[發明專利]一種延時反饋下多天線中繼預編碼的魯棒構造方法

有效

• 申請號: 201210218283.8
• 申請日: 2012-06-28
• 公開（公告）號: CN102752037A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 許威;梁樂;沈弘;趙春明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04L1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 夏雪

技術領域

本發明屬于多天線中繼系統中的預編碼設計領域，具體涉及一種延時反饋下多天線中繼預編碼的魯棒構造方法。

背景技術

中繼技術，作為未來無線通信中一種新的技術手段，通過將基站發送的信號進行功率增強后轉發給各用戶，能夠顯著提高現有通信系統中小區邊緣用戶的接收信噪比(SNR)，從而擴大蜂窩小區的有效覆蓋范圍，減少甚至消除“通信盲區”，增大系統的通信容量。另一方面，多輸入多輸出系統(MIMO)通過對信號進行適當的預編碼處理，將已有的時間和頻率資源進行空間上的復用，進而大幅提高頻譜資源的使用效率和系統的可達傳輸速率。在現有預編碼方案中，迫零波束成形預編碼能以較低的實現復雜度，完全消除多用戶間的干擾，在高信噪比情況下，獲得逼近系統最大容量的傳輸速率。但是在低信噪比情況下，因為噪聲被放大的原因，迫零波束成形預編碼方案的性能則較差，基于均方誤差最小化準則的波束成形預編碼方案卻能夠有效的解決這一問題，該預編碼方案可以在不同的信噪比條件下都獲得較好的性能。

然而，要通過預編碼技術獲得充分的信道復用增益，發射端需要知曉理想的下行信道信息，而在實際應用場景中，尤其是頻分雙工(FDD)系統中，這一要求很難得到滿足。在實際FDD系統中，通常由用戶終端來估計下行信道信息，然后用戶通過反饋鏈路將該信道信息反饋給基站。但是為了滿足反饋鏈路的容量要求，往往是先將信道信息量化，然后將量化后的信息通過有限個比特反饋給基站，最后基站根據此反饋信息盡可能多地恢復出信道信息，該方案被稱為有限比特反饋技術。采用有限比特反饋將導致基站獲得的信道信息與真實的信道信息之間存在一定的量化誤差，此量化誤差的大小由反饋鏈路的容量決定。此外采用反饋機制時還存在反饋鏈路的信息延時問題，即基站獲得的反饋信息并不是當前時刻的信道信息，而是在一段時間之前的信息。在上述諸多因素的影響下，基站獲得的下行信道信息與真實的信道信息并不完全匹配，基于該信道信息計算得到的預編碼相較于理想情況而言會產生較大的性能損失。

，因而我們有必要研究實際系統中預編碼的魯棒性設計，從而抵制信道信息量化誤差和反饋鏈路延時等非理想因素造成的影響，提高實際系統的通信容量和可靠性。

發明內容

發明目的：針對實際實施過程中采用有限比特反饋技術時普遍存在的信道信息量化誤差和反饋鏈路延時等問題，為多天線中繼系統設計一種魯棒預編碼，從而抵制信道信息量化誤差和反饋鏈路延時等非理想因素造成的影響，提高實際系統的通信容量，降低誤比特率。

技術方案：考慮基站和中繼站分別擁有M和N根天線，每個用戶都是單天線的兩跳中繼通信系統。

本發明一種延時反饋下多天線中繼預編碼的魯棒構造方法，該魯棒預編碼基于均方誤差最小化的準則進行設計，考慮了實際系統中采用有限比特反饋技術時普遍存在的量化誤差和反饋延時的影響，與傳統的迫零波束成形預編碼等方案相比，能夠獲得更優的系統性能。該方法包括以下步驟：首先系統調研中繼站以及小區用戶的平均移動速率，計算相應的多普勒頻偏，獲得基站到中繼站以及中繼站到用戶信道的延時相關系數；然后中繼站和每個用戶通過信道估計分別獲得基站到中繼站以及中繼站到本用戶的下行信道信息，并對所獲信道信息進行量化，再將該量化信息通過有限個比特反饋到前級；最后，基站和中繼站依據經延時反饋獲得的信道信息和本發明給出的魯棒預編碼設計公式計算相應的預編碼，并將待發送數據乘以相應的預編碼后進行發送。該方法具體包括：

(1)基站調研中繼站的移動速率v_r和小區用戶的平均移動速率v_u，計算中繼站的多普勒頻偏f₁＝f_cv_r/c和小區用戶的多普勒頻偏f₂＝f_cv_u/c，其中，c表示光速，f_c表示載波頻率，再根據克拉克散射模型分別計算出基站到中繼站信道的延時相關系數ρ_H＝J₀(2πf₁t_H)和中繼站到用戶k信道的延時相關系數ρ_k＝J₀(2πf₂t_k)，k=1、2、…、N，其中，N為用戶數，t_H和t_k分別表示基站發送符號長度和中繼站發送到用戶k的符號長度，J₀(·)表示第一類零階貝塞爾函數；