一种全速率分布式多天线双向无线协作中继传输方法【专利摘要】一种全速率分布式多天线双向无线协作中继传输方法，适用于两个通信源节点及所有中继节点均装配多根天线的通用双向中继通信网络，节点间的信息传输采用正交频分复用方式，一次数据通信过程包括两个阶段：第一，通信源节点分别对每个子载波、多个时隙内的待传输符号进行联合编码后广播到多个中继节点；第二，每个中继节点首先在时域内对接收到的调制信号进行循环延迟操作，其后各中继节点上的天线以时分工作方式依次将处理后的信号传送到通信源节点，源节点依据编码及转发准则在消除自身信号干扰后获得对方传来的数据。本发明的优点：扩展性好，编码过程简单且易于设计，能够实现全速率传输且检测复杂度低，具有很高的实用价值。【专利说明】一种全速率分布式多天线双向无线协作中继传输方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及一种全速率分布式多天线双向无线协作中继传输方法，适用于两个通信源节点及所有中继节点均装配多根天线的通用场景，能够实现全速率传输，编码过程简单且易于设计，接收端的检测模型和检测复杂度均不随中继节点数的增加而变化，有利于降低硬件实现成本。【
背景技术：
】[0002]随着无线通信业务的迅猛发展，高质量的移动通信业务要求导致了世界范围内对无线通信系统容量需求的急速增加。但另一方面，可利用的无线频谱非常有限，如何在有限的频带条件下，提高无线通信系统的频谱效率已成为目前国内外竞相研究的热门课题。[0003]在以下文献(I)和文献(2)中:(I)《DistributedMIMOTechnologiesinCooperativeWirelessNetworks》，IEEECommunicationsMagazine,vol.49,n0.5,pp.78-82,May2011；(2)《SpectralEfficiencyofDistributedMIMOSystems)),IEEEJournalonSelectedAreasinCommunications，vol.31，n0.10，pp.2112-2127，0ctober2013,Ma和Wang等研究证实，分布式多输入多输出(DistributedMIMO!DistributedMultipleInputMultipleOutput)技术已成为能够显著提高无线通信系统容量和频谱利用率的有效方法之一。其中，分布式无线协作中继传输方法还能够利用中继节点的无线接力特点，实现信号的中继和放大、增加分集性能、降低传输总功率、扩大无线网络的覆盖范围，应用前景广阔。[0004]近年来，国内外科研工作者对无线分布式MMO双向通信理论的研究工作主要集中在两大领域。其一是预编码技术，如在以下文献⑶至文献(5)中:(3)《JointOptimizationforOneandTwo-WayMIMOAFMultiple-RelaySystems》，IEEETransactionsonWirelessCommunications,vol.9,n0.12,pp.3671-3681,December2010；(4)《Sum-RateMaximizationforTwo-WayMIMOAmplify-and-ForwardRelayingSystems》，IEEE69thVehicularTechnologyConference,VTCSpring,pp.1-5，April2009;(5)《AGeneralFrameworkofPrecodingDesignforMultipleTwo-wayRelayingCommunications)),IEEETransactionsonSignalProcessing,vol.61,n0.6,pp.1531-1535，March2013，可通过对通信源节点待传输调制符号及多个中继节点处转发信号的预编码达到增加整个双向无线通信网络容量和传输能力的目的；但在通信节点数及节点天线数均较大的分布式MMO系统中，进行预编码的中继节点不仅要知道与本节点有关的信道状态信息(CS1:ChannelStateInformation),有时还需要知道其他节点的相关CSI,实现复杂度高，难以做到实时处理。此外，各通信节点获得的CSI估值与实际值总会存在一定误差，因此在实际应用系统中，基于预编码技术的协作中继方案往往难以达到理论上的最大容量和最佳误码性能。[0005]另一方面，分布式空时频编码可以在发射端不知道任何信道状态信息的条件下获得分布式多天线系统内潜在的多种分集增益、提高误码性能，其在双向通信网络中的应用同样得到了广泛研究。如在以下文献(6)和文献(7)中:(6)《NewDoubleLayerSpace-TimeBlockCodeforDistributed4X2MIM0Systems》，IEEEWirelessCommunicationsandNetworkingConference,pp.232-235,April2012；(7)((DistributedMIMOCodingSchemewithLowDecodingComplexityforFutureMobileTVBroadcasting)),ElectronicsLetters,vol.48,n0.17,pp.1079-1081,August2012,可通过对多个小尺寸空时码的堆叠构造出大尺寸的空时码，进而获得分布式MIMO系统中天线间的分集增益，其编码思路虽然简单，但不易于推广到通用场景；近年来，基于不同编码准则与设计方法的分布式空时频编码技术不断被公布，如以下文献(8)至文献(12):(8)《AdaptiveDistributedSpace-TimeCodingBasedonAdjustableCodeMatricesforCooperativeMIMORelayingSystems)),IEEETransactionsonCommunications,vol.6I,n0.7,pp.2692-2703,July2013；(9)《DistributedSpaceTimeCodingforWirelessTwo-WayRelaying》，IEEETransactionsonSignalProcessing,vol.61,n0.4,pp.980-991,February2013；(10)《DistributedConcatenatedAlamoutiCodesforTwo-WayRelayingNetworks》，IEEEWirelessCommunicationsLetters,vol.1,n0.3,pp.197-200,June2012；(Il)NovelDistributedQuas1-OrthogonalSpace-TimeBlockCodesforTwo-WayTwo-AntennaRelayNetworks》，IEEETransactionsonWirelessCommunications,vol.12,n0.9,pp.4338-4349,September2013；(12)((Full-RateDistributedSpace-TimeCodesforCooperativeCommunications)),IEEETransactionsonWirelessCommunications,vol.7,n0.7,pp.2446-2451，July2008。调研发现，国内外已公布的分布式空时频编码方法多数都是针对某一种或少数几种应用要求设计的，通用性不强，有的方案还存在编码、检测复杂度高等问题。[0006]对于适用于两个通信源节点及所有中继节点均装配多根天线的无线分布式MMO双向协作中继系统，目前还鲜有能够实现全速率传输、编码过程简单且易于设计、接收端检测复杂度低的通用实现方法公布，该领域涉及的关键技术是值得深入研究的。【
发明内容】[0007]本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够简化编码设计过程、实现全速率双向中继传输且接收端检测复杂度较低的通用分布式多天线协作中继传输方法。[0008]本发明采用以下技术方案解决上述技术问题:一种全速率分布式多天线双向无线协作中继传输方法，适用于两个通信源节点及所有中继节点均装配多根天线的通用双向中继通信网络，定义该网络由K个中继节点(R1、R2、…、Rk)协助两个通信源节点⑴和^完成双向数据通信，每个通信源节点和中继节点分别装配N根天线和M根天线，简记为(N，M，K)系统，定义两个通信源节点T1和T2间缺少直达链路，每个通信节点均工作在半双工通信模式下，节点间的信息传输采用正交频分复用(OFDM:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)方式完成,每个时隙、每根天线对应一次OFDM调制传输。涉及的双向无线协作中继传输方法主要特征在于:一次完整的双向数据通信过程主要包括两个阶段。[0009]在第一阶段，两个通信源节点T1和T2分别对每个子载波、多个时隙内的待传输符号进行合适的联合编码，并将编码后信号以广播方式传送到多个中继节点。[0010]在第二阶段，每个中继节点首先在时域内对各自接收到的每一个OFDM调制信号进行循环延迟操作，其间各中继节点采用的循环延迟量均不相同，在随后的信号放大转发过程中，各中继节点上装配的多根天线以时分工作方式依次将其处理后的接收信号传送到两个通信源节点，源节点依据编码及转发准则在消除自身信号干扰后即可获得对方源节点传来的数据。[0011]第一阶段对应的具体通信过程可描述如下:基于正交频分复用通信方式，两通信源节点T1和T2在第m个时隙、第P个子载波上待发送的原始调制符号矩阵分别用Sm(P)和Cm(P)表不。[0012]【权利要求】1.一种全速率分布式多天线双向无线协作中继传输方法，适用于两个通信源节点及所有中继节点均装配多根天线的通用双向中继通信网络，定义该网络由K个中继节点:凡、R2、…、Rk协助两个通信源节点=T1和T2完成双向数据通信，每个通信源节点和中继节点分别装配N根天线和M根天线，简记为(N，M，K)系统，定义两个通信源节点T1和T2间缺少直达链路，每个通信节点均工作在半双工通信模式下，节点间的信息传输采用正交频分复用(OFDM:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)方式完成，每个时隙、每根天线对应一次OFDM调制传输，其特征在于:包括两个阶段:在第一阶段，两个通信源节点T1和T2分别对每个子载波、多个时隙内的待传输符号进行联合编码，并将编码后信号以广播方式传送到多个中继节点；在第二阶段，每个中继节点首先在时域内对各自接收到的每一个OFDM调制信号进行循环延迟操作，其间各中继节点采用的循环延迟量均不相同，在随后的信号放大转发过程中，各中继节点上装配的多根天线以时分工作方式依次将其处理后的接收信号传送到两个通信源节点，源节点依据编码及转发准则在消除自身信号干扰后即可获得对方源节点传来的数据。2.根据权利要求1所述的全速率分布式多天线双向无线协作中继传输方法，其特征在于:第一阶段对应的具体通信过程可描述如下。在第一阶段，基于正交频分复用通信方式，两通信源节点T1和T2在第m个时隙、第P个子载波上待发送的原始调制符号矩阵分别用Sm(P)和Cm(P)表示:3.根据权利要求2所述的全速率分布式多天线双向无线协作中继传输方法，其特征在于:第二阶段对应的具体通信过程可描述如下。在第二阶段，各中继节点上装配的多根天线以单天线时分工作方式依次将其处理后的接收信号传送到两个通信源节点，其中通信源节点T2的接收信号可用如下数学模型描述:4.根据权利要求2所述的全速率分布式多天线双向无线协作中继传输方法，其特征在于:当每个中继节点装配的天线数为偶数时，可采用分时传送两根天线Alamouti正交空时编码的方式完成数据转发，此时，第二阶段的具体过程可描述如下:【文档编号】H04L1/00GK103973627SQ201410177974【公开日】2014年8月6日申请日期:2014年4月29日优先权日:2014年4月29日【发明者】张红伟,李凤珍,高新意,谢宝林申请人:安徽大学