專利名稱：基于最優(yōu)中繼線性加權(quán)矩陣的正交空時(shí)塊編碼傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及中繼協(xié)作通信系統(tǒng)中信號(hào)傳輸，具體來(lái)說是基于最優(yōu)中繼線性加權(quán)矩陣的正交空時(shí)塊編碼傳輸方法，可用于多天線中繼系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無(wú)線通信系統(tǒng)中，多輸入多輸出MMO天線配置可以極大提高傳統(tǒng)的單輸入單輸出SISO系統(tǒng)的可達(dá)容量，并且可以提供分集，復(fù)用等增益。例如，在MMO系統(tǒng)中，通過采用垂直分層空時(shí)編碼傳輸方法，可獲得空間復(fù)用增益，而采用正交空時(shí)塊編碼傳輸方法時(shí)，則可獲得分集增益。但是在實(shí)際應(yīng)用中，一方面，由于通信終端的體積和功耗限制，使得MMO系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。另一方面，由于協(xié)作技術(shù)可以獲得空間分集增益，并且可以擴(kuò)大覆蓋范圍，因此中繼輔助的協(xié)作通信系統(tǒng)備受關(guān)注。中繼輔助方案可以分為兩大類再生方案和非再生方案。 在再生方案中，中繼節(jié)點(diǎn)先解碼收到的信號(hào)，再編碼，然后再發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)。而對(duì)于非再生方案，其復(fù)雜度低，中繼節(jié)點(diǎn)只需線性的處理收到的信號(hào)，再轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)。對(duì)于非再生中繼輔助的垂直分層空時(shí)編碼傳輸方法，如果中繼節(jié)點(diǎn)只知道源節(jié)點(diǎn)和它自身之間的信道狀態(tài)信息CSI，就可以采用一種簡(jiǎn)單的放大系數(shù)進(jìn)行中繼。然而，如果源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)之間以及中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的CSI信息都已知，則可通過合理的設(shè)計(jì)中繼節(jié)點(diǎn)處的線性加權(quán)矩陣，使得系統(tǒng)性能比只采用簡(jiǎn)單的中繼放大系數(shù)時(shí)有極大的提聞。另一方面，對(duì)于圖I所示的非再生中繼輔助的正交空時(shí)塊編碼傳輸系統(tǒng)也獲得了相當(dāng)多的研究。在圖I所示的系統(tǒng)中，包括一個(gè)源節(jié)點(diǎn)S，一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)R和一個(gè)目的節(jié)點(diǎn) D0其中所有節(jié)點(diǎn)都配有多根天線。源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送空時(shí)塊編碼數(shù)據(jù)給中繼節(jié)點(diǎn)R，中繼節(jié)點(diǎn) R接收來(lái)自源節(jié)點(diǎn)S的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行放大處理，然后轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)D。其中，中繼節(jié)點(diǎn)R放大處理數(shù)據(jù)時(shí)，如果中繼節(jié)點(diǎn)R沒有任何CSI信息，其采用的是固定增益系數(shù)。但是當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)R可獲得源節(jié)點(diǎn)和中繼之間的CSI信息時(shí)，其可采用CSI輔助的基于增益系數(shù)的簡(jiǎn)單加權(quán)矩陣進(jìn)行傳輸。研究表明，通過進(jìn)行合理的功率控制，采用CSI輔助的基于增益系數(shù)加權(quán)矩陣的正交空時(shí)塊編碼傳輸方法可以獲得同固定中繼增益方法相同的性能。但是以上這兩種方法都沒有充分利用中繼的線性處理能力和多天線分集增益，所以會(huì)造成系統(tǒng)接收信噪比的降低和誤碼率性能的下降，從而降低系統(tǒng)的傳輸性能。并且，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和中繼以及中繼和目的節(jié)點(diǎn)之間的CSI信息都已知時(shí)，中繼處的最優(yōu)線性加權(quán)矩陣是未知的，因此當(dāng)前的非再生中繼輔助的正交空時(shí)塊編碼傳輸方法不能最優(yōu)的處理中繼處的信息，使得系統(tǒng)誤碼率性能很低，系統(tǒng)傳輸性能受限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于最優(yōu)中繼線性加權(quán)矩陣的正交空時(shí)塊編碼傳輸方法，以提高接收信號(hào)的信噪比，從而提高系統(tǒng)的誤碼率性能。