[發明專利]一種自適應天線選擇的MIMO系統及其應用方法

有效

• 申請號: 201010162006.0
• 申請日: 2010-05-04
• 公開（公告）號: CN101867402A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 董可;廖學文;朱世華;任品毅
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/08;H04L1/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

1.一種基于自適應天線選擇的MIMO系統，其特征在于：包括發射機、接收機和無線信道；所述發射機包含信源模塊、發端基帶處理模塊、發端波束成型器、多個并行的發端射頻鏈路、發端天線陣列、發端天線陣列轉接器、天線子陣列選擇發端子模塊；所述接收機包含接收天線陣列、接收天線陣列轉接器、收端射頻鏈路、收端波束成型器、收端基帶處理模塊、收端合路器、信宿、天線子陣列選擇收端子模塊；所述天線子陣列發端子模塊包含天線索引管理器以及開關控制器；所述天線子陣列收端子模塊包含天線索引管理器、開關控制器模塊、目標函數估算邏輯模塊以及迭代更新控制模塊；所述無線信道為60GHz無線信道。

2.如權利要求1所述一種基于自適應天線選擇的MIMO系統的應用方法，其特征在于：

(1)所述系統交替工作在天線子陣列選擇過程和數據傳輸過程；所述天線子陣列選擇過程是指天線子陣列選擇模塊在天線陣列中選擇一個最優的子陣列用于數據傳輸；所述數據傳輸過程是指利用所選擇的最優天線子陣列結合波束成型技術進行高速數據傳輸；

(2)系統進入天線子陣列選擇過程，天線索引管理器隨機生成一組不重復的天線索引序列子集ω⁽⁰⁾；將這一天線子集作為初始的當前天線子陣列ω＝ω⁽⁰⁾和已選天線子陣列并初始化迭代更新控制器中的概率估計向量

(3)采樣、估算和迭代過程：將每個迭代過程分解為n_t+n_r個子迭代過程；在第k個子迭代中，天線索引管理器將當前天線子集中的第k個元素用一個新的隨機的天線索引替代，獲得一個僅有第k個元素與已選天線子集不同的新的天線子集發射訓練序列并由目標函數估算邏輯模塊中估算兩個天線子集ω⁽ⁿ⁾所對應的目標函數φ(ω⁽ⁿ⁾)和

(4)自適應濾波過程：首先比較φ(ω⁽ⁿ⁾)和的大小，并將較大者定為下一次迭代的當前天線子陣列，即

ω(n+1)=ω(n),φ(ω(n))>φ(ω~k(n))ω~k(n),φ(ω(n))≤φ(ω~k(n))---(1)]]>

其次，檢查其在概率估計向量π中是否已有記錄，如果沒有記錄則需要為其追加一條記錄π＝[π(ω⁽ⁿ⁺¹⁾，0)^T]；接著對當前的概率估計矢量中的記錄做自適應濾波處理：

π(n+1)=[1-μ(n+1)]π(n)π(n+1)(ω)=π(n+1)(ω)+μ(n+1)---(2)]]>

式中，π⁽ⁿ⁺¹⁾表示π⁽ⁿ⁾更新一次之后的概率矢量；π⁽ⁿ⁾(ω)表示天線子集ω在概率矢量中的記錄；μ(n)＝1/n是自適應過程的遺忘因子，反映一次更新的強度；

(5)選擇和迭代更新過程：在每次迭代過程的最后，根據更新過后的概率估計矢量，從中選擇一個概率估計值最大的天線子集作為本次迭代的已選天線子集，即這一結果將由迭代更新控制器通過反饋鏈路通知發端天線索引管理器更新當前與射頻鏈路連接的天線索引信息；按照同樣的方式，收端天線索引管理器通過內部通道獲得該信息執行索引更新；

(6)子迭代繼續，直到k＞n_t+n_r；

(7)迭代過程繼續直到收斂條件滿足或超過最大迭代次數；若天線選擇算法收斂則進入數據傳輸過程。

3.如權利要求2所述一種基于波束成型方法的MIMO系統的應用方法，其特征在于，所述步驟(3)是指：

a)為天線子集ω估算目標函數：信源輸入全1訓練序列并通過天線子集ω中的天線陣元發射，經過對應的無線信道H_ω，后經收端波束成型權系數加權合并后可以得到對應于第k個發射天線的輸出信號1≤k≤n_t，其中h_k為第k個發射天線到接收天線陣列的無線信道；v(k)為加性高斯白噪聲；

b)為了消除噪聲的影響，獨立的重復執行M次步驟a)，得到y^(m)(k)，1≤k≤n_t，1≤m≤M；并進一步做如下平滑處理

β(k)=1M{[y(1)(k)Hy(2)(k)+y(2)(k)Hy(3)(k)+...+y(M)(k)Hy(1)(k)]]]>

+Σl=1,l≠knt|Σm=1My(m)(k)Hy(m)(l)|}---(3)]]>

按下式得到天線子集ω的目標函數估算值

B=1ntmax{β(1),β(2),...,β(nt)}≈λ1(HωHHω)---(4)]]>