專利名稱：放大轉發(fā)分布式協(xié)作系統(tǒng)發(fā)射天線選擇方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信技術領域，更進ー步涉及多輸入多輸出領域的放大轉發(fā)分布式空時協(xié)作通信系統(tǒng)中的發(fā)射天線選擇方法。本發(fā)明可用于提升協(xié)作通信系統(tǒng)的傳輸性能。
背景技術：
天線選擇技術是根據系統(tǒng)各節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息，選擇其中最優(yōu)的信道質量所對應節(jié)點的天線或天線組進行信號傳輸，以提升無線傳輸的性能。為了實現放大轉發(fā)分布式協(xié)作系統(tǒng)發(fā)射端的天線選擇，接收節(jié)點到發(fā)射節(jié)點、接收節(jié)點到中繼節(jié)點以及中繼節(jié)點到發(fā)射節(jié)點之間分別或同時需要進行信道狀態(tài)信息的反饋，反饋方式的不同以及開銷的多少與天線選擇方法密切相關，直接影響系統(tǒng)的整體性能。中興通訊股份有限公司申請的專利“在MMO中繼系統(tǒng)中實現天線選擇的方法與 系統(tǒng)”(申請?zhí)?010234905. 7，公開號102340340A)中公開了ー種基于信噪比的中繼節(jié)點以及源節(jié)點的天線選擇方法。該方法實施步驟包括第一，中繼節(jié)點天線選擇過程目的節(jié)點測量中繼節(jié)點各個或各組天線到目的節(jié)點的信道質量，選擇其中最優(yōu)的信道質量所對應的中繼節(jié)點的天線或天線組作為中繼節(jié)點選擇的發(fā)射天線；第二，源節(jié)點天線選擇過程方式一，目的節(jié)點獲取源節(jié)點各個或各組天線與所選定的中繼節(jié)點的天線或天線組進行協(xié)作傳輸的等效信道質量，選擇其中最優(yōu)的等效信道質量所對應的源節(jié)點的天線或天線組作為源節(jié)點選擇的發(fā)射天線；方式ニ，目的節(jié)點測量源節(jié)點各個或各組天線到目的節(jié)點的信道質量，選擇其中最優(yōu)的信道質量所對應的原節(jié)點或天線組作為源節(jié)點選擇的發(fā)射天線；方式三，中繼節(jié)點測量源節(jié)點各個或各組天線到中繼節(jié)點的信道質量，選擇其中最優(yōu)信道質量所對應的源節(jié)點的天線或各組天線到中繼節(jié)點選擇的發(fā)射天線。中興通訊股份有限公司所申請的專利存在的不足之處是，對于源節(jié)點天線選擇方法中不同的選擇方式，不能在系統(tǒng)的反饋開銷、運算復雜度和性能之間系統(tǒng)之間獲得權衡，不是系統(tǒng)整體反饋開銷大、運算復雜度較高，就是系統(tǒng)所獲得的性能較差。Ming Ding, Shi Liu, Hanwen Luo, and Wen Chen等人在文章“MMSE Based GreedyAntenna Selection Scheme for AF MIMO Relay Systems，，(IEEE Signal Process.Lett.,vol. 17. no5. pp433-436, May2010)中提出一種基于最小均方誤差(MMSE)準則的天線選擇方法，該方法的實施步驟是第一，源節(jié)點向多個中繼節(jié)點廣播導頻信息，中繼節(jié)點對每個發(fā)射節(jié)點天線到中繼節(jié)點各接收天線之間的信道増益估計；第二，中繼節(jié)點將信道估計結果全部發(fā)送至目的節(jié)點；第三，目的節(jié)點對每個中繼發(fā)射天線和每個目的節(jié)點接收天線之間的信道進行估計；第四，根據源節(jié)點和中繼節(jié)點所需選擇出的天線數目要求，由目的節(jié)點根據整體的信道狀態(tài)信息，利用“貪婪最小均方誤差準則”，選出最佳的源節(jié)點-中繼節(jié)點-目的節(jié)點收發(fā)天線配對組合；第五，目的節(jié)點把所選出的最佳天線配對組合索引反饋至中繼節(jié)點和源節(jié)點。該方法存在的不足之處是，中繼節(jié)點到目的節(jié)點傳輸信息量大，計算復雜度較高，反饋信息經過目的節(jié)點-中繼節(jié)點和中繼節(jié)點-源節(jié)點兩條鏈路反饋，造成噪聲的疊加使得發(fā)射節(jié)點天線選擇錯誤，進而使得系統(tǒng)性能下降。