多天线组播系统基于最大最小波束成型的容量估计方法

摘要

本发明多天线组播系统基于最大最小波束成型的容量估计方法，特征是基站基于传统的最大最小波束成型方法，利用延迟信道状态信息和多普勒频移对每个用户的接收信噪比进行估计，进而得到组播系统的当前的容量估计值作为数据速率进行传输；本发明中由于基站选取估计得到的容量值作为当前的数据速率进行传输，补偿了延迟信道状态信息对系统容量产生的影响，使得基站选取的数据速率与当前的系统容量更加匹配，大大降低了系统的中断概率，从而可以获得较大的系统传输速率提升。

主权项

1.一种多天线组播系统基于最大最小波束成型的容量估计方法，设：在基站配置N根天线和K个用户分别配置单根天线的时分双工组播系统中，在第n时刻基站到第i个用户的信道矩阵h_i[n]是N×1维复矩阵，服从均值为零、方差为一的循环对称复高斯分布，用户序号i＝1，2，...，K；首先，在第n时刻，基站设计最大化所有用户的最小接收信噪比的波束成型矢量w^D[n]，其中，w^D[n]是N×1维复矢量，由最大最小波束成型公式$\underset{{\left|\right|w^D\left[n\right]\left|\right|}^2\le 1}{\max }\underset{i=\mathrm{1,2},...,K}{\min }P/{\sigma }^2{\left|{\left(h_i\right[n-D\left]\right)}^H{w}^D\right[n\left]\right|}^2$计算得到，D是上行信道估计和下行传输之间延迟的码元时间个数，h_i[n-D]表示基站在D时刻之前到第i个用户的信道矩阵，P为基站的发射功率，σ²为叠加在用户接收信号上的噪声功率；在第n时刻，基站发送给用户的信号乘以此波束成型矢量w^D[n]后被发送出去；其特征在于：基站对第n时刻的组播系统容量进行估计：第n时刻第i个用户接收信噪比的统计下界为${\gamma }_i^{\mathrm{lower}}\left[n\right]=P/{\sigma }^2({\rho }_i^2{\left|{\left(h_i\right[n-D\left]\right)}^H{w}^D\right[n\left]\right|}^2+(N(1-{\rho }_i^2)-{2\rho }_i\sqrt{N(1-{\rho }_i^2)}|\left|h_i\right[n-D\left]\right|\left|\right){\left|\right|w^D\left[n\right]\left|\right|}^2),$式中ρ_i是第i个用户第n时刻的信道矩阵h_i[n]与第D个码元时刻之前的信道矩阵h_i[n-D]之间的相关系数；取该统计下界与零两者的最大值作为第i个用户接收信噪比的估计值取所有用户接收信噪比估计值的最小值作为信噪比SNR代入香农容量公式：容量C＝log₂(1+SNR)，得到第n时刻的容量估计值$\hat{C}\left[n\right]={\log }_2(1+\underset{i=\mathrm{1,2},L,K}{\min }{\hat{\gamma }}_i[n\left]\right);$基站采取容量估计值作为当前的数据速率进行传输。