一种快速高精度多点协作传输方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种异构网络下基于空时分组码块对角化(space

【技术实现步骤摘要】
一种快速高精度多点协作传输方法及系统


[0001]本专利技术属于多点协作传输
，特别是一种快速高精度多点协作传输方法及系统。

技术介绍

[0002]现代船舶制造过程及生产现场日益复杂，高速率与高效率的信息传输对生产和操作效率至关重要，这使得工业现场原有的网络系统架构很难或无法满足目前工业现场设备通信的实时性需求。目前，异构网络(HetNets)能够显著提升网络系统吞吐量和网络整体效率，是长期演进项目的后期演进(Long Term Evolution Advanced,LTE
‑
A)系统中关键技术之一。异构网络在传统小区内加入远端无线节点等发射功率更小的节点，大幅提高了频谱资源的空间复用率。但是远端节点的引入改变了传统蜂窝网络的拓扑结构，带来了更复杂的无线环境。多点协作传输技术通过基站与各个射频接入点协作，能够将干扰信号转变为有用信号，增强接收信干噪比的期望，改善小区边缘用户的性能。
[0003]然而，传统的异构网络小区划分的预编码方案有一定局限性，无法有效解决异构网络场景下的干扰问题，并且产生了极大的计算开销，涉及大规模矩阵的奇异值计算，尤其是针对大规模天线(Massive Multiple
‑
Input Multiple
‑
Output)。例如，传统的基于信号泄露噪比算法以及块对角化(Block diagonal,BD)预编码设计方案等，针对新高干扰模型在发射端进行消除，但是忽略了数据传输的可靠性，抗噪性能较差。而基于几何均值分解的块对角化算法和基于统一信道分解的块对角化算法在传统BD方法基础上改进了信道分解方法，略微提高了抗噪性，但算法则变得极为复杂。此外，另一种基于非相关的单频网方案中，虽然只需向所有协作节点反馈一个预编码向量，具备灵活，反馈量较小的特性，但是该方案大大降低了性能增益。另一方面，被广泛使用的空时分组编码(Space Time Block Coding,STBC)虽然无法精确消除干扰，但其通过空/时二维分组编码能够大幅度提高通信链路传输的可靠性。但是，该方案在大规模天线场景中同样存在计算复杂度较高的缺陷。
[0004]面向船舶制造场景中的复杂电磁环境，传统异构通信网络虽然通过布设一些低功率的基站大幅提升频谱效率，同时也带来了严重的信号干扰以及功率开销，这迫切需要设计一种新的快速的多点协作传输方法避免干扰。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对面向船舶制造场景中的复杂电磁环境，传统异构通信网络虽然通过布设一些低功率的基站大幅提升频谱效率，同时也带来了严重的信号干扰以及功率开销的问题，提出一种异构网络下基于空时分组码块对角化(space
‑
time block coding
‑
block diagonalization，STBC
‑
BD)的快速高精度多点协作传输方法及系统。针对实时性需求较高的船舶制造复杂环境，本专利技术方案通过选择符合协作传输条件的船舶网络设备，对预编码过程涉及的波束赋形矩阵计算进行优化，降低计算开销；同时利用空时分组码对于船舶异构网络架构中的涉及的相关数据进行编码，提高接收信噪比。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种快速高精度多点协作传输方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]步骤1，异构网络中，当前用户通信设备通过空时分组编码STBC向其它用户通信设备发送信号；
[0008]步骤2，基于快速奇异值分解SVD策略获取当前用户通信设备的波束赋行矩阵；
[0009]步骤3，根据信道的权重进行自适应的功率分配及预编码，对波束赋行矩阵进行改进，以提高当前通信设备发送信号的效率即提升信道信息传输性能；
[0010]步骤4，接收端的通信设备对STBC的码字信息进行译码。
[0011]进一步地，该方法针对如下异构网络场景，一个由宏小区基站eNB与K－1个射频拉远头RRH组成的异构网小区，基站以及所有的RRH共同负责用户通信设备UE的调度与信息协作传输操作；
[0012]其中，宏小区基站和第k个协作点包含个天线，每个用户通信设备包含个天线k＝1，2，...，K
‑
1，v＝1，2，...，B；在下行传输时，所有传输点和单个用户通信设备会匹配，进而得到一个等价的虚拟大规模MIMO系统的信道矩阵H
v
，该矩阵的维度为其具体如下式所示：
[0013][0014]式中，H
v
表示第v个用户通信设备与基站之间形成的通信信道的信道矩阵，表示从第k个协作点的第j根发射天线到第v个用户通信设备第l根接收天线的信道系数。
[0015]进一步地，步骤1所述异构网络中，当前用户通信设备通过空时分组编码STBC向其它用户通信设备发送信号，具体过程包括：
[0016]步骤1
‑
1，当前第v个用户通信设备发送P个比特信号，经调制后可得发送符号向量其中表示不同的码字，i＝1,2,