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)思路是，通過利用源節(jié)點(diǎn)和中繼以及中繼和目的節(jié)點(diǎn)之間 的CSI信息，設(shè)計(jì)中繼發(fā)送信號(hào)的最優(yōu)線性加權(quán)矩陣，并且改進(jìn)現(xiàn)有的正交空時(shí)塊編碼傳 輸方法，從而有效利用中繼多根天線提供的分集增益，使得目的節(jié)點(diǎn)可以獲得最大接收信 噪比，提高系統(tǒng)誤碼率性能。其具體實(shí)現(xiàn)過程如下(1)設(shè)定一個(gè)源節(jié)點(diǎn)S，一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)R和一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)D，以構(gòu)建非再生中繼輔助 的正交空時(shí)塊編碼傳輸系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)的一個(gè)傳輸周期劃分為兩個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙包括 兩個(gè)時(shí)刻；(2)源節(jié)點(diǎn)S在第一時(shí)隙中發(fā)送信號(hào)，即在第一時(shí)刻，源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送原始信號(hào)向量 X!給中繼節(jié)點(diǎn)R，在第二時(shí)刻，源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送空時(shí)塊編碼后的信號(hào)向量x2給中繼節(jié)點(diǎn)R，并 且Xl和x2滿足以下形式
權(quán)利要求
1.一種基于最優(yōu)中繼線性加權(quán)矩陣的正交空時(shí)塊編碼傳輸方法，包括如下步驟(1)設(shè)定一個(gè)源節(jié)點(diǎn)S，一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)R和一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)D，以構(gòu)建非再生中繼輔助的正交空時(shí)塊編碼傳輸系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)的一個(gè)傳輸周期劃分為兩個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙包括兩個(gè)時(shí)刻；(2)源節(jié)點(diǎn)S在第一時(shí)隙中發(fā)送信號(hào)，即在第一時(shí)刻，源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送原始信號(hào)向量X1給中繼節(jié)點(diǎn)R，在第二時(shí)刻，源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送空時(shí)塊編碼后的信號(hào)向量X2給中繼節(jié)點(diǎn)R，并且X1 和X2滿足以下形式/ /Xl ~πι 其中，Hl1為源節(jié)點(diǎn)S處的第一個(gè)調(diào)制符號(hào)，HI2為源節(jié)點(diǎn)S處的第二個(gè)調(diào)制符號(hào)，(廣代表共軛操作；(3)中繼節(jié)點(diǎn)R在第一時(shí)隙中接收數(shù)據(jù)，即在第一時(shí)刻，中繼節(jié)點(diǎn)R接收到的第一個(gè)數(shù)據(jù)為yrt，在第二時(shí)刻，中繼節(jié)點(diǎn)R接收到的第二個(gè)數(shù)據(jù)為ιτ2 ；(4)中繼節(jié)點(diǎn)R使用訓(xùn)練序列估計(jì)法得到源節(jié)點(diǎn)S到中繼節(jié)點(diǎn)R的信道矩陣H1，并對(duì)其進(jìn)行奇異值分解H1 = U1 F, = i/AF,其中，U1是源節(jié)點(diǎn)S到中繼節(jié)點(diǎn)R的信道矩陣H1的左奇異向量，人為(2X2)維的對(duì)角矩陣，V1是源節(jié)點(diǎn)S到中繼節(jié)點(diǎn)R的信道矩陣H1的右奇異向量,A1= 為(隊(duì)X2)維的矩陣，Nr為中繼節(jié)點(diǎn)R處的天線數(shù)，Oh代共軛轉(zhuǎn)置操作；(5)中繼節(jié)點(diǎn)R通過反饋得到中繼節(jié)點(diǎn)R到目的節(jié)點(diǎn)D的信道矩陣h2，并對(duì)其進(jìn)行奇異值分解O] K/ =a2v2h其中，λ 21是中繼節(jié)點(diǎn)R到目的節(jié)點(diǎn)D的信道矩陣h2的非零奇異值，V2是中繼節(jié)點(diǎn)R 到目的節(jié)點(diǎn)D的信道矩陣匕的右奇異向量，A2= [λ21 