空间相关MISO系统中基于不完全信道信息预编码方法

摘要

本发明公开了一种空间相关MISO系统中基于步完全信道信息的预编码方法，涉及无线通信中自适应资源分配技术领域，本发明包括建立MISO系统和信道模型、确定系统有效信噪比、确定条件相关矩阵及预编码波束成型矩阵、确定预编码中功率分配、最小化系统平均比特率、确定系统平均误比特率等步骤；本发明的预编码方法可获得闭式功率分配，避免了已有最优方法的迭代计算；所提供的功率分配表达式较为简单，可直接计算；考虑了实际中反馈错误，有着很好的实用性；整个方法的复杂度低，代价小，时延少，易于实现。

主权项

一种空间相关MISO系统中基于不完全信道信息的预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立系统模型和相应的信道模型；建立空间相关无线MISO通信系统模型，该系统有着M个发射天线和单个接收天线，其对应信道模型可表示为信道矩阵h＝{h_m}，建模为：其中h_w为信道的随机变化部分，R_t为发送天线相关矩阵，表示信道协方差矩阵；步骤二：确定系统的有效信噪比；由接收信号矩阵,求得接收端的有效信噪比其中：为对第m个发送天线进行波束成型后信道功率值；为平均SNR，u_im为波束成形矩阵U的元素，r是空时编码的码率；{P_m,m＝1,…,M}为对M个特征波束的功率控制，满足下列功率约束：${\Sigma }_{m=1}^M{P}_m=1,$P_m≥0；步骤三：确定条件相关矩阵和波束成型矩阵；利用预白化和变量变换，为信道白化矢量，为条件相关矩阵；来自步骤二的接收信噪比可进一步表示为：$\gamma ={\Sigma }_{m=1}^M{P}_m{\zeta }_m|{\bar{h}}_m{|}^2\bar{\gamma }/r,$其中：$\bar{h}={\tilde{h}}_w{V}_h,$与有着相同的分布，即其元素为服从均值为0和方差为1的复高斯分布，为矢量中第m个元素，为平均信噪比；为条件相关矩阵，${\tilde{R}}_h=E\left\{h^{H}h\right\}=c^2{\hat{h}}^H\hat{h}+(1-c^2)R_t,$其中：为信道均值反馈，c为用于测量MMSE估计精度的归一化相关系数；进行特征值分解为：其中波束成形矩阵U＝V_h，V_h为对特征值分解后由特征矢量构成的特征矩阵，Λ_h为特征值分解后由特征值构成的对角矩阵；步骤四：确定系统平均误比特率；根据获得的均值反馈，利用随机变量变换，通过平均化卡方分布，确定出系统平均误比特率(BER)：其中λ＝gE_s/(rN₀)为等效符号信噪比，g为调制参数；步骤五：最小化平均误比特率；在固定功率约束下，以最小化步骤四中的系统BER为优化目标，建立相应的目标优化函数$L(P_1,\mathrm{...},P_M)=-\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}\left[\log \right(1+{\mathrm{\lambda P}}_m{\zeta }_m\left)\right]+{\eta }_1(\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}{P}_m-1);$其中：η₁为拉格朗日乘子；步骤六：确定功率分配；对步骤五中目标函数关于{P_m}求偏导，并令偏导值等于零，利用功率约束条件，得到闭式功率分配$P_m={({\lambda }^{-1}(M^{-1}{\Sigma }_{l=1}^M{\zeta }_l^{-1}-{\zeta }_m^{-1})+M^{-1})}^{+};$其中：${\left(x\right)}^{+}\underset{=}{\Delta }max(x,0).$