專利名稱：一種基于中繼協(xié)作傳輸系統(tǒng)的通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明特別設(shè)計(jì)了一種基于中繼協(xié)作傳輸?shù)耐ㄐ欧椒?，屬于設(shè)計(jì)無線通信
領(lǐng)域，
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)中部署中繼節(jié)點(diǎn)可以在不明顯改變主干網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通 過中繼之間的協(xié)作處理顯著提高系統(tǒng)的頻譜利用率以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積。采用多中 繼的協(xié)作式通信已有較廣泛研究和發(fā)展。中繼以低代價(jià)和低發(fā)射功率通過無線信 道傳輸接收信源發(fā)送的P據(jù)并傳遞給信宿。采用多中繼協(xié)作通信增加了蜂窩網(wǎng)在 嚴(yán)重的陰影效應(yīng)區(qū)域的覆蓋和鏈路容量，可以以低代價(jià)低復(fù)雜度解決在小區(qū)邊緣 離基站較遠(yuǎn)處的高數(shù)據(jù)速率通信。另外，中繼之間的協(xié)作還可以利用空間分集提 高系統(tǒng)的誤碼率性能，或利用空間復(fù)用達(dá)到更高的頻譜效率。
在多中繼協(xié)作通信系統(tǒng)中，基站與用戶間通過多個(gè)中繼的接力建立通信鏈 路。其中常見的接力方式有串行接力和并行接力。串行接力即通常所說的多跳通 信，并行接力是指多個(gè)中繼獨(dú)立地接收信源發(fā)出的信息，通過聯(lián)合的處理后將信 號傳遞給信宿。如何在眾多中繼中選擇一個(gè)(或幾個(gè))完成傳輸就是中繼選擇的 問題。由于不同的中繼經(jīng)歷了不同的無線路徑損耗，所以中繼節(jié)點(diǎn)選擇的好壞將 會直接影響到系統(tǒng)性能的提升。有研究表明，當(dāng)給定多中繼發(fā)送總功率約束時(shí)， 中繼選擇比多中繼并行傳輸具有更大的系統(tǒng)容量。不同天線數(shù)目的配備為系統(tǒng)的 優(yōu)化設(shè)計(jì)增加了空間自由度，在提高系統(tǒng)性能的同時(shí)，也將問題變得復(fù)雜。山于 不同天線數(shù)目的配置以及不同并行數(shù)據(jù)流個(gè)數(shù)的選擇使得多中繼系統(tǒng)中的中繼 選擇策略也變得多樣。根據(jù)不同的中繼處理方式，中繼選擇的策略包括根據(jù)信
道等效增益完成中繼選擇、根據(jù)接收端BER/SINR指標(biāo)完成中繼選擇等。比如，
對于工作在放大轉(zhuǎn)發(fā)模式下的多中繼并行通信系統(tǒng)，可以通過特征空間分解將兩 跳信道等效為一個(gè)多路并行通信系統(tǒng)的方式，根據(jù)每一路等效信道增益完成中繼
選擇策略。若中繼采用解碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)模式，系統(tǒng)可支持單路或多路數(shù)據(jù)流的傳輸， 如何在給定中繼總發(fā)送功率的約束條件下，完成中繼的選擇在目甜公丌的文獻(xiàn) 中，沒有較好的辦法。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明各實(shí)施方式要解決的主要技術(shù)問題是提供 -種基于中繼 協(xié)作傳輸系統(tǒng)的通信方法，使得當(dāng)中繼工作在解碼放大模式下，在給定中繼總發(fā) 送功率的約束條件下，完成中繼的優(yōu)化選擇，以獲得最大多址割傳輸容量。 - 技術(shù)方案本發(fā)明的基于中繼協(xié)作傳輸系統(tǒng)的通信方法在于信源和信宿之 間的通信分兩個(gè)時(shí)隙完成；在第一個(gè)時(shí)隙內(nèi)，信源通過廣播的方式廣播要發(fā)送的 信號S，多個(gè)中繼同時(shí)獨(dú)立地完成信源信號的接收，同時(shí)，信宿完成中繼選擇， 并通過反饋的方式通知中繼選擇的結(jié)果；在第二個(gè)時(shí)隙內(nèi)，中繼根據(jù)信宿選擇的 結(jié)果將檢測后的信號通過處理后發(fā)送出去，信宿接收信號并通過聯(lián)合檢測獲知信 號。