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術的不足，針對采用分布式空時編碼放大轉發(fā)多中繼協(xié)作通信系統(tǒng)中的天線選擇問題，提供一種基于發(fā)射節(jié)點-中繼節(jié)點信道狀態(tài)信息的天線選擇方法，在保證系統(tǒng)獲得次最優(yōu)的發(fā)射天線選擇増益的同時，大幅降低放大轉發(fā)分布式協(xié)作系統(tǒng)中系統(tǒng)的反饋開銷以及提高天線選擇的效率。本發(fā)明實現的具體思路是根據發(fā)射節(jié)點-中繼節(jié)點信道狀態(tài)信息來實現發(fā)射端天線的選擇，在實施天線選擇時，僅僅需要發(fā)射節(jié)點-中繼節(jié)點的鏈路信息并且反饋也僅需中繼節(jié)點向發(fā)射節(jié)點反饋，這樣無需目的節(jié)點到中繼節(jié)點反饋過程，從而可以實現上述目的。本發(fā)明實現上述目的的具體步驟如下(I)初始化Ia)發(fā)射節(jié)點對所有的發(fā)射天線按發(fā)射順序進行編號； Ib)發(fā)射節(jié)點依次向每個中繼節(jié)點發(fā)送ー個初始為I逐個遞增的編號；(2)信道估計2a)發(fā)射節(jié)點依照發(fā)射天線的編號順序逐次向多個中繼節(jié)點發(fā)送導頻信息；2b)每個中繼節(jié)點的接收機按照接收到導頻信息的順序生成導頻信息矩陣；2c)每個中繼節(jié)點的信道估計器根據接收到的導頻信息矩陣，采用最小ニ乘方法獲得發(fā)射節(jié)點到中繼節(jié)點的信道矢量矩陣；2d)將信道矢量矩陣中每個元素依次反饋給發(fā)射節(jié)點；(3)構造天線選擇模值矩陣3a)發(fā)射節(jié)點對所有中繼節(jié)點反饋回來信道矢量矩陣生成一個天線選擇矩；3b)將天線選擇矩陣中每個元素乘以其共軛，得到天線選擇模值矩陣；⑷選擇天線4a)比較天線選擇模值矩陣中每列元素，逐次選取每列元素中的最小值，直至完成所有列元素最小值的選??；4b)將所有列元素的最小值生成最小信道増益矩陣；4c)比較最小信道增益矩陣所有元素,選取該矩陣中元素的最大值,將最大值元素對應的列作為最佳發(fā)射天線的編號，得到所要選擇的天線；(5)分布式空時編碼傳輸5a)將所選擇的天線向所有中繼節(jié)點逐個符號廣播信息矢量矩陣；5b)每個中繼節(jié)點對接收到的每ー個符號除以其模值進行歸ー化處理，得到中繼節(jié)點的歸ー化信息矢量矩陣；5c)按照空時編碼準則，以所有中繼節(jié)點的數目作為矩陣的行、列維數，從空時編碼矩陣碼本集中查找與之對應的空時編碼矩陣；5d)每個中繼節(jié)點從空時編碼矩陣中選取與中繼節(jié)點編號相對應的行向量，得到中繼節(jié)點的編碼矢量矩陣；5e)按照每個中繼節(jié)點編碼矢量矩陣中符號的編碼規(guī)則，對中繼節(jié)點歸ー化信息矢量矩陣中每個符號進行編碼，得到中繼節(jié)點的發(fā)送信息矢量矩陣；
5f)所有中繼節(jié)點將各自的發(fā)送信息矢量矩陣逐個符號放大轉發(fā)至目的節(jié)點；5g)目的節(jié)點采用最大似然方法對接收到的數據譯碼，得到發(fā)射節(jié)點所發(fā)送的信息，完成一次通信傳輸；(6)判斷通信是否完成6a)發(fā)射節(jié)點判斷所有數據是否傳輸完成，假如完成，則結束通信，否則轉入步驟⑵。本發(fā)明與現有技術相比具有以下優(yōu)點第一，由于本發(fā)明中的天線選擇僅需要發(fā)射節(jié)點到中繼節(jié)點的鏈路信息，無需中繼節(jié)點到目的節(jié)點的鏈路信息，克服了現有技術中目的節(jié)點-中繼節(jié)點、中繼節(jié)點-發(fā)射節(jié)點反饋信息大，接收節(jié)點天線選擇信號處理復雜度高的不足，使得本發(fā)明具有系統(tǒng)傳輸、執(zhí)行效率高的優(yōu)點。 第二，由于本發(fā)明中的整個天線選擇過程僅需中繼節(jié)點向發(fā)射節(jié)點反饋，而并不需要目的節(jié)點到中繼節(jié)點反饋，克服了現有技術中目的節(jié)點-中繼節(jié)點、中繼節(jié)點-發(fā)射節(jié)反饋過程中噪聲疊加過多的不足，使得本發(fā)明具有反饋中的噪聲疊加小、反饋信息可靠性聞的優(yōu)點。


