[发明专利]反馈受限下多天线传输的有效容量优化方法

说明书

本发明公开了一种反馈受限下多天线传输的有效容量优化方法，首先源节点对信息进行预编码，然后通过波束成形方式与目的节点进行数据传输。源节点预编码需要获取信道状态信息，为此目的节点首先进行信道估计，并将所估计到的信道状态信息量化后反馈给源节点。随着信道量化的精确度越高，源节点预编码性能越好，但是这也增加了反馈开销。应用本发明反馈受限下多天线传输的有效容量优化方法，通过寻求最佳的信道反馈量化比特，在反馈开销受限的条件下提高了无线传输的有效性和可靠性，同时显著提高了多天线传输的有效容量。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其是反馈受限下多天线传输的有效容量的优化方法。

背景技术

随着无线通信技术的迅猛发展、用户的日益增多，频谱资源不足的问题越来越严重，这已经成为无线通信事业发展的瓶颈，当前通信研究的热点就包括了如何提高频谱利用率，充分开发有限的频谱资源。多天线技术通过对发射与接收信号的空域和时域上的处理，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，大幅提升系统的灵活性和传输效率，有效提高了系统的容量和质量，从而成为新一代无线通信的核心技术之一。在多天线传输过程中使用的预编码及波束成形等技术都需要精确的信道状态信息，目前，考虑较多的是在完美已知信道状态信息的场景下，利用多天线技术进行不同的数据传输方案来提高信道容量。但在具体应用时会有以下一些不足。

首先，信道状态信息的完美已知是需要无限的反馈量，而在实际场景中是不可能实现的。这样，在反馈量受限的条件下信道状态不能完美已知，信道容量的提升受限。其次，在接收端利用反馈虽然能提高信道的质量，但是如果发射功率一定，提高反馈量，主信道容量增大，但同时会导致反馈信道的容量增大；当反馈量过大时，信道的有效容量会降低，这样就会影响通信的质量。另外，如果增加反馈量，就会增加系统复杂度。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的旨在提出一种反馈受限下多天线传输的有效容量优化方法，通过源节点各天线间协作以及信道反馈的方式，解决提高无线传输有效性和保证了传输的可靠性。

本发明实现上述目的的技术解决方案为：反馈受限下多天线传输的有效容量优化方法，应用于通过无线信道进行数据传输的系统，所述系统包括一个多天线源节点和一个单天线目的节点，其特征在于包括步骤：根据反馈信道状态信息对源节点进行预编码，最大化目的节点端的接收信噪比，并计算预编码信道的传输容量；在目的节点端进行信道估计，将估计到的信道状态信息进行量化后反馈给源节点，并计算反馈信道容量；将源节点预编码信道容量与反馈容量之差定义为有效传输容量，通过寻求最佳的反馈信道量化比特，最大化有效传输容量。

所述根据反馈信道状态信息对源节点进行预编码具体为：设源节点有M根天线，M根天线发送相同信息到目的节点，且M根天线到目的节点的信道之间相互独立；源节点根据反馈信道的状态信息取最优预编码向量其中P_s是传输总功率，N₀是噪声功率，是量化误差功率的均值；预编码向量W＝[w₁,w₂,…,w_M]^T，其中w_k表示源节点第k根天线的预编码权值，k＝1,2,…,M；取信道转移矩阵H_d＝[h_1d,h_2d,…,h_Md]^T，其中h_id为源节点第i根天线到目的节点之间的瞬时信道增益系数，i＝1,2,…,M；取量化后的信道转移矩阵其中为量化后源节点第i根天线到目的节点之间的瞬时信道增益系数；则产生的量化误差矩阵为H_e＝[h_1e,h_2e,…,h_Me]^T，其中为源节点第i根天线到目的节点之间的瞬时信道增益系数的量化误差，i＝1,2,…,M，且量化误差服从均值为0，方差为的高斯分布；则预编码后的数据信息为其中表示共轭转置运算，x_s为源节点各天线在各时隙发送给目的节点的相同的数据信息。