[发明专利]MMSE波束成形传输系统中基于信道对偶的功率分配方法

说明书

本发明是一种MMSE波束成形传输系统中基于信道对偶的功率分配方法，属于移动通信领域；目的是解决现有MMSE预编码方案算法复杂度较高，用户间公平性差的问题。利用上行多址接入信道与下行广播信道的对偶性，获得基于MMSE波束成形的下行两用户MISO系统可达速率域边界上速率对表达式；满足基站总发射功率约束条件下，建立下行MISO系统加权和速率最大化优化问题的数学模型；通过得到优化问题最优解所对应的上行两用户单输入多输出(single‑input‑multiple‑output,MISO)系统中用户发射功率向量，获得下行两用户MISO系统中分配给用户的最优功率。与现有MMSE预编码方案相比，有效地保证了用户间的公平性，且无需迭代和复杂的矩阵求逆运算，降低了计算复杂程度。

技术领域

MMSE波束成形传输系统中基于信道对偶的功率分配方法，属于移动通信领域。

背景技术

未来移动通信系统所面临的主要技术挑战是如何在有限的频谱资源上提供超高速率的下行数据业务，其链路性能对移动通信系统至关重要。最小均方误差(Minimum MeanSquare Error，MMSE)波束成形可以实现噪声和用户间干扰的最佳折中，是一种最优的线性预编码方案，可使下行多输入单输出(multiple-input-single-output，MISO)系统用户的信干噪比达到最大。

文献[1](S.Zarei,W.Gerstacker,R.R.Müller,and R.Schober，“Low-complexitylinear precoding for downlink large-scale MIMO systems,”in Proc.IEEEInt.Symp.PIMRC,2013,pp.1119-1124.)提出了一种基于矩阵多项式的低复杂度MMSE预编码方案，几乎可以达到与传统MMSE预编码方案相同的系统和速率(sum rate)性能，而计算复杂度较传统MMSE预编码方案有大幅度下降，有益于在实际系统中的应用。文献[2](S.Zarei,W.Gerstacker and R.Schober，“Low-Complexity Widely-Linear Precodingfor Downlink Large-Scale MU-MISO Systems,”IEEE COMMUNICATIONS LETTERS,VOL.19,NO.4,APRIL 2015，pp.665-668.)提出了一种针对实发射信号的广义线性(widely-Linear)MMSE预编码方案，系统和速率较传统MMSE预编码方案有了较大提升；为进一步降低算法计算复杂度，基于随机矩阵理论，提出了一种基于多项式扩展的广义MMSE预编码方案。文献[3](X.Yi and D.Gesbert,“Precoding Methods for the MISO Broadcast Channel withDelayed CSIT,”IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS,VOL.12,NO.5,MAY2013,pp.2344-2354.)提出了一种虚拟最小均方误差(Virtual MMSE)预编码方案，通过基于梯度的迭代算法可以得到系统和速率最大化问题的最优解，与MAT算法相比，可以达到信号增强和干扰抑制之间更好的折中，系统和速率有较大的提高。文献[1]和文献[2]利用矩阵多项进行预编码方案设计，从而避免了传统MMSE预编码方案中大量矩阵求逆运算，文献[3]通过基于梯度的迭代算法可以得到最优解，但上述算法复杂度仍然较高，限制了这些算法在实际系统中的应用。此外，文献[1]-[3]仅对最大化系统和速率问题进行了研究，未考虑到用户间公平性问题。因此，为了克服现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种MMSE波束成形传输系统中基于信道对偶的功率分配方法，以最大化系统加权和速率。

发明内容

为解决现有MMSE预编码方案算法复杂度较高，用户间公平性差的问题，本发明提供了一种MMSE波束成形传输系统中基于信道对偶的功率分配方法，该方法的具体步骤如下：

步骤a，根据用户m、用户n的信道状态信息CSI，即信道向量，获得采用MMSE波束成形方案下用户i的波束成形向量：