[发明专利]非理想CSI下多天线解码转发中继收发机优化方法

权利要求书

1.一种非理想CSI下多天线解码转发中继收发机优化方法，其特征在于，该方法通过构建非理想信息CSI情况下，以信源和中继发射功率受限为约束，最大化系统的端到端信息传输速率为目标的优化问题，联合优化信源发射波束成形向量w_S、中继接收波束成形向量g_R，S以及中继发射波束成形向量w_R，具体包括以下步骤：

(1)以中继发射功率为约束，最大化端到端信息传输速率为目标，优化中继端的发射波束成形向量w_R；

(2)以信源发射功率为约束，最大化端到端信息传输速率为目标，固定中继接收波束成形向量g_R，S，对信源发射波束成形向量w_S进行优化；

(3)固定信源发射波束成形向量w_S，对中继接收波束成形向量g_R，S进行优化；

(4)重复步骤(2)-(3)，直至系统的可达信息传输速率收敛。

2.根据权利要求1所述的一种非理想CSI下多天线解码转发中继收发机优化方法，其特征在于，步骤(1)中的中继发射波束成形向量w_R的最优解为其中，(·)^H表示矩阵共轭转置，(·)^T表示矩阵转置，(·)^-1表示矩阵的逆，u_max{M}表示矩阵M的归一化主特征向量，I表示单位矩阵，是中继端到目的端的信道估计值，是中继端到目的端信道估计误差的发射协方差矩阵，P_r是中继最大发射功率。

3.根据权利要求1所述的一种非理想CSI下多天线解码转发中继收发机优化方法，其特征在于，步骤(2)中通过构建如下优化问题优化信源发射波束成形向量w_S：

优化目标为：最大化

约束条件为：||w_S||²≤P_s

其中，min(a，b)表示a和b的最小值，log₂(·)表示以2为底的对数函数，||·||为矢量的二范数，E{·}表示统计平均，是信源端到中继端的信道估计值，ΔH_R，S是信源端到中继端的信道估计误差，表示信源端到目的端的信道估计值，表示信源端到目的端的信道估计误差，表示中继端到目的端的信道估计值，表示中继端到目的端的信道估计误差，P_S是信源最大发射功率。

4.根据权利要求3所述的一种非理想CSI下多天线解码转发中继收发机优化方法，其特征在于，将步骤(1)得到的中继发射波束成形向量w_R的最优解代入步骤(2)中的优化问题并进行等价简化，转换为如下等价形式：

优化目标为：最大化t

约束条件为：

tr(W_S)≤P_s

其中，t＞0为辅助变量，tr(M)表示矩阵M的迹，是信源端到中继端信道估计误差的发射协方差矩阵，Φ_R，S是信源端到中继端信道估计误差的接收协方差矩阵，是信源端到目的端信道估计误差的发射协方差矩阵，是中继端到目的端信道估计误差的发射协方差矩阵，P_r是中继最大发射功率，λ_max{M}表示矩阵M的主特征根。

5.根据权利要求4所述的一种非理想CSI下多天线解码转发中继收发机优化方法，其特征在于，运用二分法搜索以及内点法确定步骤(2)中t以及W_S的最优解，如果W_S的秩等于1，对其进行特征根分解获得w_S的最优解，否则利用秩缩减法得到w_S的最优解。