[发明专利]一种考虑信道高斯误差和收发机损伤的波束成形方法

摘要

本发明提出了一种考虑信道高斯误差和收发机损伤的波束成形方法，所述方法根据QoS约束，将原始的非凸优化约束转换为凸优化约束的等效优化问题；同时考虑信道系数误差和收发机损伤两种不利因素，以给定用户信干噪比下最小化发射功率为优化目标，利用信道系数误差方差矩阵的埃尔米特性质及元素的独立复高斯分布的特点，根据QoS约束，将原始的非凸优化约束转换为凸优化约束的等效优化问题，最后，利用二阶锥规划方法SOCP对等效问题进行求解，从而获得对非理想条件下具有鲁棒性的协同波束成形。

主权项

一种考虑信道高斯误差和收发机损伤的波束成形方法，其特征如下，其步骤如下：步骤A，根据收发机的硬件状况，估计出接收机损伤函数η(Pt)和发射机损伤函数υ(Pr)；接收机损伤函数η(Pt)的表达式为：其中，Pt为发射端天线的信号强度，单位为k1、k2根据具体的发射端硬件条件来确定；发射机损伤函数υ(Pr)的表达式为：其中，Pr表示接收端天线所接收到的信号强度，单位为k3根据实际的接收端硬件条件来确定；步骤B，初始化波束成形矩阵其中，表示用户MU(k,n)的波束成形矩阵的自相关矩阵，即k＝1,…,K，k为用户编号，K为用户数量；n＝1,…,N，n为基站编号，N为基站数量；MU(k,n)表示第n个基站所在小区的第k个用户；表示的共轭转置；步骤C，根据发射机损伤函数，初始化发射端损伤矩阵Cn，即令：约束条件为其中，为过渡变量，Nt为基站的发射天线数，nt为发射天线的编号，nt＝1,…,Nt；为接收机损伤函数，表示单根发射天线的信号强度；表示求和运算；步骤D，根据统计信息，估计出相应的信道误差方差矩阵中元素分布的方差；并且估计信道系数；其具体过程如下：步骤D‑1，根据统计信息，估计出信道系数误差方差矩阵Δ的每个元素复高斯分布的方差，从而求得分布模型：其中，Δ是埃尔米特矩阵，即Δ＝ΔH，信道系数误差方差矩阵Δ的每个元素独立同分布，且都符合零均值复高斯分布；CN(·)表示复高斯分布，其中，0为复高斯分布的均值，α2为复高斯分布的方差；步骤D‑2，根据当前的接收机反馈到发射机的信息，估计出信道系数：其中，表示基站n到MU(k,m)的估计信道系数，m为小区编号；令表示估计信道系数方差矩阵；为的共轭转置；步骤E，固定用户的信干噪比和中断概率阈值，并采用以下凸优化方法求出波束成形矩阵：对于问题：其中，表示最小化的目标为y，最小化的变量为Pr[·]表示事件发生的概率；表示信道估计系数方差矩阵；表示的信道系数误差方差矩阵的第i行、第j列的元素，i＝1,...,Nt,j＝1,...,Nt；表示目标SINR；表示非中断概率；表示目标SINR实现的比例阈值；为信干噪比；为半正定矩阵；令σ2表示热噪声系数；其中：式中，I1(k,m)、I2(k,m)、I3(k,m)以及I4(k,m)为中间变量，给定α2、令：其中，Cm表示发射端损伤矩阵，m表示小区编号；则所述问题转换为以下优化方程：其中，为过渡变量；tr(·)表示对括号内的矩阵对角线元素之和；步骤F，根据求解出的的秩，如果则的主特征向量就是最优解；如果则构造一个秩为1的矩阵进而获得最 优解；其中，满足：其中||·||fro表示frobenius范数；表示近似于的矩阵。