專利名稱：雙向多中繼系統(tǒng)中源端和中繼端魯棒性聯(lián)合信號(hào)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是ー種無(wú)線通信領(lǐng)域的信號(hào)處理方法，具體是ー種雙向多中繼系統(tǒng)中源端和中繼端魯棒性聯(lián)合信號(hào)處理方法。
背景技術(shù)：
中繼系統(tǒng)應(yīng)用于無(wú)線通信系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)的性能，已經(jīng)在在第四代無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)中得到了廣泛的應(yīng)用。如3GPP(3rd Generation Partnership Project,第三代移動(dòng)通信合作伙伴項(xiàng)目)LTE-A (Long Term Evolation-Advanced,增強(qiáng)型長(zhǎng)期演進(jìn))系統(tǒng)中引入無(wú)線中繼技術(shù)來減小無(wú)線鏈路的空間損耗，増大信噪比，進(jìn)而提高邊緣用戶信道容量。這項(xiàng)技術(shù)等效地拉近了天線和終端用戶的距離，可以改善終端的鏈路質(zhì)量，從而提高系統(tǒng)的頻譜效率和用戶數(shù)據(jù)率。通過在中繼節(jié)點(diǎn)以及用戶節(jié)點(diǎn)上安裝多天線，可以進(jìn)ー步利用MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多輸入多輸出)相關(guān)技術(shù)(如分集、復(fù)用技術(shù))增強(qiáng)系統(tǒng)的傳輸性能。中繼系統(tǒng)取得的増益取決于中繼節(jié)點(diǎn)上采取的信號(hào)處理策略，根據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)信號(hào)處理方式的不同可以將中繼節(jié)點(diǎn)信號(hào)處理方式分為數(shù)字網(wǎng)絡(luò)編碼(Digital NetworkCoding，DNC)和模擬網(wǎng)絡(luò)編碼(Analog Network Coding，ANC)等。在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)編碼策略下，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的比特序列進(jìn)行解碼，然后重新譯碼進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，有ー個(gè)信號(hào)重建的過程。而基于模擬網(wǎng)絡(luò)編碼的中繼節(jié)點(diǎn)不對(duì)信號(hào)進(jìn)行譯碼的操作，只是將接收到的模擬信號(hào)進(jìn)行線性處理得到需要發(fā)送的信號(hào)?；谀M網(wǎng)絡(luò)編碼的中繼節(jié)點(diǎn)在放大處理的時(shí)候會(huì)將有用信號(hào)和干擾噪聲信號(hào)同時(shí)進(jìn)行線性處理，沒有對(duì)干擾噪聲進(jìn)行抑制，在放大信號(hào)的同時(shí)也放大了噪聲。而基于數(shù)字網(wǎng)絡(luò)編碼的中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)信號(hào)譯碼之后能夠抑制中繼節(jié)點(diǎn)的噪聲以及其他信號(hào)的干擾，可以得到較好的系統(tǒng)性能，但其譯碼的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度比較高、延時(shí)較大。由于實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，基于模擬網(wǎng)絡(luò)編碼的中繼節(jié)點(diǎn)在實(shí)際系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)傳統(tǒng)的中繼協(xié)議，一次信息交互過程需要4個(gè)時(shí)隙完成源I —中繼、源2 —中繼、中繼一源I、中繼一源2。通過采用雙向中繼協(xié)議可以將信息交互過程縮短到2個(gè)時(shí)隙內(nèi)完成接收時(shí)隙和發(fā)送時(shí)隙，即源1，源2—中繼、中繼一源1，源2。這樣可以增加系統(tǒng)的頻譜利用效率，提高系統(tǒng)的容量。本發(fā)明中采用雙向中繼協(xié)議用于無(wú)線信號(hào)的傳輸。在實(shí)際無(wú)線通信系統(tǒng)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)需要采用各自的信道估計(jì)模塊獲得節(jié)點(diǎn)間的信道狀態(tài)信息，從而來正確的進(jìn)行解碼。信道估計(jì)模塊得到的信道狀態(tài)信息與真實(shí)的信道狀態(tài)信息不可能完全一致，會(huì)產(chǎn)生ー些不可避免的差別。這樣基于精確的信道狀態(tài)信息得到的預(yù)編碼信號(hào)處理方法往往在某些時(shí)候會(huì)有很大的性能下降，因此基于信道估計(jì)誤差的魯棒性信號(hào)處理方法具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。隨著無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展，實(shí)際通信系統(tǒng)中用戶數(shù)目以及輔助中繼的數(shù)目將會(huì)不斷増加。