[發明專利]非完美信道狀態下的移動中繼輔助魯棒MIMO高速通信傳輸方法

在審

• 申請號: 202111682823.3
• 申請日: 2021-12-31
• 公開（公告）號: CN114337744A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 張華;曾成;王俊波
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0426;H04B7/185
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 秦秋星

1.一種非完美信道狀態下的移動中繼輔助魯棒MIMO高速通信傳輸方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1、用戶向地面控制中心發送通信需求，所述地面控制中心接收多用戶通信需求后整理用戶的位置信息和通信息；隨后派遣多天線自主移動設備，將其作為地面基站的中繼提供MIMO高速通信服務；所述用戶的位置信息和通信息包括：用戶分組，用戶歷史軌跡，用戶當前坐標，用戶需求，以及任務周期長度；

步驟S2、根據S1收到的多用戶信息，整理多用戶坐標和歷史軌跡；采用離散時隙方法，將整個任務周期離散化若干個長度很短的實習序列，然后計算每個時隙下的用戶坐標；

步驟S3、根據S2得到的時隙化用戶坐標和信道估計誤差模型，建立當前時隙下基于非完美信道信息的MIMO基站到移動中繼信道模型，以及移動中繼到多用戶的信道模型，然后建立非完美信道信息下對應傳輸模型和傳輸速率；

步驟S4、根據S2得到的時隙化用戶信息以及S3得到的無線信號傳輸模型，建立當前時隙面向多天線多用戶的魯棒波束賦形策略優化問題，然后對該魯棒波束賦形優化問題的目標函數進行處理后，采用MIMO系統魯棒波束賦形優化算法迭代求解，得到當前時隙最優的基站魯棒波束賦形向量和傳輸功率、自主移動基站魯棒波束賦形向量以及傳輸功率，最終迭代求解當前時隙優化問題確定最優的波束方向以及傳輸功率；

步驟S5、建立基于用于非完美MIMO信道狀態下的多天線移動中繼的動力學模型；在動力學模型上建立當前時隙多天線移動中繼軌跡優化問題，并將當前時隙軌跡優化問題轉化為易于求解的形式，最后利用移動中繼軌跡優化算法進行迭代求解得當前時隙到移動中繼的最優軌跡；

步驟S6、建立當前時隙下的聯合非完美信道信息下MIMO系統魯棒波束賦形策略和移動中繼軌跡設計的優化算法，迭代加載步驟S4中的MIMO系統魯棒波束賦形優化算法和步驟S5中的移動中繼軌跡優化算法，直到輸出的MIMO系統吞吐量穩定，最終確定包含MIMO系統波束賦性策略和多天線移動中繼軌跡設計的當前時隙下最優的用于非完美MIMO信道狀態下的多天線移動中繼輔助的魯棒通信方法，并根據該方法向用戶持續提供高速通信服務；

步驟S7、基于步驟S6的聯合非完美信道信息下MIMO系統魯棒波束賦形策略和移動中繼軌跡設計的優化算法，完成所有時隙的計算，并將所有時隙的結果結合，構成整個任務周期包含魯棒波束賦形策略和移動中繼軌跡的高速傳輸方法；地面控制中心控制移動中繼按照最優的高速傳輸方法為用戶提供寬帶高速通信服務。

2.根據權利要求1所述一種非完美信道狀態下的移動中繼輔助魯棒MIMO高速通信傳輸方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括：

步驟S201、首先建立三維卡迪爾坐標系，包括用以表示地面坐標的橫軸x，縱軸y，以及海拔高度z軸；地面基站假設位于原點，坐標表示為w_b＝[0，0，h_b]，其中h_b表示地面基站的天線高度；同時根據用戶信息，在坐標系上構建映射用戶對應坐標；假設一共有M個用戶，且用戶在過程中保持靜止，第m個用戶坐標可以表示為q_s，m＝(x_s，m，y_s，m，h_s，m)；

步驟S202、采用時間離散化的方法，將整個任務周期長度T離散成為N個等間隔長度很短的時隙，時隙長度為δ_t，即T＝Nδ_t；當δ_t取足夠小時，多天線移動中繼在每一個時隙中即可視為位置恒定；因此，移動中繼的軌跡即可近似為N個長度的序列其中，x_u[n]，y_u[n]和h_u[n]分別表示第n個時隙下移動中繼的橫坐標，縱坐標以及高度；

步驟S203、基于步驟S201得到的用戶坐標，計算時隙為n時，地面基站到移動中繼的通信鏈路距離以及移動中繼到用戶m的通信鏈路距離