专利名称：一种基于两跳分布式预编码有限反馈的码字选择方法
ー种基于两跳分布式预编码有限反馈的码字选择方法
技术领域：
本发明属于无线通信领域，具体涉及ー种基于两跳分布式预编码有限反馈的码字选择方法。
背景技木协作通信是指，在多用户通信环境中，各临近节点之间按照一定方式共享彼此的天线进行协作发送，从而产生一种类似多天线发送的虚拟环境，获得空间分集増益，提高系统的传输性能的通信方式。在协作通信网络中引入进行通信的中继站，中继站可以作为一个专用的信号转发节点，可同时接受基站的控制信号和移动台的反馈信息。相比于普通的移动终端，具有忍受高功率消耗的特点，与基站相比，复杂度和成本远低于基站。
ΜΜ0中继传输主要具有以下特点1)有效提高系统容量。通过规划网络结构，可以在多个中继之间合理分配资源；2)提升小区边缘性能，扩展小区覆盖面积。由于引入了中继，可以降低用户的发射功率，极大程度降低相邻小区间同信道干扰，同时，中继的中转功能还可以消除蜂窝网覆盖的盲区；3)提高频谱效率。通过采用发射分集増益，阵列增益，空间复用増益，同信道干扰抑制等技木，能有效的提升频谱效率，改善系统传输性能。ΜΙΜ0中继系统的性能依赖于接收端和发送端已知完整的信道状态信息(CSI)，然而在随机衰落环境下，无线信道的时变性导致信道信息的获得很困难。在接收端可以通过导频直接获得准确的信道信息，而在发送端则需要依赖于反馈的方法间接获得CSI。如果终端将CSI完全反馈给发射端，需要极大的反馈开销，由此引入有限反馈技木。系统通过反向链路传输经过量化的，低俗的反馈信息，告知发送端相关的前向链路信息，发送端根据接收到的反馈信息调整发送策略，以适应前向链路。目前有限反馈技术的研究主要集中在基于码本的ΜΙΜ0中继系统预编码技木。首先利用一定的准则离线生成码本，码本同时为接收端和发射端所知。接收端根据接收到的导频信息获得完整的CSI，在预设的码本中选取最优的码字，并将码字的序号以ニ进制形式反馈给发射端。发射端通过由反馈信道接收到的序号，根据预设的码字重建预编码矩阵或者预编码向量。因此，码本的设计很大程度上影响着基于码本的ΜΜ0预编码系统的性能。目前码本的设计方案包括随机矢量量化(RVQ)、Grassmann流形等。相对于其他码本，RVQ码本在应用上更为灵活，在数学上更易分析，且当码本尺寸和发射天线数较大时，其性能与最优码本非常接近。在ΜΙΜ0中继系统中，较为常见的码字选择方案包括集中式码字选择和分布式码字选择方案，集中式码字选择方案中，码字的选择一般根据系统和速率最大化或者BER性能最优的准则进行，码字的选取依赖于两跳的信道矩阵，计算复杂度很高；分布式码字选择方案中，假设中继端仅已知第一跳传输信道，接收端仅已知第二跳传输信道，两跳的码字依据各自的信道状态信息进行选取，计算复杂度相比集中式码字选择有了明显改善。但现有的分布式码字选择中依旧存在着码字选择复杂度较高的问题，如何利用较低的计算复杂度选择最为合适的码本，可以减少反馈的时延，具有很重要的现实意义。
发明内容本发明所要解决的技术问题在于提供ー种基于两跳分布式预编码有限反馈的码字选择方法，能有效减少码本选择复杂度，井能改善系统和速率。本发明采用以下技术方案解决上述技术问题ー种基于两跳分布式预编码有限反馈的码字选择方法，包括如下步骤步骤1 :发送端向中继端发送导频信号，中继端对导频信号进行信道估计，得到第 一跳的信道矩阵氏;步骤2 :对所述第一跳的信道矩阵氏进行SVD分解，有Hi =，其中U,是左奇异矩阵，Dii对角阵VH是右奇异矩阵；第一跳的全局最优预编码向量为$，其中$表示为对应于氏前K个最大特征值的特征向量组成的矩阵，当K = 1吋，ち表示为对应于最大特征值对应的特征向量；步骤3:选择$的方向信息作为反馈量，$的方向信息为兌=も/||も|，利用随机矢量
