一种MISO系统中最优组播鲁棒发射波束形成方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及信号处理技术领域，公开了一种MISO系统中最优组播鲁棒发射波束形成方法及系统，包括以下步骤：S1.获取多输入单输出系统的信道状态信息，根据信道状态信息，建立信号信噪比模型；将多输入单输出系统称为MISO系统；S2.根据信号信噪比模型建立波束形成的通信模型，并将传输功率最小化作为优化指标建立优化目标函数；S3.分析信道状态信息的不确定性和特定方向传输功率的不确定性，建立不确定性模型，得到不确定集；S4.将建模的不确定集代入到优化目标函数中进行鲁棒性优化；通过迭代算法，得到最优组播鲁棒发射波束。本发明专利技术解决了现有技术无法充分考虑信道状态信息的问题，且具有鲁棒性高，贴近实际应用的特点。贴近实际应用的特点。贴近实际应用的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种MISO系统中最优组播鲁棒发射波束形成方法及系统


[0001]本专利技术涉及信号处理
，更具体的，涉及一种MISO系统中最优组播鲁棒发射波束形成方法及系统。

技术介绍

[0002]MISO，即多输入单输出，是一种用于无线通信的天线技术，在这种技术里，源，即发射器，使用的是多路天线，并对它们进行了组合以达到最小的误差和最优的数据传输速度。目的地，即接收器，只有一根天线。MISO是智能天线技术几种形式中的一种，其他的几种是MIMO即多路进，多路出，和SIMO即一路进，多路出。
[0003]在MISO下行通信系统中，线性波束形成技术在提高频谱效率和减少相互干扰方面发挥了重要作用。在现有的许多波束形成优化设计中，服务质量(Quality
‑
of
‑
service,简称QoS)设计问题通常是为了使基站的功耗在接收机信噪比约束下最小化。在这种设计中，接收机必须能够在发射机处获得信道状态信息并确定信噪比。然而，在实际应用中，通常只有估计和不完美的信道状态信息，从而导致信噪比的计算不准确。为了解决不准确的问题，必须考虑这些估计中存在的不确定性。一个突出有效的方法是设计波束形成矢量，使它们对信道状态信息的不确定性具有鲁棒性。
[0004]近年来，基于最坏情况的鲁棒波束形成优化在不同的通信系统中已经广泛研究发展了，而对于实际信道的不确定集常被建模为球或椭球集，并常使用传统的S
‑
引理来解决优化问题。而在近年来，建立了一个扩展的S
‑
引理来解决频分双工系统的鲁棒波束形成问题。而在本次将信道状态信息的不确定性建模为两个齐次的不等式与一个非齐次的等式，将不确定性考虑到用户服务的约束，并对特定方向的功率约束加入椭球集的不确定性，考虑在该情况下最小化传输功率问题。该问题考虑不完美的信道状态信息，以提高整体系统的鲁棒性，并提出解决该问题的一种有效方法。
[0005]现有一种基于中断概率约束的MISO窃听信道下二维鲁棒波束成形方法，该方法提出MISO窃听信道鲁棒波束成形方案，在单组多播的情况下，利用二分法，半定松弛和Bernstein
‑
type不等式把带有中断概率约束的非凸问题转化为一系列的半定规划问题，借助高斯变量得到最优鲁棒波束成形设计，有效地提高通信系统的保密速率，降低窃听用户的窃听能力，提高通信系统的安全性。
[0006]然而现有技术存在无法充分考虑信道状态信息的问题，因此如何专利技术一种MISO系统中最优组播鲁棒发射波束形成方法，是本
亟需解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了解决现有技术无法充分考虑信道状态信息的问题，提供了一种MISO系统中最优组播鲁棒发射波束形成方法及系统，其具有鲁棒性高，贴近实际应用的特点。
[0008]为实现上述本专利技术目的，采用的技术方案如下：
[0009]一种MISO系统中最优组播鲁棒发射波束形成方法，包括以下步骤：
[0010]S1.获取多输入单输出系统的信道状态信息，根据信道状态信息，建立信号信噪比模型；将多输入单输出系统称为MISO系统；
[0011]S2.根据信号信噪比模型建立波束形成的通信模型，并将传输功率最小化作为优化指标建立优化目标函数；
[0012]S3.分析信道状态信息的不确定性和特定方向传输功率的不确定性，建立不确定性模型，得到不确定集；
[0013]S4.将建模的不确定集代入到优化目标函数中进行鲁棒性优化；通过迭代算法，得到最优组播鲁棒发射波束。
[0014]优选的，所述的步骤S1中，根据信道状态信息，建立信号信噪比模型，具体为，将信道状态信息表示为其中e
k
是信道方向误差，u
k
是信道估计误差和过时信道效益，α
k
为量化乘子，为为描述信道方向的码本元素：
[0015][0016]其中，k表示第k个用户，SNR
k
为第k个用户的信号信噪比，w为波束形成向量，表示基站和第k个用户之间的信道信息，其中为复数集合，N
t
为天线数目，是可加性零均值圆复高斯噪声的方差。
