基于天线选择的正交空时双向中继传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信领域，设及多天线中继协作的传输方法，特别设及一种正交 空时分组码的中继天线选择方法，可用于由一个多天线中继和两个单天线用户构成的双向 中继协作系统。
【背景技术】
[0002] 多天线通信系统可W有效提高无线通信的可靠性，然而在实际的通信场景中，由 于受到昂贵的射频电路限制，天线选择机制受到广泛研究，W期在不损失系统性能的前提 下尽可能降低系统的射频资源的代价。在中继协作系统中，已经有很多学者进行了深入研 究，如2010年Mahshad Eslamifarl等人研究了双向网络编码中继系统并提出了基于max-min的天线选择算法，Feng Wang等人提出了基于范数的天线选择算法，2012年Gayan Amarasuriya等人研究了双向放大转发中继系统的天线选择算法，2014年Kai化ng研究了 联合波束形成的天线选择算法。
[0003] 然而，运些方法都只考虑在中继节点处选择单根天线的情况，不能直接应用于多 天线选择的情况。例如，当中继节点采用波束成型或采用空时分组编码的时候，均需要选择 多根天线进行联合信号处理，且中继选择多天线能够显著提高系统的传输分集度。因此，相 比于多天线选择方案，单天线选择的系统分集度不高，传输误比特率也相对较高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对已有技术的不足，提出一种基于信道乘积最大化的正交空 时中继天线选择方法，提高系统的分集度，降低系统的传输误比特率。
[0005] 本发明的技术方案是：中继节点根据信道状态信息选择两根天线，两个用户节点 同时发送信号给中继节点，中继节点通过所选择的天线接收信号，并按照空时分组码的方 式用所选择的两根天线广播给用户节点，每个用户节点在接收到中继节点广播的信号后进 行独立解调，得到另一用户发送的信息。其实现步骤包括如下：
[0006] 1)两个用户节点分别给中继节点发送训练符号4和S是；
[0007] 2)中继节点通过咐良天线接收两个用户节点发送的训练符号，分别得到第i根天线 接收的第一用户节点Tl的训练信号yii和第二用户节点T2的训练信号y2i，其中，N表示中继节 点所配置的天线数量，l<i<N;
[000引3)中继节点分别估计第一用户Tl的信道系数/?, = 乂和第二用户T2的信道系数 &扣=粗:/攻；
[0009] 4)中继节点根据上述两个信道系数hii和h2i，分别选择出两根天线巧口 J:
[0010] /二 ai'g max . ?eC \ - ./
[OO" ] J = arg 巧野1&2,,'|2) '
[001^ 其中，argmax( ?)表示取最大值下标的运算符号，I ? I嗦示取模的平方，
[001引 C= {1，2，-NI表示所有天线的集合，n表示集合帥的元素，
[0014] (：/={1，2，一，1-1，1+1，-邮表示除去天线1的集合，1/表示集合(：/中的元素；
[0015] 5)用户节点选择待发送符号并发送给中继节点：
[0016] 5a)两个用户节点均从星座集合S中选取两个星座符号作为自己的两个待发送符 号，即第一户用节点Tl选取第一个待发送符号Sll和第二待发送符号S12,第二用户节点T2选 取第一待发送符号S21和第二待发送符号S22 ;
[0017] 5b)两个用户节点分别利用两个符号周期同时将自己的待发送符号发送至中继节 点';
[001引6)中继节点在第一个符号周期内获得第一接收信号向量ri=[rn，rij]T，在第二个 符号周期内获得第二接收信号向量r2=[r2i，r2j]T，其中，riiju分别表示中继节点在第一 个符号周期内获得的第I根和第J根天线的接收信号;J2J分别表示中继节点在第二个符 号周期内获得的第I根和第J根天线的接收信号，上标T表示转置运算；
[0019] 7)中继节点根据第一接收信号向量ri和第二接收信号向量n，得到待广播信号向 量X，表不为：
[0020] x = [.、:p.r;]''二巧+ AK
[0021] 其中，xi、X2分别为待广播信号向量X的第一、第二分量，A为用于生成待广播信号向 量X的编码矩阵，表示为A= ^ ，*表示取共辆操作；
[0022] 8)中继节点在两个符号周期内，通过第I根和第J根天线按照Alamouti空时分组码 的形式将待广播向量X的第一分量Xl和第二分量X2广播给两个用户节点；
