技術(shù)特征：

1.一種聯(lián)合編碼調(diào)制的即時數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟一、搭建大規(guī)模MIMO中繼網(wǎng)絡(luò)的仿真場景；

仿真場景中包括一個MIMO基站，基站上部署N對天線；基站周圍隨機分布通信的K對用戶，每對用戶包括發(fā)送用戶和接收用戶；發(fā)送用戶和接收用戶通過MIMO基站互相傳輸信息；

步驟二、每個發(fā)送用戶分別將信道狀態(tài)信息發(fā)送給基站N根對應(yīng)的接收天線，從而形成信道狀態(tài)矩陣Η_S；

K個發(fā)送用戶到N根基站接收天線形成的信道狀態(tài)矩陣Η_S如下：

$H_S=\left[\begin{array}{cccccc}{h}_{1,S_1}& h_{1,S_2}& ...& h_{1,S_k}& ...& h_{1,S_K}\\ h_{2,S_1}& h_{2,S_2}& ...& h_{2,S_k}& ...& h_{2,S_K}\\ & & ...& & & \\ h_{n,S_1}& h_{n,S_2}& ...& h_{n,S_k}& ...& h_{n,S_K}\\ & & ...& & & \\ h_{N,S_1}& h_{N,S_2}& ...& h_{N,S_k}& ...& h_{N,S_K}\end{array}\right]$

表示第n根基站接收天線到發(fā)送用戶S_k的信道狀態(tài)信息；

步驟三、每個接收用戶分別將信道狀態(tài)信息發(fā)送到基站N根對應(yīng)的發(fā)送天線，從而形成信道狀態(tài)矩陣Η_D；

K個接收用戶到N根基站發(fā)送天線形成的信道狀態(tài)矩陣Η_D如下：

$H_D=\left[\begin{array}{cccccc}{h}_{1,D_1}& h_{1,D_2}& ...& h_{1,D_k}& ...& h_{1,D_K}\\ h_{2,D_1}& h_{2,D_2}& ...& h_{2,D_k}& ...& h_{2,D_K}\\ & & ...& & & \\ h_{n,D_1}& h_{n,D_2}& ...& h_{n,D_k}& ...& h_{n,D_K}\\ & & ...& & & \\ h_{N,D_1}& h_{N,D_2}& ...& h_{N,D_k}& ...& h_{N,D_K}\end{array}\right]$

表示第n根基站發(fā)送天線到接收用戶D_k的信道狀態(tài)信息；

步驟四、基于信道狀態(tài)矩陣Η_S和信道狀態(tài)矩陣Η_S，初始化所有發(fā)送用戶的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的上限與下限；

數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量上限的表達式為：

$upper=max\left(Q_L^{*\′}\right),L=(1,2,...,k,...,K)$

其中，是第k個發(fā)送用戶的當(dāng)前數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的值；是第k個發(fā)送用戶上次的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量值；

的表達式為：

$Q_k^{*}={\log }_{2}E\left(\frac{1-BER}{BER}\right)E\left(\frac{p_k^{\left(re\right)}|g_k^H{h}_k{|}^2}{\underset{l=1,l\≠k}{\overset{K}{\Σ}}{p}_l^{\left(re\right)}|g_k^H{h}_l{|}^2+{\mathrm{\σ}}^2|\left|g_k\right|{|}^2}\right)$

BER是發(fā)送用戶到基站的數(shù)據(jù)傳輸過程中的誤比特率；h_k是信道狀態(tài)矩陣Η_D的第k列向量值，是基站為第k個接收用戶傳輸數(shù)據(jù)時所用功率，g_k是矩陣G的第k列的向量值；σ²表示基站為第k個接收用戶傳輸數(shù)據(jù)時噪聲的功率；

矩陣G是接收信道矩陣，由接收用戶選擇的接收方式確定，具體如下：

$G=\left\{\begin{array}{c}{H}_D\\ H_D{\left(H_D^H{H}_D\right)}^{-1}\\ {(H_D{P}^{\left(re\right)}{H_D}^H+{\mathrm{\σ}}^2{I}_M)}^{-1}{H}_D\end{array}\right.$

G＝H_D對應(yīng)的接收方式為迫零接收，對應(yīng)的接收方式為最大比合并接收，G＝(H_DP^(re)H_D^H+σ²I_M)^-1H_D對應(yīng)的接收方式為最小均方誤差接收；

數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量下限：為各發(fā)送用戶預(yù)期的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的平均值，表達式為：

$lower=\left({\mathrm{\Σ}}_{l=1}^K{\stackrel{\‾}{Q}}_l\right)/K$

其中表示第k個發(fā)送用戶所選擇的預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的值；

步驟五、根據(jù)數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的上限與下限，基站計算每個發(fā)送用戶的調(diào)制星座點m_k；

