专利名称：全双工协作通信系统中异步空时码编解码系统和方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，涉及异步空时码技术，特别涉及一种针对全双工协作通信系统的异步空时码编解码系统和方法，可用于未来无线移动通信的分布式协作传输系统。
背景技术：
在协作通信系统中，通过利用多个中继节点转发源节点的信号，可以获得类似于MMO系统的空间分集增益，我们称之为协作分集。当中继节点处理时延不同时，可以通过异步协作空时编码来获得协作分集增益。中继节点的工作模式分为半双工HD模式和全双工FD模式，当中继节点采用半双工HD模式时，中继节点在接收和发送时只能限制在正交信道上，使得频谱利用效率较低，而当中继节点采用全双工FD模式时，中继节点仅需要一条端到端的信道进行传输，这就使FD协作协议相比HD协作协议可以得到更高的容量性能。然 而由于中继节点输入端和输出端工作在同一时间，FD模式会带来自身环路干扰，对于小型携带装置是很严重的问题，因此需要解决中继节点环路信道的干扰问题。Shang Y.等人在文章 ^Shift-full-rank matrices and applications inspace-time trellis codes for relay networks with asynchronous cooperativediversity " 和 "Limited-Shift-Full-Rank Matrices With Applications inAsynchronous Cooperative Communications"中，研究了平移满秩矩阵的性质，并将其应用到半双工模式协作通信系统的空时编码设计，提出了可达到异步协作满分集的分布式线性卷积空时码 DLC-STC 方案。Yindi Jing 等人在文章〃Distributed Space-Time Codingin Wireless Relay Networks〃中，提出了一种线性弥散码的构造方法并指出其最大可达的分集增益随着中继节点数目呈线性增长。上述方法的不足之处是所提出的异步空时编码方案适于用半双工协作通信系统，而无法应用于全双工协作通信系统。T. Riihonen 等人在文章“spatial loop interference suppression infull-duplex mimo relays”中，提出了在全双工模式协作系统中通过设计中继节点处的线性接收机和发射滤波器将环路干扰的影响降到最小。上述方法的不足之处是在全双工协作系统中直接将环路信号作为干扰完全消除，没有对环路信号进行有效利用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种全双工协作通信系统中异步空时编解码系统和方法，可以获得异步协作满分集，降低系统的误码率，提高协作通信系统的可靠性和频谱利用率。为实现上述目的，本发明的全双工协作通信系统中异步空时编解码系统包括六个模块信道估计模块、源节点信号估计模块、干扰抵消模块、信号放大模块、等效信道生成模块、最小均方误差解码模块。其中信道估计模块，用于估计源节点、目的节点和中继节点相互之间的信道参数信息和中继节点环路的信道参数信息，并估计中继链路时延信息，将估计得到的信号输出给干扰抵消模块；源节点信号估计模块，用于通过消除中继节点自身环路信号估计中继节点处的源节点的发射信号，并将估计的信号输出给干扰抵消模块；干扰抵消模块，用于消除中继节点由于自身环路所带来的干扰信号，并将干扰抵消后的信号输出给信号放大模块；信号放大模块，用于计算中继节点可变增益的放大因子，并对中继节点发射信号进行功率控制，将放大后的信号经过信道输出给等效信道生成模块以及最小均方误差解码模块；等效信道生成模块，用于构造源节点到目的节点的等效信道，将生成的等效信道信息输出给最小均方误差解码模块；最小均方误差解码模块，用于对源节点发射信号进行解码恢复。本发明系统的抵消模块包括两个加法器、延迟器第一加法器301，用于对中继节点当前时刻的接收信号和当前时刻经过环路的发射信号做减法运算，第一加法器301的输出端与延迟器的输入端相连；延迟器302，用于将中继节点处估计得到的源节点发射信号延迟b个单位，其中b是源节点发射信号连续编码的符号个数，延迟器302的输出端与第二加法器303的输入端相连；第二加法器303，用于对中继节点前一时刻的接收信号和前一时刻估计得到的源节点的发射信号延迟b个单位后的信号做减法运算，得到中继节点经过干扰抵消后的信号。本发明系统的等效信道生成模块包括移位寄存器、三个乘法器、加法器、两个寄存器、卷积编码矩阵产生器、卷积编码矩阵修正器、信号发生器和单位矩阵修正器第一乘法器502，用于实现可变增益的放大因子和hu的乘法运算，得到中继链路发射信号等效卷积因子，其中hu为信道估计得到的中继节点环路信道参数，b是源节点发射信号连续编码的符号个数，该第一乘法器502的输出端与第一存储器506的输入端相连；第一存储器506，用于寄存中继链路发射信号的等效卷积因子，该第一存储器506的输出端与卷积编码矩阵产生器508的输入端相连；卷积编码矩阵产生器508，用于产生(b+N-1) XN维的Toeplize矩阵，其中N为信息序列长度，b是源节点发射信号连续编码的符号个数，卷积编码矩阵产生器508的输出端与卷积编码矩阵修正器509的输入端相连；移位寄存器501，用于移位寄存卷积编码矩阵的零填充信息，移位寄存器501的输出端与卷积编码矩阵修正器509的输入端相连；
