多小區(qū)系統(tǒng)中信道信息存在有界誤差的分布式預(yù)編碼方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多小區(qū)系統(tǒng)中信道信息存在有界誤差的分布式預(yù)編碼方法，其包括以下步驟：設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)；定義MSEmk為第m個(gè)小區(qū)的第k個(gè)用戶的MSE；根據(jù)泄漏準(zhǔn)則，把多小區(qū)多用戶系統(tǒng)中所有用戶總的均方誤差構(gòu)造成分布式的均方誤差求和；對參數(shù)定義；定義信道存在有界誤差時(shí)第m個(gè)小區(qū)的第k個(gè)用戶的均方誤差；引入松弛變量，根據(jù)Schur補(bǔ)集定理和S-處理，把存在有界誤差的子問題轉(zhuǎn)化成SDP問題求解。本發(fā)明能有效處理有界誤差的影響，分布式算法降低了反饋開銷，獲得較好的誤比特率性能。
【專利說明】多小區(qū)系統(tǒng)中信道信息存在有界誤差的分布式預(yù)編碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，具體是一種多小區(qū)系統(tǒng)中信道信息存在有界誤差的分布式預(yù)編碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無線通信大業(yè)務(wù)量、高速率和高頻譜效率的要求日益迫切。在下一代無線通信系統(tǒng)中，頻率復(fù)用因子為1，存在嚴(yán)重的小區(qū)間干擾(Inter-Cell Interference，ICI)。作為抑制ICI的關(guān)鍵技術(shù)，多個(gè)基站相互合作的多小區(qū)通信系統(tǒng)成為研究熱點(diǎn)之一。根據(jù)基站協(xié)作的程度，分為聯(lián)合處理(Joint Processing, JP)和協(xié)調(diào)波束成形(Coordinated Beamforming, CBF)。在JP模式,相互合作的基站共享數(shù)據(jù)信息和信道狀態(tài)信息(Channel State Information, CSI);在CBF模式,相互合作的基站僅共享CSI。這里考慮CBF模式。
[0003]目前，多小區(qū)協(xié)作傳輸?shù)男盘柼幚矸椒ㄖ饕趦煞N準(zhǔn)則:1)信干噪比(Signal-to-1nteference plus Noise Ratio, SINR) ;2) MSE (Mean Square Error,均方差)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中公開了H.Dahrouj and W.Yu 的文獻(xiàn)“Coordinated beamforming forthe mult1-cell mult1-antenna wireless system (多小區(qū)多天線無線系統(tǒng)的協(xié)作波束成形)，” IEEE Trans.Wireless Commun.，vol.9, n0.5, pp.1748-1759, May2010,根據(jù)多小區(qū)TDD系統(tǒng)的上下行對偶，把SINR限制條件下的最大化總發(fā)送功率問題轉(zhuǎn)化成上行功率優(yōu)化問題，利用拉格朗日對偶理論實(shí)現(xiàn)分布式求解。Y.Huang, G.Zheng, M.Bengtsson, K.Wong,L.Yang, B.0ttersten 的文獻(xiàn)“Distributed multicell beamforming design approachingpareto boundary with max-min fairness (基于最大最小公平性漸進(jìn)帕累托界的分布式多小區(qū)波束成形設(shè)計(jì))，” IEEE Trans.Wireless Commun.，vol.11, n0.8, pp.2921-2933,Aug.2012，考慮最大最小速率的公平性，采用近似的上下行對偶方法，提出了一種迭代的分布式波束成形算法逼近帕勒托界。
