一種中繼雙跳通信系統(tǒng)及通信方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及無線通信傳輸中的多輸入多輸出（Multiple-input Multiple-output, 簡稱ΜΙΜΟ) 中繼雙跳 (Dual-hop relay) 系統(tǒng)及通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002] ΜΙΜΟ中繼技術(shù)可W顯著得提高無線通信系統(tǒng)的吞吐量和傳輸覆蓋率，在長期演 進/長期演進-高級化TE/LTE-A,Long Term Evolution Advanced)系統(tǒng)標準中，ΜΙΜΟ中繼技 術(shù)是一種可W顯著提升系統(tǒng)性能的技術(shù)方案。中繼技術(shù)主要分為放大并傳輸策略和解碼并 傳輸策略，相比于后者，放大并傳輸策略擁有更小的傳輸時延和更優(yōu)異的能量效率。在無線 系統(tǒng)的性能指標中，信道容量可W刻畫一個信道可靠地傳輸數(shù)據(jù)時的最大傳輸速率。而當 中繼系統(tǒng)的發(fā)射端和中繼端均擁有準確的信道狀態(tài)信息時，它們可W在發(fā)射信號之前對信 號進行預編碼處理，W減小ΜΙΜΟ系統(tǒng)中多徑信道的信道相關(guān)性影響，從而使ΜΙΜΟ系統(tǒng)獲得 更優(yōu)秀的信道容量。
[0003] 目前，一種設計預編碼器的迭代算法被提出。在信號傳輸過程中，在發(fā)射端和中繼 端獲得了即時的信道狀態(tài)信息時，通過此迭代算法的循環(huán)計算，得出預編碼矩陣。當傳輸功 率一定時，此預編碼矩陣可W使系統(tǒng)的信道容量獲得最優(yōu)值。然而，上述設計方法存在如下 缺點：
[0004] 1.由于最優(yōu)預編碼矩陣通過迭代算法得出，即無法用解析解的形式描述出即時的 預編碼器模型，因此無法得出信道容量的解析解。
[0005] 2.為了獲得使用此迭代算法的系統(tǒng)信道容量，必須要通過大量的計算機仿真（即 Monte化rlo方法）。然而當系統(tǒng)規(guī)模較大時，此仿真過程耗費資源較多。
[0006] 3.在信號傳輸過程中，無線多徑信道會實時發(fā)生變化，由于迭代算法的引入，預編 碼矩陣的獲得需要時間進行計算。當系統(tǒng)規(guī)模較大時，此時間不能忽略不計，因此該設計方 法無疑會增加信號的傳輸時延和降低系統(tǒng)的表現(xiàn)。
[0007] 因此，希望有一種更為簡單有效的預編碼器的技術(shù)方案來克服或者至少減輕上述 方法的缺陷，并且依然可W達到優(yōu)秀的系統(tǒng)性能指標。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提出一種無需經(jīng) 過若干次的迭代運算生成預編碼器，使得系統(tǒng)的信號處理更為簡單和快速，從而減小了傳 輸信號時延的中繼雙跳通信系統(tǒng)及通信方法。
[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0010] -種中繼雙跳通信系統(tǒng)，包括發(fā)射端、中繼端、接收端、發(fā)射端-中繼端的傳輸信道 W及中繼端-接收端的傳輸信道，所述發(fā)射端包括發(fā)射端的預編碼矩陣Pi，所述中繼端包括 中繼端的預編碼矩陣P2,所述發(fā)射端-中繼端的信道包括傳輸矩陣出，所述中繼端-接收端的 信道包括傳輸矩陣也，所述發(fā)射端的預編碼矩陣Pi和中繼端的預編碼矩陣P2分別為：
[OOU] 其中，1 ^如，m=min{ns，nr，nd}表示為發(fā)射端天線數(shù)、中繼端天線數(shù)和接收端天 線數(shù)的最小值，表示發(fā)射端-中繼端傳輸路徑的路徑衰減，表示發(fā)射端的信號功率，崎 表示發(fā)射端-中繼端傳輸過程中的噪聲的方差，Vi為對所述發(fā)射端-中繼端的傳輸矩陣化進 行奇異值分解后的右奇異向量矩陣，化為對所述發(fā)射端-中繼端的傳輸矩陣化進行奇異值分 解后的左奇異向量矩陣，V2為對所述中繼端-接收端的傳輸矩陣出進行奇異值分解后的右奇 異向量矩陣，I表示一個單位矩陣，Ek為塊狀矩陣，Λ 1為對角線矩陣；
