專利名稱：放大轉(zhuǎn)發(fā)分布式協(xié)作系統(tǒng)發(fā)射天線選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)ー步涉及多輸入多輸出領(lǐng)域的放大轉(zhuǎn)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(shù)：
天線選擇技術(shù)是根據(jù)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)之間的信道狀態(tài)信息，選擇其中最優(yōu)的信道質(zhì)量所對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的天線或天線組進(jìn)行信號傳輸，以提升無線傳輸?shù)男阅?。為了?shí)現(xiàn)放大轉(zhuǎn)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(diǎn)到發(fā)射節(jié)點(diǎn)、接收節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)以及中繼節(jié)點(diǎn)到發(fā)射節(jié)點(diǎn)之間分別或同時需要進(jìn)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(guān)，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(shí)現(xiàn)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(diǎn)以及源節(jié)點(diǎn)的天線選擇方法。該方法實(shí)施步驟包括第一，中繼節(jié)點(diǎn)天線選擇過程目的節(jié)點(diǎn)測量中繼節(jié)點(diǎn)各個或各組天線到目的節(jié)點(diǎn)的信道質(zhì)量，選擇其中最優(yōu)的信道質(zhì)量所對應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)的天線或天線組作為中繼節(jié)點(diǎn)選擇的發(fā)射天線；第二，源節(jié)點(diǎn)天線選擇過程方式一，目的節(jié)點(diǎn)獲取源節(jié)點(diǎn)各個或各組天線與所選定的中繼節(jié)點(diǎn)的天線或天線組進(jìn)行協(xié)作傳輸?shù)牡刃诺蕾|(zhì)量，選擇其中最優(yōu)的等效信道質(zhì)量所對應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)的天線或天線組作為源節(jié)點(diǎn)選擇的發(fā)射天線；方式ニ，目的節(jié)點(diǎn)測量源節(jié)點(diǎn)各個或各組天線到目的節(jié)點(diǎn)的信道質(zhì)量，選擇其中最優(yōu)的信道質(zhì)量所對應(yīng)的原節(jié)點(diǎn)或天線組作為源節(jié)點(diǎn)選擇的發(fā)射天線；方式三，中繼節(jié)點(diǎn)測量源節(jié)點(diǎn)各個或各組天線到中繼節(jié)點(diǎn)的信道質(zhì)量，選擇其中最優(yōu)信道質(zhì)量所對應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)的天線或各組天線到中繼節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(yùn)算復(fù)雜度和性能之間系統(tǒng)之間獲得權(quán)衡，不是系統(tǒng)整體反饋開銷大、運(yùn)算復(fù)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(zhǔn)則的天線選擇方法，該方法的實(shí)施步驟是第一，源節(jié)點(diǎn)向多個中繼節(jié)點(diǎn)廣播導(dǎo)頻信息，中繼節(jié)點(diǎn)對每個發(fā)射節(jié)點(diǎn)天線到中繼節(jié)點(diǎn)各接收天線之間的信道増益估計；第二，中繼節(jié)點(diǎn)將信道估計結(jié)果全部發(fā)送至目的節(jié)點(diǎn)；第三，目的節(jié)點(diǎn)對每個中繼發(fā)射天線和每個目的節(jié)點(diǎn)接收天線之間的信道進(jìn)行估計；第四，根據(jù)源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)所需選擇出的天線數(shù)目要求，由目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)整體的信道狀態(tài)信息，利用“貪婪最小均方誤差準(zhǔn)則”，選出最佳的源節(jié)點(diǎn)-中繼節(jié)點(diǎn)-目的節(jié)點(diǎn)收發(fā)天線配對組合；第五，目的節(jié)點(diǎn)把所選出的最佳天線配對組合索引反饋至中繼節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)。該方法存在的不足之處是，中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)傳輸信息量大，計算復(fù)雜度較高，反饋信息經(jīng)過目的節(jié)點(diǎn)-中繼節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)-源節(jié)點(diǎn)兩條鏈路反饋，造成噪聲的疊加使得發(fā)射節(jié)點(diǎn)天線選擇錯誤，進(jìn)而使得系統(tǒng)性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，針對采用分布式空時編碼放大轉(zhuǎn)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(diǎn)-中繼節(jié)點(diǎn)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(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)的具體思路是根據(jù)發(fā)射節(jié)點(diǎn)-中繼節(jié)點(diǎn)信道狀態(tài)信息來實(shí)現(xiàn)發(fā)射端天線的選擇，在實(shí)施天線選擇時，僅僅需要發(fā)射節(jié)點(diǎn)-中繼節(jié)點(diǎn)的鏈路信息并且反饋也僅需中繼節(jié)點(diǎn)向發(fā)射節(jié)點(diǎn)反饋，這樣無需目的節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)反饋過程，從而可以實(shí)現(xiàn)上述目的。