基于天線選擇的正交空時(shí)雙向中繼傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線通信領(lǐng)域，設(shè)及多天線中繼協(xié)作的傳輸方法，特別設(shè)及一種正交 空時(shí)分組碼的中繼天線選擇方法，可用于由一個(gè)多天線中繼和兩個(gè)單天線用戶構(gòu)成的雙向 中繼協(xié)作系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 多天線通信系統(tǒng)可W有效提高無(wú)線通信的可靠性，然而在實(shí)際的通信場(chǎng)景中，由 于受到昂貴的射頻電路限制，天線選擇機(jī)制受到廣泛研究，W期在不損失系統(tǒng)性能的前提 下盡可能降低系統(tǒng)的射頻資源的代價(jià)。在中繼協(xié)作系統(tǒng)中，已經(jīng)有很多學(xué)者進(jìn)行了深入研 究，如2010年Mahshad Eslamifarl等人研究了雙向網(wǎng)絡(luò)編碼中繼系統(tǒng)并提出了基于max-min的天線選擇算法，F(xiàn)eng Wang等人提出了基于范數(shù)的天線選擇算法，2012年Gayan Amarasuriya等人研究了雙向放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)的天線選擇算法，2014年Kai化ng研究了 聯(lián)合波束形成的天線選擇算法。
[0003] 然而，運(yùn)些方法都只考慮在中繼節(jié)點(diǎn)處選擇單根天線的情況，不能直接應(yīng)用于多 天線選擇的情況。例如，當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)采用波束成型或采用空時(shí)分組編碼的時(shí)候，均需要選擇 多根天線進(jìn)行聯(lián)合信號(hào)處理，且中繼選擇多天線能夠顯著提高系統(tǒng)的傳輸分集度。因此，相 比于多天線選擇方案，單天線選擇的系統(tǒng)分集度不高，傳輸誤比特率也相對(duì)較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)的不足，提出一種基于信道乘積最大化的正交空 時(shí)中繼天線選擇方法，提高系統(tǒng)的分集度，降低系統(tǒng)的傳輸誤比特率。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道狀態(tài)信息選擇兩根天線，兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn) 同時(shí)發(fā)送信號(hào)給中繼節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)通過(guò)所選擇的天線接收信號(hào)，并按照空時(shí)分組碼的方 式用所選擇的兩根天線廣播給用戶節(jié)點(diǎn)，每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)在接收到中繼節(jié)點(diǎn)廣播的信號(hào)后進(jìn) 行獨(dú)立解調(diào)，得到另一用戶發(fā)送的信息。其實(shí)現(xiàn)步驟包括如下：
[0006] 1)兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)分別給中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送訓(xùn)練符號(hào)4和S是；
[0007] 2)中繼節(jié)點(diǎn)通過(guò)咐良天線接收兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)發(fā)送的訓(xùn)練符號(hào)，分別得到第i根天線 接收的第一用戶節(jié)點(diǎn)Tl的訓(xùn)練信號(hào)yii和第二用戶節(jié)點(diǎn)T2的訓(xùn)練信號(hào)y2i，其中，N表示中繼節(jié) 點(diǎn)所配置的天線數(shù)量，l<i<N;
[000引3)中繼節(jié)點(diǎn)分別估計(jì)第一用戶Tl的信道系數(shù)/?, = 乂和第二用戶T2的信道系數(shù) &扣=粗:/攻；
[0009] 4)中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)上述兩個(gè)信道系數(shù)hii和h2i，分別選擇出兩根天線巧口 J:
[0010] /二 ai'g max . ?eC \ - ./
[OO" ] J = arg 巧野1&2,,'|2) '
[001^ 其中，argmax( ?)表示取最大值下標(biāo)的運(yùn)算符號(hào)，I ? I嗦示取模的平方，
[001引 C= {1，2，-NI表示所有天線的集合，n表示集合帥的元素，
[0014] (：/={1，2，一，1-1，1+1，-郵表示除去天線1的集合，1/表示集合(：/中的元素；
[0015] 5)用戶節(jié)點(diǎn)選擇待發(fā)送符號(hào)并發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)：
[0016] 5a)兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)均從星座集合S中選取兩個(gè)星座符號(hào)作為自己的兩個(gè)待發(fā)送符 號(hào)，即第一戶用節(jié)點(diǎn)Tl選取第一個(gè)待發(fā)送符號(hào)Sll和第二待發(fā)送符號(hào)S12,第二用戶節(jié)點(diǎn)T2選 取第一待發(fā)送符號(hào)S21和第二待發(fā)送符號(hào)S22 ;
