一种用于多天线中继通信系统的差分波束成形方法与流程

本发明涉及无线通信技术领域，尤其是涉及一种用于多天线中继通信系统的差分波束成形方法。

背景技术：

无线通信系统中，无线双向中继技术由于其较高的传输效率，在近年来得到了业界广泛的关注，对于无线双向中继通信系统，如果采用相干通信，两个相互通信的移动终端以及中继终端都需要进行信道估计来获取信道信息，与传统的没有中继的点对点直接通信系统相比，采用相干通信的无线双向中继通信系统中的信道估计会非常复杂，这将大大增加两个移动终端的复杂度，为了避免信道估计，可以采用非相干的差分双向中继传输技术。在现有技术中，非相干的差分双向中继传输技术包括基于解码转发的非相干差分中继传输方法和基于放大转发的非相干差分中继传输方法，所述基于解码转发的非相干差分中继传输方法中，两个互相通信的移动终端不需要进行信道估计，但是中继终端仍然需要通过信道估计来获取信道信息，以便进行信号检测与转发，所述基于放大转发的非相干差分中继传输方法中，两个互相通信的移动终端以及中继终端都不需要进行信道估计，上述两种非相干的差分双相中继传输技术均是采用了两个时隙的双向中继传输技术，但是，这种两个时隙的双向中继传输技术方法存在这样的缺点：1、即在第一个时隙中，需要两个终端实现严格时间同步以确保中继终端能顺利进行信号的检测和转发，然而在实际的通信系统中是很难实现严格时间同步的，从而增加了系统实现的复杂度；2、这两种方法均针对中继只有单根天线的无线双向中继通信系统，传输信号的误码率会很高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够降低通信系统的实现复杂度、降低信号传输误码率的用于多天线中继通信系统的差分波束成形方法。

本发明所采用的技术方案是，一种用于多天线中继通信系统的差分波束成形方法，多天线中继通信系统包括终端A、终端B和多天线中继R，中继R包含的天线数为M，所述方法分成三个时隙进行，包括下列步骤：

第一个时隙，终端A将需要发送的信息符号通过差分调制的方式进行调制，然后将调制后的信息符号广播给终端B和中继R，中继R的所有天线接收调制后的信息符号，调制前终端A需要发送的信息符号为s_A(n),n＝1,2,...,N,其中N为发送的信息符号的个数，是终端A采用的PSK调制方式的相位,L_A是PSK调制星座的大小,即PSK调制的相位数目，终端A对需要发送的信息符号进行的差分调制方式是差分多进制相位调制，调制后得到的信息符号为x_A(n)，具体的差分多进制相位调制的方式为：x_A(n)＝x_A(n-1)s_A(n),n＝1,2,...,N，终端A将调制后得到的信息符号x_A(n),n＝1,2,...,N,发送给中继R，中继R的第m根天线接收到的信号为：其中M表示中继R的天线数，表示从终端A到中继R的第m根天线的信道系数，表示中继R的第m根天线的高斯白噪声；

第二个时隙，终端B对需要发送的信息符号通过差分调制的方式进行调制，将调制后的信息符号广播给终端A和中继R，中继R的所有天线接收调制后的信号，调制前终端B需发送的信息符号为s_B(n),n＝1,2,...,N,其中是终端B采用的PSK调制方式的相位,L_B是PSK调制星座的大小,即PSK调制的相位数目，终端B对发送的信息符号s_B(n)进行的差分调制方式是差分多进制相位调制，调制后得到的信息符号为x_B(n)，具体的差分多进制相位调制方式为：x_B(n)＝x_B(n-1)s_B(n),n＝1,2,...,N，终端B将调制后得到的信息符号x_B(n),n＝1,2,...,N,发送给中继R,中继R的第m根天线接收到的信号为：其中表示从终端B到中继R的第m根天线的信道系数，表示中继R的第m根天线的高斯白噪声；

第三个时隙，中继R将前两个时隙接收到的信号利用多天线波束成形处理后，广播给终端A和终端B，终端A和终端B接收广播信号，所述多天线波束成形处理的方式是中继R将前两个时隙接收到的信号进行线性叠加后,再乘上相位校正因子和功率放大系数后进行发送，中继R经过波束成形处理后得到的信号为：其中系数G用于控制中继发送功率，和分别表示和的相位值，系数G的取值为：

