多小区多用户系统中基于用户公平性的鲁棒预编码方法技术方案

本发明专利技术提供一种在多小区多用户系统中基于用户公平性的鲁棒预编码方法，具体包括以下步骤：设置系统参数；定义MSEmk为第m个小区的第k个用户的MSE；定义信道存在有界误差时第m个小区的第k个用户的均方误差；参数定义；信道信息存在有界误差情况下，用代价函数作为修正的均方误差；引入松弛变量，把存在有界误差的子问题转化成GEVP问题求解。本发明专利技术能有效处理有界误差的影响，保证了用户间的公平性，分布式算法降低了反馈开销，获得较好的误比特率性能。

【技术实现步骤摘要】
多小区多用户系统中基于用户公平性的鲁棒预编码方法
本专利技术涉及的是一种无线通信
的方法，具体是一种多小区多用户系统中基于用户公平性的鲁棒预编码方法。
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。在下一代无线通信系统中，频率复用因子为1，存在严重的小区间干扰(Inter-CellInterference，ICI)。作为抑制ICI的关键技术，多个基站相互合作的多小区通信系统成为研究热点之一。根据基站协作的程度，分为联合处理(JointProcessing,JP)和协调波束成形(CoordinatedBeamforming,CBF)。在JP模式，相互合作的基站共享数据信息和信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI)；在CBF模式，相互合作的基站仅共享CSI。这里考虑CBF模式。目前，多小区协作传输的信号处理方法主要从两个角度考虑：1)提高系统总的性能；2)保证用户间的公平性。现有技术中公开了H.DahroujandW.Yu的文献“Coordinatedbeamformingforthemulti-cellmulti-antennawirelesssystem(多小区多天线无线系统的协作波束成形),”IEEETrans.WirelessCommun.,vol.9,no.5,pp.1748-1759,May2010，根据多小区TDD系统的上下行对偶，把SINR限制条件下的最大化总发送功率问题转化成上行功率优化问题，利用拉格朗日对偶理论实现分布式求解。Q.J.Shi,M.Razaviyayn,Z.Q.Luo,andC.He的文献“AniterativelyweightedMMSEapproachtodistributedsum-utilitymaximizationforaMIMOinterferingbroadcastchannel(MIMO干扰广播信道和利用率最大化的分布式迭代加权最小均方误差方法),”IEEETrans.onSignalProcess.,vol.59,no.9,pp.4331–4340,Sept.2011，利用加权和均方误差和加权和速率的关系设计迭代的WMMSE(WeightedMinimumMeanSquareError)算法解决MIMO广播干扰信道的加权和速率最大化问题。H.Park,S.Park,H.Kong,andI.Lee的文献“WeightedsumMSEminimizationunderper-BSpowerconstraintfornetworkMIMOsystems(MIMO网络系统中每个基站功率限制下的加权和MSE(MeanSquareError，均方差)最小化),”IEEECommun.Letters,vol.16,no.3,pp.360-363,Mar.2012，构造拉格朗日函数，利用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件，求解每个基站功率限制下的加权和MSE最小化问题。T.M.Kim,F.Sun,andA.J.Paulraj的文献“Low-complexityMMSEprecodingforcoordinatedmultipointwithper-antennapowerconstraint(多点协作中每个天线功率限制下的低复杂度的MMSE预编码),”IEEESignalProcess.Letters,vol.20,no.4,pp.395-398,April2013，基于泄漏MMSE方法，把每个天线功率限制下的总MSE问题转化成分布式的分布式优化问题，利用拉格朗日对偶方法和KKT条件，获得低复杂度的预编码算法。Y.Huang,G.Zheng,M.Bengtsson,K.Wong,L.Yang,B.Ottersten的文献“Distributedmulticellbeamformingdesignapproachingparetoboundarywithmax-minfairness(基于最大最小公平性渐进帕累托界的分布式多小区波束成形设计),”IEEETrans.WirelessCommun.,vol.11,no.8,pp.2921-2933,Aug.2012，基于用户的公平性，解决最大最小速率问题，采用近似的上下行对偶方法，提出了一种迭代的分布式波束成形算法逼近帕勒托界。但是，实际系统中，很难获得理想的信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI)，需要考虑有CSI误差鲁棒性传输。根据CSI误差的特点，可分别建立统计误差模型和有界误差模型。考虑有界误差模型，C.Shen,K.Wang,Z.QiuandC.Chi的文献“Worst-caseSINRconstrainedrobustcoordinatedbeamformingformulticellwirelesssystems(多小区无线系统中最差SINR限制下的鲁棒协作波束成形),”inproc.IEEEInt.Conf.Commun.(ICC),Kyoto,Japan,May2011，采用半正定规划(SemidefiniteProgram,SDP)和S-处理(S-Procedure)，解决最差SINR限制下的总功率最小化问题。A.Tajer,N.Prasad,andX.Wang的文献“Robustlinearprecoderdesignformulti-celldownlinktransmission(多小区下行传输中鲁棒的线性预编码设计),”IEEETrans.SignalProcess.,vol.59,no.1,pp.235-251,Jan.2011，分别考虑每个小区单用户和每个小区多用户的多小区场景，考虑每个基站功率限制下最大化最差情况下最小SINR问题及其对偶问题，建立原问题与对偶问题的等价关系，采用二阶锥规划(Second-OrderCone,SOC)求解最差情况SINR限制下的每个小区功率最小化问题，根据原问题与对偶问题的等价关系，获得波束成形矢量或波束成形矩阵；把最差情况的MSE优化问题转化广义特征值问题(GeneralizedEigenvalueProblem,GEVP)求解。上述对有界误差模型的分析，均采用集中式算法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提出一种多小区多用户系统中基于用户公平性的鲁棒预编码方法，本专利技术在有界误差情况下考虑每个基站的功率限制，以多小区多用户系统最大的MSE最小化为优化目标，根据泄漏准则，构造代价函数，把多小区的Min-MaxMSE问题转化成对应每个基站的Min-MaxMSE子问题，引入松弛变量，利用Schur补集定理(Schurcomplementlemma)和S-处理(S-procedure)把子问题转化广义特征值问题(generalizedeigenvalueproblem,GEVP)，获得分布式预编码并保证系统的BER性能。本专利技术是通过以下技术方案实现的，一种多小区多用户系统中基于用户公平性的鲁棒预编码方法，其特征在于，最差情况下的优化问题作为信道存在有界误差的性能评价标准，考虑用户公平性和每个基站的功率限制，以多小区多用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多小区多用户系统中基于用户公平性的鲁棒预编码方法，其特征在于，最差情况下的优化问题作为信道存在有界误差的性能评价标准，考虑用户公平性和每个基站的功率限制，以多小区多用户系统最大的MSE最小化为优化目标，根据泄漏准则，构造代价函数，把多小区的Min‑Max MSE问题转化成对应每个基站的Min‑Max MSE子问题，引入松弛变量，利用Schur补集定理和S‑处理把子问题转化广义特征值问题，获得分布式的预编码矩阵，具体包括以下步骤：步骤一：设置系统参数，协作小区数M，每个小区有一个基站，每个基站的天线数Nt，每个基站服务的用户数K，每个用户有一个接收天线，第m个基站的功率约束Pm，其中：m=1,…,M，第m个小区的第k个用户的零均值复高斯加性噪声的协方差其中：k=1,...,K，第m个基站到第n个小区的第k个用户的估计信道状态信息信道有界误差矩阵Δmnk，其中：m,n=1,...,M；步骤二：定义MSEmk为第m个小区的第k个用户的MSE， MSE mk ( { f n 1 , . . . , f nK } n = 1 M , { h nmk } n = 1 M ) = E { ( y mk - s mk ) ( y mk - s mk ) H } = | | h mmk H f mk - 1 | | 2 + Σ i = ...

