专利名称：智能手机与中继节点鲁棒性联合信号处理方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种无线通信领域的信号处理方法，具体是一种智能手机与中继节点鲁棒性联合信号处理方法及系统。
背景技术：
在无线通信系统中，使用中继进行辅助通信可以克服阴影效应，增加覆盖范围，提高传输可靠性。中继技术对于无线通信物理层的发展具有重要意义，是目前学术界和产业界所关注的重点技术之一，并在第四代移动通信以及未来的无线通信系统中得到应用。中继技术和多天线技术结合，通过在中继节点安装多根天线，可以进一步利用多输入多输出(MIMO, Mult1-1nput Mult1-Output)相关技术(如传输分集、空分复用)增强系统性能。当中继节点支持多个源节点同时传输数据时，可以采用网络编码技术。根据中继节点信号处理方式的不同，一般有数字网络编码和模拟网络编码。其中，基于模拟网络编码的中继节点不解调接收信号，只进行线性预编码，实现容易，延迟较低，具有较强的实用价值。此外，在配对源节点进行数据交互的场景下采用双向中继协议，相比传统中继协议可以提升一倍的频谱利用效率，具有重要的理论研究和实际应用价值。在实际的无线通信系统中，信道信息一般是通过信道估计模块来得到的，由于噪声以及信道估计器中的内插模块会带来误差，这就导致了系统中得到的信道信息和实际准确的信道信息存在一定的差异，从而对系统的性能有所影响。经典的预编码一般都是基于系统处理装置能够获得完美的信道信息的假设来设计的，在存在信道估计误差的情况下可能并不适用，有时还可能造成系统性能的下降。因此，需要针对信道估计误差对经典设计作出改进，设计出鲁棒性的联合处理方法。随着通信需求的逐渐增加，无线通信系统的规模也越来越大，在较多节点协作的系统中，各个节点就不能只针对与自己相关的信道信息进行分布式的设计，而应该在某一中央处理器进行集中式的预编码设计，对各节点进行联合信号处理。在中国专利公开号CN102724145A“双向多中继系统中源端和中继端鲁棒性联合信号处理方法”中，提到了双向中继系统中的一种鲁棒性信息处理方法。该方法考虑了信道估计的误差，对系统的总均方误差进行了联合信号处理优化，但并未考虑不同用户之间的公平性问题。经对现有文献检索发现,M.R.A.Khandaker, Yue Rong, “Multicasting MIMO relayoptimization based on min-max MSE criterion, ” IEEE International Conference onCommunication Systems, Nov.2012( “基于最小化最大均方误差的多播多天线中继优化方法”，IEEE国际通信系统会议，2012年11月)，该文章在中继辅助传输的多播系统中，考虑各个用户均方误差的公平性，联合优化了各节点的预编码。现有技术对解决多对智能手机源节点通过多个中继节点，进行无线信息交互的场景下，基于公平性的鲁棒性信号处理方法并没有进行过多的研究，而上述的第一篇文献在该场景下只考虑了总均方误差性能的优化，第二篇文献在其他场景下进行了公平性的研究。在一个更加复杂的多智能手机源节点多中继节点无线通信系统中提出一种性能较好的基于公平性的鲁棒性联合源节点和中继端信号处理方法具有十分重要的意义。
发明内容
为克服现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种多对智能手机源节点双向多中继系统中基于公平性的智能手机和中继节点鲁棒性信号处理方法，本发明根据min-max MSE (Minimum Maximum Mean Squared Error,最小均方误差)准贝丨J，在考虑信道估计误差的情况下，联合设计了智能手机和中继端的信息处理方法，该方法能有效提高系统通信质量的公平性，降低系统的误码率。根据本发明的一个方面，提供一种智能手机与中继节点鲁棒性联合信号处理方法，包括以下步骤:第一步，所有源节点向所有中继节点分别发射训练序列，所有中继节点的信道估计模块通过信道估计，得到各源节点与各中继节点间的估计信道、以及相应的信道估计误
