利用统计信道状态信息的MIMO多址接入无线通信方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN103595454A
(43)申请公布日2014.02.19

(21)申请号CN201310594437.8

(22)申请日2013.11.22

(71)申请人东南大学
地址210096江苏省南京市四牌楼2号

(72)发明人高西奇吴泳澎

(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)

代理人柏尚春

(51)Int.CI

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

利用统计信道状态信息的MIMO多
址接入无线通信方法

(57)摘要
本发明提出一种利用统计信道状态

信息的MIMO多址接入无线通信方法，包
括步骤：a.计算有限字符输入MIMO多址
接入系统所有用户速率加权和的渐近估

计，即渐近估计加权和速率。b.基于最大
化渐近估计加权和速率准则，生成每个用

户预编码矩阵。c.将所得预编码矩阵应用
于MIMO多址接入无线通信系统中，提高
系统数据传输能力。本发明能够为具有电

磁环境认知能力的MIMO多址接入宽带无
线通信系统提高数据传输能力，同时，满
足低计算复杂度的需求。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1.一种利用统计信道状态信息的MIMO多址接入无线通信方法，其特征在于
该方法包括：

a.计算有限字符输入MIMO多址接入系统所有用户速率加权和的渐近估计，
即渐近估计加权和速率；

b.基于最大化渐近估计加权和速率准则，生成每个用户预编码矩阵；

c.将所得预编码矩阵应用于MIMO多址接入无线通信系统中，提高系统数据
传输能力。

2.如权利要求1所述的利用统计信道状态信息的MIMO多址接入无线通信方
法，其特征在于，所述步骤a具体为：有限字符输入信号下，在发射天线和
接收天线维度很大时，MIMO多址接入系统在联合相关衰落
信道下的容量域，依据将用户发射信号通过一组确定性信道模
型的等价容量域来估计，其中，通过设定渐近估计参数的初始
值，通过一组基于统计信道状态信息构成的定点方程迭代计算最终用
于估计渐近加权和速率的确定性信道模型以及渐近估计参数。

3.如权利要求1所述的利用统计信道状态信息的MIMO多址接入无线通信方
法，其特征在于，所述步骤b具体为：以最大化渐近估计加权和速率为准则，
采用基于梯度更新的迭代算法求解每个用户的预编码矩阵，其中，
在每次迭代时沿渐近梯度方向更新其中一个用户的预编码矩阵，
同时保持其他用户的预编码矩阵不变；每次迭代中循环搜索合适的
更新步长，对于梯度更新以后的预编码矩阵可能超出功率约束
范围的情况，将预编码矩阵乘以一个线性系数使其映射为一个满足功率约束
的有效解。

4.如权利要求1所述的利用统计信道状态信息的MIMO多址接入无线通信方
法，其特征在于，所述步骤c具体为：每个用户在发射端利用步骤a和步骤
b所述的方法来生成预编码矩阵，并利用设计的预编码矩阵对传输的
数据流进行预处理之后，分别向基站发送独立的数据流，基站
端将接收到的所有用户数据进行联合检测译码，解调出每个用
户的传输信息。

说明书

<p>技术领域

本发明涉及一种使用多天线的无线通信系统，尤其涉及一种利用统计信道状态

信息的多输入多输出(MIMO，multiple-inputmultiple-output)多址接入系统预
编码设计方法。

背景技术

通信信道中以任意低差错概率进行信息传输的速率极限，在信息论上被定义为

信道容量。在多用户MIMO多址接入系统模型中，当每个用户完全已知自
己的信道状态信息，基站完全已知所有用户信道状态信息时，理论证

明输入信号服从高斯分布时能达到MIMO多址接入系统容量域，该
容量域可以表示为一组满足功率限制的多边形的联合。在信息理论研
究成果的基础之上，假设发射信号服从高斯分布，如何利用预编码技术提

升MIMO多址接入系统通信系统的传输速率一直以来都是研究的热点问题。

关于MIMO多址接入系统容量域的研究，虽然能为实际应用提供一个很好的
理论基础，但其存在一个根本性的问题：达到容量界的输入信号必须服从高
斯分布。然而在实际通信系统中，高斯输入信号至今都没有被采用。实

际通信系统中采用离散的有限字符调制，如PSK，PAM，QAM等调
制信号。高斯输入信号与离散的有限字符信号有较大的差异。首先，
高斯输入信号的幅度在负无穷到正无穷区间范围内都存在取值，而受
实际通信系统器件的约束，实际发射信号都是幅度受限的。其次，高
斯输入信号的取值是连续的，而实际发射信号位于有限的离散星座点上。将
基于高斯输入信号假设下得到的预编码设计应用到实际系统中，会导致性能
的显著下降。因此，设计能提升有