專利名稱：雙向中繼系統中源端和中繼端的聯合信號處理方法
技術領域：
本發明涉及的是一種無線通信領域的方法，具體是一種雙向中繼系統中源端和中繼端的聯合信號處理方法。
背景技術：
移動通信系統中的中繼技術，能夠有效地擴大網絡的覆蓋范圍、提高系統容量， 已被3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代移動通信合作伙伴項目) LTE-A (Long Term Evolation-Advanced，長期演進一高級)標準所采納。目前中繼方式主要有 DF(Decode-and-Forward，解碼轉發)、AF(Amplify-and-R)rward，放大轉發)等。其中 AF方式由于實現簡單、低復雜度而得到了廣泛的應用。傳統的中繼系統要實現兩用戶之間的信息互傳，需要4個時隙。而雙向中繼系統實現兩用戶之間信息互傳只需要2個時隙，因此，采用雙向中繼系統可以提高一倍的系統容量。此外，源端和中繼端可以安裝多個天線， 結合MIMO (Multiple-Input Multiple-Oirtput，多輸入多輸出)技術進一步改善系統性能。 為了充分發揮MIMO技術的分集、空間復用等優點，需要進一步的設計源端和中繼端的信號處理方法。線性信號處理方法由于其實現簡單，已經得到了廣泛的應用，但是與此相比，采用非線性信號處理方法卻能得到更好的系統性能。經對現有文獻檢索發現，RonghongMo Yong Huat Chew, "MMSE-Based Joint Source and Relay Precoding Design for Amplify-and-Forward MIMO Relay Networks,，，IEEE Trans. Wireless Commun.，vol. 8，no. 9，pp. 4668-4676,2009( "AFMIMO 中繼系統中基于MMSE準則的聯合源端和中繼編碼設計”，)，該文章在源端采用的是線性信號處理方式，與非線性信號處理方式相比，其有較低的復雜度，但是也帶來了系統系能的損失。又經檢索發現，Fan-Shuo Tseng, Min-Yao Chang, Wen-Rong Wu, "Joint Tomlinson-Harashima Source and Linear Relay Precoders Design in AmpIify-and-Forward MIMO Relay System via MMSE Criterion,，，IEEE transaction on vehicular technology, vol. 60, No. 4, MAY 2011( "AF MIMO 中繼系統中基于 MMSE 準則的聯合THP源端預編碼和中繼端線性預編碼設計”，IEEE車輛技術期刊，第60期，第4卷， 2011. 03)，該文章考慮AF MIMO中繼場景，基站和中繼分別采用THP預編碼和線性預編碼， 并以系統的MSE最小為優化目標。要實現兩用戶之間互傳信息，如果采用傳統的中繼系統需要4個時隙，而如果采用雙向中繼系統，則只需要2個時隙，因而可以提高一倍的吞吐量。^^ , Rui Wang Meixia Tao, "Joint Source and Relay Precoding Designs for MIMO Two-wffay Relay Systems, "IEEE ICC, 2011( ‘‘ΜΙΜΟ 雙向中繼系統中的聯合源端和中繼預編碼設計”，IEEE國際通信會議，2011)，該文章聯合設計源端和中繼的信號處理，以最小化檢測信號的均方誤差，但是該技術在源端采用的是線性的信號處理方法， 與采用非線性信號處理方法相比，實現簡單，但是帶來了均方誤差和比特誤碼率等系統性能的損失。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種雙向中繼系統中的源端和中繼端信號處理方法。本發明根據MMSE (Minimum Mean Squared Error，最小均方誤差)準則，聯合設計了源端非線性和中繼端線性信息處理方法，該方法充分利用了非線性信號處理方法的優點，能有效改善系統的比特誤碼率性能。