[发明专利]一种大规模MIMO跨频协作鲁棒传输方法

权利要求书

1.一种大规模多输入多输出跨频协作鲁棒传输方法，其特征在于：该传输方法包括以下步骤：

步骤1.在跨频段MIMO通信系统中，不同频率对应的发送天线阵列在基站侧共址并列排布，基站同时和小区内的所有用户进行通信；每个频率对应信道均使用时分双工TDD传输模式，假设用户侧向基站发送导频，基站根据接收到的上行探测信息可估计出上行信道的瞬时值，基于上下行互易的特点，上行探测所得的上行信道状态信息CSI估计值直接用于下行预编码的设计过程中；

步骤2.理想条件下，基站侧利用每个时刻的精准信道状态信息CSI进行预编码，将系统和速率最大化作为优化目标，使用拉格朗日乘子法建立问题模型，并使用最小-最大迭代的方法求得和速率最大化预编码矩阵的表达式；

步骤3.非理想条件下，首先在上行探测的过程中，由于信道加性噪声的影响，信道估计存在误差，同一跨频段MIMO系统中，针对高频信道上不同的信道估计方法，估计误差的二阶统计量可以借助噪声功率和低频信道的统计信道状态信息CSI建模表示；

步骤4.非理想条件下，每个时间块上信道上行探测需要时间，因此信道估计值不能供基站实时进行预编码的设计；考虑基站侧和用户侧之间具有相对移动速度的场景，信道随着时间变化也会造成上行探测值与理想信道状态信息CSI之间的误差，通过建立一阶马尔可夫模型，将高频信道上的过时误差用低频信道的统计信道状态信息CSI建模表示；

步骤5.基于上行探测的信道估计值以及步骤3、步骤4中借助低频统计信道状态信息CSI建模的估计误差、过时误差重构高频信道的信道状态信息CSI，并将重构信道状态信息CSI代入高频信道和速率最大化预编码的过程中，利用低频信道状态信息CSI将误差来源都考虑在内，实现非理想条件下的跨频协作鲁棒传输。

2.根据权利要求1所述的大规模MIMO跨频协作鲁棒传输方法，其特征在于：所述步骤2中求得速率最大化预编码矩阵，若整个系统的发射功率约束为P_max，令原始的数据流数为S，收、发端的天线数目分别为N和M，用户k对应的信道矩阵为预编码矩阵为其中表示一定维度的复矩阵，用户k传输信息为x_k且满足正交条件，噪声矢量为n_k，则用户k受到的用户间干扰和加性噪声可以合并为一干扰项该干扰项的协方差矩阵可以表示为

式中表示求平均，I_N表示N×N维的单位矩阵，σ²表示噪声矢量n_k的功率，(·)^H表示矩阵的共轭转置；定义R_sum为系统的和速率，则根据香农定理，用户k的期望速率为

其中det(·)表示行列式，假设系统中总用户数目为K，则系统和速率有

综上，使得系统遍历和速率最大的预编码矩阵求解问题表示为

其中tr(·)表示矩阵的迹，表示满足和速率最大的最优解，由于原始的优化问题求解较为复杂，将原始的目标函数转化为一个更加易于求解的优化问题，使用MM算法迭代求解。

3.根据权利要求2所述的大规模MIMO跨频协作鲁棒传输方法，其特征在于：所述使用MM算法迭代，令在第n次迭代中，该次迭代所有用户对应的预编码矩阵分别为则用户k对应的干扰项协方差为

则根据香农公式以及行列式的性质可得第n次迭代中用户k的速率值为

其中I_S是维度为S×S的单位矩阵，以下均用此种方法表示单位阵；为方便表示令

同时定义第n次迭代中矩阵表示

则该次迭代中对用户k定义常数如下

以及算子

进而得到第n+1次迭代中满足和速率最大化条件的最优预编码矩阵为

式中μ⁽ⁿ⁾是预编码矩阵的功率约束因子，通过调整μ⁽ⁿ⁾使得满足功率约束条件。