计QoS的最优功率分配方案，可以最大化新增加用户的有效容量同时保证现存用户的有效容量，通过仿真评估了非协作/协作V-MIMO系统中的功率分配方案。

Description

无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案

技术领域

本发明涉及一种无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案。

背景技术

过去的几十年中，无线网络中MIMO技术已经被证明可以获得高的频谱效率，通过空间复用，MIMO系统的吞吐量随着发送天线和接收天线的最小值呈现线性增加。然而，受到体积和代价的限制，移动端很难配备多根天线，实际中移动用户一般配置一或二跟天线，因此尽管基站可以配置多根天线，但是用户和基站间信道的吞吐量依旧受限于用户端的天线数。不失一般性，假设移动用户配置一根发送天线。

通过两个或者多个用户在相同的子信道上使用相同的频率和时隙独立地发送数据，可以克服之前提出的问题，这意味着一个用户使用其中一些子信道，另外的一个或多个用户也使用相同的子信道发送数据，使用相同子信道的用户被分成组给基站发送数据。从基站的角度来看，接收到的数据似乎是从一个用户发来的，该用户配置多根天线，使用空间服用的传输模式。如果基站接收天线的数目大于或等于用户发送天线数目总和，基站可以解码出来自不同用户的多个数据流，该种传输方式称为上行链路的V-MIMO传输，对于目前流行的无线蜂窝小区V-MIMO，例如长期演进(LTE)中的V-MIMO，移动用户之间不存在协作。对于未来的V-MIMO，用户之间的协作将成为可能。

目前存在的V-MIMO传输方案主要是最大化分组用户的吞吐量，一个分组中任何用户使用子信道的优先级相同(该子信道是根据目前存在的用户划分的)，这对于分组中已经存在的用户是不公平的，这是由于新增用户的干扰，现存用户的吞吐量可能小于实际需求。基于对现存用户的公平考虑，设计V-MIMO传输方案时，首先满足现存用户吞吐量的要求，因此需要对用户分成两组：现存用户和新增加的用户。不使用V-MIMO时现存用户单独地占有了子信道；使用V-MIMO时，现存用户和新增加用户分成组使用相同的子信道分组同时发送数据。

注意到对于非协作和协作V-MIMO传输，我们的传输方案在以下几方面不同于每根天线功率受限的MIMO传输方案：一方面，在非协作V-MIMO传输中，用户分布于无线网络中，他们独立地给基站发送数据；对于V-MIMO传输，基站需要辨别来自不同用户的数据。MIMO传输中每根天线功率受限，所有用户配置相同的天线，这样不同天线的数据可以在发送端联合解码并发送给接收端，与V-MIMO相比有可能进一步增加系统的吞吐量。另一方面，如果在V-MIMO传输中应用协作方式，需要估计不同用户的信道状态，这可能导致时间帧或带宽的额外开销，然而，对于MIMO传输而言，由于所有的天线对应着相同的用户，因此没有必要估计所有天线之间的信道状态。

此外，由于信道的时变性，无线网络实时传输过程中很难保证确定的QoS，因此对于无线通信实时性而言，统计意义上的QoS(QoS指数和有效容量)成为了一个重要的替代选择。有效容量定义为服务速率可支持的最大常数到达率，该服务速率能够保证规定的QoS指数θ，有效容量表征了不同时延-QoS需求的系统吞吐量。对于实时流量，例如视频会议，需要确保严格的时延界限，此时的有效容量指的是中断容量；另一方面，对于非实时流量，例如数据传输需要很高的吞吐率但是时延要求很宽松，此时的有效容量指遍历容量。目前关于V-MIMO存在的工作主要考虑的是非实时流量，对时延要求很宽松。另外，以前的工作中有关无线网络V-MIMO中如何保证和评估QoS没有深入理解和彻底的研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种可以最大化新增加用户的有效容量同时保证现存用户的有效容量，通过仿真评估了非协作/协作V-MIMO系统中功率分配方案的无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案，其特征在于：对于无线网络中MIMO系统，对新增加的用户使用功率控制技术，限制新增加用户对现存用户带来的干扰维持在一个可接受的水平，从而保证了现存用户的有效容量；通过协作V-MIMO中保证QoS的优化问题，得到了新增加用户的QoS驱动的功率分配方案；对于无线网络协作V-MIMO半双工和全双工系统中，构造了协作V-MIMO中保证QoS的优化问题为严格的凸优化问题；为解决上述的严格的凸优化问题，提出了适用于现存用户和新增加用户的QoS驱动功率分配方案，该方案可以最大化新增加用户的有效容量同时保证现存用户的有效容量。

