专利名称：双向中继系统中源端和中继端的联合信号处理方法
技术领域：
本发明涉及的是一种无线通信领域的方法，具体是一种双向中继系统中源端和中继端的联合信号处理方法。
背景技术：
移动通信系统中的中继技术，能够有效地扩大网络的覆盖范围、提高系统容量， 已被3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代移动通信合作伙伴项目) LTE-A (Long Term Evolation-Advanced，长期演进一高级)标准所采纳。目前中继方式主要有 DF(Decode-and-Forward，解码转发)、AF(Amplify-and-R)rward，放大转发)等。其中 AF方式由于实现简单、低复杂度而得到了广泛的应用。传统的中继系统要实现两用户之间的信息互传，需要4个时隙。而双向中继系统实现两用户之间信息互传只需要2个时隙，因此，采用双向中继系统可以提高一倍的系统容量。此外，源端和中继端可以安装多个天线， 结合MIMO (Multiple-Input Multiple-Oirtput，多输入多输出)技术进一步改善系统性能。 为了充分发挥MIMO技术的分集、空间复用等优点，需要进一步的设计源端和中继端的信号处理方法。线性信号处理方法由于其实现简单，已经得到了广泛的应用，但是与此相比，采用非线性信号处理方法却能得到更好的系统性能。经对现有文献检索发现，RonghongMo Yong Huat Chew, "MMSE-Based Joint Source and Relay Precoding Design for Amplify-and-Forward MIMO Relay Networks,，，IEEE Trans. Wireless Commun.，vol. 8，no. 9，pp. 4668-4676,2009( "AFMIMO 中继系统中基于MMSE准则的联合源端和中继编码设计”，)，该文章在源端采用的是线性信号处理方式，与非线性信号处理方式相比，其有较低的复杂度，但是也带来了系统系能的损失。又经检索发现，Fan-Shuo Tseng, Min-Yao Chang, Wen-Rong Wu, "Joint Tomlinson-Harashima Source and Linear Relay Precoders Design in AmpIify-and-Forward MIMO Relay System via MMSE Criterion,，，IEEE transaction on vehicular technology, vol. 60, No. 4, MAY 2011( "AF MIMO 中继系统中基于 MMSE 准则的联合THP源端预编码和中继端线性预编码设计”，IEEE车辆技术期刊，第60期，第4卷， 2011. 03)，该文章考虑AF MIMO中继场景，基站和中继分别采用THP预编码和线性预编码， 并以系统的MSE最小为优化目标。要实现两用户之间互传信息，如果采用传统的中继系统需要4个时隙，而如果采用双向中继系统，则只需要2个时隙，因而可以提高一倍的吞吐量。^^ , Rui Wang Meixia Tao, "Joint Source and Relay Precoding Designs for MIMO Two-wffay Relay Systems, "IEEE ICC, 2011( ‘‘ΜΙΜΟ 双向中继系统中的联合源端和中继预编码设计”，IEEE国际通信会议，2011)，该文章联合设计源端和中继的信号处理，以最小化检测信号的均方误差，但是该技术在源端采用的是线性的信号处理方法， 与采用非线性信号处理方法相比，实现简单，但是带来了均方误差和比特误码率等系统性能的损失。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种双向中继系统中的源端和中继端信号处理方法。本发明根据MMSE (Minimum Mean Squared Error，最小均方误差)准则，联合设计了源端非线性和中继端线性信息处理方法，该方法充分利用了非线性信号处理方法的优点，能有效改善系统的比特误码率性能。