專利名稱：多輸入多輸出 y 信道中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的信號(hào)傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及預(yù)編碼和網(wǎng)絡(luò)編碼，具體地說是一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的信號(hào)傳輸方法，可用于多輸入多輸出Y信道中，以在保證最大自由度可達(dá)的基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的可達(dá)和速率。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的雙向中繼信道是一對(duì)用戶或多對(duì)用戶通過中繼互發(fā)信息，這種模型下，每個(gè)用戶只給其中一個(gè)用戶發(fā)送信息，同時(shí)接收來自這個(gè)用戶發(fā)送的信息。在實(shí)際應(yīng)用中，每個(gè)用戶經(jīng)常需要給多個(gè)用戶發(fā)送信息，同時(shí)接收來自不同用戶的信息。在這種情形下，出現(xiàn)了多向中繼信道模型，多輸入多輸出Y信道就是其中一種重要的通信模式。多輸入多輸出Y信道模型如

圖1所示。它包括三個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)和一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，其中每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)裝備M根天線，中繼節(jié)點(diǎn)裝備N根天線。不同的用戶之間沒有直接的鏈路， 且每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)通過中繼節(jié)點(diǎn)給另外兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)各發(fā)送一個(gè)單播信息，具體的通信過程如下首先，三個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)給中繼節(jié)點(diǎn)，這個(gè)階段稱為MAC階段；然后，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的信息進(jìn)行處理后廣播給三個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)，這個(gè)階段稱為BC階段；最后，由三個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)分別根據(jù)自己的接收信號(hào)以及自己在MAC階段所發(fā)送的信息譯出另外兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)發(fā)給自己的信息。韓國學(xué)者Namyoon Lee 等在文章〃 Degrees of Freedom of the ΜΙΜΟ Y Channel Signal Space Alignment for Network coding, IEEE Trans. Inform. Theory"中對(duì)多輸入多輸出Y信道的自由度進(jìn)行了分析，文章通過在MAC階段采用信號(hào)空間對(duì)齊技術(shù)和在 BC階段采用基于網(wǎng)絡(luò)編碼的干擾消除波束成形技術(shù)，證明了當(dāng)7V2「3M/2l時(shí)，多輸入多輸出Y信道在譯碼轉(zhuǎn)發(fā)模式下的最大自由度為3M，即每個(gè)用戶可以發(fā)送M個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)流， 「3M/2]表示大于等于3M/2的最小整數(shù)。雖然文章中給出了多輸入多輸出Y信道的最大自由度，但如何優(yōu)化其預(yù)編碼設(shè)計(jì)，從而在保證最大自由度可達(dá)的基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的和速率仍是需要解決的一個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，根據(jù)放大轉(zhuǎn)發(fā)模式下的多輸入多輸出Y信道模型，提出一種多輸入多輸出Y信道中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的信號(hào)傳輸方法，以在保證最大自由度可達(dá)的基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的和速率。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的技術(shù)方案，包括如下步驟(1)用戶節(jié)點(diǎn)對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼步驟每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)將發(fā)給另外兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)行預(yù)編碼，得到發(fā)送用戶節(jié)點(diǎn)的 MXl 維發(fā)送信號(hào)
權(quán)利要求