作为一种优化的技术方案，其特征在于：将现存用户和新增加用户分组给基站发送数据，基站配置N根天线，接收天线数为B_n(1≤n≤N)；现存用户和新增加的用户数目分别为A₁和A₂，他们共享相同的子信道。

作为一种优化的技术方案，其特征在于：V-MIMO传输中保证QoS的统计时延界限；

对于上行传输而言，现存用户将自己的数据发送给基站，为了增加自由度和复用增益，新增加的用户和现存用户使用相同的子信道，并和现存用户形成虚拟的天线阵列，这导致了用户间的相互干扰；

根据最大误差准则，对于随机变量Q(∞)队列长度Q(t)收敛满足

$-\underset{Q_{\mathrm{th}}\→\∞}{\lim }\frac{\log \left(\mathrm{Pr}\right\{Q(\∞)>Q_{\mathrm{th}}\left\}\right)}{Q_{\mathrm{th}}}=\mathrm{\θ}$

上式中Q_th表示队列长度界线，参数θ>0为实数，θ又称为QoS指数，表示时延界线QoS违反率的指数衰落速率，θ越大表示衰落速率越快，意味着系统对QoS的要求更严格，θ越小表示衰落速率越慢，意味着系统对QoS要求较松弛；θ→∞意味着系统不能容忍任何延迟，即就是系统对QoS要求非常严格，相反的θ→0意味着系统可以容忍任意时延，即就是系统对QoS要求松弛。

作为一种优化的技术方案，其特征在于：协作V-MIMO传输包括：

1)、协作传输模式：

在协作模式下，建立V-MIMO组中用户的时隙分配方案，该方案描述如下：

归一化一帧持续时间为1并将一帧分为两种状态：状态1，现存用户作为中继节点将新增加的用户的信号转发给基站，假设持续时间为μ；状态2，新增加的而用户作为中继节点将现存用户的信号转发给基站，持续时间为(1-μ)；协作V-MIMO传输中使用放大转发协议，该协议中，中继节点简单的放大接收信号然后转发给目的端；为了数学表述方便，分别定义协作CSI和QCSI为和由于现存用户和新增加的用户存在协作，他们通过瞬时QCSI进行动态的控制发送功率；

2)、协作半双工与协作全双工：

在持续时间μ和(1-μ)时，可以对中继节点使用半双工或全双工模式传输；当使用半双工传输时，前半帧时间中继节点接收源节点信号，后半帧时间中继节点将信号转发给目的节点；当使用全双工传输时，在整个时间帧内中继节点接收源节点的信号并转发给目的节点；

3)、半双工下瞬时传输速率

在半双工AF协议下使用时隙分配方案，可以得到基站端的新增加的用户和现存用户一帧瞬时传输速率，分别用和表示如下：

$R_{2H}(P_1\left(\tilde{v}\right),P_2\left(\tilde{v}\right))=\frac{\mathrm{\μBT}}{2}{\log }_2(1+2P_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2+\frac{{4P}_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3{P}_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2}{2P_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3+2P_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1+{\mathrm{\σ}}^2})$

$R_{1H}(P_1\left(\tilde{v}\right),P_2\left(\tilde{v}\right))=\frac{(1-\mathrm{\μ})\mathrm{\μBT}}{2}{\log }_2(1+2P_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1+\frac{{4P}_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3{P}_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2}{2P_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3+2P_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2+{\mathrm{\σ}}^2}),$

上式中现存用户和新增加用户的瞬时传输功率为和为了和全双工传输保持相同的平均消耗功率，新增加的用户和现存用户在半双工传输中使用和

4)、全双工瞬时传输速率：

在全双工AF协议下使用时隙分配方案，可以得到基站端的新增加的用户和现存用户一帧瞬时传输速率，分别用和表示如下：

$R_{2F}(P_1\left(\tilde{v}\right),P_2\left(\tilde{v}\right))=\frac{\mathrm{\μBT}}{2}{\log }_2(1+2P_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2+\frac{{\widetilde{\mathrm{\δ}}P}_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3{P}_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1}{P_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3+\widetilde{\mathrm{\δ}}{P}_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1+{\mathrm{\σ}}^2})$

