本发明专利技术公开了一种用于单小区中继移动通信蜂窝系统的联合下行预编码方法，包括以下步骤：基于最小均方误差(MMSE)准则建立数学模型，然后将问题进行分解，变为两个关于部分变量的子问题，通过求解子问题，并结合迭代的方法，最后求出最优预编码方案。本发明专利技术适用于使用了多天线中继站的小区，考虑了利用从基站到用户间直达信号，并且考虑了在基站和中继站功率受限的情况下，通过基站和中继的联合预编码提高系统下行中继传输性能；本方案在提高基站覆盖范围，改善小区边缘用户体验，降低发射功率方面都取得了令人满意的效果；其中的算法具有易于操作，复杂度低的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于，属于移动通信领域。
技术介绍
中继技术可以显著提高无线通信链路的性能和可靠性，扩大网络覆盖范围和质量，降低基站发射功率。中继信号转发方案主要分为解码转发和放大转发两种。解码转发型中继收到基站传输的信号后，先进行解码，然后重新编码，最后发送给用户。而放大转发型中继只对接收信号进行放大，然后发给用户。因为MIMO技术可以极大提高无线频谱的利用率，所以在源节点、中继节点以及信宿节点采用多天线发送与接收，可以极大提升中继链路的频谱效率。 目前已有的MMO中继传输方案中，有些只考虑在中继站进行预编码，在基站不采用预编码。如A. S. Behbahani, R. Merched, and A. M. Eltawil，“Optimization of a MIMO relaynetwork, ” IEEE Trans. Signal Process.，vol. 56，no. 10，PP. 5062-5073，Oct. 2008.有些方案虽然考虑基站和中继的联合预编码，但由于联合预编码的优化目标函数只是链路容量或其它性能指标的上下界，而且都忽略了基站到用户的直达信号。例如Y. Zhang and J.LiZiOn precoder design for ampIify-and-forward MIMO relaysystems, Vehicular Technology Conference,PP. 1-6,5-8 Sept. 2011 为了克服现有MIMO中继移动通信蜂窝系统的下行预编码方案存在的以上不足，本专利技术提出了一种新的预编码方案，该方案有以下特点1)将基站和中继预编码联合进行；2)还考虑基站到用户的直达信号；3)直接对MMSE函数进行优化，获得联合编码矩阵，而不是对性能指标的上下界优化。由于本专利技术具有上述三个特点，使得联合预编码的效果优于前人所提出的预编码方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种用于，解决MMO中继移动通信蜂窝系统中基站节点与中继节点的联合预编码问题，使得采用MMSE即最小均方误差检测作为前端检测的移动台的检测信号与发送信号具有最小均方误差。为了实现以上目的，本专利技术的技术方案如下，包括以下步骤I)、基站采集基站到中继站之间的信道信息，基站到移动台之间的的信道信息，以及中继站到移动台之间的信道信息；2)、基于最小均方误差准则建立数学模型，将问题进行分解，变为两个关于部分变量的子问题，求解子问题答案；然后利用子问题的答案进行反复迭代，当迭代收敛到预设精度要求时，即得联合优化预编码矩阵；3)、基站将中继站的预编码矩阵信息发给中继站。所述步骤2)的具体实现步骤如下2. I)、用户最终获得的信号向量为2LX I向量，y可以表示为以下形式 .y0 H, FH1H jFn1 4 n I、y = = ;T 1 Gx + ~~(I)Fl I H0nO I其中，MX I零均值循环对称复高斯数据序列，满足= Im : 为基站与用 户间的LXM MMO信道信息矩阵及为基站与中继间的NXM MMO信道信息矩阵;H2为中继与用户间的LXN MMO信道信息矩阵；％、％、^均为具有零均值，单位方差的独立同分布加性高斯白噪声，即E = I iQ为MXM预编码矩阵屮为NXN预编码矩阵；2. 2)、用户端采用线性接收机W对接收信号进行检测，所得的估计信号i为X-Wy(2)其中，公式(2)的目的是使估计信号X和发送信号X尽可能的接近；2. 