多小区MIMO系统中块对角化辅助的鲁棒收发机设计方法技术方案

本发明专利技术提供一种多小区MIMO系统中块对角化辅助的鲁棒收发机设计方法，包括步骤1：设置多小区MIMO系统的运行模式；步骤2：定义单个用户或接收机的信干噪比，计算第k个用户或接收机的信干噪比；步骤3：各发射机根据本地的估计信道进行块对角化预编码；步骤4：计算信道存在有界误差时信干噪比的下界值；步骤5：以信干噪比的下界值作为最坏情况的信干噪比，引入松弛变量，以凸优化法转化为求解发射机或接收机的波束成形向量问题；步骤6：通过交替优化方法得到鲁棒的波束成形向量。本发明专利技术对有界误差具有较强鲁棒性，每个发射机仅使用本地的CSI进行块对角化预编码，降低了反馈开销，并保证了最小的SINR性能。

Block diagonalization aided robust transceiver design method in multi cell MIMO systems

The present invention provides a robust transceiver design method of auxiliary block diagonalization of a multi cell MIMO system, comprising the steps of: 1 operating mode in multi cell MIMO systems; step 2: define a single user or receiver SINR, calculate the K user or receiver SINR; step 3: according to the local transmitter channel estimation for block diagonalization pre encoding; step 4: calculate the channel with bounded error when the SINR of the lower limit value; step 5: the SINR of lower bound value as the worst SINR, the slack variable is introduced to convex optimization method into vector forming to solve the problem of beam transmitter or receiver; step 6: through the alternating optimization method to achieve robust beamforming vector. The invention has strong robustness to bounded errors, and each transmitter uses block encoding precoding only by using local CSI, thereby reducing the feedback overhead and ensuring the minimum SINR performance.

【技术实现步骤摘要】
多小区MIMO系统中块对角化辅助的鲁棒收发机设计方法
本专利技术涉及的是一种无线通信
的方法，具体是一种多小区MIMO系统中块对角化辅助的鲁棒收发机设计方法。
技术介绍
近年来，随着无线通信技术的飞速发展，无线通信大业务量、高速率和高频谱效率的要求日益迫切。在未来无线通信系统中，发射机均采用全频率复用，使得多小区多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)系统中的小区间干扰更为复杂。作为抑制多小区MIMO系统中小区间干扰的关键技术，多个基站协作的收发机联合设计方法成为研究热点之一。根据小区内用户数量，从信息论角度，多小区MIMO系统分为多小区MIMO干扰信道和多小区MIMO干扰广播信道。在多小区MIMO干扰信道中，每个小区内有一个多天线用户；在多小区MIMO干扰广播信道中，每个小区内有多个多天线用户。这里考虑多小区MIMO干扰信道。通常，联合收发机设计的目标是优化某个特定的系统效用函数，包括和速率最大化、用户公平策略等。经过对现有技术的检索，L.Li,L.QiuandG.Wei等人2012年在ElectronicsLetters发表的名称为“DecentralisedprecodingschemeforMIMOinterferencechannel(MIMO干扰信道中分布式的预编码策略)”一文中把和速率最大化作为优化目标。和速率最大化方法把更多的资源用于信道情况好的用户能获得较高的系统容量，但是牺牲了用户的公平性。从用户公平性考虑，一类重要的联合收发机设计是基于SINR的优化方案。Y.-F.Liu,Y.-H.Dai,Z.-Q.Luo等人2013年在IEEETrans.SignalProcess上发表的“Max-minfairnesslineartranceiverdesignproblemforamulti-userMIMOinterferencechannel(多用户MIMO干扰信道中最大-最小公平性线性收发机设计问题)”一文中把基于用户公平性的最大-最小信干噪比优化问题作为优化目标。Y.-F.Liu,M.HongandY.-H.Dai等人2013年在IEEESignalProcess.Lett上发表了“Max-minfairnesslineartranceiverdesignproblemforamulti-userSIMOinterferencechannelispolynomialtimesolvable(多用户SIMO干扰信道中的最大-最小公平性线性收发机设计问题是多项式时间可解的)”一文中证明在接收波束成形向量固定的单输入多输出干扰信道中，Max-MinSINR预编码设计问题能够在多项式时间(polynomialtime)求解。M.Bengtsson,B.Ottersten等2002年IEEETrans.WirelessComm上发表了“Jointtransmitterreceiverdiversityforefficientspacedivisionmulti-access(高效空分多址中的联合收发机分集)”一文指出联合发送接收波束成形问题可通过交替优化算法求解。R.Mochaourab,P.CaoandE.Jorswieck等人2014年在IEEESignalProcess.Letters上发表了“AlternatingrateprofileoptimizationinsinglestreamMIMOinterferencechannels(单流MIMO干扰信道中的交替速率优化)”一文中提出在单流MIMO信道中采用交替优化的方式实现max-minSINR优化。但是，实际系统中，发射机和接收机都很难获得理想的信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI)，鲁棒的波束成形算法设计是实际场景中获得有效增益的一个关键因素。在MIMO干扰信道中，SINR信号与干扰加噪声比(SignaltoInterferenceplusNoiseRatio)依赖于发射机和接收机两方面的策略，与MISO信道相比，其耦合性更强，表达式更复杂，因此MISO情况下已有的方案不能直接扩展到MIMO场景中。J.Wang,M.BengtssonandB.Ottersten等人发表的“RobustMIMOprecodingforseveralclassesofchanneluncertainty(针对几类非理想信道的鲁棒MIMO预编码)”一文中研究了单小区MIMO信道中鲁棒的预编码设计方法。在K对准静态的MIMO干扰信道中，E.Chiu,V.K.N.Lau,H.Huang等人2010年在IEEETrans.WirelessCommun上发表的“RobusttransceiverdesignforK-pairsquasi-staticMIMOinterferencechannelsviasemi-definiterelaxation(K对准静态的MIMO干扰信道中由半正定松弛实现的鲁棒收发机设计)”一文中考虑存在有界误差情况下SINR公平性优化问题，通过半正定松弛提出了鲁棒的波束成形算法；该算法要求CSI误差完全限定在有界的误差的误差界上。R.S.Guiazon,K.K.WongandD.Wisely等人2014年在IEEEWirelessCommun.Lett发表的“CapacityanalysisofinterferencealignmentwithboundedCSIuncertainty(基于有界误差条件下干扰对齐的容量分析)”一文给出了MIMO干扰信道存在有界误差情况下，采用干扰对齐波束成形算法得到的容量下界。M.J.Rahman,M.NooriandL.Lampe等人2015年在IEEEWCNC上发表的“Alow-complexitydesignforrobustSINRfairnessinMIMOinterferencenetworks”一文中提出了一种基于干扰对齐的鲁棒波束成形算法。众所周知，基于干扰对齐的算法存在一定的限制，如对发送天线的维数要求较高，且仅在高信噪比情况下最优。Q.Zhang,C.HeandL.Jiang等人2013年在IEEEGLOBLECOM上发表的“Robustper-streamMSEbasedtransceiverdesignforMIMOinterferencechannel(MIMO干扰信道中基于每个流MSE的鲁棒收发机设计)”一文中考虑了基于MSE优化的鲁棒波束成形方法。
技术实现思路
本专利技术在现有技术基础上，提出一种多小区MIMO系统中块对角化辅助的鲁棒收发机设计方法。根据本专利技术提供的多小区MIMO系统中块对角化辅助的鲁棒收发机设计方法，包括以下步骤：步骤1：设置多小区MIMO系统的运行模式；步骤2：定义单个用户或接收机的信干噪比，计算第k个用户或接收机的信干噪比，k为多小区内任一用户或接收机的序号；步骤3：各发射机根据本地的估计信道进行块对角化预编码，消除部分对非同一小区接收机的干扰；步骤4：计算信道存在有界误差时信干噪比的下界值；步骤5：以信干噪比的下界值作为最坏情况的信干噪比，引入松弛变量，以凸优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多小区MIMO系统中块对角化辅助的鲁棒收发机设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：设置多小区MIMO系统的运行模式；步骤2：定义单个用户或接收机的信干噪比，计算第k个用户或接收机的信干噪比，k为多小区内任一用户或接收机的序号；步骤3：各发射机根据本地的估计信道进行块对角化预编码，消除部分对非同一小区接收机的干扰；步骤4：计算信道存在有界误差时信干噪比的下界值；步骤5：以信干噪比的下界值作为最坏情况的信干噪比，引入松弛变量，以凸优化法转化为求解发射机或接收机的波束成形向量问题；步骤6：通过交替优化方法得到鲁棒的波束成形向量，所述交替优化方法是指：首先固定发送波束成形向量，通过求解SOCP问题获得接收波束成形向量；然后固定接收波束成形向量，求解SOCP问题得到新的接收波束成形向量。