$R_{1F}(P_1\left(\tilde{v}\right),P_2\left(\tilde{v}\right))={(1-\mathrm{\μ})\mathrm{BT}\log }_2(1+P_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1+\frac{{\widetilde{\mathrm{\δ}}P}_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3{P}_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2}{P_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3+\widetilde{\mathrm{\δ}}{P}_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2+{\mathrm{\σ}}^2}),$

上式中新增加的用户和现存用户的瞬时传输功率为和定义为消除系数用来描述全双工传输中自干扰的影响，值由许多因素决定，包括带宽、天线配置以及发送功率；趋向于0表示全双工传输时自干扰影响非常大；趋向于1表示全双工传输时自干扰影响几乎可以忽略不计。

作为一种优化的技术方案，其特征在于：无线网络非协作V-MIMO中QoS驱动的功率分配方案，首先建立了非协作V-MIMO中保证QoS的优化问题，该问题是在确保现存用户的有效容量下最大化新增加的用户的有效容量，然后建立了非协作V-MIMO中保证QoS的QoS驱动功率分配方案。

作为一种优化的技术方案，其特征在于：

无线网络半双工和全双工非协作V-MIMO中QoS驱动功率分配方案：分别用建立了无线网络半双工和全双工V-MIMO传输中保证QoS的优化问题，这两个问题都是严格凸优化问题，然后分别建立了无线网络半双工和全双工非协作V-MIMO中QoS驱动功率分配方案。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明出了无线网络非协作/协作V-MIMO系统中支持统计QoS的最优功率分配方案，目标是最大化新增加用户的有效容量同时保证现存用户的有效容量。对于无线网络中MIMO系统，对新增加的用户使用功率控制技术，限制新增加用户对现存用户带来的干扰维持在一个可接受的水平，从而保证了现存用户的有效容量。通过解协作V-MIMO中保证QoS的优化问题，得到了新增加用户的QoS驱动的功率分配方案。对于无线网络协作V-MIMO半双工和全双工系统中，构造了协作V-MIMO中保证QoS的优化问题为严格的凸优化问题。为此，本发明中提出了适用于现存用户和新增加用户的QoS驱动功率分配方案，该方案可以最大化新增加用户的有效容量同时保证现存用户的有效容量，通过仿真评估了非协作/协作V-MIMO系统中的功率分配方案。

具体实施方式

实施例：

一种无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案：对于无线网络中MIMO系统，对新增加的用户使用功率控制技术，限制新增加用户对现存用户带来的干扰维持在一个可接受的水平，从而保证了现存用户的有效容量；通过协作V-MIMO中保证QoS的优化问题，得到了新增加用户的QoS驱动的功率分配方案；对于无线网络协作V-MIMO半双工和全双工系统中，构造了协作V-MIMO中保证QoS的优化问题为严格的凸优化问题；为解决上述的严格的凸优化问题，提出了适用于现存用户和新增加用户的QoS驱动功率分配方案，该方案可以最大化新增加用户的有效容量同时保证现存用户的有效容量。

将现存用户和新增加用户分组给基站发送数据，基站配置N根天线，接收天线数为Bn(1≤n≤N)；现存用户和新增加的用户数目分别为A₁和A₂，他们共享相同的子信道。

在上述方案中，V-MIMO传输中保证QoS的统计时延界限；

对于上行传输而言，现存用户将自己的数据发送给基站，为了增加自由度和复用增益，新增加的用户和现存用户使用相同的子信道，并和现存用户形成虚拟的天线阵列，这导致了用户间的相互干扰；

根据最大误差准则，对于随机变量Q(∞)队列长度Q(t)收敛满足

$-\underset{Q_{\mathrm{th}}\→\∞}{\lim }\frac{\log \left(\mathrm{Pr}\right\{Q(\∞)>Q_{\mathrm{th}}\left\}\right)}{Q_{\mathrm{th}}}=\mathrm{\θ}$

