MIMO交替中继系统中基于放大转发的干扰消除方法技术方案

本发明专利技术公开了一种MIMO交替中继系统中基于放大转发的干扰消除方法，其实现步骤是：设置系统；源节点S将信号进行预编码后发送；中继节点R1接收信号，将处理的信号发送，中继节点R2在中继系统的下一时隙接收信号；设计中继节点R2的预编码矩阵消除该处的中继间干扰；中继节点R1接收信号；设计中继节点R1的预编码矩阵消除该处的中继间干扰；中继节点R1和中继节点R2分别在中继系统的偶数时隙和奇数时隙发送信号；目的节点D接收信号。本发明专利技术避免了现有干扰对齐方法对中继系统的节点天线数的奇偶性限制，并且使系统达到最大自由度。

【技术实现步骤摘要】
MIMO交替中继系统中基于放大转发的干扰消除方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及无线通信
中的一种多输入多输出(multipleinputmultipleoutput,MIMO)交替中继系统中基于放大转发协议的干扰消除方法。本专利技术可用于多输入多输出MIMO交替中继系统，使系统达到最大自由度。
技术介绍
多输入多输出MIMO系统可以提高频谱效率。中继辅助传输有扩大覆盖范围和提供空间分集的能力。由多输入多输出MIMO和中继组成的复合系统在实际工程中的应用引起了人们的极大的关注。在多输入多输出MIMO和中继组成的复合系统中，半双工中继系统是指中继在同一个时间只能发送信号或者接收信号的系统。因此，系统的容量损耗比较大。为克服这一缺点，交替中继方案吸引了众多研究。交替中继使用多个中继从发送端到接收端依次进行转发。然而，对于交替中继方案，一个固有的缺点就是存在中继间干扰(inter-relayinterference,IRI)，它在很大程度上降低了系统的性能。中继系统可采用放大转发协议(amplify-and-forward,AF)，从而使中继节点对源节点发送的信息进行线性处理，然后再发送到目的节点。对于多输入多输出MIMO放大转发交替中继系统，干扰对齐(interferencealignment,IA)的方法已经被应用于消除中继间干扰IRI。相关文章《AlternateMIMOAFrelayingnetworkswithinterferencealignment:spectralefficientprotocolandlinearfilterdesign》由Ki-HongPark等人于2013年2月在IEEETransactionsonVehicularTechnology上发表，该方案要求系统必须配置三个中继节点，而系统只能获得3/4M的自由度，其中M为系统中每个节点的天线数，并且每个节点的天线数M只能为偶数。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出了一种MIMO交替中继系统中基于放大转发协议的干扰消除方法。实现本专利技术的技术思路是，针对多输入多输出MIMO放大转发交替中继系统存在的中继间干扰，在多输入多输出MIMO交替中继系统中的源节点发送混合信号，并在源节点处和中继节点处分别加入级联的预编码矩阵，采用干扰对齐的方法设计预编码矩阵使中继间干扰IRI完全消除。其具体实现步骤包括如下：(1)设置系统：(1a)在多输入多输出MIMO中继系统中设置一个源节点S、一个目的节点D和两个中继节点R1和R2，各节点均配置M根天线，M≥2；(1b)设置中继系统在奇数时隙时，源节点S和中继节点R2发送信号、中继节点R1和目的节点D接收信号；设置在偶数时隙时，源节点S和中继节点R1发送信号、目的节点D和中继节点R2接收信号；(2)源节点S发送信号：(2a)将源节点S在当前时隙拟发送的有用信号矢量与源节点S上一个时隙已经发送的有用信号矢量相加，得到和矢量；