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一种基于中继网络最大比合并的最大化和速率的信道配对方法

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本发明公开了一种基于中继网络最大比合并的最大化和速率的信道配对方法，先在中继端对接收到的信号进行信道相位消除，然后在中继发射端对处理后的信号进行最大比合并处理，最后在第二个时隙对上下行信道进行空间信道配对。

著录项

公开/公告号CN105743561A

专利类型发明专利
公开/公告日2016-07-06

原文格式PDF
申请/专利权人南京理工大学;
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申请/专利号CN201610030925.X
发明设计人黄晓晖;顾晨;束锋;胡锦松;钱振宇;崔玉荻;周叶;桂林卿;
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申请日2016-01-18
分类号H04B7/155(20060101);H04B7/08(20060101);H04B17/40(20150101);H04B17/391(20150101);H04B17/336(20150101);
代理机构32254 江苏楼沈律师事务所;
代理人史成涛
地址 210094 江苏省南京市孝陵卫200号
入库时间 2023-12-18 15:49:54

法律信息

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态
2019-04-19

著录事项变更 IPC(主分类):H04B7/155 变更前: 变更后: 申请日:20160118

著录事项变更
2018-11-20

授权

授权
2016-08-03

实质审查的生效 IPC(主分类):H04B7/155 申请日:20160118

实质审查的生效
2016-07-06

公开

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说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种基于中继网络最大比合并的最大化和速率的信道配对方法。

背景技术

在无线通信系统中，如何提升系统传输可靠性一直是研究人员着力解决的一个基本问题。分布式空时码(DSTBC)和相干合并(CC)是中继网络获取协作分集增益的两种主要手段。中继网络中的DSTBC主要是用来提升系统的协作分集增益，虽然在中继数目固定时， DSTBC能够在获得满分集增益的同时有效提升系统的传输码率，但是随着中继数目的不断增长，系统的传输码率会逐渐趋近于0。为了有效地解决这个问题，相位消除应运而生，在不额外增加导频序列和反馈的情况下，可以达到分集增益和传输码率的良好折衷。

在DSTBC系统中，中继的每根天线对接收到的信号进行独立处理，但由于同一中继各天线之间的相互关联性，这样的处理并非是最优的，通过在中继端引入MRC的方法对接收到的信号进行联合处理，可以有效地缓和中继端的噪声分布，达到提升系统性能的目的。

在DSTBC系统中，中继在无需知道上行链路的信道状态信息时就能够达到满分集增益，这样就无法从分挖掘信道配对增益，考虑到对系统性能的进一步改善，将信道配对方法引入到基于MRC的DSTBC系统中。由于采用遍历的方法对信道进行配对复杂度较高，特别是在中继天线数目趋近于大规模时，基本不可能实现，所以需要有一种低复杂度的信道配对方案来实现最大化和速率。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种基于中继网络最大比合并的最大化和速率的信道配对方法，以获得系统传输可靠性的提升。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

假设在第一跳中继接收端接收到的信号r_m＝h_ms+n_RS,m，首先在中继端对接收到的信号r_m进行信道相位消除，处理后的信号为其中为上行信道相位，为配对后的下行信道相位，p(m)为下行排序后的信道序号；第二步，在中继引入MRC，对前面信号的进行联合优化，中继端发射信号 $x_{p (m)} = {βα}_{m} e^{- j (θ_{h_{m}} + θ_{g_{p (m)}})} r_{m} = e^{- {jθ}_{g_{p (m)}}} {βα}_{m} | | h_{m} | | s + {βα}_{m} e^{- j (θ_{h_{m}} + θ_{g_{p (m)}})} n_{R S, m},$ 其中β为中继发射端的功率归一化因子；第三步，根据目的端的接收信号，求得基于信道配对后的接信噪比公式：

$\begin{matrix} S N R (p) = \frac{P_{S} β^{2} {(Σ_{m = 1}^{M} | | g_{p (m)} | |^{2} | | h_{m} | |^{2})}^{2}}{β^{2} σ_{R S}^{2} Σ_{m = 1}^{M} | | g_{p (m)}^{4} h_{m}^{2} | | + σ_{B}^{2}} \\ = P_{S} P_{R S} {(Σ_{m = 1}^{M} | | g_{p (m)} | |^{2} | | h_{m} | |^{2})}^{2} {Σ_{m = 1}^{M} | | g_{p (m)}^{2} h_{m}^{2} | | (P_{R S} σ_{R S}^{2} | g_{p (m)}^{2} | | + σ_{B}^{2} P_{S} | | h_{m}^{2} | | + σ_{B}^{2} σ_{R S}^{2})}^{- 1} \end{matrix},$