【技术特征摘要】
1.一种多小区MIMO系统中块对角化辅助的鲁棒收发机设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：设置多小区MIMO系统的运行模式；步骤2：定义单个用户或接收机的信干噪比，计算第k个用户或接收机的信干噪比，k为多小区内任一用户或接收机的序号；步骤3：各发射机根据本地的估计信道进行块对角化预编码，消除部分对非同一小区接收机的干扰；步骤4：计算信道存在有界误差时信干噪比的下界值；步骤5：以信干噪比的下界值作为最坏情况的信干噪比，引入松弛变量，以凸优化法转化为求解发射机或接收机的波束成形向量问题；步骤6：通过交替优化方法得到鲁棒的波束成形向量，所述交替优化方法是指：首先固定发送波束成形向量，通过求解SOCP问题获得接收波束成形向量；然后固定接收波束成形向量，求解SOCP问题得到新的接收波束成形向量。2.根据权利要求1所述的多小区MIMO系统中块对角化辅助的鲁棒收发机设计方法，其特征在于，所述步骤1包括：在多小区MIMO系统中，每个小区有一个发射机并服务一个接收机，每个发射机的天线数M，K个发射机采用全频率复用进行协作，每个接收机有N个接收天线，第k个发射机的功率约束Pk，第k个发射机发送单流数据给第k个接收机，第k个接收机接收到的加性高斯白噪声向量服从零均值、协方差为I的复高斯分布，其中：k＝1,...,K。3.根据权利要求2所述的多小区MIMO系统中块对角化辅助的鲁棒收发机设计方法，其特征在于，所述步骤2包括：第k个接收机的信干噪比定义为式中，Hki为第i个发射机到第k个接收机的实际信道状态信息，其中：k,i＝1,...,K，k＝1,...,K，fk为第k个发射机的发送波束成形向量，fi表示第i个发射机的发送波束成形向量，uk为第k个接收机的接收波束成形向量，表示uk的共轭转置，σk表示第k个接收机接收到的加性高斯白噪声的协方差，其中：k＝1,...,K。4.根据权利要求3所述的多小区MIMO系统中块对角化辅助的鲁棒收发机设计方法，其特征在于，所述步骤3包括：令||uk||2＝1，定义信道存在有界误差时第k个接收机的信干噪比为：式中，表示信道存在有界误差时第k...

【专利技术属性】
技术研发人员：李从改，何晨，蒋铃鸽，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31