将和矢量作为源节点S拟发送的混合有用信号矢量；(2b)用中继系统源节点S的级联预编码矩阵乘以源节点S拟发送的混合有用信号矢量，将相乘后的信号矢量作为源节点S的发送信号矢量发送出去；(3)中继节点R2接收信号：(3a)在中继系统的第一个时隙，用中继节点R1接收源节点S发送的信号矢量，得到接收信号矢量yr1(1)；(3b)在中继系统的第二个时隙，用中继节点R1的级联预编码矩阵T1W1乘以接收信号矢量yr1(1)，得到中继节点R1在中继系统第二个时隙的发送信号矢量sr1(2)；(3c)中继节点R2在中继系统的第二个时隙接收信号，接收到信号矢量yr2(2)；(4)消除中继节点R2处的中继间干扰：(4a)利用下式，消除中继节点R2处的中继间干扰：其中，IM表示M×M维单位矩阵，M表示中继系统中每个节点的天线数，M≥2，H2表示源节点S到中继节点R2的M×M维平坦衰落信道矩阵，F1表示从中继节点R1到中继节点R2的M×M维平坦衰落信道矩阵，V1表示信道矩阵H2与信道矩阵F1的列向量所张成的子空间的交集，A1表示源节点S在中继系统的时隙为偶数时的一个预编码矩阵，A1的维度是M×M，T1表示中继节点R1的一个预编码矩阵，T1的维度是M×M；(4b)将V1＝H2A1＝F1T1代入到中继节点R2处的中继间干扰H2A1B1+F1T1W1H1中，得到V1B1+V1W1H1，其中，V1表示信道矩阵H2与信道矩阵F1的列向量所张成的子空间的交集，V1的维度是M×M，H2表示源节点S到中继节点R2的M×M维平坦衰落信道矩阵，M表示中继系统中每个节点的天线数，M≥2，F1表示从中继节点R1到中继节点R2的M×M维平坦衰落信道矩阵，T1表示中继节点R1的级联预编码矩阵中的一个预编码矩阵，T1的维度是M×M，A1和B1分别表示源节点S在中继系统的时隙为偶数时的预编码矩阵，A1和B1的维度均是M×M，A1B1表示源节点S在中继系统的时隙为偶数时的级联预编码矩阵，B1＝-β1H1，β1表示源节点S的功率控制因子，T1和W1分别表示中继节点R1的预编码矩阵，T1和W1的维度均是M×M，T1W1表示中继节点R1的级联预编码矩阵，W1＝α1IM，α1表示中继节点R1的功率控制因子，H1表示源节点S到中继节点R1的M×M维平坦衰落信道矩阵；(4c)判断中继节点R1的功率控制因子与源节点S的功率控制因子是否相等，若相等，则执行步骤(4d)，否则，执行步骤(4e)；(4d)用中继节点R1的一个预编码矩阵W1乘以源节点S到中继节点R1的M×M维平坦衰落信道矩阵H1，将其乘积的负矩阵作为源节点S在中继系统的时隙为偶数时的一个预编码矩阵B1，实现H2A1B1+F1T1W1H1＝0；通过源节点S在中继系统的时隙为偶数时的预编码矩阵A1、B1和中继节点R1的预编码矩阵T1、W1的设计消除中继节点R2的中继间干扰，其中H2表示源节点S到中继节点R2的M×M维平坦衰落信道矩阵，M表示中继系统中每个节点的天线数，M≥2，A1和B1分别表示源节点S在时隙为偶数时的一个预编码矩阵，A1和B1的维度均是M×M，A1B1表示源节点S在中继系统的时隙为偶数时的级联预编码矩阵，F1表示从中继节点R1到中继节点R2的M×M维平坦衰落信道矩阵，T1和W1分别表示中继节点R1的一个预编码矩阵，T1和W1的维度均是M×M，T1W1表示中继节点R1的级联预编码矩阵，H1表示源节点S到中继节点R1的M×M维平坦衰落信道矩阵；(4e)比较中继节点R1的功率控制因子和源节点S的功率控制因子，取其中小的值作为参数γ1进行预编码矩阵设计，将参数γ1与M维单位矩阵的乘积作为中继节点R1的一个预编码矩阵W1，将参数γ1与源节点S到中继节点R1的M×M维平坦衰落信道矩阵H1相乘，将得到乘积的负矩阵作为源节点S在中继系统的时隙为偶数时的一个预编码矩阵B1，实现H2A1B1+