支持任意个数节点协同的全双工空时码矩阵递推设计方法技术

本发明专利技术提供一种支持任意个数节点协同的全双工空时码矩阵递推设计方法，包括：步骤S1，准备N

【技术实现步骤摘要】
支持任意个数节点协同的全双工空时码矩阵递推设计方法


[0001]本专利技术涉及信息
，具体而言，涉及一种支持任意个数节点协同的全双工空时码矩阵递推设计方法。

技术介绍

[0002]在无线通信
，协作通信由于在提高无线通信系统的链路可靠性和能源效率方面的优点，多年来一直是人们研究的热点。这种技术的核心思想是，通过分布式传输和信息处理，每个协作节点不仅发送自己的信息，而且协助转发其他节点的信息，利用这种方式可实现虚拟多天线系统的效果，使单天线的节点也具有了多天线传输系统的性能增益。
[0003]在通信系统中，节点主要有两种工作模式：半双工(Half Duplex，HD)模式和全双工模式(Full Duplex，FD)。
[0004]在半双工模式中，虽然通信节点可以进行接收或者收发的双向传输，但是在某个时刻或某个频段，只能要么接收，要么发射，否则通信节点的发射机会强烈干扰接收机，无法完成通信。传统的半双工双向通信，在上行链路和下行链路采用了正交的资源来进行传输，使得上下行链路不会相互干扰，但是从信息论的角度考虑，半双工双向通信没有充分逼近双向信道的理论容量上限。半双工模式下，根据收发信道的不同配置方法，无线通信网络可相应地分为时分双工(TDD)和频分双工(FDD)两类。TDD的接收和发送是使用同一频率的不同时隙来区分上、下行信道，在时间上是不连续的。FDD在两个分离的、对称的频率信道上分别进行接收和发送。FDD必须采用成对的频率区分上行、下行链路，上下行频率间必须有保护频段。由于受到半双工的限制，当前移动通信网络中始终存在着一些难以克服的缺陷。例如：在TDD系统中，上行定时提前与收发状态转换降低了资源利用率，固定的上下行时隙配置必然引入较长的传输时延；对于FDD系统，隔离上下行传输的对称频段需求，随着频谱资源的日益稀缺与宽带无线应用的发展，将愈发难易满足。
[0005]全双工模式，全称为同时同频全双工，是一种能在相同的频率资源、相同的时刻，同时发射和接收无线信号的技术。在全双工系统中，通过各种自干扰消除(SIC)技术，可以消除由自己发送信号形成的干扰。它在理论上可以使无线通信系统的频谱效率提高两倍。因此，FD通信是一个研究热点，能将现有的频谱效率提高一倍，具有广泛的应用价值和研究意义。为实现同频同时信号收发操作，通信节点一般会配备有两根天线，分别用于信号的发射和信号的接收。
[0006]传统的协作通信系统通常基于半双工，其中源节点必须利用正交通道来共享信息。它们需要额外的时频资源来接收来自其他源节点的信号，从而导致频谱效率的损失。全双工通信可以克服此缺陷。自然地，引出一个问题：传统的协作通信技术在全双工模式中是否仍然有效？
[0007]空时编码(Spatial
‑
Time Coding，STC)是在空间域和时间域两个维度上对信号进行编码。空时传输分集(Spatial
‑
Time Transmit Diversity，STTD)技术是处理衰落效应的可靠技术之一。它通过在发射机端进行联合编码来增加信号的冗余，从而允许信号在接收
机端获得时间和空间的分集增益。
[0008]在无线协作通信中利用STTD是很有意义的，称为分布式空时编码(Distributed STC，DSTC)。文献(J.N.Laneman and G.W.Wornell,“Distributed space
‑
time
‑
coded protocols for exploiting cooperative diversity in wireless networks,”IEEE Transactions on Information Theory,vol.49,no.10,pp.2415
–
2425,Oct.2003.)首次提出了DSTC协作通信技术。整个DSTC传输可以分为两个阶段：1)源节点向协作节点和目的节点广播其数据；2)协作节点解码并转发其相应的码字矩阵的相应部分。
[0009]在STTD的各种技术中，空时分组编码(Spatial Time Block Code，STBC)具有简单解码和全分集增益的特点。STBC是根据码字的正交设计原理来构造空时码，其设计原则就是设计出的码字各行各列之间满足正交性。接收时采用最大似然检测算法进行解码，由于码字之间的正交性，在接收端只需做简单的线性处理即可，具有极低的解码复杂度。
