專利名稱：一種基于兩跳分布式預編碼有限反饋的碼字選擇方法
ー種基于兩跳分布式預編碼有限反饋的碼字選擇方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無線通信領域，具體涉及ー種基于兩跳分布式預編碼有限反饋的碼字選擇方法。
背景技木協(xié)作通信是指，在多用戶通信環(huán)境中，各臨近節(jié)點之間按照一定方式共享彼此的天線進行協(xié)作發(fā)送，從而產(chǎn)生一種類似多天線發(fā)送的虛擬環(huán)境，獲得空間分集増益，提高系統(tǒng)的傳輸性能的通信方式。在協(xié)作通信網(wǎng)絡中引入進行通信的中繼站，中繼站可以作為一個專用的信號轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，可同時接受基站的控制信號和移動臺的反饋信息。相比于普通的移動終端，具有忍受高功率消耗的特點，與基站相比，復雜度和成本遠低于基站。
ΜΜ0中繼傳輸主要具有以下特點1)有效提高系統(tǒng)容量。通過規(guī)劃網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，可以在多個中繼之間合理分配資源；2)提升小區(qū)邊緣性能，擴展小區(qū)覆蓋面積。由于引入了中繼，可以降低用戶的發(fā)射功率，極大程度降低相鄰小區(qū)間同信道干擾，同時，中繼的中轉(zhuǎn)功能還可以消除蜂窩網(wǎng)覆蓋的盲區(qū)；3)提高頻譜效率。通過采用發(fā)射分集増益，陣列增益，空間復用増益，同信道干擾抑制等技木，能有效的提升頻譜效率，改善系統(tǒng)傳輸性能。ΜΙΜ0中繼系統(tǒng)的性能依賴于接收端和發(fā)送端已知完整的信道狀態(tài)信息(CSI)，然而在隨機衰落環(huán)境下，無線信道的時變性導致信道信息的獲得很困難。在接收端可以通過導頻直接獲得準確的信道信息，而在發(fā)送端則需要依賴于反饋的方法間接獲得CSI。如果終端將CSI完全反饋給發(fā)射端，需要極大的反饋開銷，由此引入有限反饋技木。系統(tǒng)通過反向鏈路傳輸經(jīng)過量化的，低俗的反饋信息，告知發(fā)送端相關的前向鏈路信息，發(fā)送端根據(jù)接收到的反饋信息調(diào)整發(fā)送策略，以適應前向鏈路。目前有限反饋技術的研究主要集中在基于碼本的ΜΙΜ0中繼系統(tǒng)預編碼技木。首先利用一定的準則離線生成碼本，碼本同時為接收端和發(fā)射端所知。接收端根據(jù)接收到的導頻信息獲得完整的CSI，在預設的碼本中選取最優(yōu)的碼字，并將碼字的序號以ニ進制形式反饋給發(fā)射端。發(fā)射端通過由反饋信道接收到的序號，根據(jù)預設的碼字重建預編碼矩陣或者預編碼向量。因此，碼本的設計很大程度上影響著基于碼本的ΜΜ0預編碼系統(tǒng)的性能。目前碼本的設計方案包括隨機矢量量化(RVQ)、Grassmann流形等。相對于其他碼本，RVQ碼本在應用上更為靈活，在數(shù)學上更易分析，且當碼本尺寸和發(fā)射天線數(shù)較大時，其性能與最優(yōu)碼本非常接近。在ΜΙΜ0中繼系統(tǒng)中，較為常見的碼字選擇方案包括集中式碼字選擇和分布式碼字選擇方案，集中式碼字選擇方案中，碼字的選擇一般根據(jù)系統(tǒng)和速率最大化或者BER性能最優(yōu)的準則進行，碼字的選取依賴于兩跳的信道矩陣，計算復雜度很高；分布式碼字選擇方案中，假設中繼端僅已知第一跳傳輸信道，接收端僅已知第二跳傳輸信道，兩跳的碼字依據(jù)各自的信道狀態(tài)信息進行選取，計算復雜度相比集中式碼字選擇有了明顯改善。但現(xiàn)有的分布式碼字選擇中依舊存在著碼字選擇復雜度較高的問題，如何利用較低的計算復雜度選擇最為合適的碼本，可以減少反饋的時延，具有很重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供ー種基于兩跳分布式預編碼有限反饋的碼字選擇方法，能有效減少碼本選擇復雜度，井能改善系統(tǒng)和速率。本發(fā)明采用以下技術方案解決上述技術問題ー種基于兩跳分布式預編碼有限反饋的碼字選擇方法，包括如下步驟步驟1 :發(fā)送端向中繼端發(fā)送導頻信號，中繼端對導頻信號進行信道估計，得到第 一跳的信道矩陣氏;步驟2 :對所述第一跳的信道矩陣氏進行SVD分解，有Hi =，其中U,是左奇異矩陣，Dii對角陣VH是右奇異矩陣；第一跳的全局最優(yōu)預編碼向量為$，其中$表示為對應于氏前K個最大特征值的特征向量組成的矩陣，當K = 1吋，ち表示為對應于最大特征值對應的特征向量；步驟3:選擇$的方向信息作為反饋量，$的方向信息為兌=も/||も|，利用隨機矢量
