专利名称：可增强信号覆盖范围的空时码中继传输方法
技术领域：
本发明属于无线通信领域，涉及一种中继传输方法，特别涉及一种可增强信号覆盖范围的空时码中继传输方法，适用于移动终端配置单天线、中继节点配置两天线的无线通信系统。
背景技术：
中继传输是指利用中继节点协助源节点和目的节点进行通信的传输方法。中继传输包括译码转发型和放大转发型。在译码转发型传输方案中，中继节点是先对接收到的信号进行译码，若接收正确，则将接收到的信号重新编码后传输；在放大转发型传输方案中，中继节点不对接收到的信号进行译码，而是直接放大后转发。与译码转发型传输方案相比，放大转发型传输方案具有较低的信号处理时延和复杂度。 增强信号覆盖范围可采用多种方法，包括提高发射功率、使用波束成形以及中继传输等。提高发射功率会减少移动终端的使用时间；波束成形可以与其他技术结合，也增加了终端实现复杂度；中继传输可以在不改变移动终端复杂度的情况下，有效增强信号的覆盖范围，同时可以结合分布式空时码，即中继节点在空间域和时间域两维方向上对信号进行编码。2006 年 Yindi Jing 等在 IEEE Transaction on Wireless Communications 上发表的文章“Distributed space-time coding in wireless relay networks” 中提出分布式空时码的概念应用到中继传输系统，方案利用多个具有单天线的中继节点将从源节点接收到的信号进行线性编码后发送给目的节点，但无法利用中继节点之间的信号进行线性处理，分集增益以及信号覆盖范围受到一定限制。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术的不足，提出一种可增强信号覆盖范围的空时码中继传输方法，用一个两天线中继代替两个单天线中继，从而在中继节点利用两天线的接收信号进行联合处理以提高分集增益，在不增加节点复杂度的情况下进一步提高误符号性能，实现无线信号覆盖范围的增强。实现本发明的技术思路是源节点在两个连续时隙内向中继节点发送符号，该发送符号经过信道后生成中继节点接收信号；中继节点将从源节点接收的信号进行线性处理并按Alamouti空时码的形式在两个连续时隙内发送给目的节点；目的节点利用最大似然算法对接收的信号进行检测。其具体实现过程如下(I)源节点在两个连续时隙内向中继节点发送功率为Ps的调制符号，即在第I个时隙发送星座符号S1，在第2个时隙发送星座符号S2，该发送符号经过信道后生成中继节点接收信号；(2)中继节点在两个连续时隙内接收上述信号，即在第I个时隙，中继节点接收到的信号矢量为Γι = [Γι1，r12]T，在第2个时隙，中继节点接收到的信号矢量为r2 = [r21，r22]T
其中，Γι1表示第I个时隙内中继节点第I根天线接收的信号，r12表示第I个时隙内中继节点第2根天线接收的信号，r21表示第2个时隙内中继节点第I根天线接收的信号，r22表示第2个时隙内中继节点第2根天线接收的信号，T表示转置运算；(3)中继节点根据上述接收到的信号矢量!^和r2进行线性处理，得到中继节点在第I个时隙的两根天线发送信号X1和X2，如 X1 =rn+r^X, =rn ,其中，‘表示第2个时隙内中继节点第I根天线接收的信号取共轭运算，4表示第2个时隙内中继节点第2根天线接收的信号取共轭运算；(4)中继节点将上述信号X1和x2，按Alamouti空时码的形式转发；(4a)中继节点将第I个时隙的两根天线发送信号X1和X2进行空时块编码，得到中继节点在第2个时隙的两根天线发送信号-X〗和(4b)中继节点将两个连续时隙内的发送信号X1、X2、-X和<分别乘以增益系数β，并按Alamouti空时码的形式在两个连续时隙内发送给目的节点，即在第I个时隙，中继节点的两根天线分别发送信号@^和β X2，在第2个时隙，中继节点的两根天线分别发送空时块编码后的信号和 ，β为源节点发送功率和中继节点发送功率之间的增益系数，
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发送功率，σ 2表示高斯噪声的平均功率；(5)目的节点在两个连续时隙内接收上述中继节点发送的信号，即在第I个时隙，目的节点接收到的信号为Zy1 = β gPi+β rI1，在第2个时隙，目的节点接收到的信号为:y2 =-Pg/i+Pgzx* +η2;其中，&表示中继节点第I根天线和目的节点天线之间的信道衰落系数，g2表示中继节点第2根天线和目的节点天线之间的信道衰落系数；η !表示第I个时隙目的节点处的高斯噪声，H2表示第2个时隙目的节点处的高斯噪声；*表示共轭运算；(6)根据上述目的节点接收到的两个信号yi和y2，构造判决信号向量F:y =/^GH7S+ ξ,其中，G=P & "j表示中继节点和目的节点之间的Alamouti矩阵；H = \
L& SijIA -h _
表示源节点和中继节点之间的Alamouti矩阵，Ii1表示源节点天线和中继节点第I根天线之间的信道衰落系数，h2表示源节点天线和中继节点第2根天线之间的信道衰落系数；