上式中Q_th表示队列长度界线，参数θ>0为实数，θ又称为QoS指数，表示时延界线QoS违反率的指数衰落速率，θ越大表示衰落速率越快，意味着系统对QoS的要求更严格，θ越小表示衰落速率越慢，意味着系统对QoS要求较松弛；θ→∞意味着系统不能容忍任何延迟，即就是系统对QoS要求非常严格，相反的θ→0意味着系统可以容忍任意时延，即就是系统对QoS要求松弛。

在上述方案中，协作V-MIMO传输包括：

1)、协作传输模式：

在协作模式下，建立V-MIMO组中用户的时隙分配方案，该方案描述如下：

归一化一帧持续时间为1并将一帧分为两种状态：状态1，现存用户作为中继节点将新增加的用户的信号转发给基站，假设持续时间为μ；状态2，新增加的而用户作为中继节点将现存用户的信号转发给基站，持续时间为(1-μ)；协作V-MIMO传输中使用放大转发协议，该协议中，中继节点简单的放大接收信号然后转发给目的端；为了数学表述方便，分别定义协作CSI和QCSI为和由于现存用户和新增加的用户存在协作，他们通过瞬时QCSI进行动态的控制发送功率。

2)、协作半双工与协作全双工：

在持续时间μ和(1-μ)时，可以对中继节点使用半双工或全双工模式传输；当使用半双工传输时，前半帧时间中继节点接收源节点信号，后半帧时间中继节点将信号转发给目的节点；当使用全双工传输时，在整个时间帧内中继节点接收源节点的信号并转发给目的节点。

3)、半双工下瞬时传输速率

在半双工AF协议下使用时隙分配方案，可以得到基站端的新增加的用户和现存用户一帧瞬时传输速率，分别用和表示如下：

$R_{2H}(P_1\left(\tilde{v}\right),P_2\left(\tilde{v}\right))=\frac{\mathrm{\μBT}}{2}{\log }_2(1+2P_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2+\frac{{4P}_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3{P}_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2}{2P_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3+2P_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1+{\mathrm{\σ}}^2})$

$R_{1H}(P_1\left(\tilde{v}\right),P_2\left(\tilde{v}\right))=\frac{(1-\mathrm{\μ})\mathrm{\μBT}}{2}{\log }_2(1+2P_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1+\frac{{4P}_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3{P}_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2}{2P_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3+2P_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2+{\mathrm{\σ}}^2}),$

上式中现存用户和新增加用户的瞬时传输功率为和为了和全双工传输保持相同的平均消耗功率，新增加的用户和现存用户在半双工传输中使用和

4)、全双工瞬时传输速率：

在全双工AF协议下使用时隙分配方案，可以得到基站端的新增加的用户和现存用户一帧瞬时传输速率，分别用和表示如下：

$R_{2F}(P_1\left(\tilde{v}\right),P_2\left(\tilde{v}\right))=\frac{\mathrm{\μBT}}{2}{\log }_2(1+2P_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2+\frac{{\widetilde{\mathrm{\δ}}P}_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3{P}_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1}{P_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3+\widetilde{\mathrm{\δ}}{P}_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1+{\mathrm{\σ}}^2})$

$R_{1F}(P_1\left(\tilde{v}\right),P_2\left(\tilde{v}\right))={(1-\mathrm{\μ})\mathrm{BT}\log }_2(1+P_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1+\frac{{\widetilde{\mathrm{\δ}}P}_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3{P}_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2}{P_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3+\widetilde{\mathrm{\δ}}{P}_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2+{\mathrm{\σ}}^2}),$

上式中新增加的用户和现存用户的瞬时传输功率为和定义为消除系数用来描述全双工传输中自干扰的影响，值由许多因素决定，包括带宽、天线配置以及发送功率；趋向于0表示全双工传输时自干扰影响非常大；趋向于1表示全双工传输时自干扰影响几乎可以忽略不计。

在上述方案中，无线网络非协作V-MIMO中QoS驱动的功率分配方案，首先建立了非协作V-MIMO中保证QoS的优化问题，该问题是在确保现存用户的有效容量下最大化新增加的用户的有效容量，然后建立了非协作V-MIMO中保证QoS的QoS驱动功率分配方案。

