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      一種全速率分布式多天線雙向無(wú)線協(xié)作中繼傳輸方法

      文檔序號(hào):7802672閱讀:313來(lái)源:國(guó)知局
      一種全速率分布式多天線雙向無(wú)線協(xié)作中繼傳輸方法【專利摘要】一種全速率分布式多天線雙向無(wú)線協(xié)作中繼傳輸方法,適用于兩個(gè)通信源節(jié)點(diǎn)及所有中繼節(jié)點(diǎn)均裝配多根天線的通用雙向中繼通信網(wǎng)絡(luò),節(jié)點(diǎn)間的信息傳輸采用正交頻分復(fù)用方式,一次數(shù)據(jù)通信過程包括兩個(gè)階段:第一,通信源節(jié)點(diǎn)分別對(duì)每個(gè)子載波、多個(gè)時(shí)隙內(nèi)的待傳輸符號(hào)進(jìn)行聯(lián)合編碼后廣播到多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn);第二,每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)首先在時(shí)域內(nèi)對(duì)接收到的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行循環(huán)延遲操作,其后各中繼節(jié)點(diǎn)上的天線以時(shí)分工作方式依次將處理后的信號(hào)傳送到通信源節(jié)點(diǎn),源節(jié)點(diǎn)依據(jù)編碼及轉(zhuǎn)發(fā)準(zhǔn)則在消除自身信號(hào)干擾后獲得對(duì)方傳來(lái)的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):擴(kuò)展性好,編碼過程簡(jiǎn)單且易于設(shè)計(jì),能夠?qū)崿F(xiàn)全速率傳輸且檢測(cè)復(fù)雜度低,具有很高的實(shí)用價(jià)值?!緦@f(shuō)明】一種全速率分布式多天線雙向無(wú)線協(xié)作中繼傳輸方法【
      技術(shù)領(lǐng)域
      】[0001]本發(fā)明涉及一種全速率分布式多天線雙向無(wú)線協(xié)作中繼傳輸方法,適用于兩個(gè)通信源節(jié)點(diǎn)及所有中繼節(jié)點(diǎn)均裝配多根天線的通用場(chǎng)景,能夠?qū)崿F(xiàn)全速率傳輸,編碼過程簡(jiǎn)單且易于設(shè)計(jì),接收端的檢測(cè)模型和檢測(cè)復(fù)雜度均不隨中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加而變化,有利于降低硬件實(shí)現(xiàn)成本?!?br>背景技術(shù)
      】[0002]隨著無(wú)線通信業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展,高質(zhì)量的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)要求導(dǎo)致了世界范圍內(nèi)對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)容量需求的急速增加。但另一方面,可利用的無(wú)線頻譜非常有限,如何在有限的頻帶條件下,提高無(wú)線通信系統(tǒng)的頻譜效率已成為目前國(guó)內(nèi)外競(jìng)相研究的熱門課題。[0003]在以下文獻(xiàn)(I)和文獻(xiàn)(2)中:(I)《DistributedMIMOTechnologiesinCooperativeWirelessNetworks》,IEEECommunicationsMagazine,vol.49,n0.5,pp.78-82,May2011;(2)《SpectralEfficiencyofDistributedMIMOSystems)),IEEEJournalonSelectedAreasinCommunications,vol.31,n0.10,pp.2112-2127,0ctober2013,Ma和Wang等研究證實(shí),分布式多輸入多輸出(DistributedMIMO!DistributedMultipleInputMultipleOutput)技術(shù)已成為能夠顯著提高無(wú)線通信系統(tǒng)容量和頻譜利用率的有效方法之一。其中,分布式無(wú)線協(xié)作中繼傳輸方法還能夠利用中繼節(jié)點(diǎn)的無(wú)線接力特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)信號(hào)的中繼和放大、增加分集性能、降低傳輸總功率、擴(kuò)大無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍,應(yīng)用前景廣闊。[0004]近年來(lái),國(guó)內(nèi)外科研工作者對(duì)無(wú)線分布式MMO雙向通信理論的研究工作主要集中在兩大領(lǐng)域。