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤第一步，源端1向中继发射训练序列S1,中继根据接收到的信号&进行后向信道估计，得到源端1和中继间的后向信道H1,同时源端2向中继发射训练序列S2，中继根据接收到的信号\进行后向信道估计，得到源端2和中继间的后向信道H2 ；第二步，中继同时向源端1和源端2发射训练序列&，源端1根据接收到的信号\ 进行前向信道估计，得到中继和源端1间的前向信道G1，源端2根据接收到的信号&进行前向信道估计，得到中继和源端2间的后向信道( ；第三步，源端1和源端2将估计得到的前向信道信息G1和(；2反馈给中继。中继根据所有的信道信息迭代计算源端ι的发射预编码矩阵C1, F1，源端2的发射预编码矩阵C2, F2,中继预编码矩阵&和源端1的接收均衡矩阵W1，源端2的接收均衡矩阵W2 ；第四步，中继将计算得到的源端1发射预编码矩阵C1, F1和接收均衡矩阵W1反馈给源端1，将源端2发射预编码矩阵C2，F2和接收均衡矩阵W2反馈给源端2，同时将信道信息H1反馈给源端1，将H2反馈给源端2 ；第五步，源端1对预发射信号S1进行预处理，得到发射信号X1，并将该信号X1发射给中继，同时源端2对预发射信号&进行预处理，得到发射信号并将该信号&发射给中继；第六步，中继对接收到的信号L进行线性处理，得到信号H，并将H广播给源端1 和源端2 ；第七步，源端1对接收到的信号yi进行检测处理，得到信号，再经过与步骤5中相同的模运算得到信号￡1，同时，源端2对接收到的信号72进行检测处理，得到信号ff2，再经过与步骤5中相同的模运算得到信号ξ。所述第一步中的后向信道估计处理方法是H1=JKXiSiXMli +S1Sp-1
VPrl PrlH2= &2S;(^IM2+S2SP"1
VΡτ Pτ 其中=M1是源端1的天线数，M2是源端2的天线数，P τ1是训练序列S1的信噪比， P τ2是训练序列&的信噪比Λ ECm^，Ττ1是源端1发射的训练序列的长度，S2 eC^A， Ττ2是源端2发射的训练序列的长度，不e Ca^1和;T2 e C&L是中继接收到的信号，N是中继的天线数，1M1，L2分别为M1XM1和M2XM2的单位矩阵。所述第二步中的前向信道估计处理方法是
权利要求
1.一种双向中继系统中源端和中继端的联合信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，源端1向中继发射训练序列S1,中继根据接收到的信号\进行后向信道估计， 得到源端1和中继间的后向信道H1,同时源端2向中继发射训练序列&，中继根据接收到的信号\进行后向信道估计，得到源端2和中继间的后向信道H2 ；第二步，中继同时向源端1和源端2发射训练序列S3，源端1根据接收到的信号\进行前向信道估计，得到中继和源端1间的前向信道G1，源端2根据接收到的信号&进行前向信道估计，得到中继和源端2间的后向信道& ；第三步，源端1和源端2将估计得到的前向信道信息G1和(；2反馈给中继。中继根据所有的信道信息迭代计算源端1的发射预编码矩阵C1, F1，源端2的发射预编码矩阵C2，F2,中继预编码矩阵&和源端1的接收均衡矩阵W1，源端2的接收均衡矩阵W2 ；第四步，中继将计算得到的源端1发射预编码矩阵C1, F1和接收均衡矩阵W1反馈给源端1，将源端2发射预编码矩阵C2，F2和接收均衡矩阵W2反馈给源端2 ；同时将信道信息H1 反馈给源端1，将吐反馈给源端2 ；第五步，源端1对预发射信号S1进行预处理，得到发射信号X1,并将该信号X1发射给中继，同时源端2对预发射信号&进行预处理，得到发射信号&，并将该信号&发射给中继；第六步，中继对接收到的信号1进行线性处理，得到信号H，并将H发送给源端1和源端2;第七步，源端1对接收到的信号Y1进行检测处理，得到信号，再经过与步骤5中相同的模运算得到信号 ，同时，源端2对接收到的信号％进行检测处理，得到信号ff2，再经过与步骤5中相同的模运算得到信号ξ。
