基于信道估計(jì)誤差網(wǎng)絡(luò)魯棒性波束成形設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于信道估計(jì)誤差網(wǎng)絡(luò)魯棒性波束成形設(shè)計(jì)方法，主要解決了有用信道和干擾信道同時(shí)存在不確定性模型難以求解的問題，其具體過程為：(1)初始化所要設(shè)計(jì)用戶的波束向量相關(guān)矩陣Q1，構(gòu)建速率最大的優(yōu)化目標(biāo)方程；(2)將目標(biāo)方程轉(zhuǎn)化為分步迭代的子問題；(3)對每個(gè)子問題進(jìn)行求解；(4)循環(huán)(2)-(3)，直到得到最優(yōu)相關(guān)矩陣Q1(5)對最優(yōu)的Q1采用秩1分解，得到最優(yōu)的波束向量v1。本發(fā)明能夠自適應(yīng)信道狀態(tài)誤差，有效地提升用戶的速率，本發(fā)明可用于在信道估計(jì)誤差和干擾同時(shí)存在的情況下發(fā)送端魯棒性波束成形的設(shè)計(jì)，也可用于在信道狀態(tài)有估計(jì)誤差情況下多用戶多輸入單輸出系統(tǒng)(MISO)魯棒性波束設(shè)計(jì)。
【專利說明】基于信道估計(jì)誤差網(wǎng)絡(luò)魯棒性波束成形設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及無線發(fā)送端波束成形的設(shè)計(jì)，具體應(yīng)用于在信道估計(jì)誤差和干擾同時(shí)存在的情況下發(fā)送端魯棒性波束成形的設(shè)計(jì)，也可用于在信道狀態(tài)有估計(jì)誤差情況下多用戶的多輸入單輸出系統(tǒng)(MISO)魯棒性波束設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]在無線系統(tǒng)通信中，由于無線信道時(shí)變的特性以及信道狀態(tài)大尺度與小尺度衰落的存在，用戶接收端要獲得準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信息較為困難，因而，用戶所獲得信道狀態(tài)信息是有一定的誤差的，通常這種誤差可以用估計(jì)誤差半徑來度量。在信道狀態(tài)信息存在估計(jì)誤差的情況下，從最大化用戶速率的角度，傳統(tǒng)非魯棒性波束很難滿足現(xiàn)實(shí)需求。
[0003]在現(xiàn)有的一些魯棒性設(shè)計(jì)方法中，部分文獻(xiàn)考慮的是窄帶多輸入多輔出系統(tǒng)(MIMO)的魯棒性預(yù)編碼設(shè)計(jì)，這種模型考慮的是點(diǎn)對點(diǎn)通信魯棒性預(yù)編碼的實(shí)現(xiàn)，問題建模不存在信道估計(jì)誤差同時(shí)存在目標(biāo)函數(shù)分子和分母的情況。這樣的模型求解相對容易，但是這種模型不能滿足多個(gè)發(fā)送對同時(shí)傳輔的需要。在現(xiàn)有的魯棒性波束成形設(shè)計(jì)方法中，有的是基于滿足用戶QoS，最小化發(fā)送功率的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)可以節(jié)省一定的功耗，但不能滿足用戶某些業(yè)務(wù)最大化速率的需求。已有文獻(xiàn)在信道狀態(tài)誤差條件下對信噪比建模時(shí)，從收端接收的干擾相關(guān)矩陣誤差進(jìn)行考慮，這種處理方法在計(jì)算與信號處理上帶來便利，但是使得傳輸信道的估計(jì)誤差與干擾相關(guān)矩陣誤差無法統(tǒng)一去度量，因而，問題建模的參數(shù)設(shè)定和獲取比較困難，并且不能直觀反映出信道的誤差狀況。另一方面，從算法設(shè)計(jì)上來說，考慮到信噪比模型中分子分母的信道誤差同時(shí)存在，問題模型是一個(gè)分式的非凸問題，求解較為困難，目前還沒有較為有效的方法，使得問題模型快速求解。此外，如果算法收斂較慢，很難滿足狀態(tài)變化較快的信道特性，從而不能滿足現(xiàn)實(shí)的信道模型的需求。