在第三个时隙结束时，终端A和终端B分别根据各自的接收信号来估计对方的发送信号，终端A在第三个时隙中接收到的广播信号为：其中z_A(n)表示高斯白噪声，则终端A可以直接根据接收信号y_A(n)的幅度值以及终端B采用的调制星座图来估计终端B的发送信号如下：终端B在第三个时隙接收到的广播信号为：其中z_B(n)表示高斯白噪声，则终端B可以直接根据接收信号y_B(n)的幅度值以及终端A采用的调制星座图来估计终端A的发送信号如下：

本发明与现有技术相比，具备的优点是：本发明中，两个终端A和B可以在不同的时隙发送信号，不需要严格的时间同步，从而降低了通信系统实现的复杂度；本发明中，终端A和终端B可以直接根据接收信号进行信号估计，不需要消除干扰或差分解码，与现有技术相比具有较低的复杂度；本发明适用于中继终端部署多根天线的情形，可以降低信号传输的误码率。

附图说明

图1为本发明一种用于多天线中继通信系统的差分波束成形方法的示意图；

图2为本发明所提出的差分波束成形方法与其他方法的误码率性能比较示意图。

具体实施方式

以下参照附图并结合具体实施方式来进一步描述发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受限于该具体实施方式。

本发明涉及一种用于多天线中继通信系统的差分波束成形方法，多天线中继通信系统中包括终端A、终端B和多天线的中继R，中继R包含的天线数为M，所述方法分成三个时隙进行，包括下列步骤：

第一个时隙，终端A将需要发送的信息符号通过差分调制的方式进行调制，然后将调制后的信息符号广播给终端B和中继R，中继R的所有天线接收到调制后的信息符号，调制前终端A需要发送的信息符号为s_A(n),n＝1,2,...,N,其中N为发送的信息符号的个数，是终端A采用的PSK调制方式的相位,L_A是PSK调制星座的大小,即PSK调制的相位数目，终端A对需要发送的信息符号进行的差分调制方式是差分多进制相位调制，调制后得到的信息符号为x_A(n)，具体的差分多进制相位调制的方式为：x_A(n)＝x_A(n-1)s_A(n),n＝1,2,...,N，终端A将调制后得到的信息符号x_A(n),n＝1,2,...,N,发送给中继R，所述中继R的第m根天线接收到的信号为：其中表示从终端A到中继R的第m根天线的信道系数，表示中继R的第m根天线的高斯白噪声；

第二个时隙，终端B对需要发送的信息符号通过差分调制的方式进行调制，将调制后的信息符号广播给终端A和中继R，中继R的所有天线接收到调制后的信号，调制前终端B需发送的信息符号为s_B(n),n＝1,2,...,N,其中是终端B采用的PSK调制方式的相位,L_B是PSK调制星座的大小,即PSK调制的相位数目，终端B对发送的信息符号s_B(n)进行的差分调制方式是差分多进制相位调制，调制后得到的信息符号为x_B(n)，具体的差分多进制相位调制方式为：x_B(n)＝x_B(n-1)s_B(n),n＝1,2,...,N，终端B将调制后得到的信息符号x_B(n),n＝1,2,...,N,发送给中继R,中继R的第m根天线接收到的信号为：其中表示从终端B到中继R的第m根天线的信道系数，表示中继R的第m根天线的高斯白噪声；

第三个时隙，中继R将前两个时隙接收到的信号利用多天线波束成形处理后，广播给终端A和终端B，终端A和终端B接收广播信号，所述多天线波束成形处理的方式是中继R将前两个时隙接收到的信号进行线性叠加后,再乘上相位校正因子和功率放大系数后进行发送，中继R经过波束成形处理后得到的信号为：其中系数G用于控制中继发送功率，和分别表示和的相位值，系数G的取值为：

在第三个时隙结束时，终端A和终端B分别根据各自的接收信号来估计对方的发送信号，终端A在第三个时隙中接收到的广播信号为：其中z_A(n)表示高斯白噪声，则终端A可以直接根据接收信号y_A(n)的幅度值以及终端B采用的调制星座图来估计终端B的发送信号如下：终端B在第三个时隙接收到的广播信号为：其中z_B(n)表示高斯白噪声，则终端B可以直接根据接收信号y_B(n)的幅度值以及终端A采用的调制星座图来估计终端A的发送信号如下：