专利名称：中继节点和天线选择装置和选择方法
技术领域：
本发明涉及无线通信的多输入多输出(MIMO)中继技术，具体地，涉及一种MIMO多中继系统中的中继节点和天线选择装置和选择方法。
背景技术：
多输入多输出(MIMO)技术利用空间自由度，可以获得分集增益及复用增益，从而提高系统容量。可是，当信道状态较差时，MIMO系统的优势无法体现。于是，中继技术被提出，用于在源-目的链路的信道衰落严重时，有效改善系统性能。MIMO技术和中继技术都是B3G中的关键技术。通常，将源节点、中继节点以及目的节点之间有多个天线的系统称为 MIMO中继系统。中继选择及中继的天线选择可以降低信号的处理复杂度，减少反馈开支和资源消
^^ ο《国际电子与电气工程师协会国际通信专题会议》(IEEEInternational Conference on Communications Workshops，2008，pp. 349-353.)研究了中继节点配备单天线情况下的中继选择问题，提出了采用排序函数的次优方法使用排序函数对各个中继进行排序，逐个添加序号靠前的中继并计算等效信噪比，直到等效信噪比不再增加，从而得到所有选择的中继。滑铁卢大学的编码与信号传输实验室针对中继节点配备多天线的情况，提出了 ICBS (Incremental Cooperative Beamforming Scheme)方法，通过设定阈值，关闭信道质量较差的中继天线，可以获得容量的提升。当中继节点的数量趋于无穷大时，ICBS可以渐进达到容量限。《国际电子与电气工程师协会无线通信与网络会议》(IEEEWireless Communications and Networking Conference, 2008, pp. 48-53)提出了一种半正交的中继选择方法(S-0方法)，以信道矢量之间的夹角作为衡量的标准，选择一组近似正交的信道矢量，并且在源节点和目的节点分别采用多用户迫零波束成形技术，消除了信道间干扰，最终可以达到较高的容量。《国际电子与电气工程师协会全球电信会议》(IEEE GlobalTelecommurications Conference, 2008, pp. 3985-3989)提出了一种分布式正交中继选择方法(D0RS方法)，通过对信道矢量正交化处理，以后向信道和前向信道模值的调和平均作为衡量标准，逐步选择近似正交的信道矢量，可以获得容量的提升。
发明内容
本发明提出了一种对MIMO多中继系统中的中继节点和天线进行选择的装置和方法，考虑到中继将接收噪声放大对系统容量造成的影响，以信道容量作为衡量标准，采用贪心算法选择天线对。根据本发明的第一方案，提出了一种中继节点和天线选择装置，包括系统容量计
4算单元，用于针对待选天线对集合中的每一个天线对，根据从源节点到中继节点的后向信道和从中继节点到源节点的前向信道的信道矩阵，计算如果该天线对被加入到已选天线对集合后的系统容量；候选天线对选择单元，用于选择使得系统容量最大的天线对，作为候选天线对；以及更新单元，用于在加入候选天线对后构成的已选天线对集合对应的系统容量大于等于原已选天线对集合对应的系统容量时，将候选天线对加入已选天线对集合，更新系统容量，并从待选天线对集合中删去含有候选天线对中任意一根天线的天线对。
优选地，所述系统容量计算单元采用平均功率分配方法计算所述系统容量。
优选地，所述中继节点和天线选择装置还包括已选天线对集合确定单元，用于在加入候选天线对后构成的已选天线对集合对应的系统容量小于原已选天线对集合对应的系统容量时，确定原已选天线对集合已构成最终选定的天线对集合。优选地，所述中继节点和天线选择装置还包括信道矩阵获得单元，用于获得所有后向信道和所有前向信道的信道矩阵；以及集合初始化单元，用于设置已选天线对集合为空集，设置待选天线对集合为所有中继节点中的每一个中继节点的所有可能的天线对组
