專利名稱：基于中繼協(xié)作的廣播信道中的聯(lián)合信源中繼的預編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，具體是一種基于中繼協(xié)作傳輸?shù)南滦袕V播信道中的聯(lián)合信源與中繼節(jié)點的線性預編碼方法。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對傳輸速率、傳輸可靠性、資源利用率以及通信安全等性能要求越來越高。van der Meulen等人于1971年提出了三終端中繼協(xié)作通信的概念，其核心思想是允許中繼節(jié)點對來自信源端的信息經(jīng)過簡單放大或者是壓縮編碼或者是解碼再編碼后再虛傳給信宿，目的是幫助信源傳輸信息給信宿。但是，到了上世紀八十年代，有關(guān)協(xié)作中繼系統(tǒng)的研究逐漸減少，直到本世紀初才再次引起研究者的廣泛關(guān)注。因為中繼協(xié)作通信，可以對抗多徑衰落，是提高通信質(zhì)量的重要手段之一。在中繼網(wǎng)絡中，信源向信宿發(fā)送消息，中繼節(jié)點也同時接收到這個消息，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給信宿(或者是經(jīng)過一定處理之后再進行轉(zhuǎn)發(fā))。最后信宿再利用收到的所有消息，進行解碼。在這樣的傳輸模型下，中繼節(jié)點對信源-信宿之間的通信起到了一定的協(xié)助作用，等同于在不需要配置多天線的條件下，提供了一定的空間分集，提高了通信質(zhì)量。但是單信源單中繼單信宿的協(xié)作通信方式與現(xiàn)在的蜂窩網(wǎng)絡中的拓撲結(jié)構(gòu)不太相符。單個多天線信源(基站)和單個多天線中繼站同時服務于多個單天線移動用戶的情形，是一種最為實用的協(xié)作通信模式。通過一定預編碼策略，可以抑制由于同信道傳輸所造成的干擾給不同用戶造成的解碼困難問題。顯然，這種做法能讓一個多天線基站和一個多天線中繼同時服務于多個單天線移動用戶。Chan-Byoung Chae等人于2008年發(fā)表在IEEETrans.Sig.Proc.上的文章 “ΜΙΜΟ Relaying With Linear Processing for MultiuserTransmission in Fixed Relay Networks”,較早考慮了一個基站通過一個中繼站同時服用于多個用戶的模型。Rui Zhang等人于2009年在IEEE Trans.Sig.Proc.上發(fā)表的“Joint Beamforming and Power Control for Mult1-antenna Relay Broadcast Channelwith QoS Constraints” 一文,給出來一種能滿足QoS服務的預編碼算法。Wei Xu等人于2011 年在 IEEETrans.Commun.上發(fā)表的“Joint Precoding Optimization for MultiuserMult1-Antenna Relaying Downlinks Using Quadratic Programming，，一文，給出一種基于二次優(yōu)化的預編碼算法。這就為一個基站通過一個中繼站同時服務多個移動用戶的研究奠定了理論基礎(chǔ)。但是，以上的研究都只是考慮了基站到中繼站再到移動用戶之間的鏈路信息，并沒有考慮基站到移動用戶之間的直接鏈路信息。2004年3GPP的多倫多會議，提出了著名的LTE (Long Term Evolution)項目。這是3G與4G技術(shù)之間的一個過渡，是3.9G的全球標準。它改進并增強了 3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MMO作為其無線網(wǎng)絡演進的唯一標準，在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行326Mbit/s與上行86Mbit/s的峰值速率，改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。