其一是預(yù)編碼技術(shù),如在以下文獻(xiàn)⑶至文獻(xiàn)(5)中:(3)《JointOptimizationforOneandTwo-WayMIMOAFMultiple-RelaySystems》,IEEETransactionsonWirelessCommunications,vol.9,n0.12,pp.3671-3681,December2010;(4)《Sum-RateMaximizationforTwo-WayMIMOAmplify-and-ForwardRelayingSystems》,IEEE69thVehicularTechnologyConference,VTCSpring,pp.1-5,April2009;(5)《AGeneralFrameworkofPrecodingDesignforMultipleTwo-wayRelayingCommunications)),IEEETransactionsonSignalProcessing,vol.61,n0.6,pp.1531-1535,March2013,可通過對(duì)通信源節(jié)點(diǎn)待傳輸調(diào)制符號(hào)及多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)處轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)的預(yù)編碼達(dá)到增加整個(gè)雙向無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)容量和傳輸能力的目的;但在通信節(jié)點(diǎn)數(shù)及節(jié)點(diǎn)天線數(shù)均較大的分布式MMO系統(tǒng)中,進(jìn)行預(yù)編碼的中繼節(jié)點(diǎn)不僅要知道與本節(jié)點(diǎn)有關(guān)的信道狀態(tài)信息(CS1:ChannelStateInformation),有時(shí)還需要知道其他節(jié)點(diǎn)的相關(guān)CSI,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高,難以做到實(shí)時(shí)處理。此外,各通信節(jié)點(diǎn)獲得的CSI估值與實(shí)際值總會(huì)存在一定誤差,因此在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中,基于預(yù)編碼技術(shù)的協(xié)作中繼方案往往難以達(dá)到理論上的最大容量和最佳誤碼性能。[0005]另一方面,分布式空時(shí)頻編碼可以在發(fā)射端不知道任何信道狀態(tài)信息的條件下獲得分布式多天線系統(tǒng)內(nèi)潛在的多種分集增益、提高誤碼性能,其在雙向通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用同樣得到了廣泛研究。如在以下文獻(xiàn)(6)和文獻(xiàn)(7)中:(6)《NewDoubleLayerSpace-TimeBlockCodeforDistributed4X2MIM0Systems》,IEEEWirelessCommunicationsandNetworkingConference,pp.232-235,April2012;(7)((DistributedMIMOCodingSchemewithLowDecodingComplexityforFutureMobileTVBroadcasting)),ElectronicsLetters,vol.48,n0.17,pp.1079-1081,August2012,可通過對(duì)多個(gè)小尺寸空時(shí)碼的堆疊構(gòu)造出大尺寸的空時(shí)碼,進(jìn)而獲得分布式MIMO系統(tǒng)中天線間的分集增益,其編碼思路雖然簡(jiǎn)單,但不易于推廣到通用場(chǎng)景;近年來(lái),基于不同編碼準(zhǔn)則與設(shè)計(jì)方法的分布式空時(shí)頻編碼技術(shù)不斷被公布,如以下文獻(xiàn)(8)至文獻(xiàn)(12):(8)《AdaptiveDistributedSpace-TimeCodingBasedonAdjustableCodeMatricesforCooperativeMIMORelayingSystems)),IEEETransactionsonCommunications,vol.6I,n0.7,pp.2692-2703,July2013;(9)《DistributedSpaceTimeCodingforWirelessTwo-WayRelaying》,IEEETransactionsonSignalProcessing,vol.61,n0.4,pp.980-991,February2013;(10)《DistributedConcatenatedAlamoutiCodesforTwo-WayRelayingNetworks》,IEEEWirelessCommunicationsLetters,vol.1,n0.3,pp.197-200,June2012;(Il)NovelDistributedQuas1-OrthogonalSpace-TimeBlockCodesforTwo-WayTwo-AntennaRelayNetworks》,IEEETransactionsonWirelessCommunications,vol.12,n0.9,pp.4338-4349,September2013;(12)((Full-RateDistributedSpace-TimeCodesforCooperativeCommunications)),IEEETransactionsonWirelessCommunications,vol.7,n0.7,pp.2446-2451,July2008。調(diào)研發(fā)現(xiàn),國(guó)內(nèi)外已公布的分布式空時(shí)頻編碼方法多數(shù)都是針對(duì)某一種或少數(shù)幾種應(yīng)用要求設(shè)計(jì)的,通用性不強(qiáng),有的方案還存在編碼、檢測(cè)復(fù)雜度高等問題。[0006]對(duì)于適用于兩個(gè)通信源節(jié)點(diǎn)及所有中繼節(jié)點(diǎn)均裝配多根天線的無(wú)線分布式MMO雙向協(xié)作中繼系統(tǒng),目前還鮮有能夠?qū)崿F(xiàn)全速率傳輸、編碼過程簡(jiǎn)單且易于設(shè)計(jì)、接收端檢測(cè)復(fù)雜度低的通用實(shí)現(xiàn)方法公布,該領(lǐng)域涉及的關(guān)鍵技術(shù)是值得深入研究的?!?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種能夠簡(jiǎn)化編碼設(shè)計(jì)過程、實(shí)現(xiàn)全速率雙向中繼傳輸且接收端檢測(cè)復(fù)雜度較低的通用分布式多天線協(xié)作中繼傳輸方法。