[0016] 其中，Σι為對所述發(fā)射端-中繼端的傳輸矩陣化進行奇異值分解后的奇異值矩陣， Ik表示維度為k的單位矩陣。
[0017] -種中繼雙跳通信方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0018] 信號在經(jīng)過發(fā)射端的預編碼處理后，被發(fā)送到中繼器：
[0019]
[0020] 方程中，X表示發(fā)送的信號矢量，r表示中繼器接收到的信號矢量，m表示發(fā)射端-中繼端傳輸過程中的噪聲矢量，表示發(fā)射端-中繼端傳輸路徑的路徑衰減，P1表示發(fā)射端 的信號功率，Pi表示發(fā)射端的預編碼矩陣，Hi表示發(fā)射端-中繼端傳輸矩陣；
[0021] 信號在中繼器經(jīng)過處理后，被發(fā)送到接收端：
[0022]
[0023] 方程中，y表示接收端所接收到的信號，Π 2表示中繼端-接收端傳輸過程中的噪聲 矢量，P2表示中繼端的預編碼矩陣，02表示發(fā)射端-中繼端傳輸路徑的路徑衰減，化表示發(fā)射 端的信號功率，出表示中繼端-接收端傳輸矩陣。
[0024] 在ΜΙΜΟ中繼雙跳通信系統(tǒng)中，中繼器和接收器均為半雙工狀態(tài)，在實際系統(tǒng)中，當 發(fā)射端與接收端相隔距離較遠時，由于較大的路徑損耗，從發(fā)射端直接到達接收端的信號 可W忽略不計，接收端只接收來自中繼器傳輸?shù)男盘枴Ｐ盘柕膫鬏斶^程可W分為兩步：
[00巧]1.信號在經(jīng)過發(fā)射端的預編碼處理后，被發(fā)送到中繼器
方 程中X表示發(fā)送的信號矢量，r表示中繼器接收到的信號矢量，m表示發(fā)射端-中繼端傳輸過 程中的噪聲矢量(假設m的元素滿足零均值且方差為σ|的高斯分布），αι表示發(fā)射端-中繼 端傳輸路徑的路徑衰減，化表示發(fā)射端的信號功率，Pi表示發(fā)射端的預編碼矩陣，而出表示 發(fā)射端-中繼端傳輸矩陣。
[0026] 2.信號在中繼器經(jīng)過處理后，被發(fā)送到接收端：
[0027]
方程中y表示接收端所接收到的信號，Π 2表示發(fā)射端-中繼 端傳輸過程中的噪聲矢量(假設m的元素滿足零均值且方差為σ卽勺高斯分布），〇2表示發(fā)射 端-中繼端傳輸路徑的路徑衰減，P2表示發(fā)射端的信號功率，P2表示發(fā)射端的預編碼矩陣，而 出表示中繼端-接收端傳輸矩陣。
[002引接下來，通過對出和此的奇異值分解，可W得到
Si 和Σ 2均為對角矩陣且對角元素分別為矩陣Hi和矩陣H2的奇異值，同時設
I方程中Λ 1和Λ 2均為對角矩陣，且λυ和 分別為矩陣出和矩陣此的特征值，j = l-m;Ui和Vi分別為化的左酉陣和右酉陣，化和V2分別 為出的左酉陣和右酉陣。
[0029] 發(fā)射端的預編碼矩陣Pi和中繼端的預編碼矩陣P2可W表示為：Pi = ViDi和
方程中化和化均為對角矩陣。在已有的迭代算法中，Di和化的生成均需經(jīng)過一 系列迭代循環(huán)運算得出，
[0030] 而本發(fā)明給出的Pi和P2表示為
[003引方程中1含k<m，k是一個可調(diào)節(jié)的整數(shù)參數(shù)，m=min{ns，nr，nd}表示為發(fā)射端天線 數(shù)、中繼端天線數(shù)和接收端天線數(shù)的最小值，I表示一個單位矩陣，而
[0034]
[0035] 至此發(fā)射端的預編碼矩陣Pi和中繼端的預編碼矩陣P2得出，按照上述方案傳輸信 號時，根據(jù)網(wǎng)絡環(huán)境調(diào)節(jié)k的值，可W使得信號被分解到若干個獨立平行的信道進行傳輸。
[0036] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)方案相比的優(yōu)點在于:本發(fā)明通過對發(fā)射端-中繼端的傳輸矩 陣化和中繼端-接收端的傳輸矩陣出分別進行奇異值分解，然后通過分解后的矩陣得到發(fā)射 端的預編碼矩陣Pi和中繼端的預編碼矩陣P2。無需經(jīng)過若干次的迭代運算生成預編碼器，使 得系統(tǒng)的信號處理更為簡單和快速，從而減小了傳輸信號的時延，從理論上也可W推導得 出迭代算法不具備的信道容量的表達式。
【附圖說明】
[0037] 圖1本發(fā)明通信系統(tǒng)的原理框圖；