多用户mimo中继系统的信息传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种多用户MM0中继系统的信息传输 方法。
【背景技术】
[0002] 多输入多输出（Multiple-InputMultipleOutput，简称MIM0)和中继技术作为第 三代移动通信技术（3G)及第四代移动通信技术（4G)的重要技术手段得到了广泛的重视， 能够有效扩大网络覆盖范围，提高网络服务质量。通过用户和中继安装多天线，发挥MM0 分集，空间复用等优点提高系统传输性能是改善通信系统的重要手段。
[0003] 许多信号处理的方法被用于多用户MM0中继系统中以消除共信道干扰带来的影 响从而获得更好的传输效率。采用迫零（Zero-Forcing，检测ZF)译码算法时，当传输信道 的独立性较差，会遇到计算结果对初始数据的微小扰动很敏感的问题，这类问题在矩阵论 上被归结为病态矩阵。信道矩阵的病态程度是依据矩阵的条件数进行判定，条件数越大，矩 阵越病态。
[0004] 现有技术中，专利号为ZL201010199529. 2,专利名称为《MM0中继广播系统的 信息处理方法》中，利用训练序列采用线性处理设计了MM0中继系统中的线性传输方 案。该技术在系统自由度和译码复杂度等性能上均获得了一定得改善，系统传输质量 得以提升。另外，技术文献CadambeVR，JafarSA."Interferencealignmentand degreesoffreedomoftheK-userinterferencechannel,''InformationTheory,IEEE Transactionson, 54(8) :3425-3441, 2008. ( "K用户干扰信道的干扰对齐和系统自由 度"IEEE信息论期刊，第54卷，第8期，页码：3245-3441，2008)中，在信号处理时采用 干扰对齐的方法使得系统自由度提高，但是对于每个用户却只能装备一根天线。再者， Lee,N. ,J. -B.Lim,andH.Chun,"DegreesoffreedomoftheMIM0Ychannel:Signal spacealignmentfornetworkcoding,'，IEEETrans.Inform.Theory,Vol. 56,No. 7, 33 32-3342,Jul. 2010. ("MHTOY信道的系统自由度：采用信号空间对齐的网络编码"IEEE 信息论期刊，第56卷，第7期，页码：3332-3342, 2010)，该文改进了干扰对齐而提出了信 号空间对齐，进一步提高了系统自由度并适用于多天线网络，但信号空间对齐对于用户 及天线数目有着极高的限制要求，实用性不高，同时未能涉及物理层安全性。再者，技术 文南犬TaoYang,XiaojunYuan,LiPing,IainB.CollingsandJinhongYuan,"Anew eigen-directionalignmentalgorithmforphysical-layernetworkcodinginMIM0 two-wayrelaychannels'，，Proceedingsofthe2011IEEEInternationalSymposium onInformationTheory-ISIT，p2253-7, 2011 ("]\OM0 双向中继信道下一种新的基于特征 方向对齐的网络编码方案"IEEE国际信息论会议，2011)中提出了利用特征方向对齐的信号 处理方法，改进了信号空间对天线数目的限制要求，但是该文只适用于双向中继系统，并不 能适用于多用户多向中继信道传输。
[0005] 综上，现有技术仍然存在以下不足：（1)多用户MM0中继系统的信息传输中，在传 输信道相关性较强时，译码性能无法保证，尤其是在中继使用迫零（ZF)译码的时候，如果 信道矩阵不够理想将会有功率损失；(2)多用户MMO中继系统的信息传输中，并未考虑物 理层安全性。
【发明内容】
[0006] 因此，基于现有技术存在的不足，本发明提供一种多用户MM0中继系统的信息传 输方法，包括：
[0007] 第一用户根据信道状态信息CSI设置预编码矩阵Fm，所述预编码矩阵Fm中设置有 旋转因子矩阵K，所述旋转因子矩阵K用于对信道矩阵HJ故奇异值分解时在特征方向的对 齐空间中选择对齐方向；
[0008] 所述第一用户根据所述预编码矩阵Fm对预发送信息进行处理形成发送矩阵X"，并 将所述发送矩阵X"发送给中继；
[0009] 所述第一用户接收由所述中继发送的广播信号XR;以及
[0010] 所述第一用户根据译码矩阵Pm对所述广播信号X>^进行处理以获取多个第二用户 发送的信息。
[0011] 本发明还提供一种多用户MM0中继系统的信息传输方法，包括：
[0012] 中继接收第一用户和多个第二用户发送来的发送矩阵Xm;所述发送矩阵X"是通过 所述第一用户或所述第二用户根据信道状态信息CSI设置的预编码矩阵Fm对预发送信息 进行处理形成的；
[0013] 所述中继对多个所述发送矩阵Xm进行编码形成编码链YR;
[0014] 所述中继对所述编码链YR采用物理层编码映射形成广播信号XR;以及
[0015] 所述中继向所述第一用户和多个所述第二用户发送所述广播信号XR。
[0016] 有益效果：
[0017] 本发明通过采用SVD分解，设计特征方向对齐预编码和旋转因子矩阵，同时采用 简单的ZF译码算法解码，使得在传输信道相关性较强时，有效改善译码性能；同时具有物 理层安全传输特性。