所述第一個(gè)時(shí)隙內(nèi)信源廣播要發(fā)送的信號S僅包含一個(gè)數(shù)據(jù)流或包含多個(gè) 數(shù)據(jù)流。
所述信源、中繼和信宿均配備單根或多根收發(fā)天線。
所述信宿在第一個(gè)時(shí)隙內(nèi)完成的中繼選擇是指由信宿基于前一幀中繼到信 宿的信道信息，根據(jù)需要傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)流的個(gè)數(shù)，選擇具有較大等效信道增益 的子信道。
所述第二個(gè)時(shí)隙內(nèi)中繼對信號的處理是由每個(gè)中繼獨(dú)立完成的；每個(gè)中繼端 采用的發(fā)送信號處理矩陣是根據(jù)其自身與信宿間的信道傳輸矩陣的信息構(gòu)造的； 對某個(gè)中繼而言，其發(fā)送信號處理矩陣是對其自身與信宿間的信道傳輸矩陣做特 征值分解，并選擇最大的m個(gè)特征值所對應(yīng)的特征向量構(gòu)成的矩陣；其中，m是 這個(gè)中繼上支持的并行數(shù)據(jù)流的個(gè)數(shù)。
所述的多個(gè)數(shù)據(jù)流中，每一路子數(shù)據(jù)流將依次在所有的并行子信道中選擇 具有最大等效信道增益的子信道，僅在此子信道上完成當(dāng)前子數(shù)據(jù)流的通信。 已經(jīng)被安排發(fā)送某一路子數(shù)據(jù)流的子信道將不再繼續(xù)被其他數(shù)據(jù)流選擇。 有益效果本發(fā)明各實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，其t要區(qū)別及其效果在于-針對工作在解碼轉(zhuǎn)發(fā)模式下的多中繼通信網(wǎng)絡(luò)，基丁-多路并行數(shù)據(jù)流的多中繼選擇傳輸策略，給出了一種根據(jù)中繼-信宿信道特征向量分解的中繼處理方 案。每個(gè)中繼可以獨(dú)立地根據(jù)其本身與信宿間的信道信息設(shè)計(jì)中繼端處理矢量 (或矩陣)，避免多中繼間信道信息的傳遞。信宿根據(jù)其本身與中繼間的信道信 息Gt對G^^做特征分解，根據(jù)得到的所有信道等效增益選擇等效信道增益最
大的幾條子信道，并將選擇信息反饋給中繼。
中繼端根據(jù)信宿反饋的信息對G^ 做特征分解，艮卩VAHA)V, =GtHGA, 并選擇其最大的^個(gè)特征值所對應(yīng)的特征向量構(gòu)成中繼處理矩陣 Wr[V，,…，V，")j。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的基于中繼協(xié)作傳輸系統(tǒng)的通信方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的公開了一種基于中繼協(xié)作傳輸系統(tǒng)的通信方法信源和信宿之間的 通信分兩個(gè)時(shí)隙完成；在第一個(gè)時(shí)隙內(nèi)，信源通過廣播的方式廣播要發(fā)送的信號 S，多個(gè)中繼同時(shí)獨(dú)立地完成信源信號的接收，同時(shí)，信宿完成中繼選擇，并通 過反饋的方式通知中繼選擇的結(jié)果；在第二個(gè)時(shí)隙內(nèi)，中繼根據(jù)信宿選擇的結(jié)果 將檢測后的信號通過一定的處理后發(fā)送出去，信宿接收信號并通過聯(lián)合檢測獲知 信號。所述第一個(gè)時(shí)隙內(nèi)信源廣播要發(fā)送的信號S僅包含一個(gè)數(shù)據(jù)流或包含多個(gè) 數(shù)據(jù)流。所述信源、中繼和信宿均配備單根或多根收發(fā)天線。所述信宿在第一個(gè) 時(shí)隙內(nèi)完成的中繼選擇是指由信宿基于前一幀中繼到信宿的信道信息，根據(jù)需要 傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)流的個(gè)數(shù)，選擇具有較大等效信道增益的子信道。