[发明专利]利用统计信道状态信息的MIMO多址接入无线通信方法

说明书

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。

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-input multiple-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，设计能提升有限字符输入信号下传输速率的预编码矩阵对实际系统有重要意义。

当目标用户的移动速度增加从而导致信道的变化加快，信道反馈的时延大于信道的相干时间，发射机获得准确的信道状态信息变得很困难。此时，发射机利用统计信道状态信息进行预编码传输是一种更为合理的设计，因为统计信道状态信息能在较长的一段时间内保持相对的稳定。本发明给出一种利用统计信道状态信息的有限字符输入MIMO多址接入无线通信方法。

技术问题：本发明的目的针对发射机仅已知统计信道状态信息的有限字符输入MIMO多址接入系统，提供一种利用统计信道状态信息的MIMO多址接入无线通信方法，提高具有电磁环境认知能力的MIMO多址接入无线通信系统的数据传输能力，同时，满足低计算复杂度的需求。

技术方案：本发明的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：

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。

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(例如，系统配置数十根天线)，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。