一種大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的中繼傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的 中繼傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大規(guī)模多輸入多輸出（Multi-input Multi-output，簡(jiǎn)稱ΜΙΜΟ)通信系統(tǒng)中，發(fā)射 端設(shè)置有大量或大規(guī)模天線陣列，且各天線單元能夠各自獨(dú)立發(fā)送信號(hào)，同時(shí)接收端能夠 通過一個(gè)或多個(gè)天線接收并恢復(fù)原信息。大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)以其特有的優(yōu)點(diǎn)： 獲得更高倍數(shù)的信道容量，更低的能量消耗，十分精準(zhǔn)的空間區(qū)分度，相對(duì)廉價(jià)的硬件實(shí)現(xiàn) 等，獲得了無線通信領(lǐng)域相當(dāng)?shù)年P(guān)注。
[0003] -般的，大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的基站端配置有大量數(shù)目的天線，比如64 根，或128根，所有天線都參與信號(hào)傳輸時(shí)，需要與基站天線數(shù)目相同的射頻鏈路；同時(shí)在 大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)中，隨著基站端天線數(shù)目的增加，不同用戶信道之間的相關(guān) 性隨著用戶數(shù)的增加而增大，導(dǎo)致系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和成本比普通的多輸入多輸出通信系 統(tǒng)要高的多。為了在降低成本和復(fù)雜度的同時(shí)獲得更優(yōu)的系統(tǒng)性能，往往需要通過選擇基 站天線來實(shí)現(xiàn)，即選擇合適的基站天線參與傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的中繼傳輸方法，以解 決如何選擇合適的天線參與傳輸?shù)募夹g(shù)問題。
[0005] 本發(fā)明提供了一種大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的中繼傳輸方法，該方法包括：
[0006] 獲取第一用戶終端和第二用戶終端到中繼節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息；
[0007] 根據(jù)信道狀態(tài)信息，獲取最大信道增益幅度對(duì)應(yīng)的中繼天線；
[0008] 利用所獲取到的中繼天線，進(jìn)行信號(hào)傳輸。
[0009] 其中，利用所獲取到的中繼天線，進(jìn)行信號(hào)傳輸包括：
[0010] 基于預(yù)設(shè)置的傳輸模式，對(duì)第一用戶終端和第二用戶終端之間傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行對(duì) 應(yīng)的變換處理；
[0011] 利用所獲取到的中繼天線，傳輸變換處理后的信號(hào)。
[0012] 其中，基于預(yù)設(shè)置的傳輸模式，對(duì)第一用戶終端和第二用戶終端之間傳輸?shù)男盘?hào) 進(jìn)行對(duì)應(yīng)的變換處理包括：
[0013] 基于預(yù)設(shè)置的傳輸模式，獲取對(duì)應(yīng)的中繼信號(hào)變換矩陣；
[0014] 根據(jù)所獲取到的中繼信號(hào)變換矩陣，對(duì)第一用戶終端和第二用戶終端之間傳輸?shù)?信號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的變換處理。
[0015] 其中，獲取第一用戶終端和第二用戶終端到中繼節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息包括：
[0016] 根據(jù)最小二乘算法或最小均方誤差估計(jì)算法，獲取第一用戶終端和第二用戶終端 到中繼節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息。
[0017] 其中，所述信道狀態(tài)信息為瞬時(shí)信道狀態(tài)信息或統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)信息。
[0018] 其中，傳輸模式包括接收模式和轉(zhuǎn)發(fā)模式。
[0019] 其中，接收模式為最大比合并模式或迫零模式，轉(zhuǎn)發(fā)模式為最大比傳輸模式或迫 零模式。
[0020] 其中，中繼節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)方式為放大轉(zhuǎn)發(fā)方式。
[0021] 本發(fā)明帶來了以下有益效果：提供了一種大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的中繼傳 輸方法，本發(fā)明中的中繼節(jié)點(diǎn)在獲得信道狀態(tài)信息后，即可根據(jù)基于信道增益最大化原則， 獲得對(duì)應(yīng)的中繼天線用以進(jìn)行信號(hào)的接收和轉(zhuǎn)發(fā)。該方法有利于降低大規(guī)模多輸入多輸出 通信系統(tǒng)進(jìn)行中繼天線選擇時(shí)的計(jì)算復(fù)雜度，便于快速、有效地獲取適合的中繼天線。
