【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用MIMO技术的MIMO网状网络。
技术介绍
在网状网络中，将具有中继功能的无线节点(中继节点)配置成网状，在各中继节点之间设置无线链路，从而可简单地构建大范围的无线网络(参照非专利文献1)。 然而，由于多个中继节点存在于同一网络内，因而具有发生无线链路间的干扰、传输品质劣化的问题(参照非专利文献2)。 具体地说，以图1所示的一维网状网络(多跳网络)为例，说明现有的网状网络的问题。 图1(A)是使用单一频率信道构成网状网络的例子，在该情况下，邻接的发送节点的后向链路发生干扰。这里，将该干扰距离设为d。 另一方面，图1(B)是使用A、B这2个频率信道构成网状网络的例子，在该情况下，邻接的发送节点使用不同的信道，从而可将干扰距离放大到3d，相反，使频率利用效率降低到1/2。 因此，在网状网络(多跳网络)中，避免干扰和频率利用效率的改善成为重要的研究课题。 即，现状是，不能实现传输品质不劣化(具有高可靠性)、且高速的无线网络。
技术实现思路
本专利技术是根据上述情况而作成的，本专利技术的目的是提供一种可通过将MIMO(多输入多输出)技术应用于中继节点来构建具有高速传输速率和高可靠性的无线网络的MIMO网状网络。 本专利技术涉及这样的MIMO网状网络其具有多个中继节点，所述各中继节点具有多个天线，并通过在所述各中继节点之间设置无线链路来构建无线网络，本专利技术的上述目的是这样来有效达到的采用将MIMO多址接入和MIMO广播交替连接的结构，在实现受干扰和加干扰避免的同时，在所述各中继节点中不但使前向无线链路进行多路传输，还使后向无线链路上...
【技术保护点】
一种ＭＩＭＯ网状网络，其具有多个中继节点，所述各中继节点具有多个天线，并通过在所述各中继节点之间设置无线链路来构建无线网络，其特征在于， 采用将ＭＩＭＯ多址接入和ＭＩＭＯ广播交替连接的结构，在实现受干扰和加干扰避免的同时，在所述各中继节点中不但使第１无线链路进行多路传输，而且使第２无线链路进行多路传输，从而改善网络整体的频率利用效率。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-11-20 325251/2007;JP 2006-11-21 314893/2001.一种MIMO网状网络，其具有多个中继节点，所述各中继节点具有多个天线，并通过在所述各中继节点之间设置无线链路来构建无线网络，其特征在于，采用将MIMO多址接入和MIMO广播交替连接的结构，在实现受干扰和加干扰避免的同时，在所述各中继节点中不但使第1无线链路进行多路传输，而且使第2无线链路进行多路传输，从而改善网络整体的频率利用效率。2.根据权利要求1所述的MIMO网状网络，该MIMO网状网络使用作为线性方式的ZF算法，其特征在于，所述MIMO网状网络采用以下MIMO多址接入系统该MIMO多址接入系统针对所述中继节点中某接收节点，经由第1无线链路以及第2无线链路与该接收节点邻接的第1发送节点以及第2发送节点具有多个天线；所述接收节点中的MIMO算法的目的是在避免来自所述第1发送节点的受干扰的同时，接收来自所述第2发送节点的信号，并且，在避免来自所述第2发送节点的受干扰的同时，接收来自所述第1发送节点的信号；假定所述第1发送节点以及所述第2发送节点的发送权重分别被赋予为则所述接收节点的接收信号矢量y1∈CM能用下述算式描述，式中，M是各中继节点的天线根数，s10、s12是所述第1发送节点以及所述第2发送节点的发送信号，并且，s1＝[s10 s12]T∈C2，Hij∈CM×M是从节点#j到节点#i的信道矩阵，并且，通过将与信道矢量h12t正交的用作所述接收节点的接收权重，能在避免来自所述第2发送节点的受干扰的同时，接收来自所述第1发送节点的信号；同时，通过将与信道矢量h10t正交的用作所述接收节点的接收权重，能进行第1无线链路以及第2无线链路的FB复用。