一种基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输方法，所述系统采用基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输，发送端和接收端不需要知道瞬时信道信息，中继不需要全局信道信息。使得随着中继数增大，信息流间的干扰将会被消除，从而提高系统容量。本发明专利技术通过两个中继站群交替转发的乒乓中继方法可避免中继半双工损失，并且在各节点采用多天线技术可以进一步提升系统吞吐量。该方法仅需要系统信道状态的统计信息，具有复杂度低，信令开销低的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输方法。
技术介绍
科技的发展在推动了无线通信技术发展的同时，也带来了更大的通信业务需求。伴随着业务需求量和接入设备数量的高速增长，传统的无线通信系统已经无法满足需求。通信密集化是一种有效的解决方法。密集通信不但可以提高用户覆盖率，而且可以降低能量消耗，有效地利用中继间协作带来的系统增益，节约频谱资源。MIMO技术的使用也是解决提高系统通信速率的重要渠道。所谓MIMO技术，是利用在传输系统中利用多天线的分集和复用增益从而提高传输系统的速率和稳定性。乒乓中继算法也是提高系统通信速率的一种方法。在传统的传输方法中，中继采用两时隙方法工作，即无法同时发送或者接收，基站传输一帧数据需要两个时隙，该方法的直接影响是将会带来频谱效率的损失。为了避免传统的半双工方法带来的频谱效率损失，我们可以采用一种多个中继站来交替协助传输的乒乓中继的方法。我们把所有的传输时隙分为奇数和偶数时隙。奇时隙时，基站向一组中继群发送数据，另一组中继群转发上一时隙的数据给接收端，在偶数时隙，之前负责接收的中继站群转发上一时隙的数据，而另一组中继群负责接收来自发送端的数据。模拟网络编码有利于具有大量中继群的密集通信系统提升性能。模拟网络编码在每个中继上采用的是放大转发策略，信号处理过程简单，同时由于该策略仅仅需要基站以及用户终端到其本身的信道增益，而不需要全局信道增益，因此可以显著减少获取信道增益的信令开销。本专利技术提供一种基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输方法，无需实时信道状态信息，信令开销低。同时该方法计算负责度低，因此非常适合于具有大量中继站的密集通信系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输方法。该传输方法采用基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输，中继对信号进行相干接收并进行预编码。发送端和接收端不需要知道瞬时信道信息，使得随着中继数增大，信息流间的干扰将会被消除，从而提高系统容量。该方法中中继不需要全局信道信息，信令开销低。同时该方法的计算复杂度仅为中继站总数的平方量级，因此非常适合于具有大量中继站的密集通信系统。本专利技术的技术方案是：系统采用基于模拟网络编码的乒乓中继传输，中继对信号进行相干接收并进行预编码。发送端和接收端不需要知道瞬时信道信息，中继不需要全局信道信息。使得随着中继数增大，信息流间的干扰将会被消除，提高系统容量。所述的一种基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输方法，其特征在于：系统采用基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输，中继对信号进行相干接收并进行预编码。发送端和接收端不需要知道瞬时信道信息，中继不需要全局信道信息，使得随着中继数增大，信息流间的干扰将会被消除，从而提高系统容量，具体包括如下步骤：1.1)、系统为一个多天线基站通过GA，GB两组中继发射M路数据流给M个用户，GA、GB两大组又分别分成了M小组，分别记为χA,m和χB,m,m取1,2,…M。每一小组中继负责一路数据流，我们假定在一轮数据传输的L个时隙内，L取奇数，共需要传输L-1个子帧；1.2)、在第一个时隙，源端每一路天线同时发射信号，GA组中继分别接收信号，GB组中继保持静默，GA组第k个中继收到的信号为：其中，为发送端需要发送的M路数据，为第一个时隙发送端与中继k之间的N×Q的信道系数矩阵，信道系数的方差为αk，l；1.3)、在第二个时隙和接下来的偶数时隙l(l＝2,4,…,L-1)，中继Rk∈GB收到的信号为：Rk∈GB，其中是GA组中继与GB组中继之间信道的系数矩阵，其中的每个元素fm,n的方差为ηm,n，GA组中继在l时隙转发接收到的信号，表示为同时，接收端第i个天线接收来自GA组中继的信号：1.4)、在第三个时隙和接下来的奇数时隙l(l＝3,5,…,L)，中继Rk∈GA收到的信号为：Rk∈GA，其中是GA组中继与GB组中继之间信道的系数矩阵，其中的元素方差为ηm,n，是GB组中继在l时隙发送的信号，同时，接收端第i个天线接收来自GB组中继的信号：其中，为中继k和接收端天线i之间在l时隙的信道矩阵；1.5)、在最后一个时隙(假定为奇数)，GA组中继保持静默，GB组中继发送信号给接收端，接收过程与步骤1.4)相同。