圖I為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明的網絡結構示意圖；圖3為本發(fā)明方法與現有天線選擇方法接收端誤碼率(Symbol Error Ratio, SER)比較圖。
具體實施例方式以下參照附圖對本發(fā)明做進ー步的描述。參照圖2，本發(fā)明的網絡結構圖由ー個發(fā)射節(jié)點S，N個中繼節(jié)點R1到Rn和ー個目的節(jié)點D組成，發(fā)射節(jié)點配有Nt根發(fā)射天線，中繼節(jié)點和目的節(jié)點只配有一根天線。天線選擇的實施從發(fā)射節(jié)點Nt根發(fā)射天線僅選出一根作為發(fā)射天線向所有中繼節(jié)點發(fā)送信息。圖中的實線代表所要發(fā)送的數據經過的信道，虛線代表未被選擇發(fā)射節(jié)點發(fā)射天線與中繼節(jié)點中接收天線之間的信道。中繼節(jié)點的工作方式為半雙エ模式，采用的放大轉發(fā)協(xié)作協(xié)議。中繼節(jié)點到目的節(jié)點之間的傳輸采用分布式空時編碼。參照圖I，本發(fā)明實現的步驟如下步驟I，初始化為了區(qū)分發(fā)射節(jié)點所有發(fā)射天線，所有的發(fā)射天線按發(fā)射順序從I到ル編號對發(fā)射天線進行標識，其中Nt為發(fā)射天線的總數目；同樣，為了區(qū)分所有中繼節(jié)點，發(fā)射節(jié)點依次向每個中繼節(jié)點發(fā)送I到N逐個遞增的編號對中繼節(jié)點進行標識，N為中繼節(jié)點的總數目。步驟2,信道估計為了估計發(fā)射節(jié)點-中繼節(jié)點的信道，發(fā)射節(jié)點依照發(fā)射天線的編號順序逐次向所有中繼節(jié)點發(fā)送導頻信息，然后每個中繼節(jié)點的接收機按照接收到導頻信息的順序生成導頻信息矩陣。每個中繼節(jié)點的信道估計器根據接收到的導頻信息矩陣，采用最小ニ乘方法按照以下公式來獲得發(fā)射節(jié)點到中繼節(jié)點的信道矢量矩陣H = Xベ Y其中，H為估計得到的信道狀態(tài)信息矩陣，X表示發(fā)送的導頻信號矩陣，Y為接收到的導頻信號矩陣，[ r1表示矩陣的逆。因此可以得到每個中繼節(jié)點的信道矢量矩陣Hr\h,ち，r んW]，其中，Hi表示第i(l彡i彡N)個中繼的信道矢量矩陣，hM (I彡j彡Nt)表示發(fā)射節(jié)點第j根發(fā)射天線到第i個中繼節(jié)點的信道狀態(tài)信息，然后每個中繼節(jié)點將各自的信道矢量矩陣中每個元素依次反饋給發(fā)射節(jié)點。步驟3，構造天線選擇模值矩陣因為天線選擇將要對發(fā)射結點-中繼節(jié)點的所有信道狀態(tài)信息進行比較處理，而 把所有的信道信息整合成矩陣形式有助于處理機處理，可以提升天線選擇效率。發(fā)射節(jié)點對所有中繼節(jié)點反饋回來信道矢量矩陣生成ー個天線選擇矩陣H
權利要求
1.ー種放大轉發(fā)分布式協(xié)作系統(tǒng)發(fā)射天線選擇方法，包括如下步驟 (1)初始化 Ia)發(fā)射節(jié)點對所有的發(fā)射天線按發(fā)射順序進行編號； Ib)發(fā)射節(jié)點依次向每個中繼節(jié)點發(fā)送ー個初始為I逐個遞增的編號； (2)信道估計 2a)發(fā)射節(jié)點依照發(fā)射天線的編號順序逐次向多個中繼節(jié)點發(fā)送導頻信息； 2b)每個中繼節(jié)點的接收機按照接收到導頻信息的順序生成導頻信息矩陣； 2c)每個中繼節(jié)點的信道估計器根據接收到的導頻信息矩陣，采用最小ニ乘方法獲得發(fā)射節(jié)點到中繼節(jié)點的信道矢量矩陣； 2d)將信道矢量矩陣中每個元素依次反饋給發(fā)射節(jié)點； (3)構造天線選擇模值矩陣 3a)發(fā)射節(jié)點對所有中繼節(jié)點反饋回來信道矢量矩陣生成一個天線選擇矩； 3b)將天線選擇矩陣中每個元素乘以其共軛，得到天線選擇模值矩陣； (4)選擇天線 4a)比較天線選擇模值矩陣中每列元素，逐次選取每列元素中的最小值，直至完成所有列元素最小值的選??