[發明專利]反饋受限下多天線傳輸的有效容量優化方法

有效

• 申請號: 201810454905.4
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108667498B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 鄒玉龍;吳彤;姚穎;朱佳;余亮
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

1.反饋受限下多天線傳輸的有效容量優化方法，應用于通過無線信道進行數據傳輸的系統，所述系統包括一個多天線源節點和一個單天線目的節點，其特征在于包括步驟：根據反饋信道狀態信息對源節點進行預編碼，最大化目的節點端的接收信噪比，并計算中繼預編碼的信道容量，在目的節點端進行信道估計，將估計到的信道狀態信息進行量化后反饋給源節點，并計算反饋信道容量，將源節點中繼預編碼的信道容量與反饋信道容量之差定義為有效傳輸容量，通過尋求最佳的反饋信道量化比特，最大化有效傳輸容量；

根據反饋信道狀態信息對源節點進行預編碼的方法為：設源節點有M根天線，M根天線發送相同信息到目的節點，且M根天線到目的節點的信道之間相互獨立；源節點根據反饋的狀態信息取最優預編碼向量其中P_s是傳輸總功率，N₀是噪聲功率，是量化誤差功率的均值，表示矩陣的最大特征值對應的特征向量；預編碼向量W＝[w₁,w₂,…,w_M]^T，其中w_k表示源節點第k根天線的預編碼權值，k＝1,2,…,M；取信道轉移矩陣H_d＝[h_1d,h_2d,…,h_Md]^T，其中h_id為源節點第i根天線到目的節點之間的瞬時信道增益系數，i＝1,2,…,M；取量化后的信道轉移矩陣其中為量化后源節點第i根天線到目的節點之間的瞬時信道增益系數；則產生的量化誤差矩陣為H_e＝[h_1e,h_2e,…,h_Me]^T，其中為源節點第i根天線到目的節點之間的瞬時信道增益系數的量化誤差，i＝1,2,…,M，且量化誤差服從均值為0，方差為的高斯分布；則預編碼后的數據信息為其中表示共軛轉置運算，x_s為源節點各天線在各時隙發送給目的節點的相同的數據信息；

量化誤差功率的均值計算過程為：設每個信道的量化比特為取正整數，并命名平均量化比特，則每信道的量化電平階數為瑞利衰落模型h_id＝Re[h_id]+jIm[h_id]服從方差為的瑞利分布，分別對h_id的實部和虛部進行量化，則量化誤差h_ie＝Re[h_ie]+Im[h_ie]功率的均值其中為從第i根天線到目的節點的瞬時信道增益系數h_id的實部或虛部的量化間隔，b_i(b_i0)表示第i根天線到目的節點瞬時信道增益系數h_id的實部或虛部的最大概率取值，q為每條信道的量化電平階數；

取最優預編碼向量W_opt的計算過程為：根據源節點接收到的反饋信道狀態信息，目的節點接收到的信號為其中x_s為源節點各天線發送的相同的數據信息，n_d表示目的節點處的噪聲，此時可將噪聲視為噪聲功率為目的節點接收到信號的信噪比為：并且預編碼向量滿足歸一化條件，||w||＝1；令則A和B都是厄米特矩陣，且B是正定矩陣，定義B^1/2代表正定矩陣B的平方根，則視為廣義瑞利商，得見矩陣對(A,B)的廣義瑞利商與的瑞利商相同，根據瑞利-里茲法，當向量是矩陣最大特征值λ_max對應的向量時，廣義瑞利商將取最大值λ_max，由可得由可知的特征值分解等價于B^-1A的特征值分解，當W^*是矩陣B^-1A最大特征值λ_max對應的特征向量時，信噪比取得最大值，得時信噪比最大，其中，目的節點接收到信號的最大信噪比為則源節點到目的節點間預編碼信道的容量其中t表示主信道；

反饋信道的信道容量其中W表示信道總帶寬，T是時隙長度，F表示反饋信道。