S= [Sl乂;f表示二维列向量，S1表示源节点在第I个时隙向中继节点发送的星座符号，S2表示源节点在第2个时隙向中继节点发送的星座符号，*表示共轭运算，T表示转置运算；ξ表示目的节点处的复合高斯噪声矢量；(7)采用最大似然检测方法对上述判决信号向量 进行检测。本发明由于在中继节点采用线性处理方法并按Alamouti空时码的形式发送，使得源节点到目的节点的等效信道可以表示为两个Alamouti矩阵的乘积，提高了分集增益，降低了误符号率，增强了信号的覆盖范围；同时由于本发明利用中继节点仅需要对接收信号进行简单线性处理的方法，具有低复杂度的优点。
图I是本发明的适用的系统模型图；图2是本发明的实现流程图；图3是本发明的方法和传统方法的性能比较仿真图。
具体实施例方式下面通过附图和实施例，对本发明的技术方法作进一步的详细描述。参照图1，源节点T1和目的节点T2配置单天线，中继节点R配置两天线，在第I阶段，源节点T1在两个连续时隙内发送星座符号S1和S2，该星座符号经过信道后生成中继节点R的接收信号，中继节点R在两个连续时隙内接收上述信号，接收信号矢量分别为η和r2 ;在第II阶段，中继节点R根据信号矢量η和r2进行线性处理得到第I时隙两根天线的发送信号X1和X2，并进行空时块编码，得到中继节点在第2个时隙的两根天线发送信号-T和<，将发送信号Xl、x2、-<和<分别乘以增益系数β，再按Alamouti空时码的形式在两个连续时隙内发送给目的节点T2 ；目的节点T2在两个连续时隙内接收上述发送的信号，接收信号分别为Y1和y2，并根据Y1和y2构造判决信号向量F，最后采用最大似然检测方法对F进行检测。参照图2，本发明的具体实现步骤包括步骤I :源节点在两个连续时隙内向中继节点发送符号。源节点在两个连续时隙内向中继节点发送星座符号S1和s2，S1和S2可以采用多种调制方式，例如M-QAM、M-PSK等。步骤2 :中继节点在两个连续时隙内接收上述信号。(2a)第I个时隙，中继节点接收到的信号矢量为= [rn, r12]T,其中，T11= Ii1S^n11, r12 = Ii2S^n12 ；(2b)第2个时隙，中继节点接收到的信号矢量为r2 = [r21, r22]T，其中，r21= Ii1Sfn21, r22 = h2s2+n22 ；式中，rn表示第I个时隙内中继节点第I根天线接收的信号，r12表示第I个时隙内中继节点第2根天线接收的信号，r21表示第2个时隙内中继节点第I根天线接收的信号，r22表示第2个时隙内中继节点第2根天线接收的信号九表示源节点天线和中继节点第I个天线的信道衰落系数，匕表示源节点天线和中继节点第2个天线的信道衰落系数，并假定在两个连续时隙内匕和匕保持不变；Sl表示源节点在第I个时隙向中继节点发送的星座符号，S2表示源节点在第2个时隙向中继节点发送的星座符号；nil表示第I个时隙内中继节点第I根天线接收的噪声，n12表示第I个时隙内中继节点第2根天线接收的噪声，n21表示第2个时隙内中继节点第I根天线接收的噪声，n22表示第2个时隙内中继节点第2根天线接收的噪声，且nn、n12、n21和η22都服从均值为零，协方差矩阵为σ 2I2的相互独立的高斯分布，σ 2表示高斯噪声的平均功率，I2表示2X2的单位矩阵，T表示转置运算。步骤3 :中继节点根据上述接收到的信号矢量Γι和r2进行线性处理，得到中继节、点在第I个时隙的两根天线发送信号，即第I时隙内第I根天线发送的信号为X1，第I个时隙内第2根天线发送的信号为X2，如
权利要求
1.一种可增强信号覆盖范围的空时码中继传输方法，包括如下步骤 (1)源节点在两个连续时隙内向中继节点发送功率为Ps的调制符号，即在第I个时隙发送星座符号S1，在第2个时隙发送星座符号S2，该发送符号经过信道后生成中继节点接收信号; (2)中继节点在两个连续时隙内接收上述信号，即在第I个时隙，中继节点接收到的信号矢量为A= [ril，r12]T，在第2个时隙，中继节点接收到的信号矢量为
2.根据权利要求I所述的可增强信号覆盖范围的空时码中继传输方法，其中步骤(7)所述的采用最大似然检测方法对上述判决信号向量进行检测，按如下公式进行s = arg min y-^GHr S ， S GM 其中，S表示等效发送符号向量S的最大似然估计值；arg min表示使目标函数取最小值时的变量值；Il · Il表示2范数运算；§表示单位能量的方形QAM星座图中任意两个符号构成的二维列向量，M表示单位能量的方形QAM星座图中任意两个符号构成的二维列矢量的集合。
全文摘要
本发明公开了一种可增强信号覆盖范围的空时码中继传输方法。主要解决宽带无线通信系统中信号覆盖范围小的问题，其实现步骤是源节点在两个连续时隙内向中继节点发送符号，并经过信道后生成中继节点接收信号；中继节点在两个连续时隙内接收源节点发送的信号；中继节点将接收到的信号进行线性处理，得到其两根天线的发送信号，并按Alamouti空时码的形式发送给目的节点；目的节点在两个连续时隙内接收中继节点发送的信号，并根据接收信号构造判决信号向量；采用最大似然检测算法对上述判决信号向量进行检测。本发明通过对中继节点两根天线上的信号进行线性处理，提高了分集增益，降低了误符号率，增强了无线信号的覆盖范围。
文档编号H04B7/15GK102739370SQ20121023040
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月4日 优先权日2012年7月4日
发明者宫丰奎, 李靖, 王勇, 葛建华, 陈银鹏 申请人:西安电子科技大学