差方差;第二步，所有中继节点向所有源节点分别发射训练序列，所有源节点的信道估计模块通过信道估计，得到各中继节点与各源节点间的估计信道、以及相应的信道估计误差
方差;第三步，所有源节点将中继节点到源节点的信道信息、以及相应的信道估计误差方差反馈给相应的中继节点；所有中继节点将所有估计得到的信道信息、以及相应的信道估计误差方差传输给中央处理器；第四步，中央处理器根据所有信道信息以及信道估计误差方差，迭代计算所有源节点的源节点发射预编码矩阵、所有中继节点的中继节点处理预编码矩阵、以及所有源节点的源节点接收均衡矩阵；第五步，中央处理器将计算得到的源节点发射预编码矩阵、源节点接收均衡矩阵传输给所有中继节点，将中继节点处理预编码矩阵传输给相应的中继节点；中继节点将源节点发射预编码矩阵、源节点接收均衡矩阵反馈到相应的源节点；中继节点向源节点反馈从该源节点到中继节点的估计信道；第六步，所有源节点使用源节点发射预编码矩阵，对预发射数据进行预处理，得到发射信号并通过无线信道传输给中继节点；第七步，所有中继节点使用中继节点处理预编码矩阵，对接收到的信号进行处理，得到中继节点发射信号，将中继节点发射信号广播给所有源节点；第八步，所有源节点使用源节点接收均衡矩阵，对接收到的信号进行检测处理，得到估计的发射数据。优选地，所述中央处理器为一个与所有中继节点相连的处理器设备。优选地，所述中央处理器集成在某一中继节点内。优选地，第四步中所述的计算方法在中央处理器的处理过程，通过迭代的方法实现，具体为:系统初始化步骤:初始化所有中继节点处理预编码矩阵、源节点发射预编码矩阵为任意满足各节点功率约束的值；初始迭代计数为j = O ;设定最大迭代次数Nmax以及相对收敛阈值ξ ;之后进行源节点接收均衡矩阵计算步骤；假设无线通信系统中共有2Κ个源节点，组成K对源节点组进行数据的交互，R个中继节点辅助通信；记第k个源节点的天线数目为Nk，k和F为一对想要相互通信的源节点对，k和F为一对想要相互通信的源节点对，平均发射功率限制为psk，发射预编码矩阵为Ak, k = I,.., 2K，源节点接收均衡矩阵为Bk，k = 1，..，2K，第r个中继节点的天线数目为Mp平均发射功率限制为Pto，中继节点处理预编码矩阵为r = 1，..，R ;信道估计器估计出的从第k个源节点到第r个中继节点的估计信道为，从第r个中继节点到第k个源节点
的估计信道为0iT，估计信道的信道估计误差方差为 <，预先测量的两个信道的接收天线相关矩阵分别为Safe，预先测量的两个信道的发射天线相关矩阵分别为
，各源节点发射的调制信号平均功率为Orf2，各源节点的接收噪声平均功率力σ各中
继节点的接收噪声平均功率为< ;源节点接收均衡矩阵计算步骤:固定所有源节点的源节点发射预编码矩阵Ak，k =1，..，2K以及所有中继处理预编码矩阵r = 1，..，R，计算所有源节点的源节点接收均衡矩阵 Bk，k = 1，..，2K 如下:
权利要求
1.一种智能手机与中继节点鲁棒性联合信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步，所有源节点向所有中继节点分别发射训练序列，所有中继节点的信道估计模块通过信道估计，得到各源节点与各中继节点间的估计信道、以及相应的信道估计误差方差; 第二步，所有中继节点向所有源节点分别发射训练序列，所有源节点的信道估计模块通过信道估计，得到各中继节点与各源节点间的估计信道、以及相应的信道估计误差方差; 第三步，所有源节点将中继节点到源节点的信道信息、以及相应的信道估计误差方差反馈给相应的中继节点；所有中继节点将所有估计得到的信道信息、以及相应的信道估计误差方差传输给中央处理器； 第四步，中央处理器根据所有信道信息以及信道估计误差方差，迭代计算所有源节点发射预编码矩阵、所有中继节点处理预编码矩阵、以及所有源节点接收均衡矩阵； 第五步，中央处理器将计算得到的源节点发射预编码矩阵、源节点接收均衡矩阵传输给所有中继节点，将中继节点处理预编码矩阵传输给相应的中继节点；中继节点将源节点发射预编码矩阵、源节点接收均衡矩阵反馈到相应的源节点；中继节点向源节点反馈从该源节点到中继节点的估计信道； 第六步，所有源节点使用源节点发射预编码矩阵，对预发射数据进行预处理，得到发射信号并通过无线信道传输给中继节点； 第七步，所有中继节点使用中继节点处理预编码矩阵，对接收到的信号进行处理，得到中继节点发射信号，将中继节点发射信号广播给所有源节点； 第八步，所有源节点使用源节点接收均衡矩阵，对接收到的信号进行检测处理，得到估计的发射数据。