[0018] 通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知 道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考 附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念 地说明此处描述的结构和流程。
【附图说明】
[0019] 下面将结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细的说明。
[0020] 图1为本发明实施例的一种多用户MM0中继系统的结构示意图；
[0021] 图2为本发明实施例的一种多用户MM0中继系统信息传输方法的信令流程图；
[0022] 图3为本发明实施例的一种多用户MM0中继系统信息传输方法的流程图；
[0023]图4为本发明实施例的另一种多用户MM0中继系统信息传输方法的流程图；
[0024] 图5为本发明实施例一种多用户MM0中继系统的信道矩阵条件数与信道旋转后 条件数的关系图。
【具体实施方式】
[0025] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】做详细的说明。
[0026] 图1为本发明实施例的一种多用户MM0中继系统的结构示意图。如图1所示，本 发明的多用户MM0中继系统，包括多个用户和至少一个中继，且M个用户各装备^根天线； 中继装备^根天线。在多址接入信道（MAC)阶段，每个用户向其他所有用户发送调制信号； 在广播阶段（BC)，通过中继接收其他用户发送的信号。用户和中继间的信道都为瑞利平坦 衰落。
[0027] 需要说明的是，在本发明的以下实施例中，第一用户和第二用户为同样的用户设 备，只是为了便于清楚描述而设置。即可以理解的是，第一和第二等之类的关系术语仅仅 用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求这些实体或操作之间存 在任何实际的关系或者顺序。另外，用户1、……、用户m、……、用户M也为与第一用户和 第二用户指代同样的用户设备，只不过这种分类用于方便描述公式而设置，也就是说，第一 用户可以是用户1、……、用户m、……、用户M中的任意一个，而第二用户也可以是用户 1、......、用户m、......、用户M中的不同于第一用户之外的任意一个。
[0028] 实施例一
[0029] 请参见图2,图2为本发明实施例的一种多用户MM0中继系统信息传输方法的信 令流程图，本实施例的多用户MM0中继系统信息传输方法具体为：
[0030] S101、第一用户根据信道状态信息（Channelstateinformation,简称CSI)设置 预编码矩阵Fn。
[0031] 预编码矩阵的产生具体如下：
[0032] Hjm= 1，2,. . .，M)代表用户m和中继之间信道矩阵，对所有信道矩阵分别作SVD 分解，并依次设置预编码矩阵F"。
[0033] S102、第一用户利用预编码矩阵对用户消息进行编码形成发送矩阵X"。
[0034] 由于预编码矩阵的作用，发送矩阵Xm能够消除其他用户带来的干扰。
[0035] 第一用户发送矩阵的产生具体如下：
[0036] 根据所得预编码矩阵Fm，计算发送矩阵Xm如下：
[0037]Xn=Fncn……（1)
[0038] 其中，Cni为待发送消息向量。
[0039] S103、第一用户向中继发送自身生成的发送矩阵X"。
[0040] S104、中继接收各个用户发往中继的混合信号，通过信道分配矩阵形成编码链。
[0041] S105、中继通过物理层网络编码映射对编码链进行计算形成广播信号XR。
[0042] 中继根据接收信号计算中继广播发送信号XR。
[0043] S106、中继向第一用户发送广播信号XR。
[0044] 并将中继发送信号在下一个广播时隙发送至各个用户。
[0045] S107、第一用户根据预编码矩阵对广播信号进行处理以获取至少一个第二用户发 送的信息。
[0046] 每个用户接收上述广播信号，利用接收预编码矩阵对经过ZF译码的网络编码链 信号解码。在广播时隙，每个用户接收中继发送信号XR，并利用接收预编码矩阵获取用户的 期望接收信号，通过自信息作为网络编码链的解密密钥，译码其它用户发送的消息。
[0047] 实施例二
[0048] 请参见图3,图3为本发明实施例的一种多用户MM0中继系统信息传输方法的流 程图，本实施例在上述实施例的基础上，对用户侧的的多用户MM0中继系统信息传输方法 进行详细描述。具体步骤如下：
[0049]S201、第一用户根据CSI设置预编码矩阵Fm，预编码矩阵Fm中设置有旋转因子矩 阵K，旋转因子矩阵K用于对信道矩阵凡做奇异值分解（SingularValueDecomposition, 简称SVD)时，在特征方向的对齐空间中选择对齐方向。
[0050] S202、第一用户根据预编码矩阵Fm对预发送信息进行形成发送矩阵X"，并将发送 矩阵Xm发送给中继；以及
[0051] S203、第一用户接收由中继发送的广播信号XR;
[0052]S204、第一用户根据译码矩阵Pm对广播信号XR进行处理以获取多个第二用户发送 的信息。
[0053] 具体地，在S201中，每个用户根据CSI设置预编码矩阵F^。
[0054] m是用户1至用户M中任意一个用户，用户m对其信道矩阵做SVD分解：
[0055]
..,".(2)
[0056] 其中比和是酉矩阵而5：^是对角元素降序排列的对角阵。
[0057] 当天线数目满足nT>n沮nR=M-1时，基于SVD分解设置的预编码矩阵F"如下：
[0058