量化RVQ碼本對$進行量化，采用最小距離準則進行碼字選擇，選取與的夾角最小，內(nèi)積最大的碼字向量，碼字選擇準則為fi =argmax \； ；其中も為⑶I碼本じ中的碼字，じ為線下生成預設碼本，且同時被中繼端和發(fā)射端已知；將所選擇的碼字向量的編號轉(zhuǎn)換成ニ進制碼，反饋回發(fā)射端，發(fā)射端根據(jù)反饋回的碼字，設計發(fā)射端預編碼矩陣Wi ；步驟4 :發(fā)送端采用均勻功率分配策略向中繼發(fā)送端信號，發(fā)射功率為Pi ；步驟5 :中繼端接收發(fā)送端信息，此時中繼端的接收信號為y,=^|-HiW1s + n1其中，Hi表示第一跳時的信道矩陣，S為發(fā)送信號流，Wi為發(fā)送端預編碼矩陣，ηι為中繼端噪聲，表示為均值為0，方差為べ!.的高斯白噪聲；步驟6 :中繼端向接收端發(fā)送導頻信號，接收端對導頻信號進行信道估計，得到第ニ跳的信道距陣H2 ；步驟7 :對第二跳的信道距陣H2進行SVD分解，有H2 = U2D2V2H，其中U2是左奇異矩陣，d2是對角陣，v2h是右奇異矩陣；第二跳的全局最優(yōu)預編碼向量,其中 2為對應于η2前κ個最大特征值的特征向量組成的矩陣，κ = 1吋，表示為對應于最大特征值對應的特征向量，P為中繼功率限制系數(shù)；步驟8 :選擇 2的方向信息作為反饋量，R的方向信息為夂=ス/||V2||，利用RVQ碼本對サ2進行量化，采用最小距離準則進行碼字選擇，選取與 2的夾角最小，內(nèi)積最大的碼字向量，碼字選擇準則為
權(quán)利要求
1.一種基于兩跳分布式預編碼有限反饋的碼字選擇方法，其特征在于包括如下步驟 步驟I:發(fā)送端向中繼端發(fā)送導頻信號，中繼端對導頻信號進行信道估計，得到第一跳的信道矩陣H1 ； 步驟2 :對所述第一跳的信道矩陣H1進行SVD分解，WH1 = U1D Vh，其中U1是左奇異矩陣，D1是對角陣，V111是右奇異矩陣；第一跳的全局最優(yōu)預編碼向量力V其中M表示為對應于H1前K個最大特征值的特征向量組成的矩陣，當K = I時，表示為對應于最大特征值對應的特征向量； 步驟3:選擇$的方向信息作為反饋量，$的方向信息為兌/IIvlI，利用隨機矢量量化RVQ碼本對$進行量化，采用最小距離準則進行碼字選擇，選取與義的夾角最小，內(nèi)積最大的碼字向量，碼字選擇準則為
2.如權(quán)利要求I所述的ー種基于兩跳分布式預編碼有限反饋的碼字選擇方法，其特征在于所述步驟4中，發(fā)送端的具體發(fā)送過程為數(shù)據(jù)符號首先經(jīng)過串并變換變成多路數(shù)據(jù)流，以實現(xiàn)多天線的輸出，然后經(jīng)過發(fā)送端預編碼矩陣W1之后，將信號發(fā)送出去。
全文摘要
一種基于兩跳分布式預編碼有限反饋的碼字選擇方法，整個傳輸過程在兩跳內(nèi)完成。第一跳時，首先中繼在各個子載波上估計各天線至中繼的信道響應；其次，發(fā)送端信號經(jīng)過處理之后，通過發(fā)送端預編碼矩陣發(fā)送給中繼，中繼獲得發(fā)送端CSI，對信道矩陣進行SVD分解，選擇右奇異向量的方向信息作為反饋量，利用線下生成的RVQ碼本對其量化；最后，利用最小距離準則選擇與反饋量夾角最小，內(nèi)積最大的碼字向量作為量化量，并將選取的碼字向量編號轉(zhuǎn)換成二進制碼，反饋回發(fā)射端。發(fā)射端根據(jù)反饋回的碼字向量，調(diào)整發(fā)送策略，以適應信道狀況。本發(fā)明能明顯的減少了碼字選擇的時間，降低了碼字選擇計算的復雜度，同時對系統(tǒng)的和速率性能有著較明顯的改善。
文檔編號H04L1/16GK102957512SQ201210458358
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者趙睿, 郭榮新, 李笑笑, 袁繼昌 申請人:華僑大學