3.根据权利要求1所述的MIMO网状网络，该MIMO网状网络使用作为线性方式的ZF算法，其特征在于，所述MIMO网状网络采用如下MIMO广播系统该MIMO广播系统针对所述中继节点中某发送节点，经由第1无线链路以及第2无线链路与该发送节点邻接的第1接收节点以及第2接收节点具有多个天线；所述发送节点中的MIMO算法的目的是在避免对所述第1接收节点的加干扰的同时，向所述第2接收节点发送信号，并且，在避免对所述第2接收节点的加干扰的同时，向所述第1接收节点发送信号；假定所述第1接收节点和所述第2接收节点的接收权重分别被赋予为则所述第1接收节点的接收信号能由下述算式描述，所述第2接收节点的接收信号能由下述算式描述，式中，x2∈CM是所述发送节点的发送信号矢量；当使用y2＝[y1y3]T∈C2来表示矢量时，得到下述算式，其中，通过使用与信道矢量正交的作为所述发送节点的发送权重，能在避免对所述第1接收节点的加干扰的同时，向所述第2接收节点发送信号；同时，通过使用与信道矢量正交的作为所述发送节点的发送权重，能进行第1无线链路以及第2无线链路的FB复用。4.根据权利要求1所述的MIMO网状网络，该MIMO网状网络使用作为非线性方式的SIC/DPC算法，其特征在于，所述MIMO网状网络采用如下MIMO多址接入系统该MIMO多址接入系统针对所述中继节点中某接收节点，经由第1无线链路以及第2无线链路与该接收节点邻接的第1发送节点以及第2发送节点具有多个天线；所述接收节点中的MIMO算法的目的是使用作为非线性接收方式的SIC算法，在进行受干扰避免的同时，多路接收来自所述第1发送节点以及所述第2发送节点的信号；在所述SIC算法中，在所述接收节点的接收信号中，最初对来自所述第2发送节点的信号s12进行检波，将其从所述接收信号中减去，从而避免受干扰，接收来自所述第1发送节点的信号s10；因此，将来自所述第2发送节点的信号s12的接收权重设为将来自所述第1发送节点的信号s10的接收权重设为平行于h10t的则此时的输出信号矢量能由下述算式描述，式中，h12i表示来自所述第2发送节点的干扰；因此，最初对由下述算式表示的进行检波，然后，通过根据下述算式进行受干扰避免，能进行的检波，由此，能进行受干扰避免以及第1无线链路和第2无线链路的FB复用。5.根据权利要求1所述的MIMO网状网络，该MIMO网状网络使用作为非线性方式的SIC/DPC算法，其特征在于，所述MIMO网状网络采用如下MIMO广播系统该MIMO广播系统针对所述中继节点中某发送节点，经由第1无线链路以及第2无线链路与该发送节点邻接的第1接收节点以及第2接收节点具有多个天线；所述发送节点中的MIMO算法的目的是使用非线性发送方式的DPC算法，在进行加干扰避免的同时，向所述第1接收节点和所述第2接收节点多路发送信号；假定所述第1接收节点和所述第2接收节点的接收权重分别被赋予为则所述第1接收节点的接收信号能由下述算式描述，所述第2接收节点的接收信号能由下述算式描述，式中，x2∈CM是所述发送节点的发送信号矢量；当使用y2＝[y1y3]T∈C2来表示矢量时，得到下述算式，式中，在所述DPC算法中，针对y3即s32，使用与信道矢量正交的发送权重针对y1即s12，使用平行于信道矢量的发送权重此时输出信号矢量能由下述算式描述，式中，s2＝[s12 s32]T∈C2，h12i表示s12对y3的干扰；根据下述算式，通过将该干扰分量从s′32的发送信号中减去，能进行加干扰避免，由此，能进行加干扰避免以及第1无线链路和第2无线链路的FB复用。6.一种MIMO网状网络，其包括具有中继功能的多个节点，所述各节点安装有M根MIMO天线，并通过在所述各节点之间设置无线链路来构建无线网络，其特征在于，通过发送权重和接收权重的组合来进行干扰避免，并通过在所述各节点上多路传输前向链路和后向链路的流信号，来改善网络整体的容量。