多天线组播系统基于最大最小波束成型的容量估计方法技术方案

本发明专利技术多天线组播系统基于最大最小波束成型的容量估计方法，特征是基站基于传统的最大最小波束成型方法，利用延迟信道状态信息和多普勒频移对每个用户的接收信噪比进行估计，进而得到组播系统的当前的容量估计值作为数据速率进行传输；本发明专利技术中由于基站选取估计得到的容量值作为当前的数据速率进行传输，补偿了延迟信道状态信息对系统容量产生的影响，使得基站选取的数据速率与当前的系统容量更加匹配，大大降低了系统的中断概率，从而可以获得较大的系统传输速率提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于移动通信多输入多输出(MIMO)天线
，特别涉及时分双工 (TDD)组播系统在基站仅具有延迟信道状态信息(CSIT)场景下基于最大最小波束成型 (MMBF)的组播系统容量估计方法。
技术介绍
《国际电子与电气工程师协会信号处理学报》(“TransmitBeamforming for PhysicalLayer Multicasting，，，IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 54, Issue 6，June 2006, pp. 2239-2251)中提出，在多天线组播系统中基站具有完全的信道状态信息时，最大最小波束成型(MMBF)问题可以通过半正定松弛-随机化方法求解。 《2006 年信息理论国际会议》(“Capacity Limits of Multiple Antenna Multicast，，， IEEEInternational Symposium on Information Theory, July 2006,pp. 1841-1845)所公布的研究表明，当组播组内用户数一定时，该MMBF方法的性能随着发射天线数的增大而增大，逼近组播系统容量。但这种方法直接应用到基站仅具有延迟CSIT的组播系统中时，由于信道状态信息的不匹配，系统中断概率会很高，因此系统获得的传输速率将很差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种，利用延迟信道状态信息和多普勒频移进行组播系统容量估计，以提高系统的传输速率。本专利技术，设在基站配置 N根天线和K个用户分别配置单根天线的时分双工(TDD)组播系统中，在第η时刻基站到第 i个用户的信道矩阵hi [η]是NXl维复矩阵，服从均值为零、方差为一的循环对称复高斯分布，用户序号i = 1，2，. . .，Κ ；首先，在第η时刻，基站设计最大化所有用户的最小接收信噪比的波束成型矢量Wd [η]，其中，Wd [η]是NX 1维复矢量，由最大最小波束成型公式Η 2ma^ min Ρ/σ2 (h^n-D]) wD[n]jjw^[ ]|| <i计算得到，D是上行信道估计和下行传输之间延迟的码元时间个数，Iii [n-D]表示基站在D时刻之前到第i个用户的信道矩阵，P为基站的发射功率，σ 2为叠加在用户接收信号上的噪声功率；在第η时刻，基站发送给用户的信号乘以此波束成型矢量wD[n]后被发送出去；其特征在于基站对第η时刻的组播系统容量进行估计第η时刻第i个用户接收信噪比的统计下界为r!°wer[η] = Ρ/σ2〔P!2 |(h;[n-D])HwD[n}\ +[n{\-pf)-2Pi>(1-P!2)丨㈣[η-D]|)||wD[n]f )， 式中P i是第i个用户第η时刻的信道矩阵Iii [η]与第D个码元时刻之前的信道矩阵hJn-D]之间的相关系数；取该统计下界与零两者的最大值作为第i个用户接收信噪比的估计值取所有用户接收信噪比估计值的最小值Jn2in^W作为信噪比SNR代入香农容量公式C = log2(l+SNR),其中，C表示容量，SNR表示信噪比；得到第η时刻的容量估计值本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种多天线组播系统基于最大最小波束成型的容量估计方法，设：在基站配置Ｎ根天线和Ｋ个用户分别配置单根天线的时分双工组播系统中，在第ｎ时刻基站到第ｉ个用户的信道矩阵ｈｉ［ｎ］是Ｎ×１维复矩阵，服从均值为零、方差为一的循环对称复高斯分布，用户序号ｉ＝１，２，．．．，Ｋ；首先，在第ｎ时刻，基站设计最大化所有用户的最小接收信噪比的波束成型矢量ｗＤ［ｎ］，其中，ｗＤ［ｎ］是Ｎ×１维复矢量，由最大最小波束成型公式（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｕｎｄｅｒ）?（ｍｉ）ｍａｘ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）｜（／ｍｏ）?（ｍｏ）｜（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｗ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｄ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（ｍｏ）｜（／ｍｏ）?（ｍｏ）｜（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）＆ｌｅ；（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｕｎｄｅｒ）?（ｍｕｎｄｅｒ）?（ｍｉ）ｍｉｎ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｎ）１，２（／ｍｎ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｏ）．（／ｍｏ）?（ｍｏ）．（／ｍｏ）?（ｍｏ）．（／ｍｏ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）Ｋ（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｕｎｄｅｒ）?（ｍｉ）Ｐ（／ｍｉ）?（ｍｏ）／（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）＆ｓｉｇｍａ；（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）｜（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｈ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｉ）Ｄ（／ｍｉ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｈ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｗ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｄ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（ｍｏ）｜（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）计算得到，Ｄ是上行信道估计和下行传输之间延迟的码元时间个数，ｈｉ［ｎ－Ｄ］表示基站在Ｄ时刻之前到第ｉ个用户的信道矩阵，Ｐ为基站的发射功率，σ２为叠加在用户接收信号上的噪声功率；在第ｎ时刻，基站发送给用户的信号乘以此波束成型矢量ｗＤ［ｎ］后被发送出去；其特征在于：基站对第ｎ时刻的组播系统容量进行估计：第ｎ时刻第ｉ个用户接收信噪比的统计下界为（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）＆ｇａｍｍａ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｌｏｗｅｒ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｉ）Ｐ（／ｍｉ）?（ｍｏ）／（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）＆ｓｉｇｍａ；（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）＆ｒｈｏ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）｜（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｈ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｉ）Ｄ（／ｍｉ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｈ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｗ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｄ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（ｍｏ）｜（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）Ｎ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）＆ｒｈｏ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｉ）＆ｒｈｏ；（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｑｒｔ）?（ｍｉ）Ｎ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）＆ｒｈｏ；（／ｍｉ...

【技术特征摘要】
1. 一种多天线组播系统基于最大最小波束成型的容量估计方法，设在基站配置N根天线和K个用户分别配置单根天线的时分双工组播系统中，在第η时刻基站到第i个用户的信道矩阵Iii [η]是NXl维复矩阵，服从均值为零、方差为一的循环对称复高斯分布，用户序号i = 1，2，. . .，K ；首先，在第η时刻，基站设计最大化所有用户的最小接收信噪比的波束成型矢量Wd [η]，其中，Wd [η]是NX 1维复矢量，由最大最小波束成型公式max min Ρ/σ2 (h,[n-D])H wD[η]2||wb[ ]|2<i 1=、2，…，k计算得到，D是上行信道估计和下行传输之间延迟的码元时间个数，h.tn-D]表示基站在D时刻之前到第i个用户的信道矩阵，P为基站的发射功率，σ 2为叠加在用户接收信号上的噪声功率；在第η时刻，基站发送给用户...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏云凤，邱玲，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34