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的具體步驟如下(I)初始化Ia)發(fā)射節(jié)點(diǎn)對所有的發(fā)射天線按發(fā)射順序進(jìn)行編號； Ib)發(fā)射節(jié)點(diǎn)依次向每個中繼節(jié)點(diǎn)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(diǎn)依照發(fā)射天線的編號順序逐次向多個中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送導(dǎo)頻信息；2b)每個中繼節(jié)點(diǎn)的接收機(jī)按照接收到導(dǎo)頻信息的順序生成導(dǎo)頻信息矩陣；2c)每個中繼節(jié)點(diǎn)的信道估計器根據(jù)接收到的導(dǎo)頻信息矩陣，采用最小ニ乘方法獲得發(fā)射節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)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(diǎn)；(3)構(gòu)造天線選擇模值矩陣3a)發(fā)射節(jié)點(diǎn)對所有中繼節(jié)點(diǎn)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(yīng)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(diǎn)逐個符號廣播信息矢量矩陣；5b)每個中繼節(jié)點(diǎn)對接收到的每ー個符號除以其模值進(jìn)行歸ー化處理，得到中繼節(jié)點(diǎn)的歸ー化信息矢量矩陣；5c)按照空時編碼準(zhǔn)則，以所有中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)目作為矩陣的行、列維數(shù)，從空時編碼矩陣碼本集中查找與之對應(yīng)的空時編碼矩陣；5d)每個中繼節(jié)點(diǎn)從空時編碼矩陣中選取與中繼節(jié)點(diǎn)編號相對應(yīng)的行向量，得到中繼節(jié)點(diǎn)的編碼矢量矩陣；5e)按照每個中繼節(jié)點(diǎn)編碼矢量矩陣中符號的編碼規(guī)則，對中繼節(jié)點(diǎn)歸ー化信息矢量矩陣中每個符號進(jìn)行編碼，得到中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)送信息矢量矩陣；
5f)所有中繼節(jié)點(diǎn)將各自的發(fā)送信息矢量矩陣逐個符號放大轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點(diǎn)；5g)目的節(jié)點(diǎn)采用最大似然方法對接收到的數(shù)據(jù)譯碼，得到發(fā)射節(jié)點(diǎn)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(diǎn)判斷所有數(shù)據(jù)是否傳輸完成，假如完成，則結(jié)束通信，否則轉(zhuǎn)入步驟⑵。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)第一，由于本發(fā)明中的天線選擇僅需要發(fā)射節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)的鏈路信息，無需中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的鏈路信息，克服了現(xiàn)有技術(shù)中目的節(jié)點(diǎn)-中繼節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)-發(fā)射節(jié)點(diǎn)反饋信息大，接收節(jié)點(diǎn)天線選擇信號處理復(fù)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(diǎn)。 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(diǎn)向發(fā)射節(jié)點(diǎn)反饋，而并不需要目的節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)反饋，克服了現(xiàn)有技術(shù)中目的節(jié)點(diǎn)-中繼節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)-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(diǎn)。


圖I為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明方法與現(xiàn)有天線選擇方法接收端誤碼率(Symbol Error Ratio, SER)比較圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖對本發(fā)明做進(jìn)ー步的描述。參照圖2，本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖由ー個發(fā)射節(jié)點(diǎn)S，N個中繼節(jié)點(diǎn)R1到Rn和ー個目的節(jié)點(diǎn)D組成，發(fā)射節(jié)點(diǎn)配有Nt根發(fā)射天線，中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)只配有一根天線。天線選擇的實(shí)施從發(fā)射節(jié)點(diǎn)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(diǎn)發(fā)送信息。圖中的實(shí)線代表所要發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)過的信道，虛線代表未被選擇發(fā)射節(jié)點(diǎn)發(fā)射天線與中繼節(jié)點(diǎn)中接收天線之間的信道。中繼節(jié)點(diǎn)的工作方式為半雙エ模式，采用的放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作協(xié)議。中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之間的傳輸采用分布式空時編碼。參照圖I，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的步驟如下步驟I，初始化為了區(qū)分發(fā)射節(jié)點(diǎn)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(jìn)行標(biāo)識，其中Nt為發(fā)射天線的總數(shù)目；同樣，為了區(qū)分所有中繼節(jié)點(diǎn)，發(fā)射節(jié)點(diǎn)依次向每個中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送I到N逐個遞增的編號對中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識，N為中繼節(jié)點(diǎn)的總數(shù)目。步驟2,信道估計為了估計發(fā)射節(jié)點(diǎn)-中繼節(jié)點(diǎn)的信道，發(fā)射節(jié)點(diǎn)依照發(fā)射天線的編號順序逐次向所有中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送導(dǎo)頻信息，然后每個中繼節(jié)點(diǎn)的接收機(jī)按照接收到導(dǎo)頻信息的順序生成導(dǎo)頻信息矩陣。每個中繼節(jié)點(diǎn)的信道估計器根據(jù)接收到的導(dǎo)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(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)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(dǎo)頻信號矩陣，Y為接收到的導(dǎo)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(diǎn)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(diǎn)第j根發(fā)射天線到第i個中繼節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息，然后每個中繼節(jié)點(diǎn)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(diǎn)。步驟3，構(gòu)造天線選擇模值矩陣因為天線選擇將要對發(fā)射結(jié)點(diǎn)-中繼節(jié)點(diǎn)的所有信道狀態(tài)信息進(jìn)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(jī)處理，可以提升天線選擇效率。發(fā)射節(jié)點(diǎn)對所有中繼節(jié)點(diǎn)反饋回來信道矢量矩陣生成ー個天線選擇矩陣H
