本發(fā)明涉及一種在大規(guī)模mimo中繼系統(tǒng)中的預(yù)編碼方案，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

中繼技術(shù)能夠最大限度的提高無(wú)線通信系統(tǒng)的傳輸能力與覆蓋面積。同時(shí)，研究表明，通過(guò)在基站、中繼和終端配置多根天線，并結(jié)合大規(guī)模mimo信號(hào)處理技術(shù)可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的傳輸能力和容量中繼系統(tǒng)分為兩個(gè)階段，在第一階段，基站向中繼發(fā)射信號(hào)，中繼接收到信號(hào)后，可以使用放大轉(zhuǎn)發(fā)(amplify-and-forward,af)或者譯碼轉(zhuǎn)發(fā)(decode-and-forward,df),其中放大轉(zhuǎn)發(fā)的復(fù)雜度最低，且受到更多關(guān)注(sanguinettil,d'amicoaa,rongy.atutorialontheoptimizationofamplify-and-forwardmimorelaysystems[j].ieeejournalonselectedareasincommunications,2013,30(8):1331-1346)在第二階段，中繼將處理好的信號(hào)發(fā)射給終端用戶。針對(duì)中繼系統(tǒng)中的預(yù)編碼技術(shù)，文獻(xiàn)guanw,luoh.jointmmsetransceiverdesigninnon-regenerativemimorelaysystems[j].ieeecommunicationsletters,2011,10(1):290-294.

zhangb,wangx,niuk,etal.jointlineartransceiverdesignfornon-regenerativemimorelaysystems[j].electronicsletters,2009,45(24):1254-1256.

wangr,taom.jointsourceandrelayprecodingdesignsformimotwo-wayrelayingbasedonmsecriterion[j].ieeetransactionsonsignalprocessing,2012,60(3):1352-1365.

millarap,weisss,stewartrw.tomlinsonharashimaprecodingdesignfornon-regenerativemimorelaynetworks[j].2011:1-5.)在基站完全已知csi的情況下，分別提出了在中繼端的線性預(yù)編碼方法。文獻(xiàn)(鄒俊,劉偉,羅漢文,等.多進(jìn)多出中繼系統(tǒng)中基于失真信道估計(jì)的線性預(yù)編碼[j].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2011(7):1050-1053.

zhangl,caiy,zhaom,etal.robusttomlinson-harashimaprecodingdesigninamplify-and-forwardmimorelaysystemsviammsecriterion[c]//wirelesscommunicationsandnetworkingconference.ieee,2013:2727-2732.

millarap,weisss,stewartrw.robusttransceiverdesignformimorelaysystemswithtomlinsonharashimaprecoding[c]//signalprocessingconference.ieee,2012:1374-1378.)

研究在基站不完全已知csi的情況下，提出了基站和中繼聯(lián)合預(yù)編碼的方案，但其未考慮基站天線間的相關(guān)性問(wèn)題。文獻(xiàn)(wagnerj,rankovb,wittnebena.large,analysisofamplify-and-forwardmimorelaychannelswithcorrelatedrayleighfading[j].ieeetransactionsoninformationtheory,2008,54(12):5735--5746.

louierhy,liy,suraweeraha,etal.performanceanalysisofbeamformingintwohopsamplifyandforwardrelaynetworkswithantennacorrelation[j].ieeetransactionsonwirelesscommunications,2009,8(6):3132-314)彌補(bǔ)了前序文獻(xiàn)中存在的問(wèn)題，把基站天線間的相關(guān)性考慮進(jìn)來(lái)，提出聯(lián)合預(yù)編碼方案，但是其未考慮非完美csi的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明考慮單小區(qū)中繼系統(tǒng)，系統(tǒng)中有一個(gè)中心基站，一個(gè)中繼和k位用戶，基站側(cè)的天線數(shù)為n1根，中繼側(cè)天線數(shù)為n2根，第k個(gè)用戶配置mk根天線，則總的接收天線數(shù)另外，我們假設(shè)n1＝n2≥m。

本發(fā)明假設(shè)基站到用戶之間沒(méi)有直接鏈路，中繼采用譯碼轉(zhuǎn)發(fā)方式，每個(gè)周期可以分為兩個(gè)階段。另外，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)基站和中繼，所以在基站和中繼的通信相當(dāng)于點(diǎn)到點(diǎn)的通信。則在第一個(gè)階段，基站把信號(hào)發(fā)送給中繼，則中繼接收到的信號(hào)為

yr＝h1s+nr(1)

其中，是基站到中繼的信道矩陣，其元素服從均值為0，方差為1的高斯復(fù)隨機(jī)變量；是用戶的信號(hào)，l為信號(hào)長(zhǎng)度；為中繼側(cè)噪聲向量，其元素服從均值為0，方差為的高斯隨機(jī)變量。

在第二階段，中繼將接受到的信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼發(fā)送給用戶，則用戶接收到的信號(hào)

y＝gh2w(h1s+nr)+gn(2)

其中，是中繼側(cè)檢測(cè)信號(hào)；是中繼到用戶的信道矩陣，其元素服從均值為0，方差為1的高斯復(fù)隨機(jī)變量；是基站側(cè)預(yù)編碼矩陣；是用戶側(cè)的噪聲向量，其元素服從均值為0，方差為的高斯隨機(jī)變量。另外，中繼側(cè)預(yù)編碼矩陣滿足條件

pr為中繼發(fā)送功率。

由(2)式，我們可以得出關(guān)于g和w的代價(jià)函數(shù)

由上式可知，代價(jià)函數(shù)中包含兩個(gè)未知變量，帶來(lái)了較高的復(fù)雜度。為了降低運(yùn)算復(fù)雜度，我們將會(huì)消除一個(gè)未知變量，簡(jiǎn)化代價(jià)函數(shù)，在保證性能的基礎(chǔ)上降低復(fù)雜度。我們?cè)O(shè)θ＝h1s+nr，把(2)式代入上式得

由于所以(4)式可重寫(xiě)為

另

我們對(duì)f(g,w)求關(guān)于g的偏導(dǎo)數(shù)得

另上式等于0，得

將(6)式代入(2)得

從而，我們能夠?qū)?3)式轉(zhuǎn)化為

我們?cè)O(shè)將(7)式代入(8)式得

對(duì)上式求關(guān)于w的導(dǎo)數(shù)，我們就可以得出預(yù)編碼矩陣，同時(shí)結(jié)合(6)式就可以計(jì)算出檢測(cè)矩陣。

有益效果

本發(fā)明減少了代價(jià)函數(shù)中的未知變量的個(gè)數(shù)，從而降低了計(jì)算復(fù)雜度，相比較傳統(tǒng)預(yù)編碼算法，其在吞吐量和誤碼率上都有著很好的性能。

附圖說(shuō)明

圖1是中繼系統(tǒng)的系統(tǒng)模型。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖具體說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案。

在圖1中，基站數(shù)和中繼數(shù)都為1，且天線數(shù)為100，用戶數(shù)為50，每位用戶配有兩根天線，噪聲方差信噪比定義為

首先，由基站向中繼發(fā)送信號(hào)，接收信號(hào)為

yr＝h1s+nr

然后，中繼會(huì)將接收到的信號(hào)發(fā)送給用戶。為了計(jì)算預(yù)編碼矩陣，我們對(duì)下式求關(guān)于w的導(dǎo)數(shù)

通過(guò)上面的步驟，我們就可以得到預(yù)編碼矩陣w，最后我們利用

可以求出檢測(cè)矩陣g。

那么，用戶收到的信號(hào)為

y＝gh2w(h1s+nr)+gn。