非理想信道下全双工MIMO蜂窝系统的通信处理方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110012489A(43)申请公布日2019.07.12(21)申请号201910412700.4(22)申请日2019.05.17(71)申请人浙江科技学院地址310023浙江省杭州市西湖区留和路318号(72)发明人陈芳妮傅佳飞周武杰周扬邱薇薇王中鹏张铮刘喜昂(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人林超(51)Int.Cl.H04W24/02(2009.01)H04B7/0452(2017.01)H04L5/14(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称非理想信道下全双工MIMO蜂窝系统的通信处理方法(57)摘要本发明公开了一种非理想信道下全双工MIMO蜂窝系统的通信处理方法。全双工MIMO蜂窝系统包括若干上行设备、若干下行设备和基站。上行设备工作在半双工模式，上下行设备经上行链路和基站连接通信；基站工作在全双工模式，通过多天线接收上行设备发送来的信息，同时在同一频率给下行设备发送信息；建立联合资源优化问题，并分为上下行设备配对子问题和功率分配子问题并分别处理求解，获得最优的上下行设备配对和上下行设备配对的平均速率，以此分配设置基站和上下行设备之间的通信关系。本发明提出的资源优化分配方法有效提高了系统速率，可以对抗信道估计误差、自干扰和同信道干扰带来的系统性能下降，具有在非理想条件下进行有效通信的优势。CN110012489ACN110012489A权利要求书1/3页1.一种非理想信道下全双工MIMO蜂窝系统的通信处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、系统模型建立步骤：上行设备工作在半双工模式，上行设备经上行链路和基站连接通信，通过自身的多天线向基站发送信息；基站工作在全双工模式，通过多天线接收上行设备发送来的信息，同时在同一频率给下行设备发送信息；配备有多天线的下行设备，经下行链路和基站连接通信，接收基站发送来的信息；S2、联合资源优化问题建模步骤：由上下行链路的总速率作为系统速率，建立一个最大化系统速率的联合上下行设备配对和功率分配的联合资源优化问题；S3、联合资源优化问题分解步骤：将联合资源优化问题分解为两个子问题，分别为上下行设备配对子问题和功率分配子问题；S4、联合资源优化问题求解步骤：采用梯度投影算法求解功率分配子问题，采用匈牙利算法求解上下行设备配对子问题，获得最优的上下行设备配对和上下行设备配对(i,j)的平均速率，以此分配设置基站和上下行设备之间的通信关系。2.如权利要求1所述的一种非理想信道下全双工MIMO蜂窝系统的通信处理方法，其特征在于：所述S1系统模型建立步骤，具体如下：一个基站同时与K个上行设备和J个下行设备通信，上行设备和下行设备均配备有N根天线；基站接收到的信号和第j个下行设备接收到的信号表示如下：其中，y0表示基站接收到的信号，yj表示第j个下行设备接收到的信号；和为上下行链路传输的独立同分布且为单位功率的数据，和为上下行链路的发送波束成形滤波函数；和分别表示从第i个上行设备到基站的上行信道矩阵和从基站到第j个下行设备的下行信道矩阵，且满足1≤i≤K,1≤j≤J，o表示基站，i表示上行设备的序数，j表示下行设备的序数，K表示上行设备的总数，J表示下行设备的总数；和分别表示从第i个上行设备到基站的上行信道矩阵的信道状态信息估计值和信道估计误差，和△H0分别表示基站的自干扰信道矩阵H0的信道状态信息估计值和信道估计误差，和分别表示从基站到第j个下行设备的下行信道矩阵的信道状态信息估计值和信道估计误差，和△Hij分别表示上行设备i对下行设备j的干扰信道矩阵Hij的信道状态信息估计值和信道估计误差；ρj和γi分别表示残留自干扰和同信道干扰的功率系数，n0和nj分别表示基站和第j个下行设备接收的白高斯噪声(AWGN)；噪声干扰协方差矩阵计算处理为：2CN110012489A权利要求书2/3页其中，Ci和Cj分别是第i个上行设备和第j个下行设备的噪声干扰协方差矩阵，和是信道矩阵H0,Hij的估计误差功率；和分别是第i个上行设备和第j个下行设备的多天线信号放大功率矩阵，IN为N×N单位矩阵，tr{·}表示求矩阵的迹，H表示矩阵共轭转置；对多天线信号放大功率矩阵和进行特征值分解：其中，Ui和Uj是第i个上行设备和第j个下行设备的特征向量的酉矩阵，和是第i个上行设备和第j个下行设备的对角功率分配矩阵。3.如权利要求1所述的一种非理想信道下全双工MIMO蜂窝系统的通信处理方法，其特征在于：所述步骤S2所述联合资源优化问题建模步骤，具体如下：噪声干扰协方差服从高斯分布，得到上下行设备配对(i,j)的平均速率为：其中，为计算期望；建立以下系统速率最大化的联合资源优化目标函数：其中，ai