[发明专利]一种基于速率拆分传输的预编码及公有消息速率分配方法

权利要求书

1.一种基于速率拆分传输的预编码及公有消息速率分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、建立最大化最小用户可达速率模型，简记为模型-0，该模型表述为：

受限于

C₁+C₂≤R_c

C₁≥0,C₂≥0

tr(WW^H)≤P_T

公式中，W是发射端的预编码矩阵，c是公有消息速率分配矢量，是用户k的总传输速率，表达式为C_k为c的第k列元素，表示用户k公有部分消息对应的可达速率，R_k为用户k专有部分消息对应的可达速率，表达式为R_k＝log₂(1+γ_k)，γ_k为用户k专有消息的信干噪比，表达式为h_k为基站和用户k之间的信道状态信息，(·)^H表示共轭转置，为加性高斯白噪声的方差，w_k和w_j均为预编码矩阵W的列向量，分别表示用户k和用户j专有消息的预编码矢量，j≠k且j,k＝1,2；P_T为基站端总的发射功率；tr(.)表示求迹；

步骤S2、引入辅助变量t，令将模型-0转换为模型-1，所述模型-1为：

受限于

C_k+R_k≥t,k＝1,2

C₁+C₂≤R_c

C₁≥0,C₂≥0

tr(WW^H)≤P_T

步骤S3、对模型-1进行求解，具体过程如下：

步骤S301、用s_c表示基站发送给用户1和用户2的公有消息，用s_k表示基站发送给用户k的专有消息，分别计算公有消息s_c和专有消息s_k的均方误差，具体步骤为：

步骤S3011、为区分用户1和用户2对公有消息的处理，用表示用户k对公有消息s_c的估计值，用表示用户k对专有消息s_k的估计值，表达式分别为：

公式中，y_k为用户k的接收信号，g_c,k和g_k分别为用户k公有消息和专有消息最小均方误差均衡器，w_c为预编码矩阵W的列向量，表示公有消息s_c的预编码矢量；

步骤S3012、分别用ε_c,k和ε_k表示用户k接收的公有消息s_c和专有消息s_k的均方误差，表达式分别为：

公式中，Re{·}表示取实部；

步骤S3013、分别对ε_c,k关于g_c,k求偏导、对ε_k关于g_k求偏导，并令二者为0，得到公有消息和专有消息均衡器的最小值，分别用和表示，具体表达式为：

步骤S3014、将步骤S3013得出的结果分别对应代入到均方误差的表达式中，得到公有消息s_c的最小均方误差和专有消息s_k的最小均方误差MMSE，分别用和表示，具体表达式为：

其中

步骤S3015、用户k公有消息s_c的可达速率和专有消息s_k的可达速率分别表示为：

公式中，R_c,k为用户k消息中公有部分对应的可达速率，表达式为R_c,k＝log₂(1+γ_c,k)，γ_c,k为用户k消息中公有部分的信干噪比，表达式为

步骤S302、引入加权均方误差，利用步骤S301中用户可达速率和最小均方误差之间的关系，进一步得到加权均方误差和用户可达速率间的关系，具体过程如下：

步骤S3021、分别用ξ_c,k和ξ_k表示用户k的公有消息和专有消息的加权均方误差WMSE，具体定义为：

公式中，符号表示定义，u_c,k和u_k均为用户k的权重，且有u_c,k＞0，u_k＞0；

步骤S3022、通过对ξ_c,k关于g_c,k求偏导和对ξ_k关于g_k求偏导，并令二者为0，得到公有消息和专有消息均衡器的最佳取值，分别用和表示，有：

将代入到ξ_c,k、ξ_k的表达式中，得到：

接下来通过对ξ_c,k关于u_c,k求偏导和对ξ_k关于u_k求偏导，并令二者为0，得到权重u_c,k和u_k的最佳取值，分别用和表示，表达式为：

将和代入到ξ_c,k和ξ_k的表达式中，得到ξ_c,k和ξ_k的加权最小均方误差WMMSE，分别用和表示，表达式为：

步骤S303、利用步骤S302中用户可达速率和加权均方误差之间的关系，将步骤S2中的模型-1写为模型-2：

受限于

C_k+1-ξ_k≥t,k＝1,2

C₁+C₂≤1-ξ_c,k,k＝1,2

C₁≥0,C₂≥0

tr(WW^H)≤P_T

公式中，为最小均方误差均衡器集合，为权重集合；

步骤S304、对步骤S303中的模型-2进行交叉优化并迭代求解，在第i+1次迭代中，求解过程如下：

步骤S3041、利用第i次迭代得到的预编码矩阵来计算g和u的最佳值；

步骤S3042、将g和u的最佳值代入到步骤S303中的模型-2，至此模型-2就转变为一个凸优化问题，使用内点法求解得到预编码矩阵和公有速率分配矢量的解；

步骤S3043、用得到的预编码和公有速率分配矢量计算用户的可达速率，在迭代求解的过程中，目标函数的值会随着迭代次数的增加而增大，而功率约束的存在会使得算法逐渐收敛；用ε表示算法容忍度，当|t^[i]-t^[i-1]|≤ε时，就把此时的解当作最大化最小用户可达速率模型的解；

其中，s＝[s_c,s₁,s₂]^T，(·)^T表示转置，数据流s_c、s₁和s₂之间相互独立，假设每流信号都具有单位功率，则s满足E{ss^H}＝I；W＝[w_c,w₁,w₂]为预编码矩阵，和分别为公有消息的预编码矩阵和第k个用户专有信息的预编码矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种基于速率拆分传输的预编码及公有消息速率分配方法，其特征在于，在所述步骤S3043中，所述算法容忍度ε取值为10^-3。