O]為隊(duì)個(gè)元素的行向量；(6)中繼節(jié)點(diǎn)R根據(jù)源節(jié)點(diǎn)S到中繼節(jié)點(diǎn)R的信道矩陣H1的左奇異向量U1和中繼節(jié)點(diǎn)R到目的節(jié)點(diǎn)D的信道矩陣h2的右奇異向量V2,構(gòu)建使得接收信噪比最大的最優(yōu)線性加權(quán)矩陣W為耐其中，為中繼節(jié)點(diǎn)R的發(fā)送功率，Es為源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送符號(hào)的能量，λ η為源節(jié)點(diǎn)S到中繼節(jié)點(diǎn)R的信道矩陣H1的奇異值，為噪聲功率，(V2) I為中繼節(jié)點(diǎn)R到目的節(jié)點(diǎn)D的信道矩陣h2的右奇異向量V2的第一列元素，(U1) I為源節(jié)點(diǎn)S到中繼節(jié)點(diǎn)R的信道矩陣H1的左奇異向量U1的第一列兀素；(7)在第二時(shí)隙中，中繼節(jié)點(diǎn)R發(fā)送數(shù)據(jù)，即在第一時(shí)刻，中繼節(jié)點(diǎn)R將步驟(6)構(gòu)建出的最優(yōu)線性加權(quán)矩陣W與步驟(3)中的第一個(gè)接收數(shù)據(jù)相乘，獲得中繼第一個(gè)發(fā)送信號(hào)向量xrt，并發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)D ;在第二時(shí)刻，中繼節(jié)點(diǎn)R將步驟(6)構(gòu)建出的最優(yōu)線性加權(quán)矩陣W與步驟(3)中的第二個(gè)接收數(shù)據(jù)相乘，獲得中繼第二個(gè)發(fā)送信號(hào)向量\2，并發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)D ;(8)目的節(jié)點(diǎn)D在第二時(shí)隙中接收數(shù)據(jù)，即在第一時(shí)刻，目的節(jié)點(diǎn)D接收到第一個(gè)數(shù)據(jù)為ydl，在第二時(shí)刻，目的節(jié)點(diǎn)D接收到第二個(gè)數(shù)據(jù)為yd2，并根據(jù)接收到的兩個(gè)數(shù)據(jù)ydl和yd2 構(gòu)造判決向量，以進(jìn)行譯碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中步驟(8)所述的目的節(jié)點(diǎn)D根據(jù)接收到的兩個(gè)數(shù)據(jù)Ydi和Yd2構(gòu)造判決向量，包括如下步驟(Sa)目的節(jié)點(diǎn)D將收到的第一個(gè)數(shù)據(jù)ydl和第二個(gè)數(shù)據(jù)yd2封裝為向量形式允，得到
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中步驟(8)所述的目的節(jié)點(diǎn)D根據(jù)判決向量進(jìn)行譯碼，是目的節(jié)點(diǎn)D將步驟(Sb)中得到的判決向量元和原始信號(hào)向量X所在的星座圖中的所有信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行歐氏距離比較，并找出同判決向量元?dú)W式距離最小的信號(hào)點(diǎn)，得到譯碼結(jié)果St為:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于最優(yōu)中繼線性加權(quán)矩陣的正交空時(shí)塊編碼傳輸方法，解決傳統(tǒng)方法誤碼率高傳輸性能差的問題。其實(shí)現(xiàn)過程為(1)設(shè)定一個(gè)由源節(jié)點(diǎn)S，中繼節(jié)點(diǎn)R和目的節(jié)點(diǎn)D構(gòu)成的通信系統(tǒng)；(2)在第一時(shí)隙，源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送信號(hào)向量x1和x2，中繼節(jié)點(diǎn)R接收到數(shù)據(jù)yr1和yr2；(3)中繼節(jié)點(diǎn)R對(duì)源節(jié)點(diǎn)S到中繼節(jié)點(diǎn)R的信道矩陣H1和中繼節(jié)點(diǎn)R到目的節(jié)點(diǎn)D的信道矩陣h2進(jìn)行奇異值分解；(4)中繼節(jié)點(diǎn)R構(gòu)建最優(yōu)線性加權(quán)矩陣W；(5)在第二時(shí)隙，中繼節(jié)點(diǎn)R構(gòu)建發(fā)送信號(hào)向量xr1和xr2，并發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)D；(6)目的節(jié)點(diǎn)D接收到數(shù)據(jù)yd1和yd2，并構(gòu)造判決向量來(lái)譯碼。本發(fā)明通過提高接收信號(hào)的信噪比，降低了系統(tǒng)誤碼率，提高了系統(tǒng)傳輸性能。
文檔編號(hào)H04B7/06GK102594524SQ20121009952
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月7日
發(fā)明者劉偉, 劉勤, 張文柱, 李建東, 李紅艷, 盛敏, 黃鵬宇 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)