[0005]Q.J.Shi, M.Razaviyayn, Z.Q.Luo, and C.He 的文獻(xiàn)“An iteratively weightedMMSE approach to distributed sum-utility maximization for a MIMO interferingbroadcast channel (ΜΙΜ0干擾廣播信道和利用率最大化的分布式迭代加權(quán)最小均方誤差方法)，” IEEE Trans, on Signal Process., vol.59, n0.9, pp.4331 - 4340, Sept.2011,利用加權(quán)和均方誤差和加權(quán)和速率的關(guān)系設(shè)計(jì)迭代的WMMSE (Weighted Minimum Mean SquareError)算法解決MMO廣播干擾信道的加權(quán)和速率最大化問題。H.Park，S.Park, H.Kong,and 1.Lee 的文獻(xiàn) “Weighted sum MSE minimization under per-BS power constraintfor network MIMO systems (ΜΙΜ0網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中每個(gè)基站功率限制下的加權(quán)和MSE最小化)，” IEEE Commun.Letters, vol.16, n0.3, pp.360-363, Mar.2012,構(gòu)造拉格朗日函數(shù)，利用KKT (Karush-Kuhn-Tucker)條件，求解每個(gè)基站功率限制下的加權(quán)和MSE最小化問題。T.M.Kim, F.Sun, and A.J.Paulraj 的文獻(xiàn) “Low-complexity MMSE precoding forcoordinated multipoint with per-antenna power constraint (多點(diǎn)協(xié)作中每個(gè)天線功率限制下的低復(fù)雜度的 MMSE 預(yù)編碼)，” IEEE Signal Process.Letters, vol.20, n0.4,pp.395-398，April2013，基于泄漏MMSE方法，把每個(gè)天線功率限制下的總MSE問題轉(zhuǎn)化成分布式的分布式優(yōu)化問題，利用拉格朗日對偶方法和KKT條件，獲得低復(fù)雜度的預(yù)編碼算法。
[0006]但是,實(shí)際系統(tǒng)中，很難獲得理想的信道狀態(tài)信息(Channel State Information,CSI)，需要考慮有CSI誤差魯棒性傳輸。根據(jù)CSI誤差的特點(diǎn)，可分別建立統(tǒng)計(jì)誤差模型和有界誤差模型?？紤]有界誤差模型，C.Shen，K.Wang，Z.Qiu and C.Chi的文獻(xiàn)“Worst-case SINR constrained robust coordinated beamforming for multicellwireless systems (多小區(qū)無線系統(tǒng)中最差SINR限制下的魯棒協(xié)作波束成形)，”in proc.1EEE Tnt.Conf.CcmiMin.(ICC), Kyoto, Japan, May2011,米用半正定規(guī)劃(SemidefiniteProgram, SDP)和S-處理(S-Procedure),解決最差SINR限制下的總功率最小化問題。A.Tajer,N.Prasad, and X.Wang 的文獻(xiàn)“Robust linear precoder design for mult1-celldownlink transmission(多小區(qū)下行傳輸中魯棒的線性預(yù)編碼設(shè)計(jì))，”IEEE Trans.SignalProcess.，vol.59, n0.1, pp.235-251, Jan.2011,分別考慮每個(gè)小區(qū)單用戶和每個(gè)小區(qū)多用戶的多小區(qū)場景，考慮每個(gè)基站功率限制下最大化最差情況下最小SINR問題及其對偶問題，建立原問題與對偶問題的等價(jià)關(guān)系，采用二階錐規(guī)劃(Second-Order Cone, SOC)求解最差情況SINR限制下的每個(gè)小區(qū)功率最小化問題，根據(jù)原問題與對偶問題的等價(jià)關(guān)系，獲得波束成形矢量或波束成形矩陣；把最差情況的MSE優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化廣義特征值問題(Generalized Eigenvalue Problem, GEVP)求解。上述對有界誤差模型的分析,均采用集中式算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種多小區(qū)系統(tǒng)中信道信息存在有界誤差的分布式預(yù)編碼方法，利用麗SE與BER以及總速率的等效關(guān)系，本發(fā)明在有界誤差情況下考慮每個(gè)基站的功率限制，以最差情況下的總MSE作為優(yōu)化目標(biāo)，根據(jù)泄漏準(zhǔn)則，把總MSE問題轉(zhuǎn)化成對應(yīng)每個(gè)基站的平行子問題,利用矩陣跡的性質(zhì)、Schur補(bǔ)集定理(Schurcomplement lemma)和S-處理(S-Procedure)把子問題轉(zhuǎn)化成半正定規(guī)劃(SemidefiniteProgram, SDP)問題，獲得分布式預(yù)編碼并保證系統(tǒng)的BER性能。