所述的基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输方法，其特征在于多天线乒乓中继、中继相关接收、中继预编码以及接收端的恢复解调方法的具体步骤如下：2.1)我们按照一定的方法把每个中继对应分配给M路天线中某一路收发天线对，负责接收和转发该路数据流，不失一般性，我们规定第m根发射天线与第m根接收天线组成第m个收发对，我们把分配给第m个收发天线对的中继组记为χm；2.2)第l时隙发送端在发送，其中继k负责发送数据流l，在中继Rk∈GA端利用匹配滤波接收方法，将得到2.3)中继发送处理过的信号时，进行前向信道匹配滤波处理，即在匹配接收到的信号上乘上同时考虑到中继功率限制，需要在发送信号前乘上系数得到：以中继组GA中的中继为例，中继系数的求解方法如下：2.3.1)由上述方法中的步骤，我们可以得到中继组GA每个中继转发的数据为：根据中继的功率限制我们可以得到：2.4)接收端解调过程，根据步骤1.3)、1.4)、2.2)以及2.3)，得到在l时隙(假定l为偶数)接收端收到的信号为：整理式子，并利用信道均值对接收信号做解调；2.5)系统偶数时隙吞吐量表示为：2.5.1)步骤2.5中各项的计算方法如下：2.5.2)相应地，得到奇数时隙的系统吞吐量：其中，2.5.3)相应地，得到第二时隙的系统吞吐量：其中，2.6)最后得到系统总的吞吐量：本专利技术的有益效果是，对于基于模拟网络编码的多天线乒乓中继系统，通过中继相干接收和预编码，以及乒乓中继算法，大大提高系统吞吐量。同时本专利技术提供的方法具有低复杂度、低信令开销的优点。附图说明图1a是基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输方法示意图；图1b是基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输方法示意图；图2是基于采用本专利技术方法的模拟网络编码的乒乓中继系统与传统的两时隙传输方法在不同中继站数目下的系统总传输速率比较图。具体实施方式本专利技术的基于模拟网络编码的乒乓中继系统传输过程如图1a和图1b所示。在传输开始前，首先收集网络中的统计信道状态信息，即基站到各中继站、各中继站之间以及用户终端到各中继站的方差，以此来进行中继站的选择和分组。之后，在各时隙传输之前，基站广播训练序列，各中继站以此获得基站到其的信道增益，之后用户终端广播训练序列，利用信道互易，各中继站以此获得其到用户终端的信道增益，然后开始传输。具体步骤如下：1.1)、系统为一个多天线基站通过GA，GB两组中继发射M路数据流给M个用户。GA、GB两大组又分别分成了M小组，分别记为χA,m和χB,m,m取1,2,…M。每一小组中继负责一路数据流。我们假定在一轮数据传输的L个时隙(L取奇数)内，共需要传输L-1个子帧。1.2)、在第一个时隙，源端每一路天线同时发射信号，GA组中继分别接收信号，GB组中继保持静默。GA组第k个中继收到的信号为：其中，为发送端需要发送的M路数据。为第一个时隙发送端与中继k之间的N×Q的信道系数矩阵,信道系数的方差为αk，l。1.3)、在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输方法，其特征在于：系统采用基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输，中继对信号进行相干接收并进行预编码。发送端和接收端不需要知道瞬时信道信息，中继不需要全局信道信息，使得随着中继数增大，信息流间的干扰将会被消除，从而提高系统容量，具体包括如下步骤：1.1)、系统为一个多天线基站通过GA，GB两组中继发射M路数据流给M个用户，GA、GB两大组又分别分成了M小组，分别记为χA,m和χB,m,m取1,2,…M；每一小组中继负责一路数据流，我们假定在一轮数据传输的L个时隙内，L取奇数，共需要传输L‑1个子帧；1.2)、在第一个时隙，源端每一路天线同时发射信号，GA组中继分别接收信号，GB组中继保持静默，GA组第k个中继收到的信号为：其中，为发送端需要发送的M路数据，为第一个时隙发送端与中继k之间的N×Q的信道系数矩阵，信道系数的方差为αk，l；1.3)、在第二个时隙和接下来的偶数时隙l(l＝2,4,…,L‑1)，中继Rk∈GB收到的信号为：Rk∈GB，其中是GA组中继与GB组中继之间信道的系数矩阵，其中的每个元素fm,n的方差为ηm,n，GA组中继在l时隙转发接收到的信号，表示为同时，接收端第i个天线接收来自GA组中继的信号：1.4)、在第三个时隙和接下来的奇数时隙l(l＝3,5,…,L)，中继Rk∈GA收到的信号为：Rk∈GA，其中是GA组中继与GB组中继之间信道的系数矩阵，其中的元素方差为ηm,n，是GB组中继在l时隙发送的信号，同时，接收端第i个天线接收来自GB组中继的信号：其中，为中继k和接收端天线i之间在l时隙的信道矩阵；1.5)、在最后一个时隙(假定为奇数)，GA组中继保持静默，GB组中继发送信号给接收端，接收过程与步骤1.4)相同。...

