[發明專利]基于信道估計誤差網絡魯棒性波束成形設計方法

有效

• 申請號: 201410042884.7
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103825643B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 李建東;董全;趙林靖;陳睿;閆繼壘;李釗;黃金晶;劉偉;盛敏;李紅艷
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于信道估計誤差網絡魯棒性波束成形設計方法，主要解決了有用信道和干擾信道同時存在不確定性模型難以求解的問題，其具體過程為：(1)初始化所要設計用戶的波束向量相關矩陣Q₁，構建速率最大的優化目標方程；(2)將目標方程轉化為分步迭代的子問題；(3)對每個子問題進行求解；(4)循環(2)?(3)，直到得到最優相關矩陣Q₁(5)對最優的Q₁采用秩1分解，得到最優的波束向量v₁。本發明能夠自適應信道狀態誤差，有效地提升用戶的速率，本發明可用于在信道估計誤差和干擾同時存在的情況下發送端魯棒性波束成形的設計，也可用于在信道狀態有估計誤差情況下多用戶多輸入單輸出系統(MISO)魯棒性波束設計。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及無線發送端波束成形的設計，具體應用于在信道估計誤差和干擾同時存在的情況下發送端魯棒性波束成形的設計，也可用于在信道狀態有估計誤差情況下多用戶的多輸入單輸出系統(MISO)魯棒性波束設計。

背景技術

在無線系統通信中，由于無線信道時變的特性以及信道狀態大尺度與小尺度衰落的存在，用戶接收端要獲得準確的信道狀態信息較為困難，因而，用戶所獲得信道狀態信息是有一定的誤差的，通常這種誤差可以用估計誤差半徑來度量。在信道狀態信息存在估計誤差的情況下，從最大化用戶速率的角度，傳統非魯棒性波束很難滿足現實需求。

在現有的一些魯棒性設計方法中，部分文獻考慮的是窄帶多輸入多輸出系統(MIMO)的魯棒性預編碼設計，這種模型考慮的是點對點通信魯棒性預編碼的實現，問題建模不存在信道估計誤差同時存在目標函數分子和分母的情況。這樣的模型求解相對容易，但是這種模型不能滿足多個發送對同時傳輸的需要。在現有的魯棒性波束成形設計方法中，有的是基于滿足用戶QoS，最小化發送功率的設計，這種設計可以節省一定的功耗，但不能滿足用戶某些業務最大化速率的需求。已有文獻在信道狀態誤差條件下對信噪比建模時，從收端接收的干擾相關矩陣誤差進行考慮，這種處理方法在計算與信號處理上帶來便利，但是使得傳輸信道的估計誤差與干擾相關矩陣誤差無法統一去度量，因而，問題建模的參數設定和獲取比較困難，并且不能直觀反映出信道的誤差狀況。另一方面，從算法設計上來說，考慮到信噪比模型中分子分母的信道誤差同時存在，問題模型是一個分式的非凸問題，求解較為困難，目前還沒有較為有效的方法，使得問題模型快速求解。此外，如果算法收斂較慢，很難滿足狀態變化較快的信道特性，從而不能滿足現實的信道模型的需求。

本發明方法直接從信道狀態誤差考慮，對有用信道與干擾信道誤差統一建模，并假設所有信道的信道估計誤差服從同一分布并且在較長時間間隔內信道誤差具有相同的誤差水平。本發明方法對于分式的優化目標進行變換，轉化為迭代求解的子問題進行求解，本發明方法能以超線性收斂速率收斂到速率最優解。

發明的內容

本發明的目的在于克服上述已有技術應用模型與設計方法的不足，提供一種在信道估計誤差網絡下魯棒性波束成形的設計方法，能夠有效的適應信道誤差，提升有用信號的信噪比和速率，并且能夠快速求解，滿足現實信道狀態時變的需求。

實現本發明的技術思路是：由于波束向量在原方程中較難處理，在求解過程中先對波束向量的相關矩陣進行求解。由于log是單調的，將log移去并不影響原目標變量的值，因而，移去log后問題就變成了分式的目標方程。通過對最大最小化目標方程進行處理，分解為可以求解的子問題進行循環迭代求解，對于上述方法所帶來的內循環的子目標方程，通過次梯度和信賴域方法進行求解，從而獲得原目標方程的全局最優解，然后再通過矩陣的秩1分解，獲得發送端的最佳波束向量。其具體步驟包括如下：