一种网络编码的上下行中继传输方法技术

一种网络编码上下行中继传输方法，基站先对发送信息进行基站预处理，再与多个用户终端同时向中继发送信息；中继对接收到的多个用户终端的发送信息与对应基站发送信息的网络编码信息进行中继预处理，消除多个叠加的网络编码信息间的下行传输干扰。然后，中继将处理后的信息分别向基站和各用户终端进行放大转发，基站从接收到的多个网络编码信息的叠加信息中消去自身发送信息后，利用多用户检测算法获得用户终端发送信息；用户终端分别从其接收到的自身发送信息与对应基站发送信息的网络编码信息中消去自身发送信息，获得所需的基站发送信息。该方法只用两个资源块完成基站和多个用户终端间的上下行通信，降低传输时延，提高系统吞吐量和频谱效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于无线中继传输的技术领 域。
技术介绍
为了提高小区覆盖范围和系统吞吐量，无线中继技术成为下一代移动通信系统采 用的一项重要技术。但是，中继传输将占用额外的无线资源，同时增加传输的时延，从而引 起系统频谱效率降低，与未来无线通信传输的即时性和高效性相违背。因此，在下一代移 动通信系统中引入了多输入多输出技术，利用空间复用技术支持多路数据流的单向并行传 输，以提高系统吞吐量和频谱效率。参见图1，介绍传统的上下行中继传输方法的传输原理。该传输场景是有M个单天 线用户终端、单基站和单中继，且基站和中继均配备M根天线。基站和用户终端之间的上下 行传输是分别占用正交的资源块完成的。在上行链路上，首先由所有的用户终端同时向中 继发送各自的信息，中继接收到多个用户终端的叠加信息。为了减少中继处理带来的传输 时延，中继利用多天线对接收到的信息进行放大转发。在下行链路上，基站先向中继发送信 息，中继接收到多个基站发送信息的叠加信息。由于用户终端的接收能力受到单天线配置 的制约，因此需要在中继进行相应的下行预编码处理来消除各数据流间的干扰。然后，中继 才对处理后的信息进行放大转发，用户终端才能接收到所需的基站发送信息。其中的上下 行传输分别需要占用两个资源块，因此传统的上下行中继传输方法需要使用4个资源块完 成基站与多个用户终端之间的信息传输。因此，在实施现行的上下行中继传输过程中，发现其中至少存在如下问题现有技 术的传输方法至少需要4个资源块才能完成基站和多个用户终端之间的上下行传输，系统 资源利用率低，空时资源开销大，导致网络的传输效率低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供，该方法利 用在无线中继网络中采用网络编码技术，支持基站和多个用户终端同时进行上下行的双向 传输，从而有效地解决了现有技术存在的系统资源的利用率低，空时资源的开销大，网络的 传输效率低等多种缺陷，能够显著提高无线中继网络的数据传输效率和网络的利用率，并 提高网络系统的吞吐量和鲁棒性。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种网络编码上下行中继传输方法，用于基站 和多个用户终端之间高速传输的上下行通信；其特征在于所述方法包括下列操作步骤(1)基站利用信道状态信息对发送信息进行基站预处理，保证该发送信息经过无 线信道传输到达中继后，能够与对应用户终端的发送信息进行无干扰的网络编码；(2)基站和多个用户终端同时向中继发送信息，中继接收到多个用户终端的发送 信息与对应基站发送信息的网络编码信息；(3)中继对接收到的各用户终端的发送信息和基站发送信息的网络编码信息进行 中继预处理，消除各个网络编码数据流间的下行传输干扰，并向基站和各用户终端广播处 理后的信息； (4)基站从接收到的多个各自独立的中继发送信息中，消去自身发送信息后，利用 相应的多用户终端检测算法获得各个用户终端的发送信息；(5)用户终端从接收到的自身发送信息与对应基站的发送信息的网络编码信息中 消去自身发送信息，得到所需的基站发送信息。本专利技术是，它是在无线中继网络中采用网络 编码技术，支持基站和多个用户终端同时进行上下行的双向传输，从而有效地解决了系统 的资源利用率低的缺陷，能够显著降低传输时延和提高无线中继网络的传输效率，极大地 减少空时资源的开销，从而提高系统的吞吐量，同时提高信息传输的可靠性和鲁棒性，且操 作简单，实现方便。