其中，p为序列{1,2,…,M}的一种排列组合，进一步推得基于信道配的最大化和速率公式为：

$(\begin{matrix} \underset{p}{\max i m i z e} & \frac{1}{2} \log_{2} {1 + S N R (p)}, s u b j e c t >to>p\inS_{p} \end{matrix})$

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(a)我们为单向中继模型提出了一个更为通用的基于信道配对的相干合并算法，并且这个算法可以拓展到双向中继模型中；

(b)基于上述的相干合并算法，引入MRC相干合并，更进一步提升了系统的误码率性能，并且可以将此方法推广到类似模型中。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明的一个系统示意图。

图2示出了根据本发明实施方式的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明一种基于中继网络最大比合并的最大化和速率的信道配对方法包括：在中继端对上下行信道进行信道相位消除，同时在中继端对上行信道传输过来的符号采用MRC 进行联合优化，最后在下行信道采用空间信道配对的方法，进一步提升系统的传输性能，达到系统传输有效性和可靠性的良好折衷。

作为优选方案，在不增加额外导频符号的前提下，首先将信道相位消除方法运用于中继端的信号处理，然后在中继端引入MRC的波束成形方法，最后在第二个时隙采用空间信道配对，进一步提升系统的传输性能。其具体步骤如下。

假设中继在第一时隙接收到的信号表示为r_m＝h_ms+n_RS,m，并且由于路径损耗和阴影衰落，假设源节点S和目的节点D之间没有直接链路。

步骤1)，在中继端使用信道相位消来除增强DSTBC的码率，考虑到中继系统的传输特性，我们将上下行信道相位全部考虑在内，即处理后的信号为

步骤2)，为了进一步增强系统的频谱利用效率，在中继信号发射对信号进行MRC联合优化，优化后中继发射信号 $x_{p (m)} = {βα}_{m} e^{- j (θ_{h_{m}} + θ_{g_{p (m)}})} r_{m} = e^{- {jθ}_{g_{p (m)}}} {βα}_{m} | | h_{m} | | s + {βα}_{m} e^{- j (θ_{h_{m}} + θ_{g_{p (m)}})} n_{R S, m},$ 其中β为功率归一化因子，α＝[α₁,α₂,...,α_M]^T＝[‖g_p(1)h₁‖,‖g_p(2)h₂‖,…,‖g_p(M)h_M‖]^T为MRC波束成形向量。

步骤3)，由于传输信道的无序性，我们并不能完全挖掘中继系统的分集增益，所以在下行链路中引入空间信道配对，将信道状态好的信道配对传输，充分挖掘系统的传输性能，提升传输可靠性，基于空间信道配对的最大化和速率公式可表示为：

$(\begin{matrix} \underset{p}{\max i m i z e} & \frac{1}{2} \log_{2} {1 + S N R (p)}, s u b j e c t >to>p\inS_{p} \end{matrix})$

其中，S_p为序列{1,2,…,M}的所有排列组合，p为序列{1,2,…,M}的一种排列组合，

$(\begin{matrix} S N R (p) = \frac{P_{S} β^{2} {(Σ_{m = 1}^{M} | | g_{p (m)} | |^{2} | | h_{m} | |^{2})}^{2}}{β^{2} σ_{R S}^{2} Σ_{m = 1}^{M} | | g_{p (m)}^{4} h_{m}^{2} | | + σ_{B}^{2}} \\ - P_{S} P_{R S} {(Σ_{m = 1}^{M} | | g_{p (m)} | |^{2} | | h_{m} | |^{2})}^{2} {Σ_{m = 1}^{M} | | g_{p (m)}^{2} h_{m}^{2} | | (P_{R S} σ_{R S}^{2} | g_{p (m)}^{2} | | + σ_{B}^{2} P_{S} | | h_{m}^{2} | | + σ_{B}^{2} σ_{R S}^{2})}^{- 1} \end{matrix})$

如图1所示，将基站接收到的信号分成子载波数相等的I组，对每组信号进行分组交替迭代检测后得到的信号还原成对应用户的检测信号。

如图2所示，组内检测与组间干扰消除交替迭代进行，先利用半正定松弛检测算法进行组内检测，利用检测到的信号计算组间干扰，并在基站接收信号中减去该组间干扰形成新的接收信号，而后依次重复迭代，随着迭代次数的增加，组间干扰不断被减小，不断提高检测性能。

本发明采用了空间信道配对的思想，现在中继接收端对接收信号进行信道相位消除，然后对处理后的信号采用MRC波束成形进行联合优化，最后在第二个时隙采用空间信道配对，最终实现传输有效性和可靠性的良好折衷。

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