[发明专利]一种延时反馈下多天线中继预编码的鲁棒构造方法

说明书

技术领域

本发明属于多天线中继系统中的预编码设计领域，具体涉及一种延时反馈下多天线中继预编码的鲁棒构造方法。

背景技术

中继技术，作为未来无线通信中一种新的技术手段，通过将基站发送的信号进行功率增强后转发给各用户，能够显著提高现有通信系统中小区边缘用户的接收信噪比(SNR)，从而扩大蜂窝小区的有效覆盖范围，减少甚至消除“通信盲区”，增大系统的通信容量。另一方面，多输入多输出系统(MIMO)通过对信号进行适当的预编码处理，将已有的时间和频率资源进行空间上的复用，进而大幅提高频谱资源的使用效率和系统的可达传输速率。在现有预编码方案中，迫零波束成形预编码能以较低的实现复杂度，完全消除多用户间的干扰，在高信噪比情况下，获得逼近系统最大容量的传输速率。但是在低信噪比情况下，因为噪声被放大的原因，迫零波束成形预编码方案的性能则较差，基于均方误差最小化准则的波束成形预编码方案却能够有效的解决这一问题，该预编码方案可以在不同的信噪比条件下都获得较好的性能。

然而，要通过预编码技术获得充分的信道复用增益，发射端需要知晓理想的下行信道信息，而在实际应用场景中，尤其是频分双工(FDD)系统中，这一要求很难得到满足。在实际FDD系统中，通常由用户终端来估计下行信道信息，然后用户通过反馈链路将该信道信息反馈给基站。但是为了满足反馈链路的容量要求，往往是先将信道信息量化，然后将量化后的信息通过有限个比特反馈给基站，最后基站根据此反馈信息尽可能多地恢复出信道信息，该方案被称为有限比特反馈技术。采用有限比特反馈将导致基站获得的信道信息与真实的信道信息之间存在一定的量化误差，此量化误差的大小由反馈链路的容量决定。此外采用反馈机制时还存在反馈链路的信息延时问题，即基站获得的反馈信息并不是当前时刻的信道信息，而是在一段时间之前的信息。在上述诸多因素的影响下，基站获得的下行信道信息与真实的信道信息并不完全匹配，基于该信道信息计算得到的预编码相较于理想情况而言会产生较大的性能损失。

，因而我们有必要研究实际系统中预编码的鲁棒性设计，从而抵制信道信息量化误差和反馈链路延时等非理想因素造成的影响，提高实际系统的通信容量和可靠性。

发明内容

发明目的：针对实际实施过程中采用有限比特反馈技术时普遍存在的信道信息量化误差和反馈链路延时等问题，为多天线中继系统设计一种鲁棒预编码，从而抵制信道信息量化误差和反馈链路延时等非理想因素造成的影响，提高实际系统的通信容量，降低误比特率。

技术方案：考虑基站和中继站分别拥有M和N根天线，每个用户都是单天线的两跳中继通信系统。

本发明一种延时反馈下多天线中继预编码的鲁棒构造方法，该鲁棒预编码基于均方误差最小化的准则进行设计，考虑了实际系统中采用有限比特反馈技术时普遍存在的量化误差和反馈延时的影响，与传统的迫零波束成形预编码等方案相比，能够获得更优的系统性能。该方法包括以下步骤：首先系统调研中继站以及小区用户的平均移动速率，计算相应的多普勒频偏，获得基站到中继站以及中继站到用户信道的延时相关系数；然后中继站和每个用户通过信道估计分别获得基站到中继站以及中继站到本用户的下行信道信息，并对所获信道信息进行量化，再将该量化信息通过有限个比特反馈到前级；最后，基站和中继站依据经延时反馈获得的信道信息和本发明给出的鲁棒预编码设计公式计算相应的预编码，并将待发送数据乘以相应的预编码后进行发送。该方法具体包括：

(1)基站调研中继站的移动速率v_r和小区用户的平均移动速率v_u，计算中继站的多普勒频偏f₁＝f_cv_r/c和小区用户的多普勒频偏f₂＝f_cv_u/c，其中，c表示光速，f_c表示载波频率，再根据克拉克散射模型分别计算出基站到中继站信道的延时相关系数ρ_H＝J₀(2πf₁t_H)和中继站到用户k信道的延时相关系数ρ_k＝J₀(2πf₂t_k)，k=1、2、…、N，其中，N为用户数，t_H和t_k分别表示基站发送符号长度和中继站发送到用户k的符号长度，J₀(·)表示第一类零阶贝塞尔函数；