专利名称：一种中继辅助的多输入多输出系统的通信方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统，尤其涉及一种中继辅助多输入多输出无线通信系统的 分布式有限反馈预编码方法。
背景技术：
中继无线通信系统具有扩展小区的覆盖面、克服“死区”效应、改善小区边界接收 端的信道质量、克服阴影效应等优点。中继通信的思想早在三十多年前就有人提出，该思想 是最简单的三点式通信，其中包括一个发射端、一个中继站和一个接收端，且这三个节点都 只有一根天线。近年来，研究人员分别从中继协议、信息论和具体算法的角度研究中继通 信，例如针对单输入单输出的无线中继通信系统，有三种传统的中继协议，包括放大转发、 解码转发和压缩转发，其中放大转发中继协议由于不需要解码直接转发信号，处理复杂度 和功率消耗都很低，所以应用最为广泛。同时，多输入多输出通信系统能够通过利用空间复 用增益、空间分集增益和阵列增益提高通信的有效性和可靠性。将多输入多输出技术和中 继技术相结合能够利用二者的优点进一步地提高通信性能。
尽管在大多数场景下，使用译码转发方式的可再生中继比放大转发方式的非 可再生中继更具优势，但它会产生更高的计算复杂度和时延，且存在安全隐患。对于放 大转发模式的中继辅助多输入多输出通信系统，文献(0. Munoz-Medina，J. Vidal and A.Agustin,"Linear transceiver design in non-regenerative relays with channel state information, "IEEETrans. Signal Process.，vol. 55, no. 6, pp.2593-2604, June 2007)研究了在中继站完全已知两跳信道信息的情况下，中继站到接收端的最优线性收 发机设计；研究表明两跳通信系统的传输可以转换为在多个正交子信道上的并行数据 流传输° 文献(I. Hammerstrom and A. ffittneben, "Power allocation schemes for ampliy-and-forward MIM0-0FDM relay links，，IEEE Trans. Wireless Commun. , vol.6, no. 8，pp. 2798-2802，Aug. 2007)给出了两跳通信系统准最优线性收发机的联合设计方案， 仿真结果显示其获得了很好的性能增益，但同时需要高复杂度的运算。
值得注意的是，上述算法均需要完全已知两跳的信道状态信息，这在实际的频分 双工通信系统中并不适用。为了克服这个问题，文献(B. Khoshnevis，W. Yu and R. Adve, "Grassmannian beamforming for ΜΙΜΟ amplify-and-forward relaying，，IEEE J.Sel. Areas. Commun. vol. 26，no. 8，pp. 1397-1407，Oct. 2008.)提出 了一种适用于放大转发中继 的有限反馈波束成形算法，其采用了 Grassmarmian码本以降低反馈开销。但它只适用于 波束成形的情况，并不方便扩展到多个子流的预编码系统。在各节点均配置多根天线的情 况下，该算法不能完全获得多输入多输出信道的复用增益。文献(Yongming Huang, Luxi Yang,Mats Bengtsson,and Bjorn 0ttersten,"A limited feedback joint precoding for amplify-and-forward relaying" IEEE Trans. Signal Processing, March 2010,58 (3) 1347-1357.)进一步提出了一种适用于放大转发中继的有限反馈预编码算法，其只需很小 的开销，就能充分获得多输入多输出信道的空分复用增益；但它只适用于忽略直达链路的情况。在直达链路较好时，该算法并不能获得直达链路的传输分集增益。 发明内容