Type-1I中繼是LTE項目中關(guān)于中繼的一種重要的提案，該類中繼沒有小區(qū)ID，其應用目的是提供對主eNB信號的分集，或者和主eNB —起進行協(xié)作傳送，以增加小區(qū)容量。Type-1I中繼與Type-1中繼在理論研究上的最大區(qū)別在于，在Type-1I中繼場景中，信源(eNB)與信宿(UE)之間存在著直接的通信鏈路。因此，按照這樣的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，利用直接鏈路信息進行預編碼的方案在多信源Type-1I中繼場景中的應用便順理成章。而目前對于信源(eNB)預編碼的研究都是基于Type-1模型，直接鏈路的信道信息比沒有得到有效的利用。是否能利用直接鏈路的信息進行相關(guān)的預編碼設計，來提升這個系統(tǒng)的性能，在這方面并沒有相關(guān)的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)忽略信源到信宿群的直接鏈路的不足，信源根據(jù)信源到信宿群之間的直接信道信息、信源到中繼節(jié)點之間的信道信息、以及中繼節(jié)點到信宿群之間的信道信息和各自的功率控制以及權(quán)衡因子，初始化信源與中繼節(jié)點的編碼矩陣，然后生成信宿 群的接收矩陣。在此基礎(chǔ)上，假設中繼節(jié)點處理矩陣和信宿群接收矩陣不變，根據(jù)最優(yōu)化方法去優(yōu)化信源矩陣；然后假設信源預編碼矩陣和信宿群接收矩陣不變，優(yōu)化中繼節(jié)點處理矩陣，再假定信源編碼矩陣與中繼節(jié)點的處理矩陣不變更新信宿群的接收矩陣，迭代上述過程直至收斂為止，從而獲得最優(yōu)的信源預編碼矩陣和中繼節(jié)點的收發(fā)處理矩陣。本方法創(chuàng)新地綜合權(quán)衡了信源到信宿群之間的直接鏈路信息與信源進過中繼節(jié)點到信宿群之間的中繼鏈路信息，以求系統(tǒng)容量最大化，提供了一種基于中繼協(xié)作傳輸?shù)南滦袕V播信道中聯(lián)合信源與中繼節(jié)點的線性預編碼方法。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于中繼協(xié)作傳輸?shù)南滦袕V播信道中的聯(lián)合信源與中繼節(jié)點的線性預編碼方法，包括以下步驟:步驟1:信源BS根據(jù)已獲得的信源自身到信宿群MU1, MU2,…，MUk之間的信道信息、信源與中繼節(jié)點之間信道信息Ha、中繼節(jié)點與信宿群之間的信道信息I H2r,…，H&、信源的發(fā)射功率Ps、中繼節(jié)點的發(fā)射功率已、信源的天線個數(shù)Ms、中繼節(jié)點的天線個數(shù)Mp信宿個數(shù)K、各個信宿的天線個數(shù)Nk個數(shù)、以及歸一化后的噪聲的估計方差1，初始化信源端的
初始線性預編碼矩陣P = = [IP2,、中繼節(jié)點初始處理矩陣F = P I，并根據(jù)初
始線性預編碼矩陣P和中繼節(jié)點初始處理矩陣F推算出的各個信宿接收矩陣K, A2,…，Ak,其中:I為單位矩陣A為第i個用戶的預編碼矩陣；P為功率控制因子，滿足中繼節(jié)點的功率控制方程其中，Tr(A)表示求矩陣A的跡；
—「H 1、、
At =IfHf (HtPPffH^GiGfr,其中，^ =LairFHiJ,代式 GfrGf+，
diag (a, b)表示對角元素為a, b的對角矩陣；信源自身到信宿群MU1, MU2,…，!《隊之間的信道信息包括信源與信宿群之間的直接信道信息Hlb，H2b,…，HKb ；步驟2:假設固定中繼節(jié)點初始處理矩陣F、以及各個信宿接收矩陣A1, A2,…，Ακ，優(yōu)化信源BS的初始線性預編碼矩陣P ；步驟3:假設固定信源BS的初始線性預編碼矩陣P、以及各個信宿接收矩陣A1, A2,…，Ak,優(yōu)化中繼節(jié)點初始處理矩陣F ；