[0023] 9)两个用户节点在两个符号周期内各自通过一根天线接收中继节点广播的信号， 分别获得第一用户节点的接收信号向量Zl和第二用户节点的接收信号向量Z2;
[0024] 10)用户节点对接收信号进行译码：
[00剧 IOa)第k用户节点化根据接收信号向量Zk和自己发送的符号sk=[ski，sk2]T，得到用 户节点化的待译码向量:馬，其中k=l，2;
[00%] IOb)第k用户节点化对待译码向量毎进行译码，得到用户节点Tk'发送符号的估计 值％和I马.,，完成两个用户之间的双向中继传信息传输，其中k/ =1，2且k/辛k。
[0027] 本发明具有如下优点：
[0028] 1)本发明考虑了中继节点选择两个天线的双向传输网络，拓展了中继节点选择单 天线的中继传输网络场景；
[0029] 2)本发明中中继节点利用所选择的双天线进行联合信号处理，提高了系统的分集 度；
[0030] 3)本发明采用Alamouti空时分组编码，进一步增加了系统的分集度，降低了系统 传输误比特率。
【附图说明】
[0031 ]图1是本发明的实现流程图；
[0032] 图2是本发明仿真使用的场景图；
[0033] 图3是本发明的系统平均误比特率性能仿真图。
【具体实施方式】
[0034] 下面通过附图和实施例，对本发明作进一步的描述。
[0035] 参照图2,本发明使用的通信系统由两个用户节点和一个中继节点构成;其中，第 一用户节点Tl和第二用户节点T2分别配置一根天线，中继节点配置咐良天线;两个用户节点 均可W与中继节点通信，但两个用户节点相互之间不存在通信链路，不能直接通信。
[0036] 参照图1，本发明的具体实现步骤如下：
[0037] 步骤1:两个用户节点分别给中继节点发送训练符号非和。
[0038] 具体的发送过程为:在第一时隙，第一用户节点Tl发送训练符号 < 给中继节点;在 第二时隙，第二用户节点T2发送训练符号4给中继节点。
[0039] 步骤2:中继节点通过咐良天线接收两个用户节点发送的训练符号。
[0040] 在第一时隙，中继节点得到第i根天线接收的第一用户节点Tl的训练信号yii，
[0041] 在第二时隙，中继节点得到第i根天线接收的第二用户节点T2的训练信号y2i，
[0042] 其中，N表示中继节点所配置的天线数量，1 < i <N。
[0043] 步骤3:中继节点分别估计两个用户的信道系数。
[0044] 中继节点根据接收到的训练信号yii和用户节点Tl发送的训练符号4,得到第一用 户节点Tl的信道系数;也=>'1,/^，
[0045] 中继节点根据接收到的训练信号y2i和用户节点T2发送的训练符号<，得到第二用 户节点T2的信道系数％ =觀/每。
[0046] 步骤4:中继节点根据上述两个信道系数hii和h2i，分别选择出两根天线I和J:
[0047] / '= ai-g m 严批I" I-1?,::巧:，
[0048] ?/ = arg 巧苦批",「I 馬.",巧，
[0049] 其中，argmax( ?)表示取最大值下标的运算符号，I ? I2表示取模的平方，
[0050] C= {1，2，?? 'N}表示所有天线的集合，n表示集合帥的元素，
[0051 ] = {1,2,...,1-1,1+1，…N}表示除去天线I的集合，r/表示集合中的元素；
[0052] 步骤5:用户节点选择待发送符号并发送给中继节点。
[0053] 5a)两个用户节点均从星座集合S中选取两个星座符号作为自己的两个待发送符 号，即第一户用节点Tl选取第一个待发送符号Sll和第二待发送符号S12,第二用户节点T2选 取第一待发送符号S21和第二待发送符号S22;其中，311、312、321、322的能量均归一化为1;
[0054] 5b)两个用户节点分别利用两个符号周期同时将自己的待发送符号发送至中继节 点，即在第一符号周期内，第一户用节点Tl发送Sll，第二户用节点T2发送S21;在第二符号周 期内，第一户用节点T泼送S12,第二户用节点T2发送S22。
[0055] 步骤6:中继节点在两个符号周期内接收两用户节点发送的信号。
[0056] 中继节点在第一个符号周期内接收第I根天线的接收信号rii和第J根天线的接收 信号rij，获得第一接收信号向量ri = [rii，rij]T;
[0057] 中继节点在第二个符号周期内接收第I根天线的接收信号和第J根天线的接收 信号nj，获得第二接收信号向量r2 = [r2i，nj]T;
[005引其中，上标T表示转置操作：
[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