[发明专利]一种大规模MIMO跨频协作鲁棒传输方法

说明书

本发明是一种大规模MIMO跨频协作鲁棒传输方法，该方法首先在理想条件下，针对高频信道上的准确CSI，使用拉格朗日乘子法和MM迭代的方法，推导出和速率最大化的预编码矩阵表达式。之后在非理想条件下分析了上行探测和信道过时两类误差来源，基于LS和MMSE估计的基本原理以及一阶马尔可夫过程，借助低频信道的统计CSI将误差的二阶统计量建模表示。最后，利用误差统计量和信道估计值重构信道信息，代入和速率最大化预编码矩阵的表达式，实现高频信道的下行鲁棒传输。本发明相比传统下行预编码传输方法具有显著的和速率性能增益。

技术领域

本发明具体涉及在跨频段通信系统中，借助低频信道的统计信道状态信息(CSI,Channel State Information)对非理想条件下的信道误差进行建模，并使用误差建模值和信道估计值重构信道CSI，代入和速率最大化预编码过程中，实现下行鲁棒传输，属于通信领域，

背景技术

大规模多输入多输出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Output)通信技术不断发展，随着信道容量的需求不断升高，在未来的通信系统设计中，频谱稀缺也是一个需要解决的问题，多频通信系统的应用使得更高频率的资源被发掘。典型的多频通信系统包括毫米波和sub-6GHz信道的协作通信，双频点无线局域网(WLAN，Wireless Local AreaNetworks)(2.4GHz和5GHz)等。除了可以解决频谱稀缺的问题，多频通信系统可以通过不同频率上共址的信道阵列发送信息，借助频点之间的相互协作提升系统容量，

在跨频段MIMO通信系统中，基站侧基于探测到的CSI对下行传输的原始数据流进行预编码。传统线性预编码方法基于信道瞬时CSI设计预编码矩阵，由于复杂度低，被广泛用于下行传输过程中。而大多数条件下，一方面，信道的移动性导致瞬时信息快变；另一方面，在低信噪比情况下，受噪声影响信道探测值也存在误差，这都会导致预编码性能的下降。相比瞬时CSI受时间和噪声影响较大，统计CSI是信道长时特征的反映，受终端移动性影响小。如何合理利用统计CSI，使其一定程度上弥补瞬时CSI不准确造成的性能误差，也是下行信道传输中亟需研究的重要内容之一。同一跨频通通信系统中，高频信道对应的统计CSI难以直接通过测量获得，而不同频率信道的统计CSI在角度上呈现相似的性质，因此可以使用低频信道的统计CSI替代高频信道的统计CSI，进而完成高频信道的下行鲁棒预编码传输。为此，本发明提出一种大规模MIMO跨频协作鲁棒传输方法，基于低频的统计CSI辅助高频信道上的鲁棒传输，既避免了高频信道上测量计算统计CSI的庞大开销，同时将信道误差考虑在内修正预编码矩阵的精度，提高了系统的和速率性能。

发明内容

发明目的：针对跨频段MIMO系统，本发明提供一种大规模多输入多输出跨频协作鲁棒传输方法，利用低频信道的统计CSI完成高频信道上的和速率最大化下行鲁棒预编码，在非理想条件下相比传统预编码方法大幅度提升了和速率性能，证明跨频协作的可行性。

技术方案：本发明的一种大规模多输入多输出跨频协作鲁棒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,Time Division Duplex)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(MM,Minorize-Maximize)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；