[0004]本發(fā)明方法直接從信道狀態(tài)誤差考慮，對有用信道與干擾信道誤差統(tǒng)一建模，并假設(shè)所有信道的信道估計(jì)誤差服從同一分布并且在較長時(shí)間間隔內(nèi)信道誤差具有相同的誤差水平。本發(fā)明方法對于分式的優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行變換，轉(zhuǎn)化為迭代求解的子問題進(jìn)行求解，本發(fā)明方法能以超線性收斂速率收斂到速率最優(yōu)解。
[0005]發(fā)明的內(nèi)容
[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)應(yīng)用模型與設(shè)計(jì)方法的不足，提供一種在信道估計(jì)誤差網(wǎng)絡(luò)下魯棒性波束成形的設(shè)計(jì)方法，能夠有效的適應(yīng)信道誤差，提升有用信號的信噪比和速率，并且能夠快速求解，滿足現(xiàn)實(shí)信道狀態(tài)時(shí)變的需求。
[0007]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)思路是:由于波束向量在原方程中較難處理，在求解過程中先對波束向量的相關(guān)矩陣進(jìn)行求解。由于log是單調(diào)的，將log移去并不影響原目標(biāo)變量的值，因而，移去log后問題就變成了分式的目標(biāo)方程。通過對最大最小化目標(biāo)方程進(jìn)行處理，分解為可以求解的子問題進(jìn)行循環(huán)迭代求解，對于上述方法所帶來的內(nèi)循環(huán)的子目標(biāo)方程，通過次梯度和信賴域方法進(jìn)行求解，從而獲得原目標(biāo)方程的全局最優(yōu)解，然后再通過矩陣的秩I分解，獲得發(fā)送端的最佳波束向量。其具體步驟包括如下:[0008](I)初始化所要設(shè)計(jì)用戶發(fā)送端波束向量的相關(guān)矩陣Q1，通過信令交互獲取干擾端波束向量Vl(l=2，…，!^，令仏^八^其中…^表示哈密頓轉(zhuǎn)置心^^^' Cm"1表示復(fù)數(shù)域中維度為M1X I的向量，M1為第I個(gè)干擾端的發(fā)送天線數(shù)，初始化Φ=0 ；
[0009](2)構(gòu)建收端最大化速率目標(biāo)方程
【權(quán)利要求】
1.基于信道估計(jì)誤差網(wǎng)絡(luò)魯棒性波束成形設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟: (1)初始化所要設(shè)計(jì)用戶發(fā)送端波束向量相關(guān)矩陣Q1，通過信令交互獲取干擾端波束向量Vl(l = 2，…，0，令Q1=V1V111,其中(.)Η表示哈密頓轉(zhuǎn)置，V^CM1 ,cw1表示復(fù)數(shù)域中維度為M1X I的向量，M1為第I個(gè)干擾端的發(fā)送天線數(shù)，初始化Φ=0 ； (2)構(gòu)建收端最大化速率目標(biāo)方程
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魯棒性波束成形設(shè)計(jì)方法，其中步驟(3)所計(jì)算的分式最優(yōu)值ξ，按如下步驟構(gòu)造: (2a)初始化
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魯棒性波束成形設(shè)計(jì)方法，其中步驟(4)所求解的最大最小值方程，按如下步驟計(jì)算: (3a)初始化發(fā)送端預(yù)編碼相關(guān)矩陣Q1，初始化τ，令Ψ=0，其中τ為任意大于O的較小值； (3b)根據(jù)信賴域子問題方法求解
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魯棒性波束成形設(shè)計(jì)方法，其中步驟(5)所采用的矩陣的秩I分解，按如下步驟構(gòu)造: 1)
【文檔編號】H04B7/06GK103825643SQ201410042884
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】李建東, 董全, 趙林靖, 陳睿, 閆繼壘, 李釗, 黃金晶, 劉偉, 盛敏, 李紅艷 申請人:西安電子科技大學(xué)