所述第二個(gè)時(shí) 隙內(nèi)中繼對信號的處理是由每個(gè)中繼獨(dú)立完成的；每個(gè)中繼端采用的發(fā)送信號處 理矩陣是根據(jù)其自身與信宿間的信道傳輸矩陣的信息構(gòu)造的；對某個(gè)中繼而S， 其發(fā)送信號處理矩陣是對其自身與信宿間的信道傳輸矩陣做特征值分解，并選擇 最大的m個(gè)特征值所對應(yīng)的特征向量構(gòu)成的矩陣；其中，m是這個(gè)中繼上支持的 并行數(shù)據(jù)流的個(gè)數(shù)。所述的多個(gè)數(shù)據(jù)流中，每一路子數(shù)據(jù)流將依次在所有的并行 子信道中選擇具有最大等效信道增益的子信道，僅在此子信道上完成當(dāng)前子數(shù)據(jù) 流的通信。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一歩地詳細(xì)描述。
假設(shè)系統(tǒng)有K個(gè)并行的中繼，每個(gè)中繼配備的天線數(shù)目為。M,
在步驟110中，信宿首先根據(jù)其本身與中繼間的信道信息對GAG,H做特征分
解，艮P: V4HA^^=GAHG^其中，G,是第k個(gè)中繼到信宿的信道信息矩陣。并
根據(jù)A,,A2，...，AK這Z二M,條子信道的等效信道增益，選擇最大的Q條子信道，
并將每個(gè)中繼被選擇的子信道的數(shù)目反饋給相應(yīng)的中繼端。
信宿根據(jù)所有中繼等效并行子信道的信道增益的大小進(jìn)行中繼選擇，其數(shù)學(xué) 描述可以表示為
C^argmaxf;i;'(G^) & = 1,2,-..,《;附=1，2,.-々} (1)
《eA l \ , J
此后進(jìn)入歩驟120，根據(jù)歩驟110的實(shí)施結(jié)果，中繼端獲知其被選擇的子信
道的個(gè)數(shù)，并根據(jù)各自的信道信息獨(dú)立完成信號處理矩陣的設(shè)計(jì)。 對于第k個(gè)中繼而言，假設(shè)信宿端反饋的其支持的并行子信道的個(gè)數(shù)為 ，
那么，第k個(gè)中繼首先對G G,進(jìn)行特征分解，即V/'AA2VA. =G〖Gr并選擇其
最大的^個(gè)特征值所對應(yīng)的特征向量構(gòu)成預(yù)處理矩陣w,^lv;^,…，v,H('"」。
需要說明的是，對于第k個(gè)中繼而g,若信宿端反饋的w,-O，那意味著在 第k個(gè)中繼上不發(fā)送任何信息，即W, =eA,/x,,,4 。這里的e,w,表示m^l和Mx^ 維的全零陣。
此后進(jìn)入歩驟130，中繼端接收信源發(fā)送的信號，并通過一定的信號處理后 將其發(fā)送給信宿。
假設(shè)第k個(gè)中繼上接收解碼后的信號為d，那么中繼端需要根據(jù)信宿反饋的 信息，從信號d中選擇^路信號(^進(jìn)行處理和發(fā)送，其中，c^是一個(gè)^xl的矩
陣，m,代表在第k個(gè)中繼上支持的并行數(shù)據(jù)流的個(gè)數(shù)。
此時(shí)，根據(jù)歩驟120 ，中繼端獨(dú)立設(shè)計(jì)的各自的處理矩陣為 w^lv,",…,v;^j，因此，每個(gè)中繼發(fā)送的信號可以表示為WA《。
需要說明的是，本發(fā)明的實(shí)施方式中所說的各種單元都是邏輯概念，物理上 可以不同的裝置上實(shí)現(xiàn)也可以在同一個(gè)裝置中實(shí)現(xiàn)。這些單元的名稱也是多種多 樣的，但只要具有上述功能可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的效果，就屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。 綜上所述，在本發(fā)明的各實(shí)施方式中，針對工作在解碼轉(zhuǎn)發(fā)模式下的多中
繼通信網(wǎng)絡(luò)，基于多路并行數(shù)據(jù)流的多中繼選擇傳輸策略，給出了一種根據(jù)中繼 -信宿信道特征向量分解的中繼簡化處理方案。
權(quán)利要求
