基于聯(lián)合特征值分解的多天線雙向中繼壓縮轉(zhuǎn)發(fā)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于聯(lián)合特征值分解的多天線雙向中繼壓縮轉(zhuǎn)發(fā)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中繼傳輸技術(shù)（Relaying)是LTE系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，受到了研究人員的廣泛關(guān) 注。初期，關(guān)于中繼通信系統(tǒng)的研究主要是圍繞單向中繼技術(shù)（One-wayrelaying)展開的。 然而，在半雙工工作方式下，單向中繼需要四個(gè)時(shí)隙完成下行鏈路（即基站到移動(dòng)終端） 和上行鏈路（即移動(dòng)終端到基站）的信息互傳。采用了物理層網(wǎng)絡(luò)編碼（Physical-layer networkcoding)之后，中繼節(jié)點(diǎn)不僅可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，還具有處理數(shù)據(jù)的能力，從而能夠 在兩個(gè)或三個(gè)時(shí)隙內(nèi)完成上行鏈路和下行鏈路的完整互傳，稱之為雙向中繼（Two-way relaying)，比單向中繼系統(tǒng)的四個(gè)時(shí)隙大大地提高了頻譜效率。
[0003] 在雙向中繼中，應(yīng)用物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)之后，文獻(xiàn)[1]提出了雙向中繼的放大 轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，即中繼節(jié)點(diǎn)將接收到的疊加信號(hào)先線性放大再轉(zhuǎn)發(fā)給兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)。文獻(xiàn)[2, 3] 研究了多天線雙向中繼信道放大轉(zhuǎn)發(fā)傳輸協(xié)議。在雙向中繼解碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議中，中繼節(jié)點(diǎn)首 先從接收信號(hào)中完全解碼兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)的信息，此時(shí)需要滿足和速率約束，接著進(jìn)行重新聯(lián) 合編碼再發(fā)送。文獻(xiàn)[4, 5]分析了單天線雙向中繼信道的解碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議。文獻(xiàn)[6, 7]研究 了多天線雙向中繼信道的解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼協(xié)議。
[0004]因?yàn)閴嚎s轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的可達(dá)速率域介于放大轉(zhuǎn)發(fā)和解碼轉(zhuǎn)發(fā)之間，其漸進(jìn)高信噪比 下的分集-復(fù)用折衷增益性能是最優(yōu)的。而且壓縮轉(zhuǎn)發(fā)要比解碼轉(zhuǎn)發(fā)容易實(shí)現(xiàn)，所以壓 縮轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議值得進(jìn)一步研究。目前，大多數(shù)壓縮轉(zhuǎn)發(fā)是基于Wyner-Ziv編碼方法。文獻(xiàn) [8, 9, 10]研究了單向中繼壓縮轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議。文獻(xiàn)[11，12]分析了雙向中繼信道的壓縮轉(zhuǎn)發(fā)協(xié) 議的可達(dá)速率域。文獻(xiàn)[13, 14]研究了多天線單向中繼信道系統(tǒng)的基于卡洛南-洛伊變換 (Karhunen-LoeveTransform，KLT)的壓縮轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議。
[0005] 上述提及的文獻(xiàn)如下：
[0006] [l]RankovB.andffittnebenA.,^Spectralefficientprotocolsfor half-duplexfadingrelaychannels'，，IEEEJournalonSelectedAreasin Comm. ,Feb. 2007, 25 (2)
[0007] [2]UngerT.andKleinA. ,"Lineartransceiverfiltersforrelaystations withmultipleantennasinthetwo-wayrelaychannel''，in16th1STMobileand WirelessCommunicationsSummit,Budapest,Hungary,Jul. 2007.
[0008] [3]ZhangR. ,LiangY.C. ,ChaiC.C. ,etal. ,^Optimalbeamformingfor Two-waymulti-antennarelaychannelwithanaloguenetworkcoding'IEEEJournal Selec.Areas.InComm. ,Jun. 2009, 27 (5).
[0009] [4]OechteringT.J. ,SchnurrC. ,BjelakovicI. ,etal. ,Broadcast capacityregionoftwo-phasebidirectionalrelaying''，IEEETrans.Inf. Theory,Jan. 2008, 54(1).
[0010] [5]XieL.L.，"Networkcodingandrandombinningformulti-user channels"，inProc.IEEE10thCanadianWorkshoponInf.Theory,Jun. 2007,85-88.