步驟六、基站將調(diào)制星座點數(shù)以及調(diào)制方式返給發(fā)送用戶，將最佳接收方式發(fā)射給接收用戶，完成通信。

2.如權(quán)利要求1所述的一種聯(lián)合編碼調(diào)制的即時數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟一中，仿真場景中心布置的MIMO基站上的N對天線，分別為{1,2,...,n,...,N}；每對天線包括基站接收天線和基站發(fā)送天線，K對用戶集合為{1,2,...,k,...,K}，發(fā)送用戶集合為S＝{S₁,S₂,...,S_k,...,S_K}；接收用戶集合D＝{D₁,D₂,...,D_k,...,D_K}；每個用戶設(shè)有兩根天線，一個接收天線和一個發(fā)送天線。

3.如權(quán)利要求1所述的一種聯(lián)合編碼調(diào)制的即時數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟五，具體步驟如下：

步驟501、基站根據(jù)數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的上限與下限計算每個發(fā)送用戶的加權(quán)系數(shù)；

第k個發(fā)送用戶的加權(quán)系數(shù)λ_k為；

${\mathrm{\λ}}_k={\mathrm{\η}}_k\frac{max\left(Q_k^{*}\right)}{upper}$

其中η_k是第k個用戶對的數(shù)據(jù)幀質(zhì)量值保障因子；

步驟502、根據(jù)加權(quán)系數(shù)計算每個發(fā)送用戶的加權(quán)平均預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量；

第k個發(fā)送用戶的加權(quán)平均預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量為

步驟503、基站對所有的發(fā)送用戶，檢測每個發(fā)送用戶的加權(quán)平均預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量與當(dāng)前數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的差值；

步驟504、針對當(dāng)前發(fā)送用戶k，基站依次判斷是否如果是，進入步驟505；否則，當(dāng)前發(fā)送用戶k的調(diào)制星座點m_k保持不變；

初始k＝1；判斷完當(dāng)前發(fā)送用戶k后，將k+1再次比較，直至到接收用戶K；

步驟505、基站對影響當(dāng)前發(fā)送用戶k的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的各參數(shù)進行調(diào)整，改善調(diào)制星座點m_k，使發(fā)送用戶k滿足

步驟506、基站根據(jù)所有發(fā)送用戶的數(shù)據(jù)調(diào)制星座點，重新計算數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的上限與下限；

針對當(dāng)前發(fā)送用戶k，比較該用戶的比較預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量與當(dāng)前數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量若令upper＝μ_k；否則令lower＝μ_k；

步驟507、根據(jù)數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的新的上限與下限，重復(fù)步驟501到步驟506，直至所有發(fā)送用戶均滿足記錄所有發(fā)送用戶的調(diào)制星座點。

4.如權(quán)利要求3所述的一種聯(lián)合編碼調(diào)制的即時數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟505，具體步驟如下：

首先、針對接收用戶k，更改用于計算數(shù)據(jù)調(diào)制星座點的預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量μ_k；

μ_k＝(upper+lower)/2

然后，將預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量μ_k取代求解出發(fā)送用戶k到基站的新的數(shù)據(jù)傳輸預(yù)期誤比特率BER_k；

${\mathrm{\μ}}_k={\log }_{2}E\left(\frac{1-{\mathrm{BER}}_k}{{\mathrm{BER}}_k}\right){\log }_{2}E\left(\frac{p_k^{\left(re\right)}|g_k^H{h}_k{|}^2}{\underset{l=1,l\≠k}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{p}_l^{\left(re\right)}|g_k^H{h}_l{|}^2+{\mathrm{\σ}}^2|\left|g_k\right|{|}^2}\right)$

最后，根據(jù)新的數(shù)據(jù)傳輸預(yù)期誤比特率BER_k，計算接收用戶k新的數(shù)據(jù)調(diào)制星座點m_k；

計算式為：

m_k＝V^-1(BER_k)

其中V^-1()是V(m_k)的反函數(shù)，輸入?yún)?shù)為誤比特率BER_k，輸出的解為m_k；

函數(shù)V(m_k)的表達式為：

$BER\≈V\left(m_k\right)=\frac{2(1-1/\sqrt{m_k})}{{\log }_2\sqrt{m_k}}Q\left(\frac{2E_b}{N_0}\sqrt{\frac{3{\log }_2\sqrt{m_k}}{m_k-1}}\right)$

E_b是每比特數(shù)據(jù)包含的平均能量，N₀是通過濾波器后高斯白噪聲的頻帶寬度。

5.如權(quán)利要求1所述的一種聯(lián)合編碼調(diào)制的即時數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方法，其特征在于，步驟六中，所述的基站給發(fā)送用戶的調(diào)制方式，是按表1查閱星座點數(shù)對應(yīng)的調(diào)制方式；且發(fā)射給接收用戶的最佳接收方式，是按表1查閱星座點數(shù)對應(yīng)的最佳接收方式；

表1

m_k調(diào)制方式編碼速率接收方式1BPSK1/2ZF2QPSK1/2MRC3QPSK3/4MRC416QAM9/16MRC516QAM3/4MMSE664QAM3/4MMSE

BPSK表示二相鍵控調(diào)制；QPSK表示正交鍵控調(diào)制；QAM表示正交星座點幅度調(diào)制；

ZF(Zero Forcing)表示迫零接收；MRC(Max Ratio Combining)表示最大比合并接收；MMSE(Minimum Mean Square Error)表示最小均方誤差接收。