非协作V-MIMO传输中保证QoS的优化问题构想

非协作V-MIMO传输中现存用户和新增加用户有效容量，分别表示为C_2S(P₁(υ₁),P₂(υ),θ)和C_1S(P₁(υ₁),P₂(υ),θ)，如下：

对于固定的QoS指标θ，我们的目标是在确保C_1S(P₁(υ₁),P₂(υ),θ)需求的同时最大化C_2S(P₁(υ₁),P₂(υ),θ)，因此可以构造非协作V-MIMO传输保证QoS的优化问题如下：

P1：

st.： $1).C_{1S}(P_1\left(v_1\right),P_2\left(v\right),\mathrm{\θ})\≥{\stackrel{\_}{C}}_1;$

3).P₂(v)≤P_peak，2，

上式中P_ave,1和P_peak,2分别表示新增加用户的平均功率和峰值的约束条件，P1中的约束条件1)表示现存用户的有效容量大于或等于使用的流量负载约束条件2)和3)分别表示新增加用户需满足平均功率和峰值功率限制。

在上述方案中，无线网络半双工和全双工非协作V-MIMO中QoS驱动功率分配方案：分别用建立了无线网络半双工和全双工V-MIMO传输中保证QoS的优化问题，这两个问题都是严格凸优化问题，然后分别建立了无线网络半双工和全双工非协作V-MIMO中QoS驱动功率分配方案。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明出了无线网络非协作/协作V-MIMO系统中支持统计QoS的最优功率分配方案，目标是最大化新增加用户的有效容量同时保证现存用户的有效容量。对于无线网络中MIMO系统，对新增加的用户使用功率控制技术，限制新增加用户对现存用户带来的干扰维持在一个可接受的水平，从而保证了现存用户的有效容量。通过解协作V-MIMO中保证QoS的优化问题，得到了新增加用户的QoS驱动的功率分配方案。对于无线网络协作V-MIMO半双工和全双工系统中，构造了协作V-MIMO中保证QoS的优化问题为严格的凸优化问题。为此，本发明中提出了适用于现存用户和新增加用户的QoS驱动功率分配方案，该方案可以最大化新增加用户的有效容量同时保证现存用户的有效容量，通过仿真评估了非协作/协作V-MIMO系统中的功率分配方案。

本发明不局限于上述的优选实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或者相近似的技术方案，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案，其特征在于：对于无线网络中MIMO系统，对新增加的用户使用功率控制技术，限制新增加用户对现存用户带来的干扰维持在一个可接受的水平，从而保证了现存用户的有效容量；通过协作V-MIMO中保证QoS的优化问题，得到了新增加用户的QoS驱动的功率分配方案；对于无线网络协作V-MIMO半双工和全双工系统中，构造了协作V-MIMO中保证QoS的优化问题为严格的凸优化问题；为解决上述的严格的凸优化问题，提出了适用于现存用户和新增加用户的QoS驱动功率分配方案，该方案可以最大化新增加用户的有效容量同时保证现存用户的有效容量。

2.根据权利要求1所述的无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案，其特征在于：将现存用户和新增加用户分组给基站发送数据，基站配置N根天线，接收天线数为B_n(1≤n≤N)；现存用户和新增加的用户数目分别为A₁和A₂，他们共享相同的子信道。

3.根据权利要求2所述的无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案，其特征在于：V-MIMO传输中保证QoS的统计时延界限；

对于上行传输而言，现存用户将自己的数据发送给基站，为了增加自由度和复用增益，新增加的用户和现存用户使用相同的子信道，并和现存用户形成虚拟的天线阵列，这导致了用户间的相互干扰；

根据最大误差准则，对于随机变量Q(∞)队列长度Q(t)收敛满足

$-\underset{Q_{\mathrm{th}}\→\∞}{\lim }\frac{\log \left(\mathrm{Pr}\right\{Q(\∞)>Q_{\mathrm{th}}\left\}\right)}{Q_{\mathrm{th}}}=\mathrm{\θ}$

上式中Q_th表示队列长度界线，参数θ>0为实数，θ又称为QoS指数，表示时延界线QoS违反率的指数衰落速率，θ越大表示衰落速率越快，意味着系统对QoS的要求更严格，θ越小表示衰落速率越慢，意味着系统对QoS要求较松弛；θ→∞意味着系统不能容忍任何延迟，即就是系统对QoS要求非常严格，相反的θ→0意味着系统可以容忍任意时延，即就是系统对QoS要求松弛。