1、一種基于中繼協(xié)作傳輸系統(tǒng)的通信方法，其特征在于信源和信宿之間的通信分兩個(gè)時(shí)隙完成；在第一個(gè)時(shí)隙內(nèi)，信源通過廣播的方式廣播要發(fā)送的信號S，多個(gè)中繼同時(shí)獨(dú)立地完成信源信號的接收，同時(shí)，信宿完成中繼選擇，并通過反饋的方式通知中繼選擇的結(jié)果；在第二個(gè)時(shí)隙內(nèi)，中繼根據(jù)信宿選擇的結(jié)果將檢測后的信號通過處理后發(fā)送出去，信宿接收信號并通過聯(lián)合檢測獲知信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中繼協(xié)作傳輸系統(tǒng)的通信方法，其特征在于:所述第一個(gè)時(shí)隙內(nèi)信源廣播要發(fā)送的信號s僅包含一個(gè)數(shù)據(jù)流或包含多個(gè)數(shù)據(jù)流。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中繼協(xié)作傳輸系統(tǒng)的通信方法，其特征在于-所述信源、中繼和信宿均配備單根或多根收發(fā)天線。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于協(xié)作傳輸系統(tǒng)的通信方法，其特征在于所述信宿在第一個(gè)時(shí)隙內(nèi)完成的中繼選擇是指由信宿基于甜一幀中繼到信宿的 信道信息，根據(jù)需要傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)流的個(gè)數(shù)，選擇具有較大等效信道增益的子信道。 、
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中繼協(xié)作傳輸系統(tǒng)的通信方法，其特征在于-所述第二個(gè)時(shí)隙內(nèi)中繼對信號的處理是山每個(gè)中繼獨(dú)立完成的；每個(gè)中繼端采用的發(fā)送信號處理矩陣是根據(jù)其自身與信宿間的信道傳輸矩陣的信息構(gòu)造的；對某個(gè)中繼而言，其發(fā)送信號處理矩陣是對其自身與信宿間的信道傳輸矩陣做特征值分解，并選擇最大的m個(gè)特征值所對應(yīng)的特征向量構(gòu)成的矩陣；其中，m是這個(gè) 中繼上支持的并行數(shù)據(jù)流的個(gè)數(shù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于中繼協(xié)作傳輸系統(tǒng)的通信方法，其特征在于 所述的多個(gè)數(shù)據(jù)流中，每一路子數(shù)據(jù)流將依次在所有的并行子信道中選擇具有最 大等效信道增益的子信道，僅在此子信道上完成當(dāng)前子數(shù)據(jù)流的通信。
全文摘要
一種基于中繼協(xié)作傳輸系統(tǒng)的通信方法涉及無線通信領(lǐng)域，信源和信宿之間的通信分兩個(gè)時(shí)隙完成；在第一個(gè)時(shí)隙內(nèi)，信源通過廣播的方式廣播要發(fā)送的信號S，多個(gè)中繼同時(shí)獨(dú)立地完成信源信號的接收，同時(shí)，信宿完成中繼選擇，并通過反饋的方式通知中繼選擇的結(jié)果；在第二個(gè)時(shí)隙內(nèi)，中繼根據(jù)信宿選擇的結(jié)果將檢測后的信號通過處理后發(fā)送出去，信宿接收信號并通過聯(lián)合檢測獲知信號。針對工作在解碼轉(zhuǎn)發(fā)模式下的多中繼通信網(wǎng)絡(luò)，基于多路并行數(shù)據(jù)流的多中繼選擇傳輸策略，給出了一種根據(jù)中繼-信宿信道特征向量分解的中繼處理方案。每個(gè)中繼可以獨(dú)立地根據(jù)其本身與信宿間的信道信息設(shè)計(jì)中繼端處理矢量(或矩陣)，避免多中繼間信道信息的傳遞。
文檔編號H04B7/02GK101588197SQ20091003274
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者菲 俞, 汀 李, 楊綠溪, 睿 趙, 黃永明 申請人:東南大學(xué)