…
,MP，M为空时分组编码层数，由编码方案确定；
[0017]步骤1
‑
2，将所述发送符号向量通过串并转换以及空时分组编码器进行空时编码，当M取2时，经编码后的发送符号矩阵表示为：
[0018][0019]式中，表示的共轭；
[0020]步骤1
‑
3，其它用户通信设备对发送信号进行接收，获得接收信号Y
v
为：
[0021]Y
v
＝H
v
F
v
K
v
+N
I
+N
v
[0022]式中，H
v
F
v
K
v
为期望接收信号，为干扰信号，N
v
为复高斯白噪声矩阵；F
v
为当前第v个用户通信设备的波束赋形矩阵，F
i
为第i个用户通信设备的波束赋形矩
阵，H
i
为第i个用户通信设备与基站之间形成的通信信道的信道矩阵，K
i
为第i个用户通信设备发送信号经编码后的发送符号矩阵；在当前多点协作传输系统中，每个用户通信设备的预编码波束赋形矩阵尺寸大小均为
[0023]进一步地，步骤2所述基于快速SVD策略获取当前通信设备的波束赋行矩阵，具体为：
[0024]基于除当前第v个用户通信设备的其他所有用户通信设备的联合接收信道矩阵进行近似奇异值分解；过程包括：
[0025]步骤2
‑
1，对矩阵H
all
的进行列采样，获得低维矩阵C：
[0026]C＝H
all
R
[0027]式中，采样矩阵O1、O2分别为矩阵H
all
的行和列维度，s为采样长度；采样矩阵R中的元素满足高斯随机分布，其均值为0，方差为1；
[0028]步骤2...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速高精度多点协作传输方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，异构网络中，当前用户通信设备通过空时分组编码STBC向其它用户通信设备发送信号；步骤2，基于快速奇异值分解SVD策略获取当前用户通信设备的波束赋行矩阵；步骤3，根据信道的权重进行自适应的功率分配及预编码，对波束赋行矩阵进行改进，以提高当前通信设备发送信号的效率即提升信道信息传输性能；步骤4，接收端的通信设备对STBC的码字信息进行译码。2.根据权利要求1所述的快速高精度多点协作传输方法，其特征在于，该方法针对如下异构网络场景，一个由宏小区基站eNB与K－1个射频拉远头RRH组成的异构网小区，基站以及所有的RRH共同负责用户通信设备UE的调度与信息协作传输操作；其中，宏小区基站和第k个协作点包含个天线，每个用户通信设备包含个天线k＝1，2，...，K
‑
1，v＝1，2，...，B；在下行传输时，所有传输点和单个用户通信设备会匹配，进而得到一个等价的虚拟大规模MIMO系统的信道矩阵H
v
，该矩阵的维度为其具体如下式所示：式中，H
v
表示第v个用户通信设备与基站之间形成的通信信道的信道矩阵，表示从第k个协作点的第j根发射天线到第v个用户通信设备第l根接收天线的信道系数。3.根据权利要求1或2所述的快速高精度多点协作传输方法，其特征在于，步骤1所述异构网络中，当前用户通信设备通过空时分组编码STBC向其它用户通信设备发送信号，具体过程包括：步骤1
‑
1，当前第v个用户通信设备发送P个比特信号，经调制后可得发送符号向量其中表示不同的码字，i＝1,2,
…
,MP，M为空时分组编码层数，由编码方案确定；步骤1
‑
2，将所述发送符号向量通过串并转换以及空时分组编码器进行空时编码，当M取2时，经编码后的发送符号矩阵表示为：式中，表示的共轭；步骤1
‑
3，其它用户通信设备对发送信号进行接收，获得接收信号Y
v
为：Y
v
＝H
v
F
v
K
v
+N
I
+N
v
式中，H
v
F
v
K
v
为期望接收信号，为干扰信号，N
v
为复高斯白噪声矩阵；F
v
为当前第v个用户通信设备的波束赋形矩阵，F
i
为第i个用户通信设备的波束赋形矩阵，H
i
为第i个用户通信设备与基站之间形成的通信信道的信道矩阵，K
i
为第i个用户通信设备发送信号经编码后的发送符号矩阵；在当前多点协作传输系统中，每个用户通信设备的预编码波束赋形矩阵尺寸大小均为4.根据权利要求3所述的快速高精度多点协作传输方法，其特征在于，步骤2所述基于快速SVD策略获取当前通信设备的波束赋行矩阵，具体为：基于除当前第v个用户通信设备的其他所有用户通信设备的联合接收信道矩阵进行近似奇异值分解；过程包括：步骤2
‑
1，对矩阵H
all
的进行列采样，获得低维矩阵C：C＝H
all
R式中，采样矩阵O1、O2分别为矩阵H
all
的行和列维度，s为采样长度；采样矩阵R中的元素满足高斯随机分布，其均值为0，方差为1；步骤2
‑
2，进一步对矩阵H
all
进行低秩精确分解，形式描述为：此时，最优因式分解矩阵X...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄斌，王栋耀，刘学，方超，王玉翠，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一六研究所，
类型：发明
国别省市：