[發明專利]一種能效保障的多波束衛星通信魯棒預編碼方法

有效

• 申請號: 202010012991.0
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111147113B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 尤力;高琳娜;強曉宇;張千;侯宏衛;房天昊;王聞今;高西奇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04B7/0452;H04B7/06;H04B7/185
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

1.一種能效保障的多波束衛星通信魯棒預編碼方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)引入表征由信道狀態信息反饋延時帶來的信道相位不確定性的隨機變量，用估計信道矢量與信道相位誤差矢量的哈達瑪積來表示實際信道矢量；

(2)構建最小組能量效率最大化的魯棒預編碼優化設計問題，所述優化設計問題的優化目標為用戶組的能量效率即在用戶組內對用戶速率關于步驟(1)所述隨機變量求數學期望的最小值和該組總功耗的比值；式中，表示數學期望，||·||₂為向量的2范式，w_k為用戶組的預編碼矢量，下標k∈{1,...,K}，K為用戶組數，B為帶寬，SINR_i,k為第k個用戶組中第i個用戶的信噪比，ξ為表示功率放大器低效性的常數，P₀表示每個用戶組的基本功耗；約束條件為總輻射能量小于某個定值；

(3)根據最優化理論引入輔助變量對原始優化問題進行等效變換；其中根據最優化理論引入輔助變量和r，得到等效問題：

其中，P是衛星發射功率的上限；

(4)引入數學期望的近似和半正定松弛，對等效優化問題進行轉化；其中半正定松弛轉化后的問題表示為：

其中，為引入的隨機變量q_i的自相關矩陣，w_l為用戶組的預編碼矢量，為估計信道矢量，上標H表示共軛轉置，diag(·)表示向量對角化，Tr(·)表示矩陣的跡；

(5)利用序貫優化方法和二分法，引入輔助變量，得到半正定松弛下的最優解；其中使用序貫優化方法和二分法轉化后的問題表示為：

β≥0,

其中，r、分別為二分法中初始化的下界和上界，

λ為迭代次數，N₀為噪聲方差，

(6)判斷步驟(5)所得解的秩是否為一，若為一，則采用特征值分解，得到原始優化問題的最優預編碼矢量；

(7)若秩不為一，則采用高斯隨機化方法進行功率再分配，得到每個用戶組滿足秩一條件的次優預編碼矢量。

2.根據權利要求1所述的能效保障的多波束衛星通信魯棒預編碼方法，其特征在于，所述步驟(1)中引入的隨機變量表示為其中表示實值高斯分布，為相位誤差的方差，I為單位矩陣，下標i表示用戶組中的用戶編號。

3.根據權利要求2所述的能效保障的多波束衛星通信魯棒預編碼方法，其特征在于，所述步驟(2)中，⊙表示哈達瑪積，|·|表示向量的模。

4.根據權利要求3所述的能效保障的多波束衛星通信魯棒預編碼方法，其特征在于，所述步驟(4)中將數學期望近似為

5.根據權利要求4所述的能效保障的多波束衛星通信魯棒預編碼方法，其特征在于，所述步驟(6)中判斷上述問題的解的秩是否為一，若為一，則采用特征值分解得到原始優化問題的最優解；否則，所述步驟(7)中利用高斯隨機化方法進行功率再分配，具體而言：首先對次優預編碼矩陣進行特征值分解，生成對應的高斯候選預編碼矢量，其次，對于多次高斯隨機化過程，利用序貫優化方法和二分法對重新分配功率的能量效率最大化問題進行轉化，最后在所獲得的高斯隨機化結果中選擇最優解對應的功率分配矢量，進而獲得每個用戶組的次優預編碼矢量。