F1T1W1H1＝0；通过源节点S在中继系统的时隙为偶数时的预编码矩阵A1、B1和中继节点R1的预编码矩阵T1、W1的设计消除中继节点R2处的中继间干扰，其中，H2表示源节点S到中继节点R2的M×M维平坦衰落信道矩阵，M表示中继系统中每个节点的天线数，M≥2，A1B1表示源节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MIMO交替中继系统中基于放大转发的干扰消除方法，其步骤包括如下：(1)设置系统：(1a)在多输入多输出MIMO中继系统中设置一个源节点S、一个目的节点D和两个中继节点R1和R2，各节点均配置M根天线，M≥2；(1b)设置中继系统在奇数时隙时，源节点S和中继节点R2发送信号、中继节点R1和目的节点D接收信号；设置在偶数时隙时，源节点S和中继节点R1发送信号、目的节点D和中继节点R2接收信号；(2)源节点S发送信号：(2a)将源节点S在当前时隙拟发送的有用信号矢量与源节点S上一个时隙已经发送的有用信号矢量相加，得到和矢量；将和矢量作为源节点S拟发送的混合有用信号矢量；(2b)用中继系统源节点S的级联预编码矩阵乘以源节点S拟发送的混合有用信号矢量，将相乘后的信号矢量作为源节点S的发送信号矢量发送出去；(3)中继节点R2接收信号：(3a)在中继系统的第一个时隙，用中继节点R1接收源节点S发送的信号矢量，得到接收信号矢量yr1(1)；(3b)在中继系统的第二个时隙，用中继节点R1的级联预编码矩阵T1W1乘以接收信号矢量yr1(1)，得到中继节点R1在中继系统第二个时隙的发送信号矢量sr1(2)；(3c)中继节点R2在中继系统的第二个时隙接收信号，接收到信号矢量yr2(2)；(4)消除中继节点R2处的中继间干扰：(4a)利用下式，消除中继节点R2处的中继间干扰：IM-H20IM0-F1V1A1T1=0]]>其中，IM表示M×M维单位矩阵，M表示中继系统中每个节点的天线数，M≥2，H2表示源节点S到中继节点R2的M×M维平坦衰落信道矩阵，F1表示从中继节点R1到中继节点R2的M×M维平坦衰落信道矩阵，V1表示信道矩阵H2与信道矩阵F1的列向量所张成的子空间的交集，A1表示源节点S在中继系统的时隙为偶数时的一个预编码矩阵，A1的维度是M×M，T1表示中继节点R1的一个预编码矩阵，T1的维度是M×M；(4b)将V1＝H2A1＝F1T1代入到中继节点R2处的中继间干扰H2A1B1+F1T1W1H1中，得到V1B1+V1W1H1，其中，V1表示信道矩阵H2与信道矩阵F1的列向量所张成的子空间的交集,V1的维度是M×M，H2表示源节点S到中继节点R2的M×M维平坦衰落信道矩阵，M表示中继系统中每个节点的天线数，M≥2，F1表示从中继节点R1到中继节点R2的M×M维平坦衰落信道矩阵，T1表示中继节点R1的级联预编码矩阵中的一个预编码矩阵，T1的维度是M×M，A1和B1分别表示源节点S在中继系统的时隙为偶数时的预编码矩阵，A1和B1的维度均是M×M，A1B1表示源节点S在中继系统的时隙为偶数时的级联预编码矩阵，B1＝‑β1H1，β1表示源节点S的功率控制因子，T1和W1分别表示中继节点R1的预编码矩阵，T1和W1的维度均是M×M，T1W1表示中继节点R1的级联预编码矩阵，W1＝α1IM，α1表示中继节点R1的功率控制因子，H1表示源节点S到中继节点R1的M×M维平坦衰落信道矩阵；(4c)判断中继节点R1的功率控制因子与源节点S的功率控制因子是否相等，若相等，则执行步骤(4d)，否则，执行步骤(4e)；(4d)用中继节点R1的一个预编码矩阵W1乘以源节点S到中继节点R1的M×M维平坦衰落信道矩阵H1，将其乘积的负矩阵作为源节点S在中继系统的时隙为偶数时的一个预编码矩阵B1，实现H2A1B1+F1T1W1H1＝0；通过源节点