[发明专利]中断概率约束下的全双工多天线中继发射波束赋形方法

说明书

本发明公开一种中断概率约束下的全双工多天线中继发射波束赋形方法，该方法考虑由信道状态信息误差引起的全双工多天线中继系统中断问题，通过优化中继发射端的波束赋形向量，在系统中断概率受限的前提下，最小化中继侧的发射功率。相对于半双工多天线中继，本发明能够显著降低中继发射功率，并且本发明计算复杂度较低，利于工程实现。

技术领域

本发明涉及中继通信系统，尤其是一种中断概率约束下，全双工多天线中继发射波束赋形方法。

背景技术

传统的中继站通常采用半双工机制，其特点是在某一时间或者频段内，仅接收来自信源的信号或者向信宿转发信号。虽然半双工中继传输易于硬件实现，但是由于其并未有效利用时频资源，会造成频谱效率的损失。最近，随着射频和基带技术的不断发展和进步，研究者们开始探索全双工机制下的中继传输，即中继站在同一时间和同一频段内完成信号的接收与转发，通过充分挖掘时频资源提升系统传输速率。由于多天线技术能有效利用空域资源获得系统性能增益，因此，将全双工中继与多天线技术结合，势必能够获得可观的系统传输容量。

在实际多天线通信系统中，往往很难获取精确的信道状态信息，从而导致系统中断问题。针对全双工多天线中继系统，有必要考虑中断概率受限前提下的发射波束赋形方案，使得中继侧所需要的发射功率最小化。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种中断概率约束下，全双工多天线中继发射波束赋形方法。该方法能针对非理想信道状态信息的情况，在满足系统中断概率约束的前提下，通过优化中继发射波束赋形向量，最小化中继发射功率。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种中断概率约束下的全双工多天线中继发射波束赋形方法，包括如下步骤：

(1)设置传输速率门限值以及系统允许的中断概率；

(2)根据给定的传输速率门限值以及系统允许的中断概率，以最小化中继的发射功率为目标，优化中断概率受限情况下的中继发射自相关矩阵；所构建的优化问题为：

优化目标为：最小化tr(W_t)

约束条件为：

W_t≥0

其中，tr(·)为求矩阵的迹，Pr{·}表示求取概率，log₂(·)表示以2为底的对数函数，min{a,b}表示a和b的最小值，(·)^H表示共轭转置，是信源到中继信道的估计值，是中继到信宿信道的估计值，e_sr是信源到中继信道估计误差，是中继到信宿信道估计误差，E_rr是中继自干扰信道估计误差，e_sr和E_rr的元素均为独立同分布高斯随机变量，是中继接收波束赋形向量，W_t是中继发射自相关矩阵，是中继处加性高斯白噪声的方差，是信宿处加性高斯白噪声的方差，γ是传输速率门限值，Po是系统允许的中断概率，A≥0表示A为半正定矩阵；

(3)根据得到的最优中继发射自相关矩阵求解中继发射波束赋形向量。

进一步的，步骤(2)中将构建的原始优化问题转换成如下优化问题进行求解得到中继发射自相关矩阵W_t：

优化目标为：最小化tr(W_t)

约束条件为：

W_t≥0