多對(duì)用戶在同一頻譜資源上通過多個(gè)中繼進(jìn)行數(shù)據(jù)通信成為了ー種增加容量的通信方式，但隨著系統(tǒng)規(guī)模的逐漸增加，需要進(jìn)ー步的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜的源端和中繼端的信號(hào)處理方法。在中國(guó)專利公開號(hào)CN102281129A “ΜΜ0雙向中繼系統(tǒng)中的信息處理方法”中，提到了雙向中繼系統(tǒng)中的一種魯棒性信息處理方法。該方法考慮了信道估計(jì)的誤差，對(duì)單對(duì)用戶的雙向單中繼系統(tǒng)預(yù)編碼信號(hào)處理方法進(jìn)行了優(yōu)化。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，P.Ubaidulla, A. Chockalingam, “Relay PrecoderOptimization in MIMO-Relay Networks With Imperfect CSIj ”IEEE Transaction onSignal Processing, Nov. 2011( “非完美信道狀態(tài)信息多輸入多輸出中繼網(wǎng)絡(luò)中繼預(yù)編碼優(yōu)化”，IEEE信號(hào)處理學(xué)報(bào)，2011年11月)，該文章研究多對(duì)用戶單 中繼單向中繼信號(hào)處理方法，聯(lián)合設(shè)計(jì)源端和中繼的信號(hào)處理，以最小化檢測(cè)信號(hào)的均方誤差?，F(xiàn)有技術(shù)對(duì)解決多對(duì)用戶通過多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線信息交互場(chǎng)景下的魯棒性信號(hào)處理方法并沒有進(jìn)行過多研究，而上述的兩篇文獻(xiàn)只是此場(chǎng)景的ー些特例。如何在一個(gè)更加普遍的多用戶多中繼節(jié)點(diǎn)無(wú)線通信系統(tǒng)中提出ー種性能較好的魯棒性聯(lián)合源端和中繼端信號(hào)處理方法具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種多對(duì)用戶雙向多中繼系統(tǒng)中的源端和中繼端魯棒性信號(hào)處理方法，本發(fā)明根據(jù)麗SE (Minimum Mean SquaredError,最小均方誤差)準(zhǔn)則，在考慮信道估計(jì)誤差的情況下，聯(lián)合設(shè)計(jì)了源端和中繼端線性信息處理方法，該方法能有效改善系統(tǒng)的比特誤碼率性能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種雙向多中繼系統(tǒng)中源端和中繼端魯棒性聯(lián)合信號(hào)處理方法，包括以下步驟第一歩，所有源端收發(fā)機(jī)向所有中繼節(jié)點(diǎn)分別發(fā)射訓(xùn)練序列，所有中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，得到源端收發(fā)機(jī)到中繼節(jié)點(diǎn)的信道，并得到估計(jì)處理造成的信道估計(jì)誤差方差；第二步，所有中繼節(jié)點(diǎn)同時(shí)向所有源端收發(fā)機(jī)發(fā)射訓(xùn)練序列，源端收發(fā)機(jī)根據(jù)接收到的信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，得到中繼節(jié)點(diǎn)到源端收發(fā)機(jī)的信道，并得到估計(jì)處理造成的信道估計(jì)誤差方差；第三步，所有源端收發(fā)機(jī)估計(jì)得到的中繼節(jié)點(diǎn)到源端收發(fā)機(jī)的信道信息以及相應(yīng)的信道估計(jì)誤差方差反饋給相應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)；所有中繼節(jié)點(diǎn)將所有估計(jì)出的信道信息以及相應(yīng)的信道估計(jì)誤差方差傳輸給中央處理器；中央處理器根據(jù)信道信息以及信道估計(jì)誤差方差迭代計(jì)算所有源端的發(fā)射預(yù)編碼矩陣Ak，k=l,. .，2K，所有中繼預(yù)編碼矩陣Fr, r=l, · ·，R，以及所有源端收發(fā)機(jī)的接收均衡矩陣Bk, k=l, · ·，2K ;第四步，中央處理器將計(jì)算得到的源端發(fā)射預(yù)編碼矩陣、源端接收均衡矩陣傳輸給所有中繼節(jié)點(diǎn)，將中繼預(yù)編碼矩陣傳輸給相應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)；然后中繼節(jié)點(diǎn)反饋源端發(fā)射預(yù)編碼矩陣、源端接收均衡矩陣到相應(yīng)的源端收發(fā)機(jī)，同時(shí)將源端收發(fā)機(jī)所對(duì)應(yīng)的源端到所有中繼節(jié)點(diǎn)的信道信息反饋給相應(yīng)的源端收發(fā)機(jī)；第五步，所有源端收發(fā)機(jī)對(duì)預(yù)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，得到發(fā)射信號(hào)并將該信號(hào)發(fā)射給中繼節(jié)點(diǎn)；