卷积编码矩阵修正器509，用于在To印Iize矩阵前乘以
权利要求
1.一种全双工协作通信系统中异步空时码编解码系统，包括 信道估计模块，用于估计源节点、目的节点和中继节点相互之间的信道参数信息和中继节点环路的信道参数信息，并估计中继链路时延信息，将估计得到的信号输出给干扰抵消模块； 源节点信号估计模块，用于通过消除中继节点自身环路信号估计中继节点处的源节点的发射信号，并将估计的信号输出给干扰抵消模块； 干扰抵消模块，用于消除中继节点由于自身环路所带来的干扰信号，并将干扰抵消后的信号输出给信号放大模块； 信号放大模块，用于计算中继节点可变增益的放大因子，并对中继节点发射信号进行功率控制，将放大后的信号经过信道输出给等效信道生成模块以及最小均方误差解码模 块； 等效信道生成模块，用于构造源节点到目的节点的等效信道，将生成的等效信道信息输出给最小均方误差解码模块； 最小均方误差解码模块，用于对源节点发射信号进行解码恢复。
2.根据权利要求I所述的全双工协作通信系统中异步空时码编解码系统，其特征在于，所述的干扰抵消模块包括两个加法器、延迟器； 第一加法器301，用于对中继节点当前时刻的接收信号和当前时刻经过环路的发射信号做减法运算，第一加法器301的输出端与延迟器的输入端相连； 延迟器302，用于将中继节点处估计得到的源节点发射信号延迟b个单位，其中b是源节点发射信号连续编码的符号个数，延迟器302的输出端与第二加法器303的输入端相连； 第二加法器303，用于对中继节点前一时刻的接收信号和前一时刻估计得到的源节点的发射信号延迟b个单位后的信号做减法运算，得到中继节点经过干扰抵消后的信号。
3.根据权利要求I所述的全双工协作通信系统中异步空时码编解码系统，其特征在于，所述的等效信道生成模块包括移位寄存器、三个乘法器、加法器、两个存储器、卷积编码矩阵产生器、卷积编码矩阵修正器、信号发生器和单位矩阵修正器； 第一乘法器502，用于实现可变增益的放大因子和hu的乘法运算，得到中继链路发射信号等效卷积因子，其中hu为信道估计得到的中继节点环路信道参数，b是源节点发射信号连续编码的符号个数，该第一乘法器502的输出端与第一存储器506的输入端相连；第一存储器506,用于寄存中继链路发射信号的等效卷积因子,该第一存储器506的输出端与卷积编码矩阵产生器508的输入端相连； 卷积编码矩阵产生器508，用于产生(b+N-1) XN维的To印Iize矩阵，其中N为信息序列长度，b是源节点发射信号连续编码的符号个数，卷积编码矩阵产生器508的输出端与卷积编码矩阵修正器509的输入端相连； 移位寄存器501，用于移位寄存卷积编码矩阵的零填充信息，移位寄存器501的输出端与卷积编码矩阵修正器509的输入端相连；卷积编码矩阵修正器509，用于在To印Iize矩阵前乘以矩阵，得到中继链
4.一种全双工协作通信系统中异步空时码编解码方法，包括如下步骤 (1)系统初始化 Ia)采用最小均方误差信道估计方法，估计源节点到中继节点的信道参数hSK，中继节点到目的节点的信道参数hKD，源节点到目的节点的信道参数hSD，以及中继节点环路信道参数 hLI ； lb)采用最小均方误差信道估计方法，估计中继节点的最大时延τ ； (2)源节点对发送信号进行调制，将调制后的信号发射给中继节点和目的节点，中继节点接收天线接收源节点的发射信号并通过发射天线向目的节点转发源节点的发射信号，同时中继节点接收天线接收转发的源节点发射信号，中继节点接收信号的表达式如下 r (i) =hSEx (i) +hLIt (i) +nE (i), 其中，r(i)为中继节点i时隙的接收信号，x(i)为源节点i时隙的发射信号，t(i)为中继节点i时隙的发射信号，nE(i)为中继节点接收端i时隙的高斯噪声； (3)中继节点通过去除其自身环路信号对源节点的发射信号进行估计，即按照下列公式进行估计
全文摘要
本发明公开一种全双工协作通信系统中异步空时码编解码系统和方法，主要解决现有技术中全双工协作通信时中继节点自身环路干扰的问题。其系统包括信道估计模块、源节点信号估计模块、干扰抵消模块、信号放大模块、等效信道生成模块和最小均方误差解码模块。干扰抵消模块利用信道估计模块输入的信道信息和源节点信号估计模块输入的估计信号，消除中继环路干扰信号后通过信号放大模块放大，并经信道输出给等效信道生成模块和最小均方误差解码模块；最小均方误差解码模块利用等效信道生成模块输入的等效信道信息对源节点信号进行解码恢复。本发明提高了全双工协作通信的频谱效率和可靠性，在消除部分环路干扰时可获得异步协作满分集。
文档编号H04L1/06GK102724027SQ20121019910
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月15日 优先权日2012年6月15日
发明者何源, 刘毅, 张海林, 李勇朝 申请人:西安电子科技大学