[发明专利]一种多天线广播系统的导频系统及设计方法

权利要求书

1.一种多天线广播系统的设计方法，该多天线广播系统的导频系统包括：一个发射机T_X和多个接收机R_X,i，发射机T_X和接收机R_X,i分别配有N_T和N_R,i根天线，系统的数据输入输出关系可以建模为：

y_i(n)＝H_ix(n)+n_i(n),i＝1,…,K.

其中是发射机在第n个时隙所发送的数据，y_i(n)是第i个接收机的接收信号；是从发射机到第i个接收机的平坦衰落MIMO信道；表示服从的复高斯噪声矢量；

信道矩阵H_i可以进一步建模为：

其中，θ_R,i和θ_T,i都是正定矩阵，分别表示在接收机和发射机端的信道协方差矩阵；H_ω,i是一个复高斯随机变量的随机矩阵，其中每个元素不相关，均值为零，且方差为1，它表示一种非相关的散射，信道假定是准静态衰落的，在一定时间间隔内保持不变，其特征在于，包括以下步骤：

S1：发射端通过一段时间的测量，获取所有用户信道的协方差信息和噪声功率；

S2：初始化迭代指数i、辅助参数u、搜索步长s；根据一个子算法计算导频矩阵P和对偶函数值g(u)作为初始值；

S3：更新辅助参数u；

S4：根据已经更新的辅助参数u，采用与步骤S2相同的子算法计算新的导频矩阵P和对偶函数数值g(u)；

S5：按照一定的判定准则决定算法是否结束，若不满足准则，增加迭代指数，转到步骤S3；否则算法结束，输出导频矩阵P，所述步骤S 2的初始化满足：迭代指数i初始设置为零,辅助参数是u初始设置均大于或等于零,搜索步长s满足0s1，所述步骤2的子算法包括：

S201：初始化迭代索引i＝0，搜索步长t,0≤t≤1，然后选择一个任意不为零的复数矩阵为导频初始矩阵P⁽⁰⁾；

S202：在第i次迭代中，根据下面公式计算搜索方向F(P⁽ⁱ⁾)

其中：矩阵标量G_i,mn＝Tr(B_i,nm),是矩阵B_i的第(m,n)个子矩阵,而K是系统的用户数目，u是引入的辅助参数，参数D是导频序列长度，也是导频矩阵P的列数；对于第i个用户，w_i是其加权系数，θ_i是该用户的信道协方差矩阵，定义为发送协方差矩阵θ_T,i和接收协方差矩阵θ_R,i的Kronecker乘积，即N_R,i是配备的天线数，是信道的噪声功率；

另外，需要说明：符号Tr(.)是矩阵的迹函数，(.)^H、(.)^T、(.)^*分别是矩阵的Hermitian转置、普通转置和共轭，表示Kronecker乘积，￡^m×n代表m×n维的复数矩阵构成的空间；

S203：根据P⁽ⁱ⁺¹⁾:＝P⁽ⁱ⁾－t F(P⁽ⁱ⁾)更新矩阵P；

S204：增加迭代指数i＝i+1，重复步骤S202-S204直到P收敛为止；

S205：代入P和u计算L(P,u)值，作为g(u)并输出

其中，

P_T是导频发送的总功率，所述步骤S3的辅助参数u更新，

u⁽ⁱ⁺¹⁾＝max(0,u⁽ⁱ⁾+sΔu⁽ⁱ⁾)

其中Δu⁽ⁱ⁾是g(u)在u＝u⁽ⁱ⁾的导数，表示为：

g(u)是一个对偶函数，定义为所述步骤S5的判定准则，判断两次迭代取得的对偶函数数值之差，即|g(u^(k+1))-g(u^(k))|，是否小于某个预设门限。