I=I O优选地，所述中继节点和天线选择装置还包括通知单元，用于将每个中继节点上被选择的收发天线的标号发送到对应中继节点。根据本发明的第二方案，提出了一种中继节点和天线选择方法，包括针对待选天线对集合中的每一个天线对，根据从源节点到中继节点的后向信道和从中继节点到源节点的前向信道的信道矩阵，计算如果该天线对被加入到已选天线对集合后的系统容量；选择使得系统容量最大的天线对，作为候选天线对；以及当加入候选天线对后构成的已选天线对集合对应的系统容量大于等于原已选天线对集合对应的系统容量时，将候选天线对加入已选天线对集合，更新系统容量，并从待选天线对集合中删去含有候选天线对中任意一根天线的天线对。优选地，所述系统容量是采用平均功率分配方法计算的。优选地，所述中继节点和天线选择方法还包括当加入候选天线对后构成的已选天线对集合对应的系统容量小于原已选天线对集合对应的系统容量时，确定原已选天线对集合已构成最终选定的天线对集合。优选地，所述中继节点和天线选择方法还包括初始化步骤，获得所有后向信道和所有前向信道的信道矩阵，设置已选天线对集合为空集，设置待选天线对集合为所有中继节点中的每一个中继节点的所有可能的天线对组合。优选地，所述中继节点和天线选择方法还包括将每个中继节点上被选择的收发天线的标号发送到对应中继节点。优选地，所述中继节点和天线选择方法还包括将选择的发送天线标号发送到目的节点。优选地，所述中继节点和天线选择方法还包括关闭各个中继节点上未被选择的天线。本发明以提高MIMO中继系统容量为出发点，提出了一种贪心容量最大化中继节点和天线选择方案，通过迭代地选择中继节点上的天线对，保证每次选择后的系统容量最大，此外，在系统容量的计算过程中采用了简化方法，降低了系统的复杂度。
通过下面结合
本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中图1是示出了根据本发明的中继节点和天线选择方法1000的操作流程的示意流程图；图2A是示出了根据本发明的中继节点和天线选择方法1000的应用场景的示意图；图2B和图2C分别示出了时分双工(TDD)条件下和频分双工(FDD)条件下前向信道的信道矩阵和后向信道的信道矩阵的传输流程示意图；图3是用于比较本发明的中继节点和天线选择方法1000与现有方法的性能的曲线图；以及图4是示出了根据本发明的中继节点和天线选择装置4000的硬件实现的示意结构图。
具体实施例方式为了清楚详细的阐述本发明的实现步骤，下面给出了一些本发明的具体实施例， 适用于支持中继技术的无线通信系统，尤其是LTE-Advanced蜂窝移动通信系统。需要说明的是，本发明不限于这些应用，而是可适用于更多其它相关的无线通信系统。下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。原理说明图1是示出了根据本发明的中继节点和天线选择方法1000的操作流程的示意流程图，如图1所示，根据本发明的MIMO多中继系统中的中继节点和天线选择方法主要包括以下步骤步骤SlOO 源节点获得所有后向信道(源节点到中继节点)和前向信道(中继节点到目的节点)的信道矩阵。令已选天线对集合为空，待选天线对集合为所有中继节点中的每一个中继节点的所有可能的天线对组合；步骤SllO 针对待选天线对集合中的每一个天线对，根据后向信道和前向信道的信道矩阵，计算如果该天线对被加入到已选天线对集合后的系统容量；步骤S120 选择使得系统容量最大的天线对，作为候选天线对；步骤S130 判断加入候选天线对后构成的已选天线对集合对应的系统容量是否大于等于原已选天线对集合对应的系统容量；如果加入候选天线对后造成系统容量下降 (即原已选天线对集合对应的系统容量大于加入候选天线对后构成的已选天线对集合对应的系统容量)，则转到步骤S150 ；否则(即加入候选天线对后构成的已选天线对集合对应的系统容量大于等于原已选天线对集合对应的系统容量)，转到步骤S140 ；步骤S140 将候选天线对加入已选天线对集合，更新系统容量，并从待选天线对集合中删去含有候选天线对中任意一根天线的天线对，然后，返回步骤SllO ；步骤S150 确定目前的已选天线对集合已构成最终选定的天线对集合；
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步骤S160 源节点将每个中继节点上选择的收发天线的标号发送到对应中继节点。步骤S170 每个中继节点再将选择的发送天线标号发送到目的节点，同时，各个中继节点关闭未被选中的天线。接下来，将结合符号标记进行描述，首先对所采用的符号说明如下令源节点和中继节点发射功率为Ps和Pr ；今源节点、中继节点和目的节点天线数分别为Ns、Nr和 ；令第k个中继节点的后向和前向信道矩阵分别为Hk和(ik ；今从源节点到第k个中继节点的第m根接收天线的信道矢量(行向量)；今为从第k个中继节点的第η根发射天线到目的节点的信道矢量(列向量)；
