单小区中继移动通信蜂窝系统的联合下行预编码方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102801456A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102801456A(43)申请公布日2012.11.28(21)申请号201210312312.7(22)申请日2012.08.29(71)申请人东南大学地址211103江苏省南京市江宁区润发路5号(72)发明人陈明杜博王楠(74)专利代理机构南京天翼专利代理有限责任公司32112代理人王鹏翔朱戈胜(51)Int.Cl.H04B7/06(2006.01)H04B7/08(2006.01)权利要求书权利要求书3页3页说明书说明书88页页附图附图33页(54)发明名称单小区中继移动通信蜂窝系统的联合下行预编码方法(57)摘要本发明公开了一种用于单小区中继移动通信蜂窝系统的联合下行预编码方法，包括以下步骤：基于最小均方误差(MMSE)准则建立数学模型，然后将问题进行分解，变为两个关于部分变量的子问题，通过求解子问题，并结合迭代的方法，最后求出最优预编码方案。本发明适用于使用了多天线中继站的小区，考虑了利用从基站到用户间直达信号，并且考虑了在基站和中继站功率受限的情况下，通过基站和中继的联合预编码提高系统下行中继传输性能；本方案在提高基站覆盖范围，改善小区边缘用户体验，降低发射功率方面都取得了令人满意的效果；其中的算法具有易于操作，复杂度低的特点。CN1028456ACN102801456A权利要求书1/3页1.单小区中继移动通信蜂窝系统的联合下行预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：1）、基站采集基站到中继站之间的信道信息，基站到移动台之间的的信道信息，以及中继站到移动台之间的信道信息；2）、基于最小均方误差准则建立数学模型，将问题进行分解，变为两个关于部分变量的子问题，求解子问题答案；然后利用子问题的答案进行反复迭代，当迭代收敛到预设精度要求时，即得联合优化预编码矩阵；3）、基站将中继站的预编码矩阵信息发给中继站。2.根据权利要求1所述的联合下行预编码方法，其特征在于，所述步骤2）的具体实现步骤如下：2.1）、用户最终获得的信号向量为2L×1向量，可以表示为以下形式：其中，为M×1零均值循环对称复高斯数据序列，满足为基站与用户间的L×MMIMO信道信息矩阵；为基站与中继间的N×MMIMO信道信息矩阵；为中继与用户间的L×NMIMO信道信息矩阵；均为具有零均值，单位方差的独立同分布加性高斯白噪声，即为M×M预编码矩阵；为N×N预编码矩阵；2.2）、用户端采用线性接收机对接收信号进行检测，所得的估计信号为：其中，公式（2）的目的是使估计信号和发送信号尽可能的接近；2.3）、引入最小均方误差准则，其目标是使均方误差矩阵的迹尽可能小，数学公式表达如下：其中，即均方误差矩阵，误差矩阵是黑体，表示矩阵，步骤2.1）中天线数M，表示标量；使公式(3)最小的就是维纳滤波器，其形式如公式(4)所示：其中，2.4）将最佳检测器公式（4）代入到公式(3)，可得：其中，此时，只是和的函数，合理选择和使尽可能小；同时考虑到基站和中继的发送功率约束，最终建立了以下的优化问题模型即基于MMSE准则的优化模型：2CN102801456A权利要求书2/3页其中，为基站信号发射功率；为中继站信号发射功率；PB、PR分别为基站和中继站的最大发射功率；2.5）、合理选择和使尽可能小的具体步骤如下：2.5.1）、假设基站预编码矩阵给定，原公式(6)问题就变成了以下子问题，此时仅为的函数：公式（7）的解法如下：首先对和分别进行奇异值分解，即其中，和为由奇异值分解得到的酉矩阵。和∑2为由奇异值分解得到的奇异值矩阵；由公式（8）与公式（9），则公式(7)的解有以下结构其中，和为已知是由(8)和(9)获得，∑R为对角阵，其对角线元素为：其中：-r1，i为对角阵的第i个对角线元素；-r2，i为对角阵∑2的第i个对角线元素；-μF为满足中继功率限制的待定参数；以上，除了μF未知以外，其余均为已知，根据公式(10)可知现在仅为μF的函数；根据公式(7)中的功率约束条件，得到以下以μF为变量的等式：使用两分法求解公式（12），两分法步骤如下：5-3a)初始化μL＝0，μU＝10，设定迭代精度ε＝10；b)令代入公式(10)，得到再将代入下式c)若以上公式（13）结果<0，则否则d)反复步骤b）、步骤c），直到|μU-μL|≤εe)返回μF=(μL+μU)/2。3CN102801456A权利要求书3/3页将最终得到的μF代入公式(11)得到∑R，再将∑R代入公式(10)，最后得到公式（7）的解；2.5.2）假设中继预编码矩阵给定，原公式(6)问题就变成了以下子问题，此时仅为的函数：公式（14）的解可以由以下算法获得：设对进行Cholesky分解，得到接着，对进行特征值分解，得到最后公