； 4b)將所有列元素的最小值生成最小信道増益矩陣； 4c)比較最小信道增益矩陣所有元素,選取該矩陣中元素的最大值,將最大值元素對應的列作為最佳發(fā)射天線的編號，得到所要選擇的天線； (5)分布式空時編碼傳輸 5a)將所選擇的天線向所有中繼節(jié)點逐個符號廣播信息矢量矩陣； 5b)每個中繼節(jié)點對接收到的每ー個符號除以其模值進行歸ー化處理，得到中繼節(jié)點的歸ー化信息矢量矩陣； 5c)按照空時編碼準則，以所有中繼節(jié)點的數目作為矩陣的行、列維數，從空時編碼矩陣碼本集中查找與之對應的空時編碼矩陣； 5d)每個中繼節(jié)點從空時編碼矩陣中選取與中繼節(jié)點編號相對應的行向量，得到中繼節(jié)點的編碼矢量矩陣； 5e)按照每個中繼節(jié)點編碼矢量矩陣中符號的編碼規(guī)則，對中繼節(jié)點歸ー化信息矢量矩陣中每個符號進行編碼，得到中繼節(jié)點的發(fā)送信息矢量矩陣； 5f)所有中繼節(jié)點將各自的發(fā)送信息矢量矩陣逐個符號放大轉發(fā)至目的節(jié)點； 5g)目的節(jié)點采用最大似然方法對接收到的數據譯碼，得到發(fā)射節(jié)點所發(fā)送的信息，完成一次通信傳輸； (6)判斷通信是否完成 6a)發(fā)射節(jié)點判斷所有數據是否傳輸完成，假如完成，則結束通信，否則轉入步驟(2)。
2.根據權利要求I所述的放大轉發(fā)分布式協(xié)作系統(tǒng)的發(fā)射端天線選擇方法，其特征在于，步驟2b)中所述的最小ニ乘方法是按照下列公式實現H = Xィ Y 其中，H為估計得到的信道狀態(tài)信息矩陣，X表示發(fā)送的導頻信號矩陣，Y為接收到的導頻信號矩陣，レ]—1表示矩陣的逆。
3.根據權利要求I所述的放大轉發(fā)分布式協(xié)作系統(tǒng)的發(fā)射端天線選擇方法，其特征在于，步驟3a)中所生成的天線選擇矩陣，該矩陣的行向量代表發(fā)射節(jié)點到每個中繼的信道矢量矩陣，維數為發(fā)射天線的數目，列向量代表每根天線到和所有中繼之間信道矢量矩陣，維數為中繼節(jié)點的數目。
4.根據權利要求I所述的放大轉發(fā)分布式協(xié)作系統(tǒng)的發(fā)射端天線選擇方法，其特征在于，步驟4b)中所生成的最小信道増益矩陣，該矩陣行維數為1，列維數為發(fā)射天線數目。
5.根據權利要求I所述的放大轉發(fā)分布式協(xié)作系統(tǒng)的發(fā)射端天線選擇方法，其特征在于，步驟5a)中所述的廣播信息矢量矩陣，該矩陣行維數為1，列維數為所有中繼節(jié)點的數目。
6.根據權利要求I所述的放大轉發(fā)分布式協(xié)作系統(tǒng)的發(fā)射端天線選擇方法，其特征在于，步驟5f)中所述的最大似然方法是指按照下列公式實現 X0=arg max(P(7|X)) 其中，X。為譯碼得出的符號信息，arg max( )表示根據自變量的變化取最大值，W為發(fā)送信號調制后所有星座點的集合，X表示W中的星座點，Y表示目的節(jié)點接收的數據，P (I)為條件發(fā)生的概率。
全文摘要
本發(fā)明公開一種放大轉發(fā)分布式協(xié)作系統(tǒng)發(fā)射天線選擇方法，解決了現有技術中反饋信息量大、天線選擇效率低的問題。具體步驟包括(1)分別對所有發(fā)射天線以及中繼節(jié)點進行編號；(2)每個中繼節(jié)點估計出發(fā)射節(jié)點-中繼節(jié)點的信道矢量矩陣并將之反饋給發(fā)射節(jié)點；(3)根據反饋回的信息得到天線選擇模值矩陣；(4)比較天線選擇模值矩陣中每列元素，得到最小信道增益矩陣，選取該矩陣中最大的元素，得到所要選擇的天線；(5)所選擇的天線向所有中繼節(jié)點廣播信息，中繼節(jié)點對接收的信息進行空時編碼然后放大轉發(fā)；(6)判斷通信是否完成，假如完成，則結束通信，否則轉入步驟(2)。本發(fā)明具有系統(tǒng)反饋信息少、執(zhí)行效率高的優(yōu)點。
文檔編號H04L1/06GK102780545SQ20121019881
公開日2012年11月14日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權日2012年6月6日
發(fā)明者劉毅, 尤愛華, 張海林, 李丹萍, 李勇朝, 李蕾 申請人:西安電子科技大學