[发明专利]多天线组播系统基于最大最小波束成型的容量估计方法

说明书

技术领域

本发明属于移动通信多输入多输出(MIMO)天线技术领域，特别涉及时分双工(TDD)组播系统在基站仅具有延迟信道状态信息(CSIT)场景下基于最大最小波束成型(MMBF)的组播系统容量估计方法。

背景技术

《国际电子与电气工程师协会信号处理学报》(“Transmit Beamforming for PhysicalLayer Multicasting”，IEEE Transactions on Signal Processing，Vo1.54，Issue 6，June 2006，pp.2239-2251)中提出，在多天线组播系统中基站具有完全的信道状态信息时，最大最小波束成型(MMBF)问题可以通过半正定松弛-随机化方法求解。《2006年信息理论国际会议》(“Capacity Limits of Multiple Antenna Multicast”，IEEEInternational Symposium on Information Theory，July 2006，pp.1841-1845)所公布的研究表明，当组播组内用户数一定时，该MMBF方法的性能随着发射天线数的增大而增大，逼近组播系统容量。但这种方法直接应用到基站仅具有延迟CSIT的组播系统中时，由于信道状态信息的不匹配，系统中断概率会很高，因此系统获得的传输速率将很差。

发明内容

本发明的目的是提出一种多天线组播系统基于最大最小波束成型的容量估计方法，利用延迟信道状态信息和多普勒频移进行组播系统容量估计，以提高系统的传输速率。

本发明多天线组播系统基于最大最小波束成型的容量估计方法，设：在基站配置N根天线和K个用户分别配置单根天线的时分双工(TDD)组播系统中，在第n时刻基站到第i个用户的信道矩阵h_i[n]是N×1维复矩阵，服从均值为零、方差为一的循环对称复高斯分布，用户序号i＝1，2，...，K；首先，在第n时刻，基站设计最大化所有用户的最小接收信噪比的波束成型矢量w^D[n]，其中，w^D[n]是N×1维复矢量，由最大最小波束成型公式

max||wD[n]||2≤1mini=1,2,...,KP/σ2|(hi[n-D])HwD[n]|2]]>

计算得到，D是上行信道估计和下行传输之间延迟的码元时间个数，h_i[n-D]表示基站在D时刻之前到第i个用户的信道矩阵，P为基站的发射功率，σ²为叠加在用户接收信号上的噪声功率；在第n时刻，基站发送给用户的信号乘以此波束成型矢量w^D[n]后被发送出去；

其特征在于：基站对第n时刻的组播系统容量进行估计：第n时刻第i个用户接收信噪比的统计下界为