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟第一步，源端1向中繼發射訓練序列S1,中繼根據接收到的信號&進行后向信道估計，得到源端1和中繼間的后向信道H1,同時源端2向中繼發射訓練序列S2，中繼根據接收到的信號\進行后向信道估計，得到源端2和中繼間的后向信道H2 ；第二步，中繼同時向源端1和源端2發射訓練序列&，源端1根據接收到的信號\ 進行前向信道估計，得到中繼和源端1間的前向信道G1，源端2根據接收到的信號&進行前向信道估計，得到中繼和源端2間的后向信道( ；第三步，源端1和源端2將估計得到的前向信道信息G1和(；2反饋給中繼。中繼根據所有的信道信息迭代計算源端ι的發射預編碼矩陣C1, F1，源端2的發射預編碼矩陣C2, F2,中繼預編碼矩陣&和源端1的接收均衡矩陣W1，源端2的接收均衡矩陣W2 ；第四步，中繼將計算得到的源端1發射預編碼矩陣C1, F1和接收均衡矩陣W1反饋給源端1，將源端2發射預編碼矩陣C2，F2和接收均衡矩陣W2反饋給源端2，同時將信道信息H1反饋給源端1，將H2反饋給源端2 ；第五步，源端1對預發射信號S1進行預處理，得到發射信號X1，并將該信號X1發射給中繼，同時源端2對預發射信號&進行預處理，得到發射信號并將該信號&發射給中繼；第六步，中繼對接收到的信號L進行線性處理，得到信號H，并將H廣播給源端1 和源端2 ；第七步，源端1對接收到的信號yi進行檢測處理，得到信號，再經過與步驟5中相同的模運算得到信號￡1，同時，源端2對接收到的信號72進行檢測處理，得到信號ff2，再經過與步驟5中相同的模運算得到信號ξ。所述第一步中的后向信道估計處理方法是H1=JKXiSiXMli +S1Sp-1
VPrl PrlH2= &2S;(^IM2+S2SP"1
VΡτ Pτ 其中=M1是源端1的天線數，M2是源端2的天線數，P τ1是訓練序列S1的信噪比， P τ2是訓練序列&的信噪比Λ ECm^，Ττ1是源端1發射的訓練序列的長度，S2 eC^A， Ττ2是源端2發射的訓練序列的長度，不e Ca^1和;T2 e C&L是中繼接收到的信號，N是中繼的天線數，1M1，L2分別為M1XM1和M2XM2的單位矩陣。所述第二步中的前向信道估計處理方法是
權利要求
1.一種雙向中繼系統中源端和中繼端的聯合信號處理方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，源端1向中繼發射訓練序列S1,中繼根據接收到的信號\進行后向信道估計， 得到源端1和中繼間的后向信道H1,同時源端2向中繼發射訓練序列&，中繼根據接收到的信號\進行后向信道估計，得到源端2和中繼間的后向信道H2 ；第二步，中繼同時向源端1和源端2發射訓練序列S3，源端1根據接收到的信號\進行前向信道估計，得到中繼和源端1間的前向信道G1，源端2根據接收到的信號&進行前向信道估計，得到中繼和源端2間的后向信道& ；第三步，源端1和源端2將估計得到的前向信道信息G1和(；2反饋給中繼。中繼根據所有的信道信息迭代計算源端1的發射預編碼矩陣C1, F1，源端2的發射預編碼矩陣C2，F2,中繼預編碼矩陣&和源端1的接收均衡矩陣W1，源端2的接收均衡矩陣W2 ；第四步，中繼將計算得到的源端1發射預編碼矩陣C1, F1和接收均衡矩陣W1反饋給源端1，將源端2發射預編碼矩陣C2，F2和接收均衡矩陣W2反饋給源端2 ；同時將信道信息H1 反饋給源端1，將吐反饋給源端2 ；第五步，源端1對預發射信號S1進行預處理，得到發射信號X1,并將該信號X1發射給中繼，同時源端2對預發射信號&進行預處理，得到發射信號&，并將該信號&發射給中繼；第六步，中繼對接收到的信號1進行線性處理，得到信號H，并將H發送給源端1和源端2;第七步，源端1對接收到的信號Y1進行檢測處理，得到信號，再經過與步驟5中相同的模運算得到信號 ，同時，源端2對接收到的信號％進行檢測處理，得到信號ff2，再經過與步驟5中相同的模運算得到信號ξ。