[0017]11.进一步的，所述的步骤S2中，通信模型设有2个约束，2个约束分别为满足给定信噪比下的通信服务质量约束和特定方向传输功率约束；将通信服务质量约束用信噪比约束代替，并考虑不确定性，将步骤S2的优化目标函数表示为：
[0018][0019][0020][0021]其中L为最大传输方向数量，K为最大用户数量，η
l
为l个方向的预设功率门限值，g
l
表示第l个特定传输方向，σ
k
和γ
k
是给定的功率门限，表示实数集，表示任意一个，‖
˙
‖示矩阵的2
‑
范数。
[0022]更进一步的，所述的步骤S3中，分析信道状态信息的不确定性，建立不确定性模型，得到不确定集，具体步骤为：
[0023]S301.根据e
k
和u
k
的性质，将信道状态信息的不确定性建模为ε
′
k
：
[0024][0025]其中，β
k
为表示信道估计误差和过时信道效益u
k
的扰动半径；
[0026]S302.设参数将不确定集ε
k
表示为：
[0027][0028]其中，N
t
为天线个数，为N
t
维度的复数集合，表示属于N
t
×
N
t
的复数集合；
[0029]S303.根据传输方向的失配误差进行建模，得到传输方向的不确定集ε
l
：
[0030][0031]其中，∈
l
为提前给定的扰动集半径。
[0032]更进一步的，鲁棒性优化可表示为：
[0033][0034]s.t
[0035]鲁棒性优化约束1：
[0036][0037]鲁棒性优化约束2：
[0038][0039]其中，其中Δ
l
属于传输方向的不确定集ε
l
。
[0040]更进一步的，所述的步骤S4中，将建模的不确定集代入到优化目标函数中进行鲁棒性优化；通过迭代算法，得到最优组播鲁棒发射波束的具体步骤为:
[0041]S401.通过相位旋转和半正定松弛和强对偶定理，将鲁棒性优化约束1的问题用其对偶问题代替，得到第一凸约束：
[0042][0043][0044]x
k1
≥0,x
k3
≤0
[0045]其中的表示半正定；x
k1
、x
k2
、x
k3
为对偶变量；A
ki
，i＝1,2,3，表示变化后的矩阵；
[0046]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MISO系统中最优组播鲁棒发射波束形成方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.获取多输入单输出系统的信道状态信息，根据信道状态信息，建立信号信噪比模型；将多输入单输出系统称为MISO系统；S2.根据信号信噪比模型建立波束形成的通信模型，并将传输功率最小化作为优化指标建立优化目标函数；S3.分析信道状态信息的不确定性和特定方向传输功率的不确定性，建立不确定性模型，得到不确定集；S4.将建模的不确定集代入到优化目标函数中进行鲁棒性优化；通过迭代算法，得到最优组播鲁棒发射波束。2.根据权利要求1所述的MISO系统中最优组播鲁棒发射波束形成方法，其特征在于：所述的步骤S1中，根据信道状态信息，建立信号信噪比模型，具体为，将信道状态信息表示为其中e
k
是信道方向误差，u
k
是信道估计误差和过时信道效益，α
k
为量化乘子，h
qk
为为描述信道方向的码本元素：其中，k表示第k个用户，SNR
k
为第k个用户的信号信噪比，w为波束形成向量，表示基站和第k个用户之间的信道信息，其中为复数集合，N
t
为天线数目，是可加性零均值圆复高斯噪声的方差。3.根据权利要求2所述的MISO系统中最优组播鲁棒发射波束形成方法，其特征在于：所述的步骤S2中，通信模型设有2个约束，2个约束分别为满足给定信噪比下的通信服务质量约束和特定方向传输功率约束；将通信服务质量约束用信噪比约束代替，并考虑不确定性，将步骤S2的优化目标函数表示为：将步骤S2的优化目标函数表示为：将步骤S2的优化目标函数表示为：其中L为最大传输方向数量，K为最大用户数量，η
l
为l个方向的预设功率门限值，g
l
表示第l个特定传输方向，σ
k
和γ
k
是给定的功率门限，表示实数集，表示任意一个，‖
·
‖示矩阵的2
‑
范数。4.根据权利要求3所述的MISO系统中最优组播鲁棒发射波束形成方法，其特征在于：所述的步骤S3中，分析信道状态信息的不确定性，建立不确定性模型，得到不确定集，具体步骤为：S301.根据e
k
和u
k
的性质，将信道状态信息的不确定性建模为ε
′
k
：其中，β
k
为表示信道估计误差和过时信道效益u
k
的扰动半径；S302.设参数将不确定集ε
k
表示为：
其中，N
t
为天线个数，为N
t
维度的复数集合，表示属于N
t
×
N
t
的复数集合；S303.根据传输方向的失配误差进行建模，得到传输方向的不确定集ε
l
：其中，∈
l
为提前给定的扰动集半径。5.根据权利要求4所述的MIS...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯靖恒，黄永伟，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：