专利名称：多用户双向多中继系统中源端和中继端联合信号处理方法
技术领域：
本发明涉及的是ー种无线通信领域的信号处理方法，具体是ー种多用户双向多中继系统中源端和中继端的联合信号处理方法。
背景技术：
中继系统应用于无线通信系统可以提高系统的性能，已经在在第四代无线通信标准中得到了广泛的应用。如3GPP(3rd Generation Partnership Project,第三代移动通信 合作伙伴项目)LTE-A (Long Term Evolation-Advanced,增强型长期演进)系统中引入无线中继技术来减小无线链路的空间损耗，増大信噪比，从而提高边缘用户信道容量。这样拉近了天线和终端用户的距离，可以改善终端的链路质量，从而提高系统的频谱效率和用户数据率。由于设备的复杂度较低，基于模拟网络编码的中继系统具有较多的应用和研究，取得了较好的系统性能提升。通过在中继节点上安装多天线，可以进一步利用MIMO (Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出)相关技术(如分集、复用技木)增强系统的传输性能。中继系统取得的増益取决于中继节点上采取的信号处理策略，根据中继节点信号处理方式的不同可以将中继节点分为解码转发中继(decode-and-forward relay)和放大转发中继(amplified-and-forword relay)等。对于解码转发中继，中继节点对接收到的比特序列进行解码，然后重新译码进行转发，有ー个信号重建的过程。而对于放大转发中继节点，中继节点不对信号进行译码的操作，只是将接收到的信号进行一定的线性处理得到需要发送的信号。放大转发中继节点在放大处理的时候会将有用信号和干扰噪声信号同时进行线性处理，没有对干扰噪声进行抑制，在放大信号的同时也放大了噪声，得到的系统性能较差。而解码转发中继节点对信号译码之后能够抑制中继节点的噪声以及其他信号的干扰，得到较好的系统性能，但由于译码的系统实现复杂度比较高、延时较大。由于实现相对简单，放大转发中继节点在实际系统中得到了广泛的应用。本发明中采用放大转发型中继节点用于无线信号的传输。根据传统的中继协议，一次信息交互过程需要耗费4个时隙完成源I —中继、源
2—中继、中继一源I、中继一源2。通过采用双向中继系统可以将信息交互过程缩短到2个时隙内完成接收时隙和发送时隙。这样会大大增加系统的频谱利用效率，提高系统的容量。随着无线通信系统的发展，实际通信系统中用户数目以及辅助中继的数目将会不断増加。多对用户在同一频谱资源上通过多个中继进行数据通信成为了ー种增加容量的通信方式，但随着系统规模的逐渐增加，需要进ー步的设计更为复杂的源端和中继端的信号处理方法。经对现有文献检索发现，RuiWang Meixia Tao, “Joint Source and RelayPrecoding Designs for MIMO Two-Way Relay Systems, ^IEEE ICC, 2011 (“ΜΙΜ0 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)，该文章研究单对用户的双向中继信号传输过程，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。检索中还发现，YueRong,“Joint Source and Relay Optimization for Two-WayMIMO Multi-Relay Networks”，IEEE Communications Letters, Dec.2011 ( “ΜΙΜ0 双向多种及系统中的联合源端和中继最优化设计”，IEEE通讯快报，2011十二月)，该文章研究了单对用户在多个中继的辅助下进行信号的传输，最小化检测信号的均方误差联合设计了源端和中继的信号处理方法。综上所述，现有技术对解决多对用户通过多个中继节点进行无线信息交互场景下的信号处理方法并没有进行研究，而上述的两篇文章只是此场景的ー些特例。如何在ー个更加普遍的多用户多中继节点无线通信系统中设计出ー种性能较好的联合源端和中继端信号处理方法具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种多对用户双向多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，联合设计了源端和中继端线性信息处理方法，该方法利用了线性信号处理方法，能有效改善系统的比特误码率性能。本发明所述的通信系统结构包括2K个多天线收发机(既是发射机也是接收机)和R个多天线双向中继，每个收发机都由一个调制器、一个解调器、一个存储器和一个自干扰消除器组成，每个双向中继由ー个调制器、一个解调器和ー个预编码线性处理器组成，エ作方式为半双エ放大转发中继。其中每两个收发机配对通过多个中继节点交換信息，记k和F为ー对想要相互通信的收发机对，共有K对收发机对。所有中继节点在后台有ー个中央处理器用于信号处理。本发明描述了ー种多对用户多双向中继无线通信方法，一个完整的通信过程在两个时隙内完成，在第一个时隙，所有收发机同时向中继发送信号；在第二个时隙，中继将处理后的信号广播至多个收发机。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歩，所有源端收发机向所有中继节点分别发射训练序列，所有中继节点根据收到的信号进行信道估计，得到源端收发机到中继节点的信道；第二步，所有中继同时向所有源端收发机发射训练序列，源端收发机根据接收到的信号进行信道估计，得到中继和源端收发机间的信道；第三步，所有源端收发机将估计得到的信道信息G反馈给相应的中继。所有中继将所有的信道信息传输给中央处理器。中央处理器可以是ー个与所有中继相连的单独设备，也可以是集成在某ー个中继节点内的。中央处理器根据所有的信道信息迭代计算所有源端的发射预编码矩阵Ak，k = 1，. .，2K，所有中继预编码矩阵Fp r = 1，. .，R以及所有源端收发机的接受均衡矩阵Bk，k = 1，. .，2K ;第四步，中央处理器将计算得到的发射预编码矩阵、接受均衡矩阵以及中继预编 码矩阵传输给所有中继节点，然后中继节点反馈发射预编码矩阵、接受均衡矩阵到相应的源端收发机，同时将源端收发机所对应的信道信息反馈给相应的源端收发机；