量化RVQ码本对$进行量化，采用最小距离准则进行码字选择，选取与的夹角最小，内积最大的码字向量，码字选择准则为fi =argmax \； ；其中も为⑶I码本じ中的码字，じ为线下生成预设码本，且同时被中继端和发射端已知；将所选择的码字向量的编号转换成ニ进制码，反馈回发射端，发射端根据反馈回的码字，设计发射端预编码矩阵Wi ；步骤4 :发送端采用均匀功率分配策略向中继发送端信号，发射功率为Pi ；步骤5 :中继端接收发送端信息，此时中继端的接收信号为y,=^|-HiW1s + n1其中，Hi表示第一跳时的信道矩阵，S为发送信号流，Wi为发送端预编码矩阵，ηι为中继端噪声，表示为均值为0，方差为べ!.的高斯白噪声；步骤6 :中继端向接收端发送导频信号，接收端对导频信号进行信道估计，得到第ニ跳的信道距阵H2 ；步骤7 :对第二跳的信道距阵H2进行SVD分解，有H2 = U2D2V2H，其中U2是左奇异矩阵，d2是对角阵，v2h是右奇异矩阵；第二跳的全局最优预编码向量,其中 2为对应于η2前κ个最大特征值的特征向量组成的矩阵，κ = 1吋，表示为对应于最大特征值对应的特征向量，P为中继功率限制系数；步骤8 :选择 2的方向信息作为反馈量，R的方向信息为夂=ス/||V2||，利用RVQ码本对サ2进行量化，采用最小距离准则进行码字选择，选取与 2的夹角最小，内积最大的码字向量，码字选择准则为
权利要求
1.一种基于两跳分布式预编码有限反馈的码字选择方法，其特征在于包括如下步骤 步骤I:发送端向中继端发送导频信号，中继端对导频信号进行信道估计，得到第一跳的信道矩阵H1 ； 步骤2 :对所述第一跳的信道矩阵H1进行SVD分解，WH1 = U1D Vh，其中U1是左奇异矩阵，D1是对角阵，V111是右奇异矩阵；第一跳的全局最优预编码向量力V其中M表示为对应于H1前K个最大特征值的特征向量组成的矩阵，当K = I时，表示为对应于最大特征值对应的特征向量； 步骤3:选择$的方向信息作为反馈量，$的方向信息为兌/IIvlI，利用随机矢量量化RVQ码本对$进行量化，采用最小距离准则进行码字选择，选取与义的夹角最小，内积最大的码字向量，码字选择准则为
2.如权利要求I所述的ー种基于两跳分布式预编码有限反馈的码字选择方法，其特征在于所述步骤4中，发送端的具体发送过程为数据符号首先经过串并变换变成多路数据流，以实现多天线的输出，然后经过发送端预编码矩阵W1之后，将信号发送出去。
全文摘要
一种基于两跳分布式预编码有限反馈的码字选择方法，整个传输过程在两跳内完成。第一跳时，首先中继在各个子载波上估计各天线至中继的信道响应；其次，发送端信号经过处理之后，通过发送端预编码矩阵发送给中继，中继获得发送端CSI，对信道矩阵进行SVD分解，选择右奇异向量的方向信息作为反馈量，利用线下生成的RVQ码本对其量化；最后，利用最小距离准则选择与反馈量夹角最小，内积最大的码字向量作为量化量，并将选取的码字向量编号转换成二进制码，反馈回发射端。发射端根据反馈回的码字向量，调整发送策略，以适应信道状况。本发明能明显的减少了码字选择的时间，降低了码字选择计算的复杂度，同时对系统的和速率性能有着较明显的改善。
文档编号H04L1/16GK102957512SQ201210458358
公开日2013年3月6日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者赵睿, 郭荣新, 李笑笑, 袁继昌 申请人:华侨大学