发明目的为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种中继辅助的多输入 多输出通信系统的下行链路中发射端和中继站的分布式有限反馈预编码方法，在低复杂度 和低反馈开销的前提下获得更高的频谱效率。
技术方案为实现上述目的，本发明采用的技术方案为
—种中继辅助的多输入多输出系统的通信方法，所述通信方法中的中继辅助的多 输入多输出系统包括一个具有M根天线的发射端、一个具有L根天线的中继转发站和一个 具有N根天线的移动接收端，所述中继辅助的多输入多输出系统每次传输K路数据流，其中 K为M、L、N中的最小值；所述通信方法包括如下步骤
(1)移动接收端获取全部的信道信息，并据此制定协作策略，并将该协作策略的相 关信息反馈给中继转发站；所述该移动策略的相关信息可以为协助策略标识，比如“1”表 示需要发射端的协作传输，“0”表示不需要发射端的协作传输；
(2)中继转发站和移动接收端根据协作策略及当前信道状态分布式地选择出各自 的最优预编码矩阵，中继转发站将其最优预编码矩阵的相关信息反馈给发射端，移动接收 端将其最优预编码矩阵的相关信息反馈给中继转发站；
(3)发射端将需要传输的一路信号转化为并行的一路以上信号，并将转化后的信 号进行相应的调制和编码，再乘以中继转发站反馈的最优预编码矩阵后，发送给中继转发 站；
(4)中继转发站接收信号，并将接受到的信号乘以移动接收端反馈的最优预编码 矩阵后，发送给移动接收端；
(5)移动接收端接收信号，并进行处理。
所述步骤(1)中，移动接收端根据直达链路和两跳链路的信道信息制定协作策 略，并将该协作策略的相关信息反馈给中继转发站；比如将代表该协作策略的信息(Ibit) 反馈给中继转发站。
所述通信方法中，首先需要根据忽略和考虑直达链路时次优可达速率的比值，判 断移动接收端是否需要利用直达链路的传输分集，若判断结果为是，即直达链路信道条件 较好时，则步骤(1)中，移动接收端将协作策略的相关信息和直达链路的信道信息反馈给 中继转发站；步骤(5)中，移动接收端接收的信号包括中继转发站发送的信号和前一时隙 发送端发送的直达链路的信号，再这两个信号进行相应的合并，以使得移动接收端的信噪 比得到提高，使其充分利用直达链路的分集增益。若判断结果为否，则步骤(1)中，移动接 收端仅需将协作策略的相关信息反馈给中继转发站；步骤(5)中，移动接收端仅需接收中 继转发站发送的信号。
所述移动接收端可以获取全部的道信息，且能自适应的选择协作分集策略，并将 标识符反馈给中继转发站。
所述发射端和中继转发站、中继转发站和移动接收端分别需要保存有相同的码 本，所述码本中至少包含一个预编码矩阵；所述步骤O)中，中继转发站和移动接收端根据 协作策略、当前信道状态和码字选择算法分布式地选择出各自的最优预编码矩阵，并将代5表各自的最优预编码矩阵的信息反馈给发射端和中继转发站，所述代表各自的最优预编码 矩阵的信息为各自的最优预编码矩阵在所述码本中的索引。
所述码字选择算法为考虑直达链路分集增益的码字选择算法或者忽略直达链路 的码字选择算法。
所述步骤(3)中，发射端将需要传输的一路信号转化为并行的K路信号单元。
所述步骤中，中继转发站接收发射端发送的信号，并将接受到的信号乘以移 动接收端反馈的最优预编码矩阵进行放大后，发送给移动接收端。
所述步骤(5)中，移动接收端采用最小均方误差接收机接收信号，并对接收到的 信号进行解码和处理。
所述步骤O)中，中继转发站和移动接收端根据协作策略确定码字选择算法；再 通过由码字选择算法确定的码字选择方式和当前信道状态选择出各自的最优预编码矩阵。
移动接收端分别计算忽略和考虑直达链路两种不同情况下，两跳通信系统的次优可达速率；得到两者的比值^ = ^，其中
权利要求
