1.一种非理想信道下的去蜂窝MIMO鲁棒性波束赋形方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:构建去蜂窝分布式大规模MIMO系统的结构框架;
S2:获取框架所需参数;
S3:对获取的参数误差,加入误差约束,构建误差信道模型;
S4:构建用户可达速率与误差信道模型的信道误差约束下功率最小化模型,提升模型鲁棒性;
S5:将功率最小化模型的目标函数从 范数最小化问题近似成一个凸的加权的 范数问题,并通过迭代获取足够的稀疏性;
S6:将可达速率约束条件转化为线性矩阵不等式模型;
S7:将信道误差约束转化为线性矩阵不等式模型;
S8:将步骤S5至S7所得的模型转化为SDP问题,通过凸优化工具箱进行求解,得到最优的波束赋形向量。
2.根据权利要求1所述的非理想信道下的去蜂窝MIMO鲁棒性波束赋形方法,其特征在于:步骤S1所述的构建去蜂窝分布式大规模MIMO系统的结构框架具体为:部署一个去蜂窝大规模分布式MIMO系统,该系统包含1个中央处理器,K个单天线用户,L个接入点,每个接入点装有M根发射天线;接入点为用户服务,负责数据的传输,中央处理器负责数据的处理,其中M为发射天线数量,L为接入点数量,K为单天线用户数量。
3.根据权利要求2所述的非理想信道下的去蜂窝MIMO鲁棒性波束赋形方法,其特征在于:步骤S3所述的对获取的参数误差,加入误差约束,构建误差信道模型具体为:信道误差模型为: 其中,k表示用户,hk表示所有接入点到用户k的真实信道, 为估计信道,Δk为误差向量,约束关系为: εk为误差约束;
估计信道 和大尺度衰落在估计信道上是已知的,因此总体功率以估计信道为标准进行计算,用户k的接收信号yk为:式中, 为所有AP对用户k的传输波束赋形向量, 表示矩阵h2
的共轭转置,j表示除用户k外的任一用户,sk~CN(0,1),nk~CN(0,σ)分别表示用户k的预期信号服从期望为0,标准差为1的高斯分布和接收噪声服从期望为0,标准差为σ的高斯分布。
4.根据权利要求3所述的非理想信道下的去蜂窝MIMO鲁棒性波束赋形方法,其特征在于:步骤S4所述的构建用户可达速率与误差信道模型的信道误差约束下功率最小化模型,提升模型鲁棒性,具体为:用户k的信号与干扰的比值SINR为: 引入香农公式,用户k的可达速率即为:Rk=log2(1+SINRk),其中 为辅助变量;
AP消耗的功率为:
tx
λ为功率传输效率系数,P 为天线发射功率,Pa为AP活跃时的最小功率,Ps为AP休眠时消耗的功率;
用户k可达速率与信道误差约束下的系统总功率最小化模型表示为:式中, 为所有AP对用户k的传输波束赋形向量,l为其中一个接入点, 为从接入点l发射到用户k的波束赋形向量,若第l个AP不为用户k服务,那么表示非零 的数量, 为AP活跃时与休眠时的功率差,γk为对所有用户的最小信干比约束,Rk≥γk为用户可达速率约束,||Δk||2≤εk为非理想信道约束。
5.根据权利要求4所述的非理想信道下的去蜂窝MIMO鲁棒性波束赋形方法,其特征在于:步骤S5所述的将功率最小化模型的目标函数从 范数最小化问题近似成一个凸的加权的 范数问题,并通过迭代获取足够的稀疏性,包括以下子步骤:S501:由于AP休眠功率为常数,对优化结果没有影响,将其去除,对目标函数进行变形,若用 范数的平方来替换l0范数,l0范数的个数总量保持不变,AP活跃与休眠模式功率差表述为:S502:根据压缩感知理论,l0范数最小化问题能够近似成一个凸的加权的l1范数问题,则用户k可达速率与信道误差约束下的系统总功率最小化优化问题可近似表述为:为接入点l对用户k所占的权重;
S503:将 合并同类项后,得到下式:
S504:不断迭代权重 并用迭代后的权重不断地对步骤S503的公式进行求解,最终得到一个最优解,对 进行迭代的重加权公式为: 其中,p为一个正指数,τ为数值极小的正数,作用是防止 为0。
6.根据权利要求5所述的非理想信道下的去蜂窝MIMO鲁棒性波束赋形方法,其特征在于:步骤S6所述的将可达速率约束条件转化为线性矩阵不等式,包括以下子步骤:S601:对约束条件进行处理,用户k可达速率约束和信道误差约束分别为:S602:处理用户k可达速率约束,不等式左边用一阶泰勒公式逼近为一个如下的下界:设 为迭代n次后的最优解,那么 的线性下界为: 其中处理用户k可达速率约束为:
S603:引入S‑引理,将约束转化为如下线性矩阵不等式模型:式中,I为单位矩阵,IM为M×M的单位矩阵, 表示 的估计值, 为稀疏变量。
7.根据权利要求6所述的非理想信道下的去蜂窝MIMO鲁棒性波束赋形方法,其特征在于:步骤S7所述的将信道误差约束转化为线性矩阵不等式,包括以下子步骤:S701:用舒尔补将信道误差约束公式写为:
其中
S702:根据涅米罗夫斯基引理,并引入稀疏变量ζk≥0,将S701中的公式转换为线性矩阵不等式模型:
8.根据权利要求7所述的非理想信道下的去蜂窝MIMO鲁棒性波束赋形方法,其特征在于:步骤S8所述的将步骤S5至S7所得的模型转化为SDP问题,通过凸优化工具箱进行求解,得到最优的波束赋形向量,包括以下子步骤:S801:将步骤S5至S7所得的模型转化为SDP问题:通过对式(5)不断迭代,得到
S802:依据获得的 以及公式 得到wk,wk为本SDP问题的最优解,该wk是所有AP对用户k的最优传输波束赋形向量。