2.根据权利要求1所述的智能手机与中继节点鲁棒性联合信号处理方法，其特征在于，所述中央处理器为一个与所有中继节点相连的处理器设备。
3.根据权利要求1所述的智能手机与中继节点鲁棒性联合信号处理方法，其特征在于，所述中央处理器集成在某一中继节点内。
4.根据权利要求1所述的智能手机与中继节点鲁棒性联合信号处理方法，其特征在于，第四步中所述的计算方法在中央处理器的处理过程，通过迭代的方法实现，具体为: 系统初始化步骤:初始化所有中继节点处理预编码矩阵、源节点发射预编码矩阵为任意满足各节点功率约束的值；初始迭代计数为j = O ;设定最大迭代次数Nmax以及相对收敛阈值I ;之后进行源节点接收均衡矩阵计算步骤； 假设无线通信系统中共有2Κ个源节点，组成K对源节点组进行数据的交互，R个中继节点辅助通信；记第k个源节点的天线数目为Nk，k和F为一对想要相互通信的源节点对，平均发射功率限制为Psk，发射预编码矩阵为Ak，k = 1，..，2K，源节点接收均衡矩阵为Bk，k=1，..，2K，第r个中继节点的天线数目为凡，平均发射功率限制为Pto，中继节点处理预编码矩阵为F" r = 1，..，R ;信道估计器估计出的从第k个源节点到第r个中继节点的估计信道为.从第!■个中继节点到第k个源节点的估计信道为0&，估计信道的信道估计误差方差为 <，预先测量的两个信道的接收天线相关矩阵分别为Safe，预先测量的两个信道的发射天线相关矩阵分别为ΨΗ，η^Ρ ，各源节点发射的调制信号平均功率为4，各源节点的接收噪声平均功率为σχ2，各中继节点的接收噪声平均功率力σ 源节点接收均衡矩阵计算步骤:固定所有源节点的源节点发射预编码矩阵Ak，k =.1，..，2K以及所有中继处理预编码矩阵r = 1，..，R，计算所有源节点的源节点接收均衡矩阵 Bk，k = 1，..，2K 如下:
5.根据权利要求1所述的智能手机与中继节点鲁棒性联合信号处理方法，其特征在于，第六至八步中的智能手机源节点数据传输过程采用双向中继协议进行传输，系统中所有智能手机源节点均配对交换数据，中继节点辅助传输。
6.根据权利要求1所述的智能手机与中继节点鲁棒性联合信号处理方法，其特征在于，第六步中，第k个智能手机源节点的预处理方法是: 其中，
7.根据权利要求1所述的智能手机与中继节点鲁棒性联合信号处理方法，其特征在于，第七步中，中继节点r的信号处理方法是: 其中，&为中继节点r接收到的从所有源节点发射的叠加信号向量；^为中继节点r发送的信号向量。
8.根据权利要求1所述的智能手机与中继节点鲁棒性联合信号处理方法，其特征在于，第八步中，智能手机源节点k的检测处理方法是:
9.一种智能手机与中继节点鲁棒性联合信号处理系统，其特征在于，所述信号处理系统采用权利要求1至8中任一项所述的信号处理方法，信号处理系统支持多对多天线源节点，通过多个多天线中继节点进行无线通信传输。
全文摘要
本发明提供一种智能手机与中继节点鲁棒性联合信号处理方法，包括步骤中继辅助智能手机无线传输数据；中继和智能手机通过信道估计得到估计信道和估计误差方差；智能手机将得到的信息反馈给中继；中继将信道信息和信道估计误差方差传给中央处理器；中央处理器计算智能手机发射预编码、中继预编码和智能手机接收均衡矩阵并将其传输给各中继；中继将源节点发射机预编码、接收均衡矩阵反馈给相应智能手机；智能手机对信号预处理并发射；中继对接收信号预处理后广播；智能手机检测信号得到传输信息。本发明还提供相应的系统。本发明在多对智能手机传输时保证用户传输质量，提升通信系统公平性，同时改善误码率性能。
文档编号H04L1/06GK103200137SQ20131010370
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者黄金伟, 伊海珂, 张萌, 奚望, 罗汉文, 俞晖 申请人:上海交通大学, 上海交通大学无锡研究院