7.根据权利要求6所述的MIMO网状网络，其特征在于，所述MIMO网状网络的信号模型按以下进行公式化，这里，yiF、yiB是第i个节点中的前向链路和后向链路的接收信号，式中，[·]H表示复共轭转置，sjF和sjB是针对第j个节点中的前向链路和后向链路的发送信号，Hij∈CM×M是从第j个节点到第i个节点的信道矩阵，和是针对第j个节点中的前向链路和后向链路的发送权重矢量，和是针对第i个节点中的前向链路和后向链路的接收权重矢量，niF和niB是由第i个节点接收到的前向链路和后向链路的等效加性噪声，在前向链路中，s(i-1)F是期望信号，另一方面，在后向链路中，s(i+1)B是期望信号。8.根据权利要求7所述的MIMO网状网络，该MIMO网状网络使用作为线性方式的ZF算法，其特征在于，从第1节点到最终节点依次计算收发权重，着眼于第i接收节点时，已计算出第(i-1)发送节点的发送权重w(i-1)tF和w(i-1)tB；第(i-1)发送节点和第i接收节点之间的系统模型使用等效发送信道矢量和等效发送信道矢量表示为如下，第i接收节点使用从第(i-1)发送节点经由发送权重w(i-1)tF和w(i-1)tB所发送的训练信号，来学习等效发送信道矢量hi(i-1)tB和hi(i-1)tF；第i接收节点的接收权重wirF、wirB根据下述算式来计算，式中，(x⊥，y⊥)是正交于x和y这两者的基础矢量，(x‖，y⊥)是在与y正交的空间中最平行于x的基础矢量；通过使用上述计算出的第i接收节点的接收权重wirF、wirB，能根据下述算式对第(i-1)发送节点和第i接收节点之间的系统进行建模，式中，是第(i-1)发送节点和第i接收节点之间的前向链路的等效信道系数。9.根据权利要求8所述的MIMO网状网络，其特征在于，使用上述计算出的第i接收节点的接收权重wirF、wirB，根据下述算式对第i接收节点和第(i+1)发送节点之间的系统进行建模，式中，和是前向链路和后向链路的等效接收信道矢量；在第(i+1)发送节点中，利用信道的可逆性当第i接收节点是发送模式时，经由其共轭接收权重发送训练信号，从而学习等效接收信道矢量hi(i+1)rF和hi(i+1)rB；或者，在第(i+1)发送节点中发送训练信号，第i接收节点学习hi(i+1)rF和hi(i+1)rB，将已学习的hi(i+1)rF和hi(i+1)rB反馈给第(i+1)发送节点；第(i+1)发送节点的发送权重w(i+1)tF、w(i+1)tB根据下述算式来计算，通过使用上述计算出的第(i+1)发送节点的发送权重w(i+1)tF、w(i+1)tB，能根据下述算式对第i接收节点和第(i+1)发送节点之间的系统进行建模，式中，是第i接收节点和第(i+1)发送节点之间的后向链路的等效信道系数。10.根据权利要求9所述的MIMO网状网络，其特征在于，第i接收节点中的前向链路和后向链路的接收信号yiF，yiB由下述算式表示，第i接收节点不受来自第(i-1)发送节点和第(i+1)发送节点的干扰，能同时接收前向链路和后向链路的信号。11.根据权利要求7所述的MIMO网状网络，该MIMO网状网络使用非线性方式的SIC/DPC算法，其特征在于，从第1节点到最终节点依次计算收发权重，着眼于第i接收节点时，已计算出第(i-1)发送节点的发送权重w(i-1)tF和w(i-2)tB，根据下述算式计算第i接收节点的接收权重wirF、wirB，式中，x‖是平行于x的基础矢量，(x⊥，y⊥)是正交于x和y这两者的基础矢量；通过使用上述计算出的第i接收节点的接收权重wirF、wirB，能根据下述算式对第(i-1)发送节点和第i接收节点之间的系统进行建模，式中，是第(i-1)发送节点和第i接收节点之间的前向链路的等效信道系数，是相当于从第(i-1)发送节点的后