專利名稱：一種基于干擾對齊和波束賦形的多中繼兩跳傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其是遠(yuǎn)距離通信及信道質(zhì)量不好時(shí)應(yīng)用的抗干擾傳輸機(jī)制。
背景技術(shù)：
近年來隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)中的終端用戶數(shù)急劇上升，通信環(huán)境中的干擾、衰落日益嚴(yán)重，導(dǎo)致小區(qū)邊緣用戶或遠(yuǎn)距離用戶之間的通信質(zhì)量較差，故如何消除干擾、增大系統(tǒng)的覆蓋范圍具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。干擾對齊(Interference Alignment)技術(shù)作為一種能夠成倍提高系統(tǒng)容量的抗干擾技術(shù)，近年來引起了人們的關(guān)注。其通過預(yù)先在發(fā)送端設(shè)計(jì)預(yù)編碼將系統(tǒng)中的干擾信號(hào)對齊，將干擾在限制的維度空間上重疊，達(dá)到壓縮干擾信號(hào)空間的目的，繼而增大期望信號(hào)的空間維度，另外在接收端通過設(shè)計(jì)干擾消除矢量來消除已被對齊的干擾，從而增大系統(tǒng)的自由度和容量。固定中繼因其低成本和低發(fā)送功率的優(yōu)良特性，在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。對于無線通信網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋盲區(qū)和距離基站較遠(yuǎn)的用戶，可以利用固定中繼來提高基站的覆蓋能力，實(shí)現(xiàn)完全覆蓋，鏈路質(zhì)量較差的通信路徑通過用兩跳或多跳鏈路質(zhì)量較好的中繼信道代替，可以提高系統(tǒng)的傳輸速率，減少系統(tǒng)的能量消耗。目前針對由于干擾、噪聲或遠(yuǎn)距離傳輸引起的無法直接通信的無線環(huán)境，一般的做法是引入中繼，然后在兩跳通信中同時(shí)進(jìn)行干擾對齊，以消除各種干擾和提高系統(tǒng)容量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效傳輸。在文獻(xiàn)(Chen S.and ChengR., “Achieve the degree offreedom of K-user MIMO interference channel with a MIMO relay, ” IEEE GlobalTelecommunications Conference (GL0BEC0M), 2010, pp.1-5)中給出了當(dāng)系統(tǒng)的中繼獲知系統(tǒng)的全局CSI (信道狀態(tài)信息)，且源端、目的端獲知其各自本地CSI時(shí)，通過在源端和目的端及中繼處進(jìn)行相應(yīng)的干擾對齊就可以實(shí)現(xiàn)騷/2的系統(tǒng)自由度。文獻(xiàn)(Torabi，M.Aand Frigon, J-F, “A decomposition approach to MIMO relay networks, ” IEEE GlobalTelecommunications Conference (GL0BEC0M), 2008, pp.1-6)在 ad hoc 網(wǎng)絡(luò)中引入了多個(gè)中繼，通過對信道矩陣進(jìn)行分解，將系統(tǒng)分解為多個(gè)平行的無干擾的MMO中繼信道，然后對其進(jìn)行干擾對齊，當(dāng)系統(tǒng)中的中繼數(shù)較多時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)較高系統(tǒng)容量。在這些方案中，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無干擾傳輸，源端到中繼及中繼到目的端之間都要進(jìn)行干擾對齊，即中繼同時(shí)要獲得源端到中繼及中繼到目的端之間信道信息，并進(jìn)行復(fù)雜的接收預(yù)編碼和發(fā)送預(yù)編碼設(shè)計(jì)，中繼的處理復(fù)雜度很高。由于其傳輸機(jī)制使得中繼處的負(fù)荷較大，中繼成為一個(gè)瓶頸，另外使得整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度也較大，占用的資源較多，在實(shí)際的無線通信環(huán)境中實(shí)現(xiàn)起來較困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對由于干擾、衰落、通信距離較遠(yuǎn)等因素導(dǎo)致無法正常通信的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，綜合考慮系統(tǒng)的復(fù)雜度、中繼特性等，提出一種基于干擾對齊和波束賦形的多中繼兩跳傳輸?shù)姆椒ā１景l(fā)明在發(fā)送端和目的接收端之間放置多個(gè)固定中繼，首先發(fā)送端選擇若干中繼，其次在發(fā)送端向所選中繼應(yīng)用波束賦形發(fā)送獨(dú)立的數(shù)據(jù)流，然后中繼將接收到的信號(hào)進(jìn)行干擾對齊后轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)的目的端，最后目的端進(jìn)行干擾抑制并獲得自己的有用信號(hào)。