步驟4:假設固定信源BS的初始線性預編碼矩陣P、以及中繼節(jié)點初始處理矩陣F，優(yōu)化各個信宿接收矩陣A1, A2,…，Ak ；步驟5:迭代所述步驟2至步驟4直至收斂為止，得到最優(yōu)的中繼節(jié)點初始處理矩陣F、最優(yōu)的信源初始線性預編碼矩陣P，然后，信源BS把獲得的最優(yōu)的中繼節(jié)點初始處理矩陣F傳輸給中繼節(jié)點，并把獲得的最優(yōu)的信源初始線性預編碼矩陣P以及最優(yōu)的中繼節(jié)點初始處理矩陣F —起廣播給各個信宿，至此，編碼過程結(jié)束，開始進行數(shù)據(jù)信息傳輸。優(yōu)選地，所述步驟2，具體為:假設固定中繼節(jié)點初始處理矩陣F、以及各個信宿接收矩陣A1, A2,…，Ακ，優(yōu)化信源BS的初始線性預編碼矩陣P = [P1,…，Pk…，PJ，其中的第k個Pk為關(guān)于功率控制因子λ的函數(shù):
權(quán)利要求
1.一種基于中繼協(xié)作的廣播信道中的聯(lián)合信源中繼的預編碼方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:信源BS根據(jù)已獲得的信源自身到信宿群MU1, MU2,…，MUk之間的信道信息、信源與中繼節(jié)點之間信道信息H,b、中繼節(jié)點與信宿群之間的信道信息H1,, H2r,…，、信源的發(fā)射功率？3、中繼節(jié)點的發(fā)射功率Pm信源的天線個數(shù)Ms、中繼節(jié)點的天線個數(shù)凡、信宿個數(shù)K、各個信宿的天線個數(shù)Nk個數(shù)、以及歸一化后的噪聲的估計方差1，初始化信源端的初始線性預編碼矩陣
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中繼協(xié)作的廣播信道中的聯(lián)合信源中繼的預編碼方法，其特征在于，所述步驟2，具體為:假設固定中繼節(jié)點初始處理矩陣F、以及各個信宿接收矩陣A1, A2,…，Ak,優(yōu)化信源BS的初始線性預編碼矩陣P = [P1,…，Pk…，PJ，其中的第k個Pk為關(guān)于功率控制因子λ的函數(shù):
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于中繼協(xié)作的廣播信道中的聯(lián)合信源中繼的預編碼方法，其特征在于，所述步驟3，具體為:假設固定信源BS的初始線性預編碼矩陣P、以及各個信宿接收矩陣A1, A2，…，Ak，優(yōu)化中繼節(jié)點初始處理矩陣F，其中F為關(guān)于功率控制因子μ的函數(shù):
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于中繼協(xié)作的廣播信道中聯(lián)合預編碼方法，包括信源的預編碼、中繼處理以及信宿的接收方法。首先，信源初始化信源預編碼矩陣和中繼處理矩陣，然后信源根據(jù)前面兩個初始矩陣建立各個信宿的接收矩陣；然后，假定中繼矩陣和信宿群的接收矩陣不變,優(yōu)化信源預編碼矩陣；接著，假定已優(yōu)化的信源預編碼矩陣和各個信宿接收矩陣不變，優(yōu)化中繼處理矩陣；同理，假定已優(yōu)化的信源和中繼矩陣不變，優(yōu)化各個信宿的接收矩陣；迭代上述過程直至收斂。最后信源把中繼處理矩陣傳輸給中繼并把信源的預編碼矩陣和中繼處理矩陣廣播給信宿群。本方法創(chuàng)新地利用了信源到信宿群的直接鏈路以及信源-中繼-信宿群之間的中繼鏈路以提高系統(tǒng)的總?cè)萘俊?br> 文檔編號H04W52/42GK103095412SQ20131001197
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者萬海斌, 陳文 申請人:上海交通大學