【技术特征摘要】
1.一种多小区多用户系统中基于用户公平性的鲁棒预编码方法，其特征在于，最差情况下的优化问题作为信道存在有界误差的性能评价标准，考虑用户公平性和每个基站的功率限制，以多小区多用户系统最大的MSE最小化为优化目标，根据泄漏准则，构造代价函数，把多小区的Min-MaxMSE问题转化成对应每个基站的Min-MaxMSE子问题，引入松弛变量，利用Schur补集定理和S-处理把子问题转化广义特征值问题，获得分布式的预编码矩阵，具体包括以下步骤：步骤一：设置系统参数，协作小区数M，每个小区有一个基站，每个基站的天线数Nt，每个基站服务的用户数K，每个用户有一个接收天线，第m个基站的功率约束Pm，其中：m＝1,…,M，第m个小区的第k个用户的零均值复高斯加性噪声的协方差其中：k＝1,...,K，第m个基站到第n个小区的第k个用户的估计信道状态信息信道有界误差矩阵Δmnk，其中：m,n＝1,...,M；步骤二：定义MSEmk为第m个小区的第k个用户的MSE，其中：ymk表示第m个小区的第k个用户的接收信息，smk是第m个小区的基站发送给该小区第k个用户的信息，hnmk为第n个基站到第m个小区的第k个用户的实际信道状态信息，其中：m,n＝1,...,M，k＝1,...,K，fmk为第m个基站对第m个小区的第k个用户的预编码向量，其中：k＝1,...,K，m＝1,...,M；步骤三：定义信道存在有界误差时第m个小区的第k个用户的均方误差根据泄漏准则，从用户对其他小区用户干扰的角度出发，用用户对其他小区用户的干扰替代中其他小区用户对该用户的干扰项构造修正的代价函数ξmk，步骤四：定义第m个基站对所有发送数据的预编码矩阵为根据矩阵乘积的性质，对修正的代价函数ξmk进行重新表述，把复数求模的和运算转化成列向量求范...

【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