1.一种中继辅助的多输入多输出系统的通信方法，其特征在于所述通信方法中的中 继辅助的多输入多输出系统包括一个具有M根天线的发射端、一个具有L根天线的放大中 继转发站和一个具有N根天线的移动接收端，所述中继辅助的多输入多输出系统每次传输 K路数据流，其中K为M、L、N中的最小值；所述通信方法包括如下步骤(1)移动接收端制定协作策略，并将该协作策略的相关信息反馈给中继转发站；(2)中继转发站和移动接收端根据协作策略及当前信道状态分布式地选择出各自的最 优预编码矩阵，中继转发站将其最优预编码矩阵的相关信息反馈给发射端，移动接收端将 其最优预编码矩阵的相关信息反馈给中继转发站；(3)发射端将需要传输的一路信号转化为并行的一路以上信号，并将转化后的信号进 行相应的调制和编码，再乘以中继转发站反馈的最优预编码矩阵后，发送给中继转发站；(4)中继转发站接收信号，并将接受到的信号乘以移动接收端反馈的最优预编码矩阵 后，发送给移动接收端；(5)移动接收端接收信号，并进行处理。
2.根据权利要求1所述的中继辅助的多输入多输出系统的通信方法，其特征在于所 述步骤(1)中，移动接收端根据直达链路和两跳链路的信道信息制定协作策略，并将该协 作策略的相关信息反馈给中继转发站。
3.根据权利要求1所述的中继辅助的多输入多输出系统的通信方法，其特征在于所 述通信方法中，首先判断移动接收端是否利用直达链路的传输分集，若判断结果为是，则步 骤(1)中，移动接收端将协作策略的相关信息和直达链路的信道信息反馈给中继转发站； 步骤(5)中，移动接收端接收的信号包括中继转发站发送的信号和发送端发送的直达链路 的信号；若判断结果为否，则步骤(1)中，移动接收端仅需将协作策略的相关信息反馈给中 继转发站；步骤(5)中，移动接收端仅需接收中继转发站发送的信号。
4.根据权利要求1所述的中继辅助的多输入多输出系统的通信方法，其特征在于所 述发射端和中继转发站、中继转发站和移动接收端分别需要保存有相同的码本，所述码本 中至少包含一个预编码矩阵；所述步骤O)中，中继转发站和移动接收端根据协作策略、当 前信道状态和码字选择算法分布式地选择出各自的最优预编码矩阵，并将代表各自的最优 预编码矩阵的信息反馈给发射端和中继转发站，所述代表各自的最优预编码矩阵的信息为 各自的最优预编码矩阵在所述码本中的索引。
5.根据权利要求4所述的中继辅助的多输入多输出系统的通信方法，其特征在于所 述码字选择算法为考虑直达链路分集增益的码字选择算法或者忽略直达链路的码字选择 算法。
6.根据权利要求5所述的中继辅助的多输入多输出系统的通信方法，其特征在于所 述步骤O)中，中继转发站和移动接收端根据协作策略确定码字选择算法；再通过由码字 选择算法确定的码字选择方式和当前信道状态选择出各自的最优预编码矩阵。
7.根据权利要求1所述的中继辅助的多输入多输出系统的通信方法，其特征在于所 述步骤(3)中，发射端将需要传输的一路信号转化为并行的K路信号单元。
8.根据权利要求1所述的中继辅助的多输入多输出系统的通信方法，其特征在于所 述步骤中，中继转发站接收发射端发送的信号，并将接受到的信号乘以移动接收端反 馈的最优预编码矩阵进行放大后，发送给移动接收端。
9.根据权利要求1所述的中继辅助的多输入多输出系统的通信方法，其特征在于所 述步骤(5)中，移动接收端采用最小均方误差接收机接收信号，并对接收到的信号进行解 码和处理。
全文摘要
本发明公开了一种中继辅助的多输入多输出系统的通信方法，所述通信方法中的中继辅助的多输入多输出系统包括一个具有M根天线的发射端、一个具有L根天线的中继转发站和一个具有N根天线的移动接收端，所述中继辅助的多输入多输出系统每次传输K路数据流，其中K为M、L、N中的最小值；本发明提供的一种中继辅助的多输入多输出系统的通信方法，可以在低复杂度和低反馈开销的前提下，自适应的利用直达链路的协作分集增益显著提升了接收端频谱效率；与常见的中继辅助通信系统有限反馈预编码技术相比，该自适应的选择协作分集方案是最优的。
文档编号H04L1/00GK102035628SQ201010596838
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者余辉, 杨绿溪, 黄永明 申请人:东南大学