4.根据权利要求2所述的无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案，其特征在于：协作V-MIMO传输包括：

1)、协作传输模式：

在协作模式下，建立V-MIMO组中用户的时隙分配方案，该方案描述如下：

归一化一帧持续时间为1并将一帧分为两种状态：状态1，现存用户作为中继节点将新增加的用户的信号转发给基站，假设持续时间为μ；状态2，新增加的而用户作为中继节点将现存用户的信号转发给基站，持续时间为(1-μ)；协作V-MIMO传输中使用放大转发协议，该协议中，中继节点简单的放大接收信号然后转发给目的端；为了数学表述方便，分别定义协作CSI和QCSI为和由于现存用户和新增加的用户存在协作，他们通过瞬时QCSI进行动态的控制发送功率；

2)、协作半双工与协作全双工：

在持续时间μ和(1-μ)时，可以对中继节点使用半双工或全双工模式传输；当使用半双工传输时，前半帧时间中继节点接收源节点信号，后半帧时间中继节点将信号转发给目的节点；当使用全双工传输时，在整个时间帧内中继节点接收源节点的信号并转发给目的节点；

3)、半双工下瞬时传输速率

在半双工AF协议下使用时隙分配方案，可以得到基站端的新增加的用户和现存用户一帧瞬时传输速率，分别用和表示如下：

$R_{2H}(P_1\left(\tilde{v}\right),P_2\left(\tilde{v}\right))=\frac{\mathrm{\μBT}}{2}{\log }_2(1+2P_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2+\frac{{4P}_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3{P}_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1}{2P_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3+2P_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1+{\mathrm{\σ}}^2})$

$R_{1H}(P_1\left(\tilde{v}\right),P_2\left(\tilde{v}\right))=\frac{(1-\mathrm{\μ})\mathrm{\μBT}}{2}{\log }_2(1+2P_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1+\frac{{4P}_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3{P}_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2}{2P_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3+2P_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2+{\mathrm{\σ}}^2}),$

上式中用户1和用户2的瞬时传输功率为和为了和全双工传输保持相同的平均消耗功率，新增加的用户和现存用户在半双工传输中使用和

4)、全双工瞬时传输速率：

在全双工AF协议下使用时隙分配方案，可以得到基站端的新增加的用户和现存用户一帧瞬时传输速率，分别用和表示如下：

$R_{2F}(P_1\left(\tilde{v}\right),P_2\left(\tilde{v}\right))=\frac{\mathrm{\μBT}}{2}{\log }_2(1+2P_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2+\frac{{\widetilde{\mathrm{\δ}}P}_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3{P}_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1}{P_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3+\widetilde{\mathrm{\δ}}{P}_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1+{\mathrm{\σ}}^2})$

$R_{1F}(P_1\left(\tilde{v}\right),P_2\left(\tilde{v}\right))={(1-\mathrm{\μ})\mathrm{BT}\log }_2(1+P_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_1+\frac{{\widetilde{\mathrm{\δ}}P}_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3{P}_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2}{P_1\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_3+\widetilde{\mathrm{\δ}}{P}_2\left(\tilde{v}\right){\mathrm{\γ}}_2+{\mathrm{\σ}}^2}),$

上式中新增加的用户和现存用户的瞬时传输功率为和定义为消除系数用来描述全双工传输中自干扰的影响，值由许多因素决定，包括带宽、天线配置以及发送功率；趋向于0表示全双工传输时自干扰影响非常大；趋向于1表示全双工传输时自干扰影响几乎可以忽略不计。

5.根据权利要求2所述的无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案，其特征在于：无线网络非协作V-MIMO中QoS驱动的功率分配方案，首先建立了非协作V-MIMO中保证QoS的优化问题，该问题是在确保现存用户的有效容量下最大化新增加的用户的有效容量，然后建立了非协作V-MIMO中保证QoS的QoS驱动功率分配方案。

6.根据权利要求2所述的无线多天线虚拟MIMO中基于最大化有效容量功率分配方案，其特征在于：

无线网络半双工和全双工非协作V-MIMO中QoS驱动功率分配方案：分别用建立了无线网络半双工和全双工V-MIMO传输中保证QoS的优化问题，这两个问题都是严格凸优化问题，然后分别建立了无线网络半双工和全双工非协作V-MIMO中QoS驱动功率分配方案。