第六步，每個(gè)中繼節(jié) 點(diǎn)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行線性處理，得到中繼的發(fā)射信號(hào)，并將其廣播給所有源端收發(fā)機(jī)；第七步，所有源端對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)處理，得到估計(jì)的發(fā)射信號(hào)。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的雙向多中繼系統(tǒng)中源端和中繼端魯棒性聯(lián)合信號(hào)處理方法，第一歩中信道估計(jì)處理方法具體為所有2K個(gè)源端收發(fā)機(jī)向所有R個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)射訓(xùn)練序列，其中源端收發(fā)機(jī)k發(fā)送的發(fā)射訓(xùn)練序列為Sk，中繼節(jié)點(diǎn)r接收到的從源端收發(fā)機(jī)k發(fā)射的訓(xùn)練序列序號(hào)為Xa，源端收發(fā)機(jī)k到中繼節(jié)點(diǎn)r的信道由下式得到
權(quán)利要求
1.一種雙向多中繼系統(tǒng)中源端和中繼端魯棒性聯(lián)合信號(hào)處理方法，其特征在于，包括以下步驟 第一歩，所有源端收發(fā)機(jī)向所有中繼節(jié)點(diǎn)分別發(fā)射訓(xùn)練序列，所有中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，得到源端收發(fā)機(jī)到中繼節(jié)點(diǎn)的信道，并得到估計(jì)處理造成的信道估計(jì)誤差方差； 第二步，所有中繼節(jié)點(diǎn)同時(shí)向所有源端收發(fā)機(jī)發(fā)射訓(xùn)練序列，源端收發(fā)機(jī)根據(jù)接收到的信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，得到中繼節(jié)點(diǎn)到源端收發(fā)機(jī)的信道，并得到估計(jì)處理造成的信道估計(jì)誤差方差； 第三步，所有源端收發(fā)機(jī)估計(jì)得到的中繼節(jié)點(diǎn)到源端收發(fā)機(jī)的信道信息以及相應(yīng)的信道估計(jì)誤差方差反饋給相應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)；所有中繼節(jié)點(diǎn)將所有估計(jì)出的信道信息以及相應(yīng)的信道估計(jì)誤差方差傳輸給中央處理器；中央處理器根據(jù)信道信息以及信道估計(jì)誤差方差迭代計(jì)算所有源端的發(fā)射預(yù)編碼矩陣K, k=l,. .，2K，所有中繼預(yù)編碼矩陣F" r=l,. .，R，以及所有源端收發(fā)機(jī)的接收均衡矩陣Bk，k=l,. . , 2K ； 第四步，中央處理器將計(jì)算得到的源端發(fā)射預(yù)編碼矩陣、源端接收均衡矩陣傳輸給所有中繼節(jié)點(diǎn)，將中繼預(yù)編碼矩陣傳輸給相應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)；然后中繼節(jié)點(diǎn)反饋源端發(fā)射預(yù)編碼矩陣、源端接收均衡矩陣到相應(yīng)的源端收發(fā)機(jī)，同時(shí)將源端收發(fā)機(jī)所對(duì)應(yīng)的源端到所有中繼節(jié)點(diǎn)的信道信息反饋給相應(yīng)的源端收發(fā)機(jī)； 第五歩，所有源端收發(fā)機(jī)對(duì)預(yù)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，得到發(fā)射信號(hào)并將該信號(hào)發(fā)射給中繼節(jié)點(diǎn)； 第六步，每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行線性處理，得到中繼的發(fā)射信號(hào)，并將其廣播給所有源端收發(fā)機(jī)； 第七步，所有源端對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)處理，得到估計(jì)的發(fā)射信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙向多中繼系統(tǒng)中源端和中繼端魯棒性聯(lián)合信號(hào)處理方法，其特征在于，第一歩中信道估計(jì)處理方法具體為 所有2K個(gè)源端收發(fā)機(jī)向所有R個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)射訓(xùn)練序列，其中源端收發(fā)機(jī)k發(fā)送的發(fā)射訓(xùn)練序列為Sk,中繼節(jié)點(diǎn)r接收到的從源端收發(fā)機(jī)k發(fā)射的訓(xùn)練序列序號(hào)為Xrit,源端收發(fā)機(jī)k到中繼節(jié)點(diǎn)r的信道/^由下式得到 其中，Nk是源端k的天線數(shù)；P τ k是訓(xùn)練序列Sk的信噪比，St eひも;TTk是源端k發(fā)射的訓(xùn)練序列的長(zhǎng)度Jris，是中繼r接收到的發(fā)送自源端k的訓(xùn)練序列信號(hào)戽是中繼節(jié)點(diǎn)r的天線數(shù);4S為大小為NkXNk的単位矩陣；上標(biāo)(·)H表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置； 該估計(jì)處理造成的信道估計(jì)誤差方差為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙向多中繼系統(tǒng)中源端和中繼端魯棒性聯(lián)合信號(hào)處理方法，其特征在于，第二步中信道估計(jì)處理方法具體為 所有R個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)向所有2K個(gè)源端收發(fā)機(jī)發(fā)射訓(xùn)練序列，其中，中繼節(jié)點(diǎn)r發(fā)送的發(fā)射訓(xùn)練序列為瓦，源端收發(fā)機(jī)k接收到的從中繼節(jié)點(diǎn)r發(fā)射的訓(xùn)練序列序號(hào)為，中繼節(jié)點(diǎn)r到源端收發(fā)機(jī)k間的信道0iT由下式得到 其中，瓦.