S在中继系统的时隙为偶数时的预编码矩阵A1、B1和中继节点R1的预编码矩阵T1、W1的设计消除中继节点R2的中继间干扰，其中H2表示源节点S到中继节点R2的M×M维平坦衰落信道矩阵，M表示中继系统中每个节点的天线数，M≥2，A1和B1分别表示源节点S在时隙为偶数时的一个预编码矩阵，A1和B1的维度均是M×M，A1B1表示源节点S在中继系统的时隙为偶数时的级联预编码矩阵，F1表示从中继节点R1到中继节点R2的M×M维平坦衰落信道矩阵,T1和W1分别表示中继节点R1的一个预编码矩阵，T1和W1的维度均是M×M，T1W1表示中继节点R1的级联预编码矩阵，H1表示源节点S到中继节点R1的M×M维平坦衰落信道矩阵；(4e)比较中继节点R1的功率控制因子和源节点S的功率控制因子，取其中小的值作为参数γ1进行预编码矩阵设计，将参数γ1与M维单位矩阵的乘积作为中继节点R1的一个预编码矩阵W1，将参数γ1与源节点S到中继节点R1的M×M维平坦衰落信道矩阵H1相乘，将得到乘积的负矩阵作为源节点S在中继系统的时隙为偶数时的一个预编码矩阵B1，实现H2A1B1+F1T1W1H1＝0；通过源节点S在中继系统的时隙为偶数时的预编码矩阵A1、B1和中继节点R1的预编码矩阵T1、W1的设计消除中继节点R2处的中继间干扰，其中，H2表示源节点S到中继节点R2的M×M...

【技术特征摘要】
1.一种MIMO交替中继系统中基于放大转发的干扰消除方法，其步骤包括如下：(1)设置系统：(1a)在多输入多输出MIMO中继系统中设置一个源节点S、一个目的节点D和两个中继节点R1和R2，各节点均配置M根天线，M≥2；(1b)设置中继系统在奇数时隙时，目的节点D接收了中继节点R2发送的信号，中继节点R1接收了源节点S发送的信号；设置在偶数时隙时，目的节点D接收了中继节点R1发送的信号，中继节点R2接收了源节点S发送的信号；(2)源节点S发送信号：(2a)将源节点S在当前时隙拟发送的有用信号矢量与源节点S上一个时隙已经发送的有用信号矢量相加，得到和矢量；将和矢量作为源节点S拟发送的混合有用信号矢量；(2b)用中继系统源节点S的级联预编码矩阵乘以源节点S拟发送的混合有用信号矢量，将相乘后的信号矢量作为源节点S的发送信号矢量发送出去；(3)中继节点R2接收信号：(3a)在中继系统的第一个时隙，用中继节点R1接收源节点S发送的信号矢量，得到接收信号矢量yr1(1)；(3b)在中继系统的第二个时隙，用中继节点R1的级联预编码矩阵T1W1乘以接收信号矢量yr1(1)，得到中继节点R1在中继系统第二个时隙的发送信号矢量sr1(2)，其中，T1W1表示中继节点R1的级联预编码矩阵，W1＝α1IM，α1表示中继节点R1的功率控制因子；(3c)中继节点R2在中继系统的第二个时隙接收信号，接收到信号矢量yr2(2)；(4)消除中继节点R2处的中继间干扰：(4a)利用下式，消除中继节点R2处的中继间干扰：其中，IM表示M×M维单位矩阵，H2表示源节点S到中继节点R2的M×M维平坦衰落信道矩阵，F1表示从中继节点R1到中继节点R2的M×M维平坦衰落信道矩阵，V1表示信道矩阵H2与信道矩阵F1的列向量所张成的子空间的交集，A1表示源节点S在中继系统的时隙为偶数时的一个预编码矩阵，A1的维度是M×M，T1表示中继节点R1的一个预编码矩阵，T1的维度是M×M；(4b)将V1＝H2A1＝F1T1代入到中继节点R2处的中继间干扰H2A1B1+F1T1W1H1中，得到V1B1+V1W1H1；(4c)判...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，李建东，刘勤，黄鹏宇，刘朋斌，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61