[发明专利]基于有限字符集信号输入的无线携能MIMO预编码方法

说明书

本发明公开了一种基于有限字符集信号输入的无线携能MIMO预编码方法，包括以下步骤：S1.实复转换：将与预编码相关的互信息表达式和约束条件进行实/复矩阵转换；S2.优化建模，构建能够利用CVX算法求解的优化模型；S3.优化求解：基于CVX算法求解优化变量；S4.高斯随机化：利用高斯随机技术求出预编码对应的最优向量；S5.预编码输出：利用最优向量构造最优预编码。本发明利用输入信号和信道的统计特征建立一个优化模型，通过求解该模型完成对最优预编码的确定，减小了预编码设计应用于实际通信系统中所带来的性能损失。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体是涉及基于有限字符集信号输入的无线携能MIMO预编码方法。

背景技术

多输入多输出(multiple-input multiple-output，MIMO)技术能够在不增加传输信道带宽的条件下成倍的提高无线信道的容量，因而被认为是现代通信技术中的重大突破之一，大规模MIMO作为传统MIMO技术的延伸,可以大幅度提升吞吐率和能量效率，并被认为是5G的关键技术之一。

作为一项新兴的技术，无线信息与能量同传技术不仅仅能够传送信息也能够从无线电频率中采集能量来为通信系统提供潜在的永久能源供应，由于这些优点，无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)成为近年来的研究热点。在SWIPT系统中，能量和信息被同时传输，因此在信息传输和能量采集中实现最佳性能是非常困难的,这意味着在信息传输和能量收集之间存在性能折衷。通常，这种折衷需要在发射端对信号进行预编码来实现。

但现有的预编码设计都假设系统的输入信号是高斯信号。然而，在实际系统中，输入信号往往来自QAM(quadrature amplitude modulation)、PSK(phase shift keying)等字符数量有限的信号集合，由于高斯信号和有限字符集信号的不同，将基于高斯输入的预编码设计应用于实际的通信系统时，会出现明显的性能损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于有限字符集信号输入的无线携能MIMO预编码方法，利用输入信号和信道的统计特征建立一个优化模型，通过求解该模型完成对最优预编码的确定，减小了预编码设计应用于实际通信系统中所带来的性能损失。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于有限字符集信号输入的无线携能MIMO预编码方法，包括以下步骤：

S1.实复转换：将与预编码相关的互信息表达式和约束条件进行实/复矩阵转换；

S2.优化建模，构建能够利用CVX算法求解的优化模型；

S3.优化求解：基于CVX算法求解优化变量；

S4.高斯随机化：利用高斯随机技术求出预编码对应的最优向量w；

S5.预编码输出：利用最优向量w构造最优预编码W′。

进一步地，所述实复转换步骤S1包括：

首先将原优化模型写出，其优化函数是最大化平均互信息量，约束条件包含发射功率的约束和接收能量的约束，由输入信息和信道统计获取的信息可得：

其中平均互信息量Γ_A(W)为：