[0022] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利 要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0023] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要的 附圖做簡(jiǎn)單的介紹：
[0024] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的中繼傳輸方法的流程 圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用 技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明 的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合， 所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0027] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的中繼傳輸方法，如圖1 所示，該方法包括：
[0028] 步驟S101、獲取第一用戶終端和第二用戶終端到中繼節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息。
[0029] 如圖2所示，第一用戶終端S1設(shè)置有共計(jì)K個(gè)天線，第二用戶終端S 2也設(shè)置有共 計(jì)K個(gè)天線，K是任意大于1的整數(shù)。第一用戶終端SdP第二用戶終端S 2之間設(shè)置有一中 繼節(jié)點(diǎn)，該中繼節(jié)點(diǎn)上設(shè)置有共計(jì)M個(gè)天線，M同樣為任意大于1的整數(shù)，在大規(guī)模多輸入 多輸出通信系統(tǒng)中，M的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于K。
[0030] 要通過中繼節(jié)點(diǎn)建立第一用戶終端S1和第二用戶終端S2之間的通信，中繼節(jié)點(diǎn) 首先需要獲取第一用戶終端和第二用戶終端到中繼節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息（Channel State Information，簡(jiǎn)稱CSI)。在無線通信領(lǐng)域，所謂的CSI，就是通信鏈路的信道屬性。它描述 了信號(hào)在每條傳輸路徑上的衰減因子，即信道增益矩陣G中每個(gè)元素的值，如信號(hào)散射、距 離衰減等信息。獲取精確的CSI可以使通信系統(tǒng)適應(yīng)當(dāng)前的信道條件，在多天線系統(tǒng)中為 高可靠性高速率的通信提供了保障。
[0031] 在本發(fā)明實(shí)施例中，可以根據(jù)最小二乘算法，或者，也可以根據(jù)最小均方 誤差估計(jì)算法，獲取第一用戶終端和第二用戶終端到中繼節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息 G = [0P02] e Cwx2ir。其中，信道矩陣A e Cam的第m行第k列元素表示從第一用戶 終端S1的第k個(gè)天線到中繼節(jié)點(diǎn)的第m個(gè)天線之間的信道狀態(tài)信息的估計(jì)值；信道矩陣 G2 e Cwxi：的第m行第k列元素色,4表示從第二用戶終端S2的第k個(gè)天線到中繼節(jié)點(diǎn)的第 m個(gè)天線之間的信道狀態(tài)信息的估計(jì)值。
[0032] 實(shí)際應(yīng)用中，CSI 有瞬時(shí) CSI (Instantaneous CSI)和統(tǒng)計(jì) CSI (Statistical CSI) 兩種。其中，瞬時(shí)CSI是指信道即時(shí)狀態(tài)，它可以使發(fā)送端及時(shí)地調(diào)整發(fā)射信號(hào)，因此它可 以取得低誤碼率，在空間復(fù)用系統(tǒng)中，可以獲得最優(yōu)的接收信號(hào)。
[0033] 而統(tǒng)計(jì)CSI是指信道在一段時(shí)間內(nèi)的統(tǒng)計(jì)特性，它包含了信道衰減的分布、平均 信道增益、視距（Line of Sight，簡(jiǎn)稱L0S)分量和空間相關(guān)性。相對(duì)于瞬時(shí)CSI而言，統(tǒng)計(jì) CSI能夠使信號(hào)傳送過程達(dá)到最優(yōu)。
[0034] 實(shí)際上，CSI的獲得受限于信道變化的快慢。在快衰落系統(tǒng)中，可能信道在傳輸一 個(gè)字符后就發(fā)生變化，此時(shí)用統(tǒng)計(jì)CSI描述信道狀態(tài)比較合理。在慢衰落系統(tǒng)中，信道在獲 得瞬時(shí)CSI后可傳送一段時(shí)間的字符才發(fā)生變化，此時(shí)用瞬時(shí)CSI可提高通信效率。
[0035] 在本發(fā)明實(shí)施例中，中繼節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)方式優(yōu)選為放大轉(zhuǎn)發(fā)（Amplify and Forward，簡(jiǎn)稱AF)方式，中繼節(jié)點(diǎn)僅僅將接收到的源端信息放大后再轉(zhuǎn)發(fā)給目的端，無需 解碼解調(diào)，易于實(shí)現(xiàn)且實(shí)現(xiàn)成本較低。