1. 一種多輸入多輸出Y信道中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的信號(hào)傳輸方法，包括(1)用戶節(jié)點(diǎn)對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼步驟每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)將發(fā)給另外兩個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)行預(yù)編碼，得到發(fā)送用戶節(jié)點(diǎn)的MXl 維發(fā)送信號(hào)為= Σ，式中i表示發(fā)送用戶節(jié)點(diǎn)，j表示接收用戶節(jié)點(diǎn)，且i，j e {1,2,3}, i興j，M表示發(fā)送用戶節(jié)點(diǎn)處配制的天線個(gè)數(shù)，且M為偶數(shù)，s[J'i]是發(fā)送用戶節(jié)點(diǎn)i發(fā)給接收用戶節(jié)點(diǎn)j 的M/2X1個(gè)數(shù)據(jù)流構(gòu)成的原始信號(hào)向量，該向量的每個(gè)元素是均值為零、方差為1的相互獨(dú)立的隨機(jī)變量，Σ [j’i]是^2\11/2的發(fā)送節(jié)點(diǎn)功率分配對(duì)角矩陣，Wn(P)是^2\皿/2 用戶節(jié)點(diǎn)附加預(yù)編碼矩陣，下標(biāo)η (j，i)是一個(gè)索引函數(shù)，滿足η (i，j) = η (j，i)，且有 π (1,2) = 1，π (1,3) = 2，π (2,3) = 3，因此有 Wnai) =ffn(1,2) =WijW^3j1) = l(1,3)= W2, W, (3,2) =Wn(2,3) =W3, 乂"]是1\1/2的信號(hào)空間對(duì)齊矩陣，滿足!1[1^￥“]=妒’、"’ J], H[r'i]表示用戶節(jié)點(diǎn)i到中繼節(jié)點(diǎn)r的NXM的信道矩陣，N表示中繼節(jié)點(diǎn)r處配置的天線個(gè)數(shù)，且有N = 3M/2，該信道矩陣的每個(gè)元素為服從均值為零、方差為1的相互獨(dú)立的復(fù)高斯隨機(jī)變量；(2)用戶節(jié)點(diǎn)向中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)步驟發(fā)送用戶節(jié)點(diǎn)i將進(jìn)行預(yù)編碼得到的發(fā)送信號(hào)Xi發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)r，得到中繼節(jié)點(diǎn)的 NXl維接收信號(hào)為yr = ^Ht-1Xi+nri=\=U1W1Str41 + U2W2Str^21 + U3W3Str31 + nr，式中，sfc’i] =Σ [2'1]s[2'1]+ Σ [1'2]s[1'2]表示用戶節(jié)點(diǎn)1與用戶節(jié)點(diǎn)2的對(duì)齊信號(hào)，s[r' 2] =Σ [3'1]s[3'1]+ Σ [1’3]s[1’3]表示用戶節(jié)點(diǎn)1與用戶節(jié)點(diǎn)3的對(duì)齊信號(hào)，s[r'3] =Σ [3’2]s[3’2]+Σ [2’3]s[2’3]表示用戶節(jié)點(diǎn)2與用戶節(jié)點(diǎn)3的對(duì)齊信號(hào)，U1 = H[ra]V[2'1] = H[r'2]V[1'2]表示信道矩陣妒’1]與信道矩陣瀘’2]的列空間的交空間，U2 = H[r'1]V[3'1] = H[r'3]V[1'3]表示信道矩陣與信道矩陣瀘'3]的列空間的交空間，U3 = H[r'2]V[3'2] = H[r'3]V[2'3]表示信道矩陣 H[r'2]與信道矩陣瀘’3]的列空間的交空間， 是NX1的噪聲向量，該向量的每個(gè)元素是均值為零、方差為<的相互獨(dú)立的復(fù)高斯隨機(jī)變量；(3)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼步驟(3a)中繼節(jié)點(diǎn)r對(duì)接收信號(hào)ι中包含的對(duì)齊信號(hào)#’1]，#’2]和進(jìn)行分離，用A 1] &Μ/2ΧΝ維分離矩陣H1乘以yr，滿足HJU2 U3] = Om72xm，得到第一個(gè)分離后的對(duì)齊信號(hào) y[ra] = Hl7r = H1U1W1St^H1Iv0M/2XM 表示 M/2XM 的全零矩陣，類似地，選擇一2]，s[r'3]的分離矩陣H2, H3，分別滿足H2 [U1 U3] = 0M/2XM, H3LU1 U2] = Om72xm，得到第二個(gè)分離后的對(duì)齊信號(hào) yfr’2] = H2yr = H2U2ff2s[r'2]+H2nr 和第三個(gè)分離后的對(duì)齊信號(hào)，y[r,3] = H3yr = H3U3W3St’3]+H3nr；(3b)對(duì)分離后的對(duì)齊信號(hào)yfr’1]，y[r,2]，y"進(jìn)行預(yù)編碼，得到NXl的發(fā)送信號(hào)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出Y信道中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的信號(hào)傳輸方法，其中所述步驟(1)中的信號(hào)空間對(duì)齊矩陣ν '’i]是根據(jù)信道矩陣Ht'i]和Ht'J]按如下方式之一確定方式一，設(shè)乂㈣^⑶及^的第！^列分別為彳久彳21,!^，!^ e {1,2, .",ΜΛ}，根據(jù)信號(hào)空間對(duì)齊矩陣V[2’1]和V[1’2]需要滿足的條件Η[ ’1]ν[2’1] = H[r'2]V[1'2] = U1,將這三個(gè)列向量的求解等價(jià)于求解下面的方程