利用該傳輸方案，減小了各數(shù)據(jù)流間的相互干擾，并能有效降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)較高的系統(tǒng)容量和能量效率。本發(fā)明采用較為公平合理輪流優(yōu)先中繼選擇策略，根據(jù)發(fā)送端到中繼及中繼到接收端的信道增益的調(diào)和平均函數(shù)為用戶選擇中繼，使每個(gè)用戶對選擇的中繼不重疊。其次，本發(fā)明根據(jù)期望信號(hào)和干擾變化對波束賦形的權(quán)矢量進(jìn)行調(diào)整，將零陷對準(zhǔn)干擾，主瓣對準(zhǔn)期望信號(hào)，由于中繼的位置是固定的，無須進(jìn)行位置估計(jì)和波達(dá)方向(DOA)估計(jì)，故第一跳(發(fā)送端到所選中繼)的波束賦形較易實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步，本發(fā)明為了簡化中繼的復(fù)雜度，中繼將不需要對接收到的信號(hào)進(jìn)行接收處理，因而只需要本地CSI進(jìn)行干擾對齊中的預(yù)編碼設(shè)計(jì)，讓復(fù)雜的干擾消除在目的端進(jìn)行。接下來，本發(fā)明對已選中繼設(shè)計(jì)線性預(yù)編碼矢量，使得在目的端接收到來自其他用戶對的干擾能調(diào)整到與有用信號(hào)正交的兩個(gè)方向上，便于目的端對接收到的第二跳(中繼到目的端)傳輸信號(hào)進(jìn)行消除干擾。另外，目的端利用分部干擾消除算法獲得消除來自其他用戶的外部干擾的干擾消除矢量，以及消除來自同一用戶對的其他數(shù)據(jù)流的內(nèi)部干擾的干擾消除矢量，從而實(shí)現(xiàn)各收發(fā)對間的可靠通信。包括步驟:(I)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前，每個(gè)發(fā)送端將所有中繼信道增益的調(diào)和平均函數(shù)β進(jìn)行從大到小排序，形成各自的列表，各用戶對(Si，Di, i=l, 2，…Τ)順次優(yōu)先選擇自身列表中調(diào)和平均數(shù)β最大的有效中繼，從而選擇最佳K個(gè)中繼RijU=I, 2，...，K)。β調(diào)用如下公式計(jì)算:
權(quán)利要求
1.一種基于干擾對齊和波束賦形的多中繼傳輸方法，其特征在于，包括步驟:(1)根據(jù)發(fā)送端到中繼及中繼到目的端的信道增益的調(diào)和平均函數(shù)為用戶選擇中繼，使每個(gè)用戶對選擇的中繼不重疊；(2)自適應(yīng)天線陣列根據(jù)期望信號(hào)和干擾變化對權(quán)矢量進(jìn)行調(diào)整，將零陷對準(zhǔn)干擾，主瓣對準(zhǔn)期望信號(hào)；(3)對已選中繼設(shè)置預(yù)編碼矩陣，使得在目的端接收到來自其他用戶對的干擾能調(diào)整到與有用信號(hào)正交的兩個(gè)方向上；(4)在目的端根據(jù)預(yù)編碼矩陣設(shè)計(jì)干擾消除矢量，消除來自其他用戶的外部干擾，以及來自同一用戶對的其他數(shù)據(jù)流的內(nèi)部干擾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為用戶選擇中繼具體包括:在進(jìn)行數(shù)據(jù) 傳輸之前，每個(gè)發(fā)送端調(diào)用公式:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)具體為，根據(jù)公式:
4.根據(jù)權(quán)利要求1一 3其中之一所述的方法，其特征在于，中繼處的天線一根用于接收發(fā)送端的波束賦形發(fā)送來的信號(hào)，剩下的所有天線用于干擾對齊，轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)給接收端。
全文摘要
本發(fā)明請求保護(hù)一種基于干擾對齊和波束賦形的多中繼兩跳傳輸方法，利用干擾對齊和波束賦形技術(shù)在無線通信中的抗干擾功能，及中繼技術(shù)對增加系統(tǒng)覆蓋面積的能力。針對無線通信中由于傳輸距離較遠(yuǎn)或系統(tǒng)中噪聲、干擾引起的無法直接通信的環(huán)境，在多個(gè)發(fā)送端和接收端之間放置多個(gè)中繼，在發(fā)送端采用較為公平合理輪流優(yōu)先中繼選擇策略，在發(fā)送端與中繼之間采用波束賦形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)頻譜的高效利用，而在中繼向接收端轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，采用改進(jìn)的干擾對齊技術(shù)，有效消除用戶對內(nèi)部及來自其他用戶對的干擾，實(shí)現(xiàn)干擾的對齊和消除。利用該傳輸機(jī)制，能夠降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，可實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)較高的傳輸速率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的系統(tǒng)能量效率。
文檔編號(hào)H04B7/14GK103248414SQ20131013372
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者謝顯中, 施趙媛, 雷維嘉 申請人:重慶郵電大學(xué)