权利要求
1.一种中继节点和天线选择装置，包括系统容量计算单元，用于针对待选天线对集合中的每一个天线对，根据从源节点到中继节点的后向信道和从中继节点到源节点的前向信道的信道矩阵，计算如果该天线对被加入到已选天线对集合后的系统容量；候选天线对选择单元，用于选择使得系统容量最大的天线对，作为候选天线对；以及更新单元，用于在加入候选天线对后构成的已选天线对集合对应的系统容量大于等于原已选天线对集合对应的系统容量时，将候选天线对加入已选天线对集合，更新系统容量， 并从待选天线对集合中删去含有候选天线对中任意一根天线的天线对。
2.根据权利要求1所述的中继节点和天线选择装置，其特征在于所述系统容量计算单元采用平均功率分配方法计算所述系统容量。
3.根据权利要求1或2所述的中继节点和天线选择装置，还包括已选天线对集合确定单元，用于在加入候选天线对后构成的已选天线对集合对应的系统容量小于原已选天线对集合对应的系统容量时，确定原已选天线对集合已构成最终选定的天线对集合。
4.根据权利要求1 3之一所述的中继节点和天线选择装置，还包括信道矩阵获得单元，用于获得所有后向信道和所有前向信道的信道矩阵；以及集合初始化单元，用于设置已选天线对集合为空集，设置待选天线对集合为所有中继节点中的每一个中继节点的所有可能的天线对组合。
5.根据权利要求1 4之一所述的中继节点和天线选择装置，还包括通知单元，用于将每个中继节点上被选择的收发天线的标号发送到对应中继节点。
6.一种中继节点和天线选择方法，包括针对待选天线对集合中的每一个天线对，根据从源节点到中继节点的后向信道和从中继节点到源节点的前向信道的信道矩阵，计算如果该天线对被加入到已选天线对集合后的系统容量；选择使得系统容量最大的天线对，作为候选天线对；以及当加入候选天线对后构成的已选天线对集合对应的系统容量大于等于原已选天线对集合对应的系统容量时，将候选天线对加入已选天线对集合，更新系统容量，并从待选天线对集合中删去含有候选天线对中任意一根天线的天线对。
7.根据权利要求6所述的中继节点和天线选择方法，其特征在于所述系统容量是采用平均功率分配方法计算的。
8.根据权利要求6或7所述的中继节点和天线选择方法，还包括当加入候选天线对后构成的已选天线对集合对应的系统容量小于原已选天线对集合对应的系统容量时，确定原已选天线对集合已构成最终选定的天线对集合。
9.根据权利要求6 8之一所述的中继节点和天线选择方法，还包括初始化步骤，获得所有后向信道和所有前向信道的信道矩阵，设置已选天线对集合为空集，设置待选天线对集合为所有中继节点中的每一个中继节点的所有可能的天线对组
10.根据权利要求6 9之一所述的中继节点和天线选择方法，还包括将每个中继节点上被选择的收发天线的标号发送到对应中继节点。
11.根据权利要求6 10之一所述的中继节点和天线选择方法，还包括 将选择的发送天线标号发送到目的节点。
12.根据权利要求6 11之一所述的中继节点和天线选择方法，还包括 关闭各个中继节点上未被选择的天线。
全文摘要
本发明提出了一种中继节点和天线选择装置和选择方法。根据本发明的中继节点和天线选择装置包括系统容量计算单元，用于针对待选天线对集合中的每一个天线对，根据从源节点到中继节点的后向信道和从中继节点到源节点的前向信道的信道矩阵，计算如果该天线对被加入到已选天线对集合后的系统容量；候选天线对选择单元，用于选择使得系统容量最大的天线对，作为候选天线对；以及更新单元，用于在加入候选天线对后构成的已选天线对集合对应的系统容量大于等于原已选天线对集合对应的系统容量时，将候选天线对加入已选天线对集合，更新系统容量，并从待选天线对集合中删去含有候选天线对中任意一根天线的天线对。本发明能够使MIMO中继系统的容量最大化。
文档编号H04B7/04GK102215498SQ20101013999
公开日2011年10月12日 申请日期2010年4月2日 优先权日2010年4月2日
发明者丁铭, 刘市, 杨文逸, 秦熠, 罗汉文 申请人:上海交通大学, 夏普株式会社