是訓(xùn)練序列旯的信噪比 ぶ,Cm戽r ,ξ·是中繼發(fā)射的訓(xùn)練序列的長(zhǎng)度； 該估計(jì)處理造成的信道估計(jì)誤差方差為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙向多中繼系統(tǒng)中源端和中繼端魯棒性聯(lián)合信號(hào)處理方法，其特征在于，第三步中中央處理器計(jì)算所有源端的發(fā)射預(yù)編碼矩陣Ak，k = 1，. .，2K，所有中繼預(yù)編碼矩陣しr = 1，. .，R以及所有源端收發(fā)機(jī)的接收均衡矩陣Bk，k=l，. .，2K ;具體通過迭代方法實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一歩包括以下步驟 步驟ー假設(shè)所有源端的發(fā)射預(yù)編碼矩陣Ak，k=l, ..，2K以及所有中繼預(yù)編碼矩陣Fr, r=l, ..,R已知，計(jì)算所有源端收發(fā)機(jī)的接收均衡矩陣Bk，k=l,. .，2K ;任意源端收發(fā)機(jī)k的接收均衡矩陣的方法如下
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙向多中繼系統(tǒng)中源端和中繼端魯棒性聯(lián)合信號(hào)處理方法，其特征在于，第五步中源端發(fā)射機(jī)k的預(yù)處理方法是sk=Akdk其中，4 ,，…，ん/是源端k需要發(fā)送的經(jīng)過調(diào)制后的信號(hào)'Sk =[%，…, /是經(jīng)過預(yù)編碼處理后的信號(hào)；Lk為源端k的發(fā)射信號(hào)流數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙向多中繼系統(tǒng)中源端和中繼端魯棒性聯(lián)合信號(hào)處理方法，其特征在于，第六步中中繼節(jié)點(diǎn)r的線性處理方法是 其中，Xr為中繼節(jié)點(diǎn)r接收到的信號(hào)向量為中繼節(jié)點(diǎn)r發(fā)送的信號(hào)向量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的雙向多中繼系統(tǒng)中源端和中繼端魯棒性聯(lián)合信號(hào)處理方法，其特征在于，第七步中源端接收機(jī)k的檢測(cè)處理方法是
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙向多中繼系統(tǒng)中源端和中繼端魯棒性聯(lián)合信號(hào)處理方法，其特征在于，所述中央處理器為ー個(gè)與所有中繼節(jié)點(diǎn)相連的處理器設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙向多中繼系統(tǒng)中源端和中繼端魯棒性聯(lián)合信號(hào)處理方法，其特征在于，所述中央處理器集成在某一中繼節(jié)點(diǎn)內(nèi)。
全文摘要
雙向多中繼系統(tǒng)中源端和中繼端魯棒性聯(lián)合信號(hào)處理方法。一種信號(hào)處理方法源端向中繼發(fā)射訓(xùn)練序列，中繼進(jìn)行信道估計(jì)得到源端與中繼的估計(jì)信道和信道估計(jì)誤差方差；中繼向源端發(fā)射訓(xùn)練序列，源端進(jìn)行信道估計(jì)得到中繼與源端的估計(jì)信道和信道估計(jì)誤差方差；源端將中繼與源端的估計(jì)信道和信道估計(jì)誤差方差反饋給中繼，中繼將反饋信道、估計(jì)信道和信道估計(jì)誤差方差傳給中央處理器，中央處理器計(jì)算源端發(fā)射機(jī)預(yù)編碼，中繼預(yù)編碼和源端接收均衡矩陣并將預(yù)編碼以及均衡矩陣傳給中繼；中繼將源端發(fā)射機(jī)預(yù)編碼、源端接收均衡矩陣反饋給源端；源端對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后發(fā)給中繼；中繼對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后廣播給源端；源端對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)處理得到傳輸信息。本發(fā)明提高了信道容量，改善了系統(tǒng)的比特誤碼率性能。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102724145SQ20121018136
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者伊海珂, 俞暉, 張萌, 羅漢文, 錢成, 黃劍 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)