[0036] 步驟S102、根據(jù)信道狀態(tài)信息，獲取最大信道增益幅度對(duì)應(yīng)的中繼天線。
[0037] 中繼節(jié)點(diǎn)在獲取到信道狀態(tài)信息之后，即可根據(jù)該信道狀態(tài)信息確定為第一用戶 終端SdP第二用戶終端S 2傳輸信號(hào)所使用的中繼天線。
[0038] 具體的，在本發(fā)明實(shí)施例中，以瞬時(shí)信道狀態(tài)信息為例，中繼節(jié)點(diǎn)在獲取到第一用 戶終端S 1和第二用戶終端S2到中繼節(jié)點(diǎn)的瞬時(shí)信道狀態(tài)信息么^和色#之后，基于信道 增益最大化原則，計(jì)算出使該大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的信道增益達(dá)到最大的中繼天 線。其中，中繼天線的選擇方法如下式所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的中繼傳輸方法，其特征在于，包括： 獲取第一用戶終端和第二用戶終端到中繼節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息； 根據(jù)信道狀態(tài)信息，獲取最大信道增益幅度對(duì)應(yīng)的中繼天線； 利用所獲取到的中繼天線，進(jìn)行信號(hào)傳輸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用所獲取到的中繼天線，進(jìn)行信號(hào)傳輸 包括： 基于預(yù)設(shè)置的傳輸模式，對(duì)第一用戶終端和第二用戶終端之間傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的 變換處理； 利用所獲取到的中繼天線，傳輸變換處理后的信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，基于預(yù)設(shè)置的傳輸模式，對(duì)第一用戶終端 和第二用戶終端之間傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的變換處理包括： 基于預(yù)設(shè)置的傳輸模式，獲取對(duì)應(yīng)的中繼信號(hào)變換矩陣； 根據(jù)所獲取到的中繼信號(hào)變換矩陣，對(duì)第一用戶終端和第二用戶終端之間傳輸?shù)男盘?hào) 進(jìn)行對(duì)應(yīng)的變換處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲取第一用戶終端和第二用戶終端到中 繼節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息包括： 根據(jù)最小二乘算法或最小均方誤差估計(jì)算法，獲取第一用戶終端和第二用戶終端到中 繼節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于， 所述信道狀態(tài)信息為瞬時(shí)信道狀態(tài)信息或統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于， 傳輸模式包括接收模式和轉(zhuǎn)發(fā)模式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于， 接收模式為最大比合并模式或迫零模式，轉(zhuǎn)發(fā)模式為最大比傳輸模式或迫零模式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于， 中繼節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)方式為放大轉(zhuǎn)發(fā)方式。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的中繼傳輸方法，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，解決了如何選擇合適的天線參與傳輸?shù)募夹g(shù)問題。該大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的中繼傳輸方法包括：獲取第一用戶終端和第二用戶終端到中繼節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息；根據(jù)信道狀態(tài)信息，獲取最大信道增益幅度對(duì)應(yīng)的中繼天線；利用所獲取到的中繼天線，進(jìn)行信號(hào)傳輸。本發(fā)明適用于大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)。
【IPC分類】H04B7-15, H04B7-06
【公開號(hào)】CN104779987
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510182246
【發(fā)明人】張建華, 劉萌萌, 張平, 徐超, 張康樂, 饒一朔
【申請(qǐng)人】北京郵電大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年4月17日