[0017] 5b)兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)分別利用兩個(gè)符號(hào)周期同時(shí)將自己的待發(fā)送符號(hào)發(fā)送至中繼節(jié) 點(diǎn)';
[001引6)中繼節(jié)點(diǎn)在第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)獲得第一接收信號(hào)向量ri=[rn，rij]T，在第二個(gè) 符號(hào)周期內(nèi)獲得第二接收信號(hào)向量r2=[r2i，r2j]T，其中，riiju分別表示中繼節(jié)點(diǎn)在第一 個(gè)符號(hào)周期內(nèi)獲得的第I根和第J根天線的接收信號(hào);J2J分別表示中繼節(jié)點(diǎn)在第二個(gè)符 號(hào)周期內(nèi)獲得的第I根和第J根天線的接收信號(hào)，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算；
[0019] 7)中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)第一接收信號(hào)向量ri和第二接收信號(hào)向量n，得到待廣播信號(hào)向 量X，表不為：
[0020] x = [.、:p.r;]''二巧+ AK
[0021] 其中，xi、X2分別為待廣播信號(hào)向量X的第一、第二分量，A為用于生成待廣播信號(hào)向 量X的編碼矩陣，表示為A= ^ ，*表示取共輛操作；
[0022] 8)中繼節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，通過(guò)第I根和第J根天線按照Alamouti空時(shí)分組碼 的形式將待廣播向量X的第一分量Xl和第二分量X2廣播給兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)；
[0023] 9)兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)符號(hào)周期內(nèi)各自通過(guò)一根天線接收中繼節(jié)點(diǎn)廣播的信號(hào)， 分別獲得第一用戶節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)向量Zl和第二用戶節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)向量Z2;
[0024] 10)用戶節(jié)點(diǎn)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行譯碼：
[00劇 IOa)第k用戶節(jié)點(diǎn)化根據(jù)接收信號(hào)向量Zk和自己發(fā)送的符號(hào)sk=[ski，sk2]T，得到用 戶節(jié)點(diǎn)化的待譯碼向量:馬，其中k=l，2;
[00%] IOb)第k用戶節(jié)點(diǎn)化對(duì)待譯碼向量毎進(jìn)行譯碼，得到用戶節(jié)點(diǎn)Tk'發(fā)送符號(hào)的估計(jì) 值％和I馬.,，完成兩個(gè)用戶之間的雙向中繼傳信息傳輸，其中k/ =1，2且k/辛k。
[0027] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0028] 1)本發(fā)明考慮了中繼節(jié)點(diǎn)選擇兩個(gè)天線的雙向傳輸網(wǎng)絡(luò)，拓展了中繼節(jié)點(diǎn)選擇單 天線的中繼傳輸網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景；
[0029] 2)本發(fā)明中中繼節(jié)點(diǎn)利用所選擇的雙天線進(jìn)行聯(lián)合信號(hào)處理，提高了系統(tǒng)的分集 度；
[0030] 3)本發(fā)明采用Alamouti空時(shí)分組編碼，進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的分集度，降低了系統(tǒng) 傳輸誤比特率。
【附圖說(shuō)明】
[0031 ]圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0032] 圖2是本發(fā)明仿真使用的場(chǎng)景圖；
[0033] 圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)平均誤比特率性能仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0035] 參照?qǐng)D2,本發(fā)明使用的通信系統(tǒng)由兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)和一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)構(gòu)成;其中，第 一用戶節(jié)點(diǎn)Tl和第二用戶節(jié)點(diǎn)T2分別配置一根天線，中繼節(jié)點(diǎn)配置咐良天線;兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn) 均可W與中繼節(jié)點(diǎn)通信，但兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)相互之間不存在通信鏈路，不能直接通信。