[0011][6]HammerstormI.，KuhnM.，EsliC.，etal.，"MIM0two-wayrelayingwith transmitCSIattherelay''，inProc.IEEESignalProc.Adv.WirelessComm. (SPAWC),Jun. 2007.
[0012][7]WyrembelskiR.F.，OechteringT.J.，BjelakovicI.，etal.，"Capacityof GaussianMIM0bidirectionalbroadcastchannels"，inProc.IEEEISIT,Jul. 2008.
[0013] [8]UppalM.，LiuZ.，StankovicV.，etal.，"Compress-forwardcodingwith BPSKmodulationforthehalf-duplexGaussianrelaychannel"，IEEETrans.Signal Processing,Nov. 2009, 57 (11).
[0014] [9]A.ChakarabartiA. ,BaynastA.S.andAazhangB. , "Half-duplex estimate-and-forwardrelaying:Boundsandcodedesign"，in ISIT,Jul. 2006, 1239-1243.
[0015] [10]HuR.andLiJ. ,"Practicalcompress-and-forwardinuser cooperation:ffyner-zivcooperation"，inISIT,Jul. 2006.
[0016][ll]GunduzD.，NayakJ.，andTuncelE.，"Wyner-zivcodingoverbroaddast channelsusinghybriddigital/analogtransmission"，inISIT,2008.
[0017] [12]GunduzD.，TuncelE.，andNayakJ.，"Rateregionsfortheseparated two-wayrelaychannel"，in46thAnnualallertonconference, 2008.
[0018] [13]SimoensS.，Munoz0?，VidalJ.，etal.，"OntheGaussianMIM0 relaychannelwithfullchannelstateinformation^,IEEETrans.Signal Processing,Mar. 2009.
[0019] [14]SimoensS. ,Munoz0. ,VidalJ. ,etal. , "Compress-and-forward cooperativeMIM0relayingwithfullchannelstateinformation"，IEEETrans. SignalProcessing,Feb. 2010, 58 (2).
[0020] 在多天線雙向中繼通信系統(tǒng)中，原有的單天線系統(tǒng)的中繼傳輸協(xié)議不能完全利用 多天線特性，使多天線系統(tǒng)的很多優(yōu)點(diǎn)無法體現(xiàn)出來，降低了系統(tǒng)性能。因此，在多天線系 統(tǒng)中，如何設(shè)計(jì)出新型中繼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議就稱為了一個(gè)重要課題。近年來，關(guān)于多天線雙向中繼 的傳輸協(xié)議研究最多的是放大轉(zhuǎn)發(fā)。多篇論文研究了多天線雙向中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)的預(yù)編碼設(shè) 計(jì)，一種是僅在中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)編碼設(shè)計(jì)，另一種是可以將中繼節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)上的預(yù) 編碼進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于聯(lián)合特征值分解的多天線雙向中繼壓縮轉(zhuǎn)發(fā)方 法，能夠提高系統(tǒng)速率性能。
[0022] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于聯(lián)合特征值分解的多天線雙向中繼壓縮轉(zhuǎn) 發(fā)方法，包括：
[0023] 首先把一個(gè)信息交換周期的時(shí)間歸一化，則在第一個(gè)時(shí)隙，即多址時(shí)隙，兩個(gè)源 節(jié)點(diǎn)SJPS2同時(shí)發(fā)送信號(hào)給中繼節(jié)點(diǎn)R，將多址時(shí)隙的時(shí)間表示為t，0 <t< 1，這里t叫 做時(shí)隙分配系數(shù)，在第二個(gè)時(shí)隙，也就是廣播時(shí)隙，在余下的時(shí)間1-t內(nèi)，中繼節(jié)點(diǎn)R廣播信 號(hào)給兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)SJPS2，時(shí)隙分配參數(shù)t可變，但是在具體地優(yōu)化過程中是一個(gè)給定的常 數(shù)；
[0024] 在多址時(shí)隙內(nèi)，中繼節(jié)點(diǎn)R的接收信號(hào)為如下公式（1)
[0025]
( 1 )
[0026] 其中，^和x2表示兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)S1和S2的發(fā)送信號(hào)矢量，y1^表示R的接收信號(hào)矢 量，表示R的接收噪聲矢量；
[0027] 中繼節(jié)點(diǎn)R對(duì)接收矢量i進(jìn)行壓縮處理，得到一個(gè)壓縮后的信號(hào)為f,，:每個(gè)源節(jié) 點(diǎn)都可以將自己的發(fā)送信號(hào)作為自信息，壓縮過程簡單建模為如下公式（2)