附图说明图1是传统技术的上下行中继传输方法的原理示意图。图2是本专利技术网络编码上下行中继传输方法的工作原理示意图。图3是本专利技术网络编码上下行中继传输方法的流程图。图4是本专利技术实施例中的网络编码上下行中继传输方法与传统的上下行中继传 输方法的信噪比-遍历容量曲线示意图；图5是本专利技术实施例中的网络编码上下行中继传输方法与传统的上下行中继传 输方法的信噪比_中断概率曲线示意具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术作进一步 的详细描述。为了进一步减少现在上下行中继传输方法的传输时延，可以在现有的无线中继传 输中采用网络编码技术，通过在基站和中继分别进行相应预处理，将多个用户终端的发送 信息与对应基站的发送信息分别进行网络编码后，再同时发送给基站和用户终端，使得基 站和用户终端能从接收信息中检测获得所需信息。本专利技术就是一种实现上述网络编码同时上下行中继传输的方法，在实际通信系统 中，本专利技术方法用于基站和多个用户终端之间对时延要求敏感的高速率业务传输，只需占 用两个资源块就能够完成基站与多个用户终端之间的上下行信息交互。参见图2，介绍本专利技术网络编码上下行中继传输方法的工作机理，也就是该方法是 如何利用网络编码支持多个数据流上下行双向同时传输的在第1个资源块上，基站先对 发送信息进行基站预处理，再与多个用户终端同时向中继发送信息。中继对其接收到多个 用户终端的发送信息与对应基站发送信息的网络编码信息后，也进行相应的中继预处理来 消除多个叠加的网络编码信息间的下行传输干扰。在第2个资源块上，中继将处理后的信 息分别向基站和各个用户终端进行放大转发，基站从接收到的多个网络编码信息的叠加信 息中消去自身发送信息，然后利用多用户检测算法获得用户终端的发送信息；各个用户终端分别从其接收到的自身发送信息与对应基站发送信息的网络编码信息中消去自身发送 信息，就能获得所需的基站发送信息。因此，本专利技术支持基站与多个用户终端的上下行双向 同时传输，只需占用两个资源块就完成基站和多个用户终端之间的通信，降低了传输时延， 提高了系统的吞吐量和频谱效率。参见图3，具体说明本专利技术网络编码上下行中继传输方法的操作步骤流程步骤1，基站利用信道状态信息对发送信息进行基站预处理，保证该发送信息经过 无线信道传输到达中继后，能与对应用户终端的发送信息进行无干扰的网络编码。 该步骤中，基站进行基站预处理后的发送信息为Ps，其中，基站的发送信息s = [Sr.Sr.SM]T中的Si为基站向第i个用户终端UEi发送的信息，自然数M和i分别是与基 站通信的所有用户终端数和用户终端UEi对应的序号；基站预处理矩阵为P-GmH^Hm， 式中，Hbk和Huk分别为基站到中继与所有用户终端到中继的两个信道衰落矩阵，α BS为基站 的功率归一化因子。步骤2，基站和多个用户终端同时向中继发送信息，中继接收到多个用户终端的发 送信息与对应基站发送信息的网络编码信息。该步骤中，中继接收到的M个用户终端的发送信息与对应基站发送信息的网络编 码信息为Yes = HUK(aBsS+X)+nKS，其中，M个用户终端的发送信息χ = [X1-Xi-X!]1中的Xi 为第i个用户终端UE1向基站的发送信息，nES为中继处的噪声。步骤3，中继对接收到的各个用户终端的发送信息和基站发送信息的网络编码信 息进行中继预处理，消除各个网络编码数据流间的下行传输干扰，并向基站和各用户终端 广播处理后的信息。该步骤中，中继对接收到的M个用户终端的发送信息和对应基站发送信息的网络 编码信息yKS采用下述两种上下行中继传输方法分别处理(31)迫零式传输方法中继按照矩阵=对接收信息yKS进行中继迫零预处理，以消除多个网络编码信息在下行链路上并行传输的干扰，式中，H工为所有用户 终端到中继的信道衰落矩阵Huk的共本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种网络编码上下行中继传输方法，用于基站和多个用户终端之间高速传输的上下行通信；其特征在于：所述方法包括下列操作步骤：（１）基站利用信道状态信息对发送信息进行基站预处理，保证该发送信息经过无线信道传输到达中继后，能够与对应用户终端的发送信息进行无干扰的网络编码；（２）基站和多个用户终端同时向中继发送信息，中继接收到多个用户终端的发送信息与对应基站发送信息的网络编码信息；（３）中继对接收到的各用户终端的发送信息和基站发送信息的网络编码信息进行中继预处理，消除各个网络编码数据流间的下行传输干扰，并向基站和各用户终端广播处理后的信息；（４）基站从接收到的多个各自独立的中继发送信息中，消去自身发送信息后，利用相应的多用户检测算法获得各个用户终端的发送信息；（５）用户终端从接收到的自身发送信息与对应基站的发送信息的网络编码信息中消去自身发送信息，得到所需的基站发送信息。