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種多小區(qū)系統(tǒng)中信道信息存在有界誤差的分布式預(yù)編碼方法，其特征在于，最差情況下的優(yōu)化問題作為信道存在有界誤差的性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，考慮每個(gè)基站的功率限制，以系統(tǒng)總和MSE為優(yōu)化目標(biāo)，根據(jù)泄漏準(zhǔn)則，把總MSE問題轉(zhuǎn)化成對應(yīng)每個(gè)基站的平行子問題，利用矩陣跡的性質(zhì)、Schur補(bǔ)集定理和S-處理把子問題轉(zhuǎn)化成半正定規(guī)劃問題，獲得分布式的預(yù)編碼矩陣，所述多小區(qū)系統(tǒng)中信道信息存在有界誤差的分布式預(yù)編碼方法包括以下步驟:
[0009]步驟一，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，協(xié)作小區(qū)數(shù)M，每個(gè)小區(qū)有一個(gè)基站，每個(gè)基站的天線數(shù)Nt，每個(gè)基站服務(wù)的用戶數(shù)K，每個(gè)用戶有一個(gè)接收天線，第m個(gè)基站的功率約束Pm，其
中:m=l，一,M,第m個(gè)小區(qū)的第k個(gè)用戶的零均值復(fù)高斯加性噪聲的協(xié)方差,其中:k=l,...，K，第m個(gè)基站到第n個(gè)小區(qū)所有用戶的估計(jì)信道狀態(tài)信息,信道有界誤差矩陣 A Hmn,其中:m, n=l,..., M ；
[0010]步驟二，定義MSEmk為第m個(gè)小區(qū)的第k個(gè)用戶的MSE，
【權(quán)利要求】
1.一種多小區(qū)系統(tǒng)中信道信息存在有界誤差的分布式預(yù)編碼方法，其特征在于，最差情況下的優(yōu)化問題作為信道存在有界誤差的性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，考慮每個(gè)基站的功率限制，以系統(tǒng)總和MSE為優(yōu)化目標(biāo)，根據(jù)泄漏準(zhǔn)則，把總MSE問題轉(zhuǎn)化成對應(yīng)每個(gè)基站的平行子問題，利用矩陣跡的性質(zhì)、Schur補(bǔ)集定理和S-處理把子問題轉(zhuǎn)化成半正定規(guī)劃問題，獲得分布式的預(yù)編碼矩陣，所述多小區(qū)系統(tǒng)中信道信息存在有界誤差的分布式預(yù)編碼方法包括以下步驟: 步驟一:設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，協(xié)作小區(qū)數(shù)M，每個(gè)小區(qū)有一個(gè)基站，每個(gè)基站的天線數(shù)Nt，每個(gè)基站服務(wù)的用戶數(shù)K，每個(gè)用戶有一個(gè)接收天線，第m個(gè)基站的功率約束Pm，其中:m=l，…，M，第m個(gè)小區(qū)的第k個(gè)用戶的零均值復(fù)高斯加性噪聲的協(xié)方差CT^t ?其中:k=l，...，K，第m個(gè)基站到第η個(gè)小區(qū)所有用戶的估計(jì)信道狀態(tài)信息H.....,信道有界誤差矩陣AHnm，其中:m，η=1，...，M ; 步驟二:定義MSEmk為第m個(gè)小區(qū)的第k個(gè)用戶的MSE，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道信息存在有界誤差的多小區(qū)多用戶系統(tǒng)的預(yù)編碼方法，其特征是，所述步驟五中的系統(tǒng)總MSE優(yōu)化問題是指:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道信息存在有界誤差的多小區(qū)多用戶系統(tǒng)的預(yù)編碼方法，其特征是，所述步驟六中的SDP問題是指:

【文檔編號】H04B7/06GK103684561SQ201310647920
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】李從改, 何晨, 蔣鈴鴿 申請人:上海交通大學(xué)