[發明專利]一種基于魯棒性設計的MIMO傳輸功率分配優化方法

有效

• 申請號: 201310407173.0
• 申請日: 2013-09-09
• 公開（公告）號: CN103458521A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 王家恒;趙立成;梁霄;趙春明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04W72/08
• 分類號: H04W72/08;H04W52/36;H04W52/42
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種在信道信息不完整時魯棒性MIMO傳輸的具體功率分配方法，屬于多天線干擾信道中從不完美的信道信息中尋找功率分配策略的問題。

背景技術

眾所周知，MIMO(Multiple-Input?Multiple-Out-put，多輸入多輸出)系統的性能很大程度上取決于信道狀態信息(Channel?State?Information，簡稱CSI)。為實現MIMO信道的全部效益，可以獲取在發送端的信道狀態信息(Channel?State?Information?at?the?transmitter，簡稱CSIT)并采用恰當的預編碼技術。如果能夠獲取完整的CSIT，在這種情況下已經有成熟的MIMO優化預編碼技術。然而，實際上CSIT一般不完整或者有誤差，這主要是由不精確地估計和量化信道信息，錯誤的或者遲滯的反饋信息，以及互信道延時和頻偏。因此我們在研究預編碼技術的時候要考慮到CSIT的不完整性。我們的目標是充分利用CSIT同時對不同的CSIT缺陷具有普適性或魯棒性。

通常，CSIT缺陷一般用隨機模型或者確定性模型來刻畫。隨機性模型指的是信道信息是一個隨機量。它的即時信息未知但是符合統計規律，比如可以獲取均值和協方差。在這種情況下，魯棒性設計致力于優化長期的平均性能或者中斷回復性能。確定性模型認為信道處在一個不確定域或者不確定集合中。它更適合刻畫即時CSI的誤差。這個集合的大小與信道的確定性密切相關，集合越大，信道的確定性越大。這樣，我們可以把這樣的預編碼設計稱為是魯棒的：在不確定域內在最差信道獲取最好性能，也就是在不確定域內對任何信道保證性能的不低于門限。實現這樣的預編碼設計可以抽象為優化最壞情況的性能，也就是解決一個最大最小(maximin)或者最小最大(minimax)問題。

一個經典的窄帶MIMO信道的模型可以這樣描述：

y=Hx+n

其中：x為N維發送向量，x∈C^N，即有N個發射天線；y為M維接收向量，y∈C^M，即有M個接收天線；H為M×N維信道矩陣，H∈C^M×N；n為M維噪聲向量，n∈C^M，且服從高斯分布，即為噪聲功率；Q=E[xx^H](對xx^H求數學期望)為功率分配矩陣，Q可以分解為Q=FF^H(F為傳送符號的線性映射矩陣)；定義傳輸符號的向量s，E[ss^H]=I，那么，x=Fs；事實上，對于Q一般應滿足Q∈Q(Q為Q所有可能取到的值的集合)，其中：

Q={Q|Q≥0，λ_i(Q)≤P_i，tr(Q)≤P_s，i=1，2，…，N|}

其中：λ_i(Q)為矩陣Q的特征值且降序排列，即λ₁(Q)≥λ₂(Q)≥…≥λ_N(Q)；tr(Q)為矩陣Q的跡；P_i為信道的功率上限值；P_s為總功率限制值；λ_i(Q)≤P_i是指第i個數據流上有功率限制P_i，tr(Q)≤P_s是指所有數據流有總功率限制P_s。

在完整信道信息的情況下，信道矩陣H總是能夠在接收端無誤差地獲取；然而實際情況是CSIT有缺陷，這就需要預編碼設計能夠利用CSIT并且能夠對抗缺陷；可以假設H屬于一個集合H，這個集合稱為信道可行域；現在引入性能指標的目標函數Ψ(Q，H)，即：這是個最大最小(maxmin)問題。