【技术特征摘要】
1.一种网络编码上下行中继传输方法，用于基站和多个用户终端之间高速传输的上下 行通信；其特征在于所述方法包括下列操作步骤(1)基站利用信道状态信息对发送信息进行基站预处理，保证该发送信息经过无线信 道传输到达中继后，能够与对应用户终端的发送信息进行无干扰的网络编码；(2)基站和多个用户终端同时向中继发送信息，中继接收到多个用户终端的发送信息 与对应基站发送信息的网络编码信息；(3)中继对接收到的各用户终端的发送信息和基站发送信息的网络编码信息进行中继 预处理，消除各个网络编码数据流间的下行传输干扰，并向基站和各用户终端广播处理后 的信息；(4)基站从接收到的多个各自独立的中继发送信息中，消去自身发送信息后，利用相应 的多用户检测算法获得各个用户终端的发送信息；(5)用户终端从接收到的自身发送信息与对应基站的发送信息的网络编码信息中消去 自身发送信息，得到所需的基站发送信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(1)中，基站对发送信息进行基 站预处理后的发送信息为Ps，其中，基站的发送信息s = [Sl-Si-SM]T中的Si为基站向第 i个用户终端UEi发送的信息，自然数M和i分别是与基站通信的所有用户终端数和用户终 端UEi对应的序号；基站预处理矩阵为=P = C^H=Hwi,式中，Hbk和Huk分别为基站到中继与 所有用户终端到中继的两个信道衰落矩阵，aBS为基站的功率归一化因子。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述步骤( 中，基站和所有用户终 端同时向中继发送信息，中继接收到的多个用户终端的发送信息与对应基站发送信息的网 络编码信息为Yes = HUK(aBsS+X)+nKS，其中，M个用户终端的发送信息χ = [ΧΓ··ΧΓ··ΧΜ]Τ中 的Xi为第i个用户终端UEi向基站的发送信息，nES为中继处的噪声。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述步骤(3)中，中继对接收到的M 个用户终端的发送信息和对应基站发送信息的网络编码信息yKS采用下述两种上下行中继 传输方法进行处理(31)迫零式传输方法中继按照矩阵U= (H^)M H=对接收信息yKS进行中继迫零预处理，以消除多个网络编码信息在下行链路上并行传输的干扰，式中，为所有用户终端 到中继的信道衰落矩阵Huk的共轭转置矩阵；接着，中继将进行中继迫零预处理后的信息进 行放大转发，该转发信息为tKS= aKSUyKS，式中，ciKS为中继的功率归一化因子；(32)分布式传输方法中继针对M个用户终端中的每个用户终端UEi的发送信息 Xi与对应基站发送信息Si的网络编码信息，利用信道状态信息生成下述相应的不同的中继分布式预处理矩阵分别进行中继预处理Q, 二 (I-Wi (WfWi )_1W,H)，其中，矩阵…hm+i…IvJ是由用户终端到中继的信道衰落矩阵Huk去掉用户终端到 中继的信道衰落向量得到的子矩阵；对于其他用户终端UEj的发送信息\与对应基站 发送信息h的网络编码信息，中继采用类似方法生成对应的中继分布式预处理矩阵％进行 处理；由中继的预编码处理矩阵％的数学性质获知QM =0，式中，自然数i和j分别是 两个用户终端的不同序号；因...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭木根，赵中原，蔡雯琦，王文博，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：11[]