[发明专利]基于均方误差的低复杂度MIMO干扰信道接收机

摘要

本发明提供了一种基于均方误差的低复杂度MIMO干扰信道接收机，其基于信道统计误差模型，考虑到BER性能在高信噪比时主要取决于最大的数据流MSE，在统计误差范围内对每个数据流MSE取均值，以最差数据流平均MSE作为优化目标，利用拉格朗日方法和MMSE接收迭代更新闭式的发送和接收向量，并通过内层迭代优化确定发送向量的参数，相比于采用SOCP的方法具有计算低复杂度，能够提升系统BER性能。

主权项

1.一种基于均方误差的低复杂度MIMO干扰信道接收机，所述基于均方误差的低复杂度MIMO干扰信道接收机是通过如下设计方法得到的：以最差数据流平均MSE为优化目标，通过MMSE接收和拉格朗日对偶迭代更新闭式的接收和发送向量，具体包括以下步骤：步骤1：设置系统参数：用户数为K，第k对发射机和接收机中的发射机、接收机分别记为第k个发射机、第k个接收机，第k个发射机的天线数为M_k，第k个接收机的天线数为N_k，第k对发射机和接收机传输的数据流数为d_k，第k个发射机的功率约束为P_k，第k个接收机处的零均值复高斯加性噪声的协方差为第j个发射机到第k个接收机的前一时刻的估计信道状态信息为信道估计误差矩阵为Δ_kj、信道时间相关系数为ρ_kj、时延误差矩阵为F_kj；其中：k,j＝1,...,K；信道估计误差矩阵Δ_kj的每一项均服从均值为0方差为σ²的复高斯分布，时延误差矩阵F_kj的每一项均服从均值为0方差为的复高斯分布；σ为信道估计误差矩阵Δ_kj每一项服从复高斯分布的标准差；步骤2：定义e_k,l为第k对用户第l个数据流的MSE：其中：H_kk为第k个发射机到第k个接收机的信道状态信息，上标H表示共轭转置操作，b_j,i为第j个发射机对第i个数据流的波束成形向量，σ_k为第k个接收机处的零均值复高斯加性噪声的标准差，b_k,l为第k个发射机对第l个数据流的波束成形向量，g_k,l为第k个接收机对第l个数据流的接收向量，其中：l,i＝1,...,d_k，H_kj为第j个发射机到第k个接收机的当前实际信道状态信息，即其中：k,j＝1,...,K；步骤3：计算统计误差范围内第k对用户第l个数据流的平均其中：为第j个发射机到第k个接收机的前一时刻的估计信道状态信息；步骤4：对第k个发射机到第k个接收机的估计信道矩阵进行奇异值分解，即U表示维度为N_k×N_k的酉矩阵，Σ表示维度为N_k×M_k的半正定对角矩阵，V表示维度为M_k×M_k的酉矩阵，初始化发送矩阵为V的前d_k列，其中：k＝1,...,K，最大迭代次数o_max和i_max，o_max为外层迭代的最大迭代次数，i_max为内层迭代的最大迭代次数，迭代次数n_o＝0；为第k个发射机的初始波束成形矩阵，为第k个发射机对第d_k个数据流的初始波束成形向量；步骤5：使迭代次数n_o的值增加1，固定第k个发射机对第l个数据流在第n_o‑1次迭代的发送波束成形向量其中：k＝1,...,K,且l＝1,...,d_k，通过MMSE接收更新第k个接收机对第l个数据流在第n_o次迭代的接收向量其中：k＝1,...,K，且l＝1,...,d_k；其特征在于，步骤6：固定接收向量其中：k＝1,...,K且l＝1,...,d_k初始化迭代次数n_i＝0，对应第k个用户第l个数据流的初始拉格朗日变量其中：k＝1,...,K且l＝1,...,d_k，d_j为第j对发射机和接收机之间传输的数据流数；步骤7：使迭代次数n_i的值增加1，固定在第n_i‑1次迭代中对应第k个用户第l个数据流的拉格朗日变量其中：k＝1,...,K且l＝1,...,d_k，计算公式当v_k＝0时的值，v_k为对应第k个发射机的拉格朗日变量：如果则更新拉格朗日变量表示在第n_i次迭代对应第k个发射机的拉格朗日变量；如果则通过二分搜索法求解更新在第n_i次迭代对应第k个发射机的拉格朗日变量其中：k＝1,...,K；其中，公式是指：其中：P_k是第k个发射机的最大发射功率，ρ_kk为第k个发射机到第k个接收机信道的时间相关系数，U_k为矩阵特征值分解得到的酉矩阵，Σ_k为矩阵特征值构成的对角矩阵，为第k个发射机到第k个接收机的估计信道矩阵，为第k个接收机对第l个数据流在第n_o次迭代的接收向量，v_k为对应第k个发射机的拉格朗日变量，为第n_i‑1次迭代后计算得到的矩阵，即其中：k,j＝1,...,K且l,i＝1,...,d_k，[·]_ii为矩阵的第i个对角元素；为第n_i‑1次迭代中对应第j个用户第i个数据流的拉格朗日变量，ρ_jk为第k个发射机到第j个接收机信道的时间相关系数，为第k个发射机到第j个接收机的估计信道矩阵，为第j个接收机对第i个数据流在第n_o次迭代的接收向量，μ_jk由估计标准差σ和信道的时间相关系数ρ_jk构成，即I为单位矩阵；步骤8：固定拉格朗日变量和其中：k＝1,...,K且l＝1,...,d_k，求解方程组更新在第n_i次迭代中对应第k个用户第l个数据流的拉格朗日变量其中：k＝1,...,K且l＝1,...,d_k；其中，方程组是指：其中：k＝1,...,K且l＝1,...,d_k；λ_k,l表示第n_i次迭代中对应第k个用户第l个数据流的拉格朗日变量，即σ_k为第k个接收机处的零均值复高斯加性噪声的标准差，为第k个接收机对第l个数据流在第n_o次迭代的接收向量，ω是为了求解而引入的非负变量，为第n_i次迭代中对应第k个发射机的拉格朗日变量，ρ_kk为第k个发射机到第j个接收机信道的时间相关系数；步骤9：如果n_i＜i_max，则返回步骤7，否则进入步骤10；步骤10：由接收向量和拉格朗日变量和更新第n_o次迭代中第k个发射机对第l个数据流的发送波束成形向量其中：k＝1,...,K且l＝1,...,d_k；步骤11：如果n_o＜o_max，则返回步骤5，否则流程截止，输出其中：k＝1,...,K且l＝1,...,d_k。