【技术特征摘要】
1.一种基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输方法，其特征在于：系统采用基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输，中继对信号进行相干接收并进行预编码。发送端和接收端不需要知道瞬时信道信息，中继不需要全局信道信息，使得随着中继数增大，信息流间的干扰将会被消除，从而提高系统容量，具体包括如下步骤：1.1)、系统为一个多天线基站通过GA，GB两组中继发射M路数据流给M个用户，GA、GB两大组又分别分成了M小组，分别记为χA,m和χB,m,m取1,2,…M；每一小组中继负责一路数据流，我们假定在一轮数据传输的L个时隙内，L取奇数，共需要传输L-1个子帧；1.2)、在第一个时隙，源端每一路天线同时发射信号，GA组中继分别接收信号，GB组中继保持静默，GA组第k个中继收到的信号为：其中，为发送端需要发送的M路数据，为第一个时隙发送端与中继k之间的N×Q的信道系数矩阵，信道系数的方差为αk，l；1.3)、在第二个时隙和接下来的偶数时隙l(l＝2,4,…,L-1)，中继Rk∈GB收到的信号为：Rk∈GB，其中是GA组中继与GB组中继之间信道的系数矩阵，其中的每个元素fm,n的方差为ηm,n，GA组中继在l时隙转发接收到的信号，表示为同时，接收端第i个天线接收来自GA组中继的信号：1.4)、在第三个时隙和接下来的奇数时隙l(l＝3,5,…,L)，中继Rk∈GA收到的信号为：Rk∈GA，其中是GA组中继与GB组中继之间信道的系数矩阵，其中的元素方差为ηm,n，是GB组中继在l时隙发送的信号，同时，接收端第i个天线接收来自GB组中继的信号：其中，为中继k和接收端天线i之间在l时隙的信道矩阵；1.5)、在最后一个时隙(假定为奇数)，GA组中继保持静默，GB组中继发送信号给接收端，接收过程与步骤1.4)相同。2.根据权利要求1中的基于模拟网络编码的多天线乒乓中继传输方法，其特征在于多天线乒乓中继、中继相关接收、中继预编码以及接收端的恢复解调方法的具体步骤如下：2.1)我们按照一定的方法把每个中继对应分配给M路天线中某一路收发天线对，负责接收和转发该路数据流，不失一般性，我们规定第m根发射天线与第m根接收天线组成第m个收发对，我们把分配给第m个收发天线对的中继组记为χm；2.2)第l时隙发送端在发送，其中继k负责发送数据流l，在中继Rk∈GA端利用匹配滤波接收方法，将得到2.3)中继发送处理过的信号时，进行前向信道匹配滤波处理，即在匹配接收到的信号上乘上同时考虑到中继功率限制，需要在发送信号前乘上系数得到：以中继组GA中的中继为例，中继系数的求解方法如下：2.3.1)由上述方法中的步骤，我们可以得到中继组GA每个中继转发的数据为：根据中继的功率限制我们可以得到：γk(l)=PGANMA1MpsΣk=1Nβk,lΣk=1N3αk,l2+Σj=1,j≠lM1MpsΣk=1Nβk,lΣk=1Nαk,lαk,l+Σk=1Nβk,lΣk=1Nαk,l+PGBNMBΣk=1Nβk,lΣk=1Nαk,lΣRk∈GBΣk=1NηkB,k,l=4,6...,L-1]]>γk(l)=PGBNMB1MpsΣk=1Nβk,lΣk=1N3αk,l2+Σj=1,j≠lM1MpsΣk=1Nβk,lΣk=1Nαk,lαk,j+Σk=1Nβk,lΣk=1Nαk,l+PGANMAΣk=1Nβk,lΣk=1Nαk,lΣRk∈GAΣk=1NηkA,k,l=3,5...,L]]>γk(l)=PGANMA1MpsΣk=1Nβk,lΣk=1N3αk,l2+Σj=1,j≠lM1MpsΣk=1Nβk,lΣk=1Nαk,lαk,l+Σk=1Nβk,lΣk=1Nαk,l,l=2]]>2.4)接收端解调过程，根据步骤1.3)、1.4)、2.2)以及2.3)，得到在l时隙(假定l为偶数)接收端收到的信号为：整理式子，并利用信道均值对接收信号做解调；2.5)系统偶数时隙吞吐量表示为：Ri(even)=log(1+Ef|L1|2Σn=24Ef|Ln|2+Ef|Lerror|2+1)forl=4,6,...,L-1]]>2.5.1)步骤2.5中各项的计算方法如下：2.5.2)相应地，得到奇数时隙的系统吞吐量：Ri(even)=log(1+Ef|L1|2Σn=24Ef|Ln|2+Ef|Lerror|2+1),for,l=3,5,...,L]]>其中，Ef|L1|2=PSM(Σk,Rk∈χB,iγk2Σk=1Nβk,i2Σk=1Nαk,i2+2Σk1,k2,Rk1,Rk2&El...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏长然，张昱，彭宏，徐志江，卢为党，施建飞，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33