2.根據權利書要求1所述的雙向中繼系統中源端和中繼端的聯合信號處理方法，其特征是，第一步中的后向信道估計處理是
3.根據權利書要求1所述的雙向中繼系統中源端和中繼端的聯合信號處理方法，其特征是，所述第二步中的前向信道估計處理方法是
4.根據權利書要求1所述的雙向中繼系統中源端和中繼端的聯合信號處理方法，其特征是，所述第三步中的迭代操作方法是迭代一假設C1, F1, C2, F2, Fr已知，計算源端1的接收端均衡矩陣W1和源端2的接收端均衡矩陣W2，方法如下W1 = C2F2H (G1FrH2)H (G1FrH2F2F211 (G1FrH2) H+Rnl) W2 = C1F111 (G2FrH1)H (G2FrH1F1F111 (G2FrH1) ^Rn2) Rm = G1FrFraG111+^ Rn2 = G2FrFrHG2H+INIn表示NXN的單位矩陣，上表(· )H表示共軛轉置；迭代二 假設Fr，ffl, W2已知，計算源端1的發射預編碼矩陣C1, F1，源端2的發射預編碼矩陣C2，F2，方法如下先計算源端1的發射預編碼矩陣C1, F1 首先對(GFrH1)卞賦仏)-1 (GFrH1)做特征值分解，得到(G2FrH1)H(6^^/6/+^)^( ^ ) =VAVH，其中 A 為對角矩陣，V 為酉陣；然后對對角線矩陣Λ中的主對角線元素進行注水功率分配，得到功率分配矩陣Ω，其主對角線元素為g =(Μ-+)+，其中(y)+ = max(0，y)，為發射信號能量，Ai* Λ的M1第i個對角線元素，u為使Qi滿足功率約束條件2Ω〖的常數，其中M1為源端1的天i=l線數，Psl為源端1的發射功率； 令A=(QffAQ + cx;2/Mi)-1/2，對D1做幾何均值分解(GMD)，得到D1 = QRF，其中R為對角線元素都相等的上三角矩陣，Q和F為酉陣；最后得到發射端預編碼矩陣C1, F1,分別為 Q=diag{RHk)}(RHr F1 = V Ω Fh其中diag{A(k,k)}表示由A的所有對角線元素組成的對角矩陣； 采用類似的方法，可以得到源端2的發射預編碼矩陣C2，F2 ；迭代三假設C1, F1, C2, F2, W1, W2已知，計算中繼預編碼矩陣F,，方法如下運用拉格朗日算法，可以將&表示為Fr =腫軌2 ③凡 +K1 Rr2+^Rx IN\lvec(Rr)}其中 Rxl = H1F1F1hH1^In rx2 = H2F2F2HH2H+IN Rrl = G, W111 W1G1 Rr2 = G2HW2HW2G2
5.根據權利書要求1所述的雙向中繼系統中源端和中繼端的聯合信號處理方法，其特征是，所述第五步中的預處理方法是其中S1 = [S11,…，SinJt，S2 = [s21,…，&N2]T是經過m-QAM調制后的信號，附為源端1的發射信號流數，N2為源端2的發射信號流數；θι可用如下方法求的
6.根據權利書要求1所述的雙向中繼系統中源端和中繼端的聯合信號處理方法，其特征是，所述第六步中的線性處理方法是
7.根據權利書要求1所述的雙向中繼系統中源端和中繼端的聯合信號處理方法，其特征是，所述第七步中的檢測處理方法是源端
全文摘要
雙向中繼系統中源端和中繼端的聯合信號處理方法，包括源端向中繼發射訓練序列，中繼進行后向信道估計處理，得到源端與中繼間的估計信道；中繼向源端發射訓練序列，源端進行前向信道估計處理，得到中繼與用戶間的估計信道；源端將前向信道信息反饋給中繼，中繼根據該信息迭代計算源端非線性預編碼，中繼線性預編碼和源端接收均衡矩陣；中繼將源端信息反饋給源端；源端對發射信號進行非線性預處理后發射給中繼；中繼對接收到的信號進行線性預處理后廣播給源端；源端對接收到的信號進行檢測處理，得到相互之間需要傳輸的信息。本發明采用雙向中繼的信息傳輸模式，提高了信道容量，并且在源端采用非線性信號處理方法，改善了系統的比特誤碼率性能。
文檔編號H04L1/06GK102571279SQ20121000234
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者俞暉, 張萌, 羅漢文, 錢成, 黃劍 申請人:上海交通大學