专利名称：基于最优中继线性加权矩阵的正交空时块编码传输方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，涉及中继协作通信系统中信号传输，具体来说是基于最优中继线性加权矩阵的正交空时块编码传输方法，可用于多天线中继系统。
背景技术：
无线通信系统中，多输入多输出MMO天线配置可以极大提高传统的单输入单输出SISO系统的可达容量，并且可以提供分集，复用等增益。例如，在MMO系统中，通过采用垂直分层空时编码传输方法，可获得空间复用增益，而采用正交空时块编码传输方法时，则可获得分集增益。但是在实际应用中，一方面，由于通信终端的体积和功耗限制，使得MMO系统无法实现。另一方面，由于协作技术可以获得空间分集增益，并且可以扩大覆盖范围，因此中继辅助的协作通信系统备受关注。中继辅助方案可以分为两大类再生方案和非再生方案。 在再生方案中，中继节点先解码收到的信号，再编码，然后再发送给目的节点。而对于非再生方案，其复杂度低，中继节点只需线性的处理收到的信号，再转发给目的节点。对于非再生中继辅助的垂直分层空时编码传输方法，如果中继节点只知道源节点和它自身之间的信道状态信息CSI，就可以采用一种简单的放大系数进行中继。然而，如果源节点和中继节点之间以及中继节点和目的节点之间的CSI信息都已知，则可通过合理的设计中继节点处的线性加权矩阵，使得系统性能比只采用简单的中继放大系数时有极大的提闻。另一方面，对于图I所示的非再生中继辅助的正交空时块编码传输系统也获得了相当多的研究。在图I所示的系统中，包括一个源节点S，一个中继节点R和一个目的节点 D0其中所有节点都配有多根天线。源节点S发送空时块编码数据给中继节点R，中继节点 R接收来自源节点S的数据，并进行放大处理，然后转发给目的节点D。其中，中继节点R放大处理数据时，如果中继节点R没有任何CSI信息，其采用的是固定增益系数。但是当中继节点R可获得源节点和中继之间的CSI信息时，其可采用CSI辅助的基于增益系数的简单加权矩阵进行传输。研究表明，通过进行合理的功率控制，采用CSI辅助的基于增益系数加权矩阵的正交空时块编码传输方法可以获得同固定中继增益方法相同的性能。但是以上这两种方法都没有充分利用中继的线性处理能力和多天线分集增益，所以会造成系统接收信噪比的降低和误码率性能的下降，从而降低系统的传输性能。并且，当源节点和中继以及中继和目的节点之间的CSI信息都已知时，中继处的最优线性加权矩阵是未知的，因此当前的非再生中继辅助的正交空时块编码传输方法不能最优的处理中继处的信息，使得系统误码率性能很低，系统传输性能受限。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于最优中继线性加权矩阵的正交空时块编码传输方法，以提高接收信号的信噪比，从而提高系统的误码率性能。
实现本发明目的的技术思路是，通过利用源节点和中继以及中继和目的节点之间 的CSI信息，设计中继发送信号的最优线性加权矩阵，并且改进现有的正交空时块编码传 输方法，从而有效利用中继多根天线提供的分集增益，使得目的节点可以获得最大接收信 噪比，提高系统误码率性能。其具体实现过程如下(1)设定一个源节点S，一个中继节点R和一个目的节点D，以构建非再生中继辅助 的正交空时块编码传输系统，并将该系统的一个传输周期划分为两个时隙，每个时隙包括 两个时刻；(2)源节点S在第一时隙中发送信号，即在第一时刻，源节点S发送原始信号向量 X!给中继节点R，在第二时刻，源节点S发送空时块编码后的信号向量x2给中继节点R，并 且Xl和x2满足以下形式
权利要求
