[发明专利]非完美信道信息下MIMO天线选择和数据传输方法及评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MIMO天线选择技术，尤其是涉及一种非完美信道信息下MIMO天线选择和数据传输方法及评价方法。

背景技术

MIMO技术由于其可以提高频谱效率等众多优点而成为当今无线通信领域应用与研究的热点技术。天线选择技术包括接收天线选择、发送天线选择和收发联合天线选择。

MIMO技术的实现复杂度与硬件资源消耗会随着天线数的增加而指数增加，而天线选择技术会在保留MIMO技术优点的同时降低实现复杂度与资源消耗。

在一些实用系统中，通常采用信道估计技术与有限反馈方案获得信道状态信息，因此，系统中会存在信道估计误差与量化误差。针对存在信道估计误差的MIMO系统，研究者们研究了应用发送天线选择技术时的容量，以及推导出了采用接收天线选择技术时的误符号率。研究者们还给出了采用收发联合天线选择技术的误比特率。

然而，在一些实际系统特别是频分双工系统中，信道估计误差与量化误差会同时存在。不仅要考虑信道估计误差对天线选择系统性能的影响，还需要考虑量化误差对天线选择系统性能的影响。因此，我们需要评估同时存在信道估计误差与量化误差时，对系统造成的速率损失，并据此设计出最优的天线选择方案，以降低实现复杂度与资源消耗。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种非完美信道信息下MIMO天线选择和数据传输方法及评价方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种非完美信道信息下MIMO天线选择和数据传输方法，包括步骤：

S1：发送端配置M根发送天线，接收端配置N根接收天线；

S2：接收端根据正交导频数、发射功率和天线数生成信道矩阵的估计值；

S3：接收端根据信道矩阵的估计值，选择增益最大的天线来接收信号，并生成该天线的信道估计向量；

S4：接收端采用随机向量量化方式对信道估计向量的单位向量进行量化，并根据量化结果和信道估计向量对接收到的发送信号进行矫正得到接收信号。

所述步骤S3中，增益最大的天线具体为与发射端间的信道向量估计值的模最大的天线，具体选择依据为：

其中：为信道估计向量，为第i根天线与发射端间的信道向量估计值，||·||为向量的模。

所述步骤S4具体为：接收端采用随机向量量化方式使用设定数目的比特对进行量化，根据量化结果和信道估计向量对接收端接收信号进行矫正：

其中：为信道估计向量，为接收信号，P为发送功率，为的量化值，(·)^H为共轭转置，s为接收到的发送信号，z为接收端均值为零方差为1的复加性白高斯噪声。

第i根天线与发射端间的信道向量估计值具体为信道矩阵的估计值的第i行。

所述信道估计向量中，每个元素为：

其中：为信道向量估计值的误差，具体为：

其中：η为导频数，P为发送功率。

一种如权利要求根据权利要求3所述的一种非完美信道信息下MIMO天线选择和数据传输的评价方法，包括步骤：

S5：根据接收信号，计算同时存在信道估计误差和量化误差的情景下的输出信噪比；

S6：计算出同时存在信道估计误差与量化误差的情景下的中断概率、平均误符号率、遍历容量的近似闭合表达式。

所述输出信噪比具体为：

其中：γ₂为输出信噪比，为信道向量估计值的误差。

所述中断概率的近似闭合表达式具体为；

Pout2(R)＝P(log₂(1+γ₂)＜R)＝P(γ₂＜2^R-1)

其中：Pout2(R)为中断概率的近似闭合表达式，R为系统可达速率。

所述平均误符号率的近似闭合表达式具体为：

其中：P_s2(P)为平均误符号率的近似闭合表达式，a，b为标量、为由调制方式决定的变量，Q(·)为高斯函数，γ₁为随机变量，E_γ1为γ₁的数学期望。

所述遍历容量的近似闭合表达式具体为：