第五步，所有源端收发机对与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节点；第六步，每个中继节点对接收到的信号进行线性处理，得到中继的发射信号，并将其广播给所有源端收发机；第七步，所有源端对接收到的信号进行检测处理，得到估计的发射信号。所述第一歩中的信道估计处理方法为所有2K个源端收发机向所有R个中继节点发射训练序列，其中源端收发机k发送的发射训练序列为Sk，中继节点r接收到的从源端收发机k发射的训练序列序号为Xrit，源端收发机k到中继节点r的信道Hrit由下式得到
权利要求
1.ー种多用户双向多中继系统中源端和中继端联合信号处理方法，所述系统中包含2K个源端收发机以及R个中继节点，所述方法包括以下步骤 第一歩，所有源端收发机向所有中继节点分别发射训练序列，所有中继节点根据收到的信号进行信道估计，得到源端收发机到中继节点的信道； 第二步，所有中继同时向所有源端收发机发射训练序列，源端收发机根据接收到的信号进行信道估计，得到中继和源端收发机间的信道； 第三步，所有源端收发机将估计得到的信道信息G反馈给相应的中继，所有中继将所有的信道信息传输给中央处理器，中央处理器根据所有的信道信息迭代计算所有源端的发射预编码矩阵Ak，k = 1，. .，2K，所有中继预编码矩阵Fp r = 1，. .，R以及所有源端收发机的接受均衡矩阵Bk，k = 1，. .，2K ; 第四步，中央处理器将计算得到的发射预编码矩阵、接受均衡矩阵以及中继预编码矩阵传输给所有中继节点，然后中继节点反馈发射预编码矩阵、接受均衡矩阵到相应的源端收发机，同时将源端收发机所对应的信道信息反馈给相应的源端收发机； 第五步，所有源端收发机对与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节点； 第六步，每个中继节点对接收到的信号进行线性处理，得到中继的发射信号，并将其广播给所有源端收发机； 第七步，所有源端对接收到的信号进行检测处理，得到估计的发射信号。
2.根据权利要求I所述的多用户双向多中继系统中源端和中继端联合信号处理方法，其特征是，所述第一歩中的信道估计处理方法为所有2K个源端收发机向所有R个中继节点发射训练序列，其中源端收发机k发送的发射训练序列为Sk，中继节点r接收到的从源端收发机k发射的训练序列序号为Xrit，源端收发机k到中继节点r的信道Hrit由下式得到
3.根据权利要求I所述的多用户双向多中继系统中源端和中继端联合信号处理方法，其特征是，所述第二步中的信道估计处理方法为所有R个中继节点向所有2K个源端收发机发射训练序列，其中中继节点r发送的发射训练序列为无，源端收发机k接收到的从中继节点r发射的训练序列序号为I，中继节点r到源端收发机k间的信道Gfe由下式得到
4.根据权利要求I所述的多用户双向多中继系统中源端和中继端联合信号处理方法，其特征是，所述第三步中中央处理器需要求出所有源端的发射预编码矩阵Ak，k=l，..，2K，所有中继预编码矩阵Fp r = 1，. .，R以及所有源端收发机的接受均衡矩阵Bk，k = 1，..，·2K ;通过迭代方法实现，其实现方法是 迭代ー假设所有源端的发射预编码矩阵Ak，k = 1，. .，2K以及所有中继预编码矩阵F,，r = 1，. .，R已知，计算所有源端收发机的接受均衡矩阵Bk，k = 1，. .，2K ;任意源端收发机k的接受均衡矩阵的方法如下
5.根据权利要求I所述的多用户双向多中继系统中源端和中继端联合信号处理方法，其特征是，所述第五步中的源端发射机k的预处理方法是 其中
6.根据权利要求I所述的多用户双向多中继系统中源端和中继端联合信号处理方法，其特征是，所述第六步中中继节点r的线性处理方法是
7.根据权利要求1-6任一项所述的多用户双向多中继系统中源端和中继端联合信号处理方法，其特征是，所述第七步中源端接收机k的检测处理方法是
全文摘要
一种多用户双向多中继系统中源端和中继端联合信号处理方法，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，源端进行信道估计处理，得到中继与用户间的估计信道；源端将估计出的中给予用户间的估计信道信息反馈给中继，中继将反馈回来的信道信息以及自己估计出的信道信息传输给中央处理器，迭代计算源端发射机预编码，中继预编码和源端接收均衡矩阵；将计算出的预编码以及均衡矩阵传输给所有中继节点；中继将源端信息反馈给源端；源端对发射信号进行预处理后发射给中继；中继对接收到的信号进行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。
文档编号H04B7/15GK102684771SQ20121011331
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者伊海珂, 俞晖, 张萌, 罗汉文, 钱成, 黄剑 申请人:上海交通大学