[0010]STBC中的编码矩阵(用符号G表示)，是由N个发送符号组成的符号块(block)变换得来。一个STBC编码矩阵G定义为一个T行N列的矩阵，矩阵中的元素是待发送的数据符号。其中T代表了码字占用的时隙数量，每个时隙为一个符号持续时长；N代表一个时隙中要发送的符号数，也是协作节点的数量，也对应协作天线数量。码字G共有T个时隙，并按行由N副天线同时发送，即在第1个时隙发送第1行，第2个时隙发送第2行，依此类推，总共需T个时隙才可完成一个编码码字的发送。因此，矩阵的每一列符号实际是由同一副发送天线在不同时刻发送的。考虑到编码矩阵的列之间的相互正交性，在同一副天线上发送出去的数据符号与另外任意天线上发送出去的数据符号是正交的，故这类码称为正交空时分组码(OSTBC)。
[0011]在全双工模式下，协同通信系统中使用OSTBC可以获得分集增益。因此，一些研究人员关注全双工协作通信中的STBC设计，现有的研究主要针对双源节点场景，即两个信源节点互相协作向一个目的节点发送信息。在文献(O.Kaya and S.Ulukus.“Power control for fading multiple access channels with user cooperation,”in Proc.of IEEE International Conference on Wireless Networks,2005.)中提出了一种在解码转发(Decode and Forward，DF)协议中的双源节点全双工协作方案，并给出了其可实现的数据率。它通过最优的功率分配策略来最大化可实现的数据速率。文献(P.A.Anghel and M.Kaveh,“On the performance of distributed space
‑
time coding systems with one and two non
‑
regenerative relays,”IEEE transactions on Wireless Communications,vol.5,no.3,pp.682
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692,March 2006.)以及文献(P.A.Anghel,G.Leus and M.Kaveh,“A Full
‑
diversity distributed space
‑
time coding system with regenerative relay本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种支持任意个数节点协同的全双工空时码矩阵递推设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，准备N
‑
1个源节点的T行N
‑
1列OSTBC编码矩阵G
N
‑1；步骤S2，将T行N
‑
1列OSTBC编码矩阵G
N
‑1置于N个源节点的编码矩阵G
N
的左侧；步骤S3，确定步骤S2处理后的编码矩阵G
N
中第N个源节点在前T个时隙的发送数据；步骤S4，在步骤S3处理后的编码矩阵G
N
中添加新行以保证正交性；步骤S5，验证步骤S4处理后的编码矩阵G
N
的正交性。2.根据权利要求1所述的支持任意个数节点协同的全双工空时码矩阵递推设计方法，其特征在于，步骤S2中将T行N
‑
1列OSTBC编码矩阵G
N
‑1置于N个源节点的编码矩阵G
N
的左侧后，得到此时的编码矩阵G
N
为：[G
N
‑1ꢀ‑
]即此时的编码矩阵G
N
由N个列构成，其中的前N
‑
1列为T行N
‑
1列OSTBC编码矩阵G
N
‑1，第N列
“‑”
表示T行1列的待确定元素。3.根据权利要求2所述的支持任意个数节点协同的全双工空时码矩阵递推设计方法，其特征在于，步骤S3中确定步骤S2处理后的编码矩阵G
N
中第N个源节点在前T个时隙的发送数据的方法为：第N个源节点S
N
在第1个时隙至第T
‑
1个时隙不发送数据，在第T个时隙发送自己的数据符号x
N
，形成此时的编码矩阵G
N
为：其中，0
T
‑1表示第N个源节点S
N
在第1个时隙至第T
‑
1个时隙不发送数据构成...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜智勇，刘立刚，周斌，
申请(专利权)人：成都中科微信息技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：