3)、引入最小均方误差准则，其目标是使均方误差矩阵M的迹尽可能小，数学公式表达如下min tr{M}(3)其中，M = E即均方误差矩阵，误差矩阵M是黑体，表示矩阵，步骤2. I)中天线数M，表示标量；使公式(3)最小的w就是维纳滤波器，其形式如公式(4)所示W = (HHif 4 R) . H(4) —[Hral [h,,FFffHJ +1 0其中，H=-1G-R= 2 2 T ；H00I2. 4)将最佳检测器公式(4)代入到公式(3)，可得M = (I + M1 + M',)-1(5)其中，Mi= GifHfH0G ,M2 = GffHfFffHf (I + H2FFffHf) 1H2FH1G ；此时，^{1^}只是(5和足的函数，合理选择(5和:p,使尽可能小；同时考虑到基站和中继的发送功率约束，最终建立了以下的优化问题模型即基于MMSE准则的优化模型min tr{M} lx,J；s.t. tr{GGff} < Pb(6)tr{F(I + H GGjjHf )FM } < Pr其中为基站信号发射功率；MF(RH1GGflHf)Ftf)为中继站信号发射功率；PB、Pk分别为基站和中继站的最大发射功率；2. 5)、合理选择G和F ,使tr{M}尽可能小的具体步骤如下2. 5. I)、假设基站预编码矩阵G给定，原公式(6)问题就变成了以下子问题，此时tr{M}仅为F的函数mjn tr{M}(7)s.t. tr{F(I + UlGG11Bf )FR} < Pr公式(7)的解法如下首先对H1G和112分别进行奇异值分解，即H1G = UEVff(8)H2 = U2E2Vf(9)其中，!1，V, UjPV2为由奇异值分解得到的酉矩阵。€和[2为由奇异值分解得到的奇异值矩阵；由公式(8)与公式(9)，则公式(7)的解有以下结构 F = V2EnJjli(10)其中，兄和钌〃为已知是由(8)和(9)获得，E E为对角阵，其对角线元素为n=卜晶(亡+1)—*-1|'(11)Gfc+1)其中Tlj j为对角阵g的第i个对角线元素；-I^i为对角阵E 2的第i个对角线元素； UrTt /n .(rf. + I)—2 — I , Aurrt .n ,(r2 + I)—2 — I—广…^]+全 max{0, ^…^}； 7IMa + 丄)7IMa + 丄)- U F为满足中继功率限制的待定参数；以上，除了 1^未知以外，其余均为已知，根据公式(10)可知F现在仅为Uf的函数；根据公式(7)中的功率约束条件，得到以下以Uf为变量的等式tr{F(I + H1GGflHf )Fa} 二 Pr (12)使用两分法求解公式(12)，两分法步骤如下a)初始化U L = O，U u = 10，设定迭代精度e = 10 ；b)令卜代入公式(^^，得到^再将^尤入下式tr{F(I + H1GGffHf )Fff} ^ Pr (13);c)若以上公式(13)结果〈0，则fc =否则"=^±^-,d)反复步骤b)、步骤c),直至Ij Uu-Ul ( ee)返回 U F=0 L+li J/2。将最终得到的1^代入公式(11)得到E K，再将E 入公式(10)，最后得到公式(7)的解；2. 5. 2)假设中继预编码矩阵F给定，原公式(6)问题就变成了以下子问题，此时tr{M}仅为G的函数min tr{M} Gs.t. tr{GGH} < Pb(14)tr(FH1GGffHfFff) < Pr — tr{FF/f}公式(14)的解可以由以下算法获得设L=I HfFwH^I i HjFFwHfj iH2FHi(15)L2 ...... H F1 FH(16)对I 本文档来自技高网...
【技术保护点】
单小区中继移动通信蜂窝系统的联合下行预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：1）、基站采集基站到中继站之间的信道信息，基站到移动台之间的的信道信息，以及中继站到移动台之间的信道信息；2）、基于最小均方误差准则建立数学模型，将问题进行分解，变为两个关于部分变量的子问题，求解子问题答案；然后利用子问题的答案进行反复迭代，当迭代收敛到预设精度要求时，即得联合优化预编码矩阵；3）、基站将中继站的预编码矩阵信息发给中继站。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈明，杜博，王楠，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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