向链路到第i接收节点的前向链路的干扰信号的等效信道系数；其中，在第(i-1)发送节点中，s(i-1)F和s(i-1)B这两者是已知的，利用信道的可逆性当第i接收节点是发送模式时，经由(wirF)*发送训练信号，从而学习等效信道系数hi(i-1)eFF和hi(i-1)eFB；或者，在第(i-1)发送节点中，经由w(i-1)tF和w(i-1)tB发送训练信号，第i接收节点学习hi(i-1)eFF和hi(i-1)eFB，将已学习的hi(i-1)eFF和hi(i-1)eFB反馈给第(i-1)发送节点；在第(i-1)发送节点中，使用DPC算法，如下述算式所示来消除干扰信号，式中，s(i-1)B是干扰信号，s(i-1)F是期望信号。12.根据权利要求11所述的MIMO网状网络，其特征在于，基于上述计算出的第i接收节点的接收权重wirF、wirB，根据下述算式计算第(i+1)发送节点的发送权重w(i+1)tF、w(i+1)tB，通过使用上述计算出的第(i+1)发送节点的发送权重w(i+1)tF、w(i+1)tB，能根据下述算式对第i接收节点和第(i+1)发送节点之间的系统进行建模，式中，是相当于从第(i+1)发送节点的后向链路到第i接收节点的前向链路的干扰信号的等效信道系数，是第i接收节点和第(i+1)发送节点之间的后向链路的等效信道系数；第i接收节点使用从第(i+1)发送节点经由发送权重矢量w(i+1)tB所发送的训练信号来学习等效信道系数hi(i+1)eFF和hi(i+1)eFB；在第i接收节点的后向链路的接收信号yiB中，期望信号s(i+1)B如下述算式所示不受干扰地被接收，使用SIC算法，如下述算式所示，最初对s(i+1)B进行检波，然后，假定能正确地对进行检波，如下述算式所示，通过将其复制信号从第i接收节点中的前向链路的接收信号ylF中减去，来实现干扰消除，式中，是第(i-1)发送节点和第i接收节点之间的前向链路的等效信道系数，s(i-1)F是期望信号。13.根据权利要求8、权利要求9、权利要求11或权利要求12的任一项所述的MIMO网状网络，其特征在于，从第1节点到最终节点依次计算收发权重；第i节点的状态是接收节点，着眼于该第i接收节点时，已计算出第(i-1)发送节点的发送权重w(i-1)tF和w(i-1)tB，成立，式中，[·]T表示转置；如下述算式所示，将相互正交的训练信号和经由第(i-1)发送节点的发送权重w(i-1)tF和w(i-1)tB从第(i-1)发送节点发送到第i接收节点，式中，是与从第(i-1)发送节点所发送的训练信号相当的第i接收节点的接收信号矢量，ni∈CM是第i接收节点的加性噪声矢量；并且，根据下述算式估计等效发送信道矢量{hi(i-1)tF，hi(i-1)tB}，式中，是等效发送信道矢量hi(i-1)tF，hi(i-1)tB的估计值。14.根据权利要求8至权利要求12中的任一项所述的MIMO网状网络，其特征在于，从第1节点到最终节点依次计算收发权重；第i节点的状态是发送节点，着眼于该第i发送节点时，已计算出第(i-1)接收节点的接收权重w(i-1)rF和w(i-1)rB；在成立的情况下，由下述算式表示的信道的可逆性成立，式中，[·]*表示复共轭，[·]T表示转置，[·]H表示复共轭转置；以及成立；等效接收信道矢量h(i-1)irB，h(i-1)irF中由下述算式表示的可逆性的性质成立，将所学习的等效发送信道矢量hi(i-1)tF用作等效接收信道矢量h(i-1)irB，...
【专利技术属性】
技术研发人员：阪口启，小野文枝，岛田修作，
申请(专利权)人：横河电机株式会社，国立大学法人东京工业大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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