1.反馈受限下多天线传输的有效容量优化方法,应用于通过无线信道进行数据传输的系统,所述系统包括一个多天线源节点和一个单天线目的节点,其特征在于包括步骤:根据反馈信道状态信息对源节点进行预编码,最大化目的节点端的接收信噪比,并计算中继预编码的信道容量;在目的节点端进行信道估计,将估计到的信道状态信息进行量化后反馈给源节点,并计算反馈信道容量;将源节点中继预编码的信道容量与反馈信道容量之差定义为有效传输容量,通过寻求最佳的反馈信道量化比特,最大化有效传输容量。
2.根据权利要求1所述反馈受限下多天线传输的有效容量优化方法,其特征在于所述根据反馈信道状态信息对源节点进行预编码指的是:设源节点有M根天线,M根天线发送相同信息到目的节点,且M根天线到目的节点的信道之间相互独立;源节点根据反馈的状态信息取最优预编码向量 其中 Ps是传输总功率,N0是噪声功率, 是量化误差功率的均值;预编码向量W=[w1,w2,…,wM]T,其中wk表示源节点第k根天线的预编码权值,k=1,2,…,M;取信道转移矩阵Hd=[h1d,h2d,…,hMd]T,其中hid为源节点第i根天线到目的节点之间的瞬时信道增益系数,i=1,2,…,M;取量化后的信道转移矩阵 其中 为量化后源节点第i根天线到目的节点之间的瞬时信道增益系数;则产生的量化误差矩阵为He=[h1e,h2e,…,hMe]T,其中 为源节点第i根天线到目的节点之间的瞬时信道增益系数的量化误差,i=1,2,…,M,且量化误差服从均值为
0,方差为 的高斯分布;则预编码后的数据信息为 其
中 表示共轭转置运算,xs为源节点各天线在各时隙发送给目的节点的相同的数据信息。
3.根据权利要求2所述反馈受限下多天线传输的有效容量优化方法,其特征在于所述取最优预编码向量Wopt的计算过程为:根据源节点接收到的反馈信道状态信息,目的节点接收到的信号为 其中xs为源节点各天线发送的相同的数据信息,nd表示目的节点处的噪声,此时可将噪声视为噪声功率为 目
的节点接收到信号的信噪比为: 并
且预编码向量满足归一化条件,||w||=1;令 则A和B都是厄米特矩阵,且B是正定矩阵,定义 B1/2代表正定矩阵B的平方根,则视为广义瑞利商,得见矩阵对(A,B)的广义瑞利商与
的瑞利商相同,根据瑞利-里兹法,当向量 是矩阵 最大特征值λmax对应的向量时,广义瑞利商将取最大值λmax,由 可得由 可知 的特征值分解等价于B-1A的特征
值分解,当W*是矩阵B-1A最大特征值λmax对应的特征向量时,信噪比取得最大值,得时信噪比最大,其中 表示矩阵 的最大特征值对应的特征向量,信噪比为
4.根据权利要求2所述反馈受限下多天线传输的有效容量优化方法,其特征在于所述量化误差功率的均值计算过程为:设每个信道的量化比特为 取正整数,并命名平均量化比特,则每信道的量化电平阶数为 瑞利衰落模型hid=Re[hid]+jIm[hid]服从方差为 的瑞利分布,分别对hid的实部和虚部进行量化,则量化误差hie=Re[hie]+Im[hie]功率的均值 其中 为从第i根天线到目的节点的瞬时信道增益系数hid的实部或虚部的量化间隔,bi(bi>0)表示第i根天线到目的节点瞬时信道增益系数hid的实部或虚部的最大概率取值,q为每条信道的量化电平阶数。
5.根据权利要求4所述反馈受限下多天线传输的有效容量优化方法,其特征在于所述;
最大概率取值bi保证瞬时信道增益系数hid的实部或虚部以概率α落入区间[-bi,bi]的计算过程为:瑞利衰落信道模型hid的实部Re[hid]和虚部Im[hid]服从均值为0,方差为 的正态分布,得到根据α的概率取值计算得到bi,进而得出量化区间△vi,将量化电平阶数及△vi代入公式计算得到
6.根据权利要求1所述反馈受限下多天线传输的有效容量优化方法,其特征在于所述预编码信道的信道容量及反馈信道容量的计算过程为:根据得到的最优预编码向量,得目的节点接收到信号的最大信噪比为:则源节点到目的节点间预编码信道的容量 其
中t表示主信道;
反馈信道的信道容量 其中W表示信道总带宽,T是时隙长度,F表示反馈信道。
7.根据权利要求1所述反馈受限下多天线传输的有效容量优化方法,其特征在于所述目的节点接收到的最大信噪比为: 所述最大有效容量为:取整数。