[发明专利]一种存在天线相关与信道估计误差的MIMO多中继系统的预编码方法

说明书

本发明公开一种存在天线相关与信道估计误差的MIMO多中继系统的预编码方法。该方法考虑信道存在天线相关与估计误差，以发射端和中继端的最大功率为约束，首先给出基于信道估计误差及天线相关性的中继系统和信道模型，构建满足MMSE准则和功率约束的约束优化函数，并给出发射端预编码矩阵、中继预编码矩阵与接收节点处理矩阵的闭式解。该方法采用联合迭代法交替更新直至算法收敛，得到各节点矩阵的最优解。该迭代方法具有良好的收敛性，且易于实现；本发明提出的线性预编码方法，考虑了实际情况中的直传路径以及两跳信道可能都存在天线相关性与信道估计误差的情况，更符合实际MIMO多中继系统传输情况。

技术领域：

本发明涉及存在直传路径的MIMO多中继系统的线性预编码方法，尤其涉及一种存在天线相关与信道估计误差的MIMO多中继系统的预编码方法。

背景技术：

多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)中继通信技术由于其广泛的覆盖范围，高速率的传输以及能有效抵抗信道衰落，提高小区边缘用户服务质量等优势受到广泛关注。预编码技术作为一种能提高系统性能的自适应技术，目前已成为研究热点。将现有的MIMO和中继等无线通信技术进行融合，进一步挖掘其潜在优势是当前5G技术的热点内容。

在覆盖范围较充足的情况下，需要考虑中继系统中发射端和接收端的直传路径。此外，由于信道估计技术的局限性和天线之间的短距特性，在进行预编码矩阵设计时需要考虑信道估计误差以及天线相关性。在信道中考虑信道估计误差和天线相关性的情况，对于改善通信系统的性能会有很大的帮助。近年来，关于MIMO多中继的研究层出不穷，但大多都是基于理想信道的中继结构，而对于信道中存在的信道估计误差和天线相关性的相关MIMO多中继系统的研究还处于甚少阶段。

发明内容：

本发明就是为了解决现有技术存在的不足，考虑天线相关与信道估计误差的预编码方法，提供一种存在天线相关与信道估计误差的MIMO多中继系统的预编码方法，与传统线性预编码方法相比，本发明的方法能进一步改善MIMO多中继系统的误码性能。

本发明所采用的技术方案有：一种存在直传路径的MIMO多中继系统，考虑信道存在天线相关与估计误差的预编码算法，包括如下步骤：

第一步：针对存在直传路径的MIMO多中继系统，构建存在天线相关性和信道估计误差的信道模型，用表示信源S至中继节点F的信道矩阵，表示中继节点F_k至接收端D的信道矩阵，表示发射端S至接收端D的信道矩阵，其中，N₁,N₂,N₃分别表示发射端，中继节点以及接收端的天线数目，K表示中继站的数目；

第二步：发射信号矢量经信源S_i传输至第k(k＝1...K)个中继节点，第k个中继端的接收信号为y_rk(t)；

第三步：中继节点对接收信号y_rk(t)进行预编码并将其转发至接收节点，中继转发信号受中继最大发送功率约束，接收信号经过不完全自干扰消除后得到经过D处线性处理矩阵的检测处理得到信号

第四步：以最小均方误差为设计准则，比较发送信号x(t)与接收后还原信号构建D处的均方误差函数使S与D处的总均方误差MSE(F_s,F_rk,W)最小，并结合中继功率约束条件联合设计发射端预编码矩阵F_s，中继端预编码矩阵F_rk以及接收端线性处理矩阵W，将预编码矩阵设计问题转化为存在不等式约束的凸优化问题，采用联合迭代法进行预编码设计以改善系统的误比特率。

进一步地，所述第一步构建存在天线相关性与信道估计误差的信道模型包括：