非理想信道状态下MIMO系统中基于干扰对齐的信号处理方法

摘要

非理想信道状态下MIMO系统中基于干扰对齐的信号处理方法，涉及无线通信领域。它是为了提高非理想信道状态下MIMO系统的系统容量。它的发送端中心处理单元将编码矩阵和解码矩阵设计好，然后将编码矩阵和解码矩阵分配给各个基站，基站将对应的解码矩阵传输给相应的接收用户。即在每用户功率限制下，信道状态信息存在误差下寻求使用户总平均MSE(mean square error，均方误差)最小的线性编解码矩阵进行优化，首先初始化预编码矩阵，然后通过迭代的方式更新预编码矩阵和解码矩阵，可以有效提高系统吞吐量。

主权项

1.非理想信道状态下MIMO系统中基于干扰对齐的信号处理方法，其特征是：它由以下步骤实现：步骤一、对非理想信道建模，获得非理想信道模型H_kl；所述非理想信道模型H_kl的表达式为：$H_{\mathrm{kl}}={\hat{H}}_{\mathrm{kl}}+E_{\mathrm{kl}},1\le k\le K,1\le l\le K$其中：H_kl表示发送用户l到接收用户k的信道矩阵的真实值，k、l为取值1到K的任意整数；为H_kl的估计值；E_kl为H_kl和之间的误差；步骤二、在步骤一获得的非理想信道模型H_kl下，求取包含有K个用户的干扰网络的总MSE值ε；K为正整数；所述总MSE值ε的表达式为：其中：ε_k为第k个用户的MSE值，F_l为发送用户l的预编码矩阵，G_k为接收用户k的解码矩阵，n_k为接收用户k的噪声，s_l和s_k分别为用户l和用户k的发送符号，l、k=1、2、…K；表示x的数学期望，A^H表示矩阵A的共轭转置；||a||表示向量a的模；所述ε_k表示为：其中为接收用户k对发送信号s_k的估计值；步骤三、对步骤二获得的系统总MSE值ε求数学期望，获得非理想信道下的总MSE均值；所述表示为：其中tr{A}表示矩阵A的迹；σ²为噪声方差，即n_k为用户k的噪声；为信道误差的方差，定义为其中vec(A)表示矩阵A的向量化；H为转置符号；I为单位矩阵；步骤四、根据干扰网络中的每个用户的功率，获得预编码矩阵F_l；具体为：步骤四一、初始化预编码矩阵F_l；步骤四二、根据公式：$G_k={[\underset{l=1}{\overset{K}{\Sigma }}\left({\hat{H}}_{\mathrm{kl}}{F}_l{F}_l^H{\hat{H}}_{\mathrm{kl}}^H\right)+\underset{l=1}{\overset{K}{\Sigma }}{\sigma }_{E_{\mathrm{kl}}}^2\mathrm{tr}\left(F_l{F}_l^H\right)I+{\sigma }^{2}I]}^{-1}{\hat{H}}_{\mathrm{kk}}{F}_k$由已知预编码矩阵F_l的值求解接收解码矩阵G_k；步骤四三、根据公式：$F_l={[\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}\left({\hat{H}}_{\mathrm{kl}}^H{G}_k{G}_k^H{\hat{H}}_{\mathrm{kl}}\right)+\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{\sigma }_{E_{\mathrm{kl}}}^2\mathrm{tr}\left(G_k{G}_k^H\right)I+{\lambda }_{l}I]}^{-1}{\hat{H}}_{\mathrm{ll}}^H{G}_l$由解码矩阵G_k求解预编码矩阵F_l；式中：λ_l为拉格朗日乘数；步骤四四、重复步骤四二和四三，直至收敛；步骤五、将该预编码矩阵F_l作为干扰对齐结果，完成非理想信道状态下MIMO系统中基于干扰对齐的信号处理。