[0036] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0037] 步驟1:兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)分別給中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送訓(xùn)練符號(hào)非和。
[0038] 具體的發(fā)送過(guò)程為:在第一時(shí)隙，第一用戶節(jié)點(diǎn)Tl發(fā)送訓(xùn)練符號(hào) < 給中繼節(jié)點(diǎn);在 第二時(shí)隙，第二用戶節(jié)點(diǎn)T2發(fā)送訓(xùn)練符號(hào)4給中繼節(jié)點(diǎn)。
[0039] 步驟2:中繼節(jié)點(diǎn)通過(guò)咐良天線接收兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)發(fā)送的訓(xùn)練符號(hào)。
[0040] 在第一時(shí)隙，中繼節(jié)點(diǎn)得到第i根天線接收的第一用戶節(jié)點(diǎn)Tl的訓(xùn)練信號(hào)yii，
[0041] 在第二時(shí)隙，中繼節(jié)點(diǎn)得到第i根天線接收的第二用戶節(jié)點(diǎn)T2的訓(xùn)練信號(hào)y2i，
[0042] 其中，N表示中繼節(jié)點(diǎn)所配置的天線數(shù)量，1 < i <N。
[0043] 步驟3:中繼節(jié)點(diǎn)分別估計(jì)兩個(gè)用戶的信道系數(shù)。
[0044] 中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的訓(xùn)練信號(hào)yii和用戶節(jié)點(diǎn)Tl發(fā)送的訓(xùn)練符號(hào)4,得到第一用 戶節(jié)點(diǎn)Tl的信道系數(shù);也=>'1,/^，
[0045] 中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的訓(xùn)練信號(hào)y2i和用戶節(jié)點(diǎn)T2發(fā)送的訓(xùn)練符號(hào)<，得到第二用 戶節(jié)點(diǎn)T2的信道系數(shù)％ =觀/每。
[0046] 步驟4:中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)上述兩個(gè)信道系數(shù)hii和h2i，分別選擇出兩根天線I和J:
[0047] / '= ai-g m 嚴(yán)批I" I-1?,::巧:，
[0048] ?/ = arg 巧苦批",「I 馬.",巧，
[0049] 其中，argmax( ?)表示取最大值下標(biāo)的運(yùn)算符號(hào)，I ? I2表示取模的平方，
[0050] C= {1，2，?? 'N}表示所有天線的集合，n表示集合帥的元素，
[0051 ] = {1,2,...,1-1,1+1，…N}表示除去天線I的集合，r/表示集合中的元素；
[0052] 步驟5:用戶節(jié)點(diǎn)選擇待發(fā)送符號(hào)并發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)。
[0053] 5a)兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)均從星座集合S中選取兩個(gè)星座符號(hào)作為自己的兩個(gè)待發(fā)送符 號(hào)，即第一戶用節(jié)點(diǎn)Tl選取第一個(gè)待發(fā)送符號(hào)Sll和第二待發(fā)送符號(hào)S12,第二用戶節(jié)點(diǎn)T2選 取第一待發(fā)送符號(hào)S21和第二待發(fā)送符號(hào)S22;其中，311、312、321、322的能量均歸一化為1;
[0054] 5b)兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)分別利用兩個(gè)符號(hào)周期同時(shí)將自己的待發(fā)送符號(hào)發(fā)送至中繼節(jié) 點(diǎn)，即在第一符號(hào)周期內(nèi)，第一戶用節(jié)點(diǎn)Tl發(fā)送Sll，第二戶用節(jié)點(diǎn)T2發(fā)送S21;在第二符號(hào)周 期內(nèi)，第一戶用節(jié)點(diǎn)T潑送S12,第二戶用節(jié)點(diǎn)T2發(fā)送S22。
[0055] 步驟6:中繼節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收兩用戶節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)。
[0056] 中繼節(jié)點(diǎn)在第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收第I根天線的接收信號(hào)rii和第J根天線的接收 信號(hào)rij，獲得第一接收信號(hào)向量ri = [rii，rij]T;
[0057] 中繼節(jié)點(diǎn)在第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收第I根天線的接收信號(hào)和第J根天線的接收 信號(hào)nj，獲得第二接收信號(hào)向量r2 = [r2i，nj]T;
[005引其中，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置操作：
[0059] rii = hiisii+h2iS2i+Cii，
[0060] rij = hijsii+h2jS2i+Cij.
[0061] r2I = hlIS12+h2IS22+l,2I,
[006^ r2J = hlJS12+h2JS22+C2J，
[0063] 其中，I