1.一种基于最优中继线性加权矩阵的正交空时块编码传输方法，包括如下步骤(1)设定一个源节点S，一个中继节点R和一个目的节点D，以构建非再生中继辅助的正交空时块编码传输系统，并将该系统的一个传输周期划分为两个时隙，每个时隙包括两个时刻；(2)源节点S在第一时隙中发送信号，即在第一时刻，源节点S发送原始信号向量X1给中继节点R，在第二时刻，源节点S发送空时块编码后的信号向量X2给中继节点R，并且X1 和X2满足以下形式/ /Xl ~πι 其中，Hl1为源节点S处的第一个调制符号，HI2为源节点S处的第二个调制符号，(广代表共轭操作；(3)中继节点R在第一时隙中接收数据，即在第一时刻，中继节点R接收到的第一个数据为yrt，在第二时刻，中继节点R接收到的第二个数据为ιτ2 ；(4)中继节点R使用训练序列估计法得到源节点S到中继节点R的信道矩阵H1，并对其进行奇异值分解H1 = U1 F, = i/AF,其中，U1是源节点S到中继节点R的信道矩阵H1的左奇异向量，人为(2X2)维的对角矩阵，V1是源节点S到中继节点R的信道矩阵H1的右奇异向量,A1= 为(队X2)维的矩阵，Nr为中继节点R处的天线数，Oh代共轭转置操作；(5)中继节点R通过反馈得到中继节点R到目的节点D的信道矩阵h2，并对其进行奇异值分解O] K/ =a2v2h其中，λ 21是中继节点R到目的节点D的信道矩阵h2的非零奇异值，V2是中继节点R 到目的节点D的信道矩阵匕的右奇异向量，A2= [λ21 O]为队个元素的行向量；(6)中继节点R根据源节点S到中继节点R的信道矩阵H1的左奇异向量U1和中继节点R到目的节点D的信道矩阵h2的右奇异向量V2,构建使得接收信噪比最大的最优线性加权矩阵W为耐其中，为中继节点R的发送功率，Es为源节点S发送符号的能量，λ η为源节点S到中继节点R的信道矩阵H1的奇异值，为噪声功率，(V2) I为中继节点R到目的节点D的信道矩阵h2的右奇异向量V2的第一列元素，(U1) I为源节点S到中继节点R的信道矩阵H1的左奇异向量U1的第一列兀素；(7)在第二时隙中，中继节点R发送数据，即在第一时刻，中继节点R将步骤(6)构建出的最优线性加权矩阵W与步骤(3)中的第一个接收数据相乘，获得中继第一个发送信号向量xrt，并发送给目的节点D ;在第二时刻，中继节点R将步骤(6)构建出的最优线性加权矩阵W与步骤(3)中的第二个接收数据相乘，获得中继第二个发送信号向量\2，并发送给目的节点D ;(8)目的节点D在第二时隙中接收数据，即在第一时刻，目的节点D接收到第一个数据为ydl，在第二时刻，目的节点D接收到第二个数据为yd2，并根据接收到的两个数据ydl和yd2 构造判决向量，以进行译码。
2.根据权利要求I所述的方法，其中步骤(8)所述的目的节点D根据接收到的两个数据Ydi和Yd2构造判决向量，包括如下步骤(Sa)目的节点D将收到的第一个数据ydl和第二个数据yd2封装为向量形式允，得到
3.根据权利要求I所述的方法，其中步骤(8)所述的目的节点D根据判决向量进行译码，是目的节点D将步骤(Sb)中得到的判决向量元和原始信号向量X所在的星座图中的所有信号点进行欧氏距离比较，并找出同判决向量元欧式距离最小的信号点，得到译码结果St为:
全文摘要
本发明公开了一种基于最优中继线性加权矩阵的正交空时块编码传输方法，解决传统方法误码率高传输性能差的问题。其实现过程为(1)设定一个由源节点S，中继节点R和目的节点D构成的通信系统；(2)在第一时隙，源节点S发送信号向量x1和x2，中继节点R接收到数据yr1和yr2；(3)中继节点R对源节点S到中继节点R的信道矩阵H1和中继节点R到目的节点D的信道矩阵h2进行奇异值分解；(4)中继节点R构建最优线性加权矩阵W；(5)在第二时隙，中继节点R构建发送信号向量xr1和xr2，并发送给目的节点D；(6)目的节点D接收到数据yd1和yd2，并构造判决向量来译码。本发明通过提高接收信号的信噪比，降低了系统误码率，提高了系统传输性能。
文档编号H04B7/06GK102594524SQ20121009952
公开日2012年7月18日 申请日期2012年4月7日 优先权日2012年4月7日
发明者刘伟, 刘勤, 张文柱, 李建东, 李红艳, 盛敏, 黄鹏宇 申请人:西安电子科技大学