2.根据权利书要求1所述的双向中继系统中源端和中继端的联合信号处理方法，其特征是，第一步中的后向信道估计处理是
3.根据权利书要求1所述的双向中继系统中源端和中继端的联合信号处理方法，其特征是，所述第二步中的前向信道估计处理方法是
4.根据权利书要求1所述的双向中继系统中源端和中继端的联合信号处理方法，其特征是，所述第三步中的迭代操作方法是迭代一假设C1, F1, C2, F2, Fr已知，计算源端1的接收端均衡矩阵W1和源端2的接收端均衡矩阵W2，方法如下W1 = C2F2H (G1FrH2)H (G1FrH2F2F211 (G1FrH2) H+Rnl) W2 = C1F111 (G2FrH1)H (G2FrH1F1F111 (G2FrH1) ^Rn2) Rm = G1FrFraG111+^ Rn2 = G2FrFrHG2H+INIn表示NXN的单位矩阵，上表(· )H表示共轭转置；迭代二 假设Fr，ffl, W2已知，计算源端1的发射预编码矩阵C1, F1，源端2的发射预编码矩阵C2，F2，方法如下先计算源端1的发射预编码矩阵C1, F1 首先对(GFrH1)卞赋仏)-1 (GFrH1)做特征值分解，得到(G2FrH1)H(6^^/6/+^)^( ^ ) =VAVH，其中 A 为对角矩阵，V 为酉阵；然后对对角线矩阵Λ中的主对角线元素进行注水功率分配，得到功率分配矩阵Ω，其主对角线元素为g =(Μ-+)+，其中(y)+ = max(0，y)，为发射信号能量，Ai* Λ的M1第i个对角线元素，u为使Qi满足功率约束条件2Ω〖的常数，其中M1为源端1的天i=l线数，Psl为源端1的发射功率； 令A=(QffAQ + cx;2/Mi)-1/2，对D1做几何均值分解(GMD)，得到D1 = QRF，其中R为对角线元素都相等的上三角矩阵，Q和F为酉阵；最后得到发射端预编码矩阵C1, F1,分别为 Q=diag{RHk)}(RHr F1 = V Ω Fh其中diag{A(k,k)}表示由A的所有对角线元素组成的对角矩阵； 采用类似的方法，可以得到源端2的发射预编码矩阵C2，F2 ；迭代三假设C1, F1, C2, F2, W1, W2已知，计算中继预编码矩阵F,，方法如下运用拉格朗日算法，可以将&表示为Fr =腫軌2 ③凡 +K1 Rr2+^Rx IN\lvec(Rr)}其中 Rxl = H1F1F1hH1^In rx2 = H2F2F2HH2H+IN Rrl = G, W111 W1G1 Rr2 = G2HW2HW2G2
5.根据权利书要求1所述的双向中继系统中源端和中继端的联合信号处理方法，其特征是，所述第五步中的预处理方法是其中S1 = [S11,…，SinJt，S2 = [s21,…，&N2]T是经过m-QAM调制后的信号，附为源端1的发射信号流数，N2为源端2的发射信号流数；θι可用如下方法求的
6.根据权利书要求1所述的双向中继系统中源端和中继端的联合信号处理方法，其特征是，所述第六步中的线性处理方法是
7.根据权利书要求1所述的双向中继系统中源端和中继端的联合信号处理方法，其特征是，所述第七步中的检测处理方法是源端
全文摘要
双向中继系统中源端和中继端的联合信号处理方法，包括源端向中继发射训练序列，中继进行后向信道估计处理，得到源端与中继间的估计信道；中继向源端发射训练序列，源端进行前向信道估计处理，得到中继与用户间的估计信道；源端将前向信道信息反馈给中继，中继根据该信息迭代计算源端非线性预编码，中继线性预编码和源端接收均衡矩阵；中继将源端信息反馈给源端；源端对发射信号进行非线性预处理后发射给中继；中继对接收到的信号进行线性预处理后广播给源端；源端对接收到的信号进行检测处理，得到相互之间需要传输的信息。本发明采用双向中继的信息传输模式，提高了信道容量，并且在源端采用非线性信号处理方法，改善了系统的比特误码率性能。
文档编号H04L1/06GK102571279SQ20121000234
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者俞晖, 张萌, 罗汉文, 钱成, 黄剑 申请人:上海交通大学