權(quán)利要求
1.ー種放大轉(zhuǎn)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(diǎn)對所有的發(fā)射天線按發(fā)射順序進(jìn)行編號； Ib)發(fā)射節(jié)點(diǎn)依次向每個中繼節(jié)點(diǎn)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(diǎn)依照發(fā)射天線的編號順序逐次向多個中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送導(dǎo)頻信息； 2b)每個中繼節(jié)點(diǎn)的接收機(jī)按照接收到導(dǎo)頻信息的順序生成導(dǎo)頻信息矩陣； 2c)每個中繼節(jié)點(diǎn)的信道估計器根據(jù)接收到的導(dǎo)頻信息矩陣，采用最小ニ乘方法獲得發(fā)射節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)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(diǎn)； (3)構(gòu)造天線選擇模值矩陣 3a)發(fā)射節(jié)點(diǎn)對所有中繼節(jié)點(diǎn)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(yīng)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(diǎn)逐個符號廣播信息矢量矩陣； 5b)每個中繼節(jié)點(diǎn)對接收到的每ー個符號除以其模值進(jìn)行歸ー化處理，得到中繼節(jié)點(diǎn)的歸ー化信息矢量矩陣； 5c)按照空時編碼準(zhǔn)則，以所有中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)目作為矩陣的行、列維數(shù)，從空時編碼矩陣碼本集中查找與之對應(yīng)的空時編碼矩陣； 5d)每個中繼節(jié)點(diǎn)從空時編碼矩陣中選取與中繼節(jié)點(diǎn)編號相對應(yīng)的行向量，得到中繼節(jié)點(diǎn)的編碼矢量矩陣； 5e)按照每個中繼節(jié)點(diǎn)編碼矢量矩陣中符號的編碼規(guī)則，對中繼節(jié)點(diǎn)歸ー化信息矢量矩陣中每個符號進(jìn)行編碼，得到中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)送信息矢量矩陣； 5f)所有中繼節(jié)點(diǎn)將各自的發(fā)送信息矢量矩陣逐個符號放大轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點(diǎn)； 5g)目的節(jié)點(diǎn)采用最大似然方法對接收到的數(shù)據(jù)譯碼，得到發(fā)射節(jié)點(diǎn)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(diǎn)判斷所有數(shù)據(jù)是否傳輸完成，假如完成，則結(jié)束通信，否則轉(zhuǎn)入步驟(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放大轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)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(dǎo)頻信號矩陣，Y為接收到的導(dǎo)頻信號矩陣，レ]—1表示矩陣的逆。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放大轉(zhuǎn)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(diǎn)到每個中繼的信道矢量矩陣，維數(shù)為發(fā)射天線的數(shù)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(shù)為中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放大轉(zhuǎn)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(shù)為1，列維數(shù)為發(fā)射天線數(shù)目。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放大轉(zhuǎn)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(shù)為1，列維數(shù)為所有中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放大轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn) 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(jù)自變量的變化取最大值，W為發(fā)送信號調(diào)制后所有星座點(diǎn)的集合，X表示W(wǎng)中的星座點(diǎn)，Y表示目的節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)，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(zhuǎn)發(fā)分布式協(xié)作系統(tǒng)發(fā)射天線選擇方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)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(diǎn)進(jìn)行編號；(2)每個中繼節(jié)點(diǎn)估計出發(fā)射節(jié)點(diǎn)-中繼節(jié)點(diǎn)的信道矢量矩陣并將之反饋給發(fā)射節(jié)點(diǎn)；(3)根據(jù)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(diǎn)廣播信息，中繼節(jié)點(diǎn)對接收的信息進(jìn)行空時編碼然后放大轉(zhuǎn)發(fā)；(6)判斷通信是否完成，假如完成，則結(jié)束通信，否則轉(zhuǎn)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(diǎn)。
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(quán)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(xué)