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出Y信道中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的信號(hào)傳輸方法，其中所述步驟(1)中的用戶節(jié)點(diǎn)附加預(yù)編碼矩陣Wi是通過如下方式確定的將矩陣HiUyi e {1,2,3}進(jìn)行奇異值分解，得到H雙=1^^%，式中，Hi表示對(duì)齊信號(hào)s[r,i]的分離矩陣，Ui表示對(duì)應(yīng)的用戶節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)的一對(duì)信道矩陣的列空間的交空間，上標(biāo)H表示共軛轉(zhuǎn)置，Um和Vu]是M/2XM/2的酉矩陣，Σ 是Μ/2ΧΜ/2的對(duì)角陣，根據(jù)上述奇異值分解得到的酉矩陣Vm，選擇用戶節(jié)點(diǎn)附加預(yù)編碼矩陣為=Wi = Vm, i e {1,2,3}。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出Y信道中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的信號(hào)傳輸方法，其中所述步驟(1)中的發(fā)送節(jié)點(diǎn)功率分配矩陣Σ [J'i]的對(duì)角元素，是按照如下方式進(jìn)行確定的設(shè)發(fā)送用戶節(jié)點(diǎn)功率分配矩陣乙b.’i]的第k個(gè)對(duì)角元素為wplke {1,2,…，M/2}， 設(shè)定用戶節(jié)點(diǎn)i的發(fā)送信號(hào)Xi滿足功率約束條件為E{ir(x,xf)}<iy，即
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出Y信道中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的信號(hào)傳輸方法，其中所述步驟(3b)中的中繼節(jié)點(diǎn)附加預(yù)編碼矩陣^卩]，按照如下方式確定將矩陣HiUyi e {1,2,3}進(jìn)行奇異值分解，得到
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出Y信道中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的信號(hào)傳輸方法，其中 k,3 k[2,3](3)4所述步驟(3b)中的干擾消除矩陣V[i’義是根據(jù)信道矩陣H[〃]按照如下方式之一進(jìn)行確定方式1，設(shè)干擾消除矩的第k列為e {1,2,…，Μ/2}，根據(jù)干擾消除矩陣V[1'r]需要滿足的條件:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出Y信道中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的信號(hào)傳輸方法，其中步驟(3b)中所述的對(duì)角元素的值根據(jù)對(duì)齊信號(hào)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多輸入多輸出 Y 信道中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的信號(hào)傳輸方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)的可達(dá)和速率較小的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟包括用戶節(jié)點(diǎn)對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼，即將信號(hào)空間對(duì)齊矩陣，用戶節(jié)點(diǎn)附加預(yù)編碼矩陣，以及功率分配矩陣與原始信號(hào)向量相乘；用戶節(jié)點(diǎn)將預(yù)編碼得到的信號(hào)發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)；中繼節(jié)點(diǎn)將接收信號(hào)進(jìn)行分離，并將分離信號(hào)與干擾消除矩陣，中繼節(jié)點(diǎn)附加預(yù)編碼矩陣，以及功率分配矩陣相乘，得到中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)送信號(hào)；中繼節(jié)點(diǎn)將預(yù)編碼得到的發(fā)送信號(hào)廣播給用戶節(jié)點(diǎn)；用戶節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信號(hào)及自己發(fā)送的信號(hào)恢復(fù)數(shù)據(jù)。仿真結(jié)果表明，本發(fā)明與現(xiàn)有的信號(hào)傳輸方法相比，其可達(dá)和速率有了較大提高。
文檔編號(hào)H04L1/00GK102510324SQ20121000036
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2012年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月2日
發(fā)明者孫岳, 常光輝, 李穎, 林昊, 蘇玉萍 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)