[0008]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:一種全速率分布式多天線雙向無(wú)線協(xié)作中繼傳輸方法,適用于兩個(gè)通信源節(jié)點(diǎn)及所有中繼節(jié)點(diǎn)均裝配多根天線的通用雙向中繼通信網(wǎng)絡(luò),定義該網(wǎng)絡(luò)由K個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)(R1、R2、…、Rk)協(xié)助兩個(gè)通信源節(jié)點(diǎn)⑴和^完成雙向數(shù)據(jù)通信,每個(gè)通信源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)分別裝配N根天線和M根天線,簡(jiǎn)記為(N,M,K)系統(tǒng),定義兩個(gè)通信源節(jié)點(diǎn)T1和T2間缺少直達(dá)鏈路,每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)均工作在半雙工通信模式下,節(jié)點(diǎn)間的信息傳輸采用正交頻分復(fù)用(OFDM:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)方式完成,每個(gè)時(shí)隙、每根天線對(duì)應(yīng)一次OFDM調(diào)制傳輸。涉及的雙向無(wú)線協(xié)作中繼傳輸方法主要特征在于:一次完整的雙向數(shù)據(jù)通信過程主要包括兩個(gè)階段。[0009]在第一階段,兩個(gè)通信源節(jié)點(diǎn)T1和T2分別對(duì)每個(gè)子載波、多個(gè)時(shí)隙內(nèi)的待傳輸符號(hào)進(jìn)行合適的聯(lián)合編碼,并將編碼后信號(hào)以廣播方式傳送到多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)。[0010]在第二階段,每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)首先在時(shí)域內(nèi)對(duì)各自接收到的每一個(gè)OFDM調(diào)制信號(hào)進(jìn)行循環(huán)延遲操作,其間各中繼節(jié)點(diǎn)采用的循環(huán)延遲量均不相同,在隨后的信號(hào)放大轉(zhuǎn)發(fā)過程中,各中繼節(jié)點(diǎn)上裝配的多根天線以時(shí)分工作方式依次將其處理后的接收信號(hào)傳送到兩個(gè)通信源節(jié)點(diǎn),源節(jié)點(diǎn)依據(jù)編碼及轉(zhuǎn)發(fā)準(zhǔn)則在消除自身信號(hào)干擾后即可獲得對(duì)方源節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)。[0011]第一階段對(duì)應(yīng)的具體通信過程可描述如下:基于正交頻分復(fù)用通信方式,兩通信源節(jié)點(diǎn)T1和T2在第m個(gè)時(shí)隙、第P個(gè)子載波上待發(fā)送的原始調(diào)制符號(hào)矩陣分別用Sm(P)和Cm(P)表不。[0012]【權(quán)利要求】1.一種全速率分布式多天線雙向無(wú)線協(xié)作中繼傳輸方法,適用于兩個(gè)通信源節(jié)點(diǎn)及所有中繼節(jié)點(diǎn)均裝配多根天線的通用雙向中繼通信網(wǎng)絡(luò),定義該網(wǎng)絡(luò)由K個(gè)中繼節(jié)點(diǎn):凡、R2、…、Rk協(xié)助兩個(gè)通信源節(jié)點(diǎn)=T1和T2完成雙向數(shù)據(jù)通信,每個(gè)通信源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)分別裝配N根天線和M根天線,簡(jiǎn)記為(N,M,K)系統(tǒng),定義兩個(gè)通信源節(jié)點(diǎn)T1和T2間缺少直達(dá)鏈路,每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)均工作在半雙工通信模式下,節(jié)點(diǎn)間的信息傳輸采用正交頻分復(fù)用(OFDM:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)方式完成,每個(gè)時(shí)隙、每根天線對(duì)應(yīng)一次OFDM調(diào)制傳輸,其特征在于:包括兩個(gè)階段:在第一階段,兩個(gè)通信源節(jié)點(diǎn)T1和T2分別對(duì)每個(gè)子載波、多個(gè)時(shí)隙內(nèi)的待傳輸符號(hào)進(jìn)行聯(lián)合編碼,并將編碼后信號(hào)以廣播方式傳送到多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn);在第二階段,每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)首先在時(shí)域內(nèi)對(duì)各自接收到的每一個(gè)OFDM調(diào)制信號(hào)進(jìn)行循環(huán)延遲操作,其間各中繼節(jié)點(diǎn)采用的循環(huán)延遲量均不相同,在隨后的信號(hào)放大轉(zhuǎn)發(fā)過程中,各中繼節(jié)點(diǎn)上裝配的多根天線以時(shí)分工作方式依次將其處理后的接收信號(hào)傳送到兩個(gè)通信源節(jié)點(diǎn),源節(jié)點(diǎn)依據(jù)編碼及轉(zhuǎn)發(fā)準(zhǔn)則在消除自身信號(hào)干擾后即可獲得對(duì)方源節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全速率分布式多天線雙向無(wú)線協(xié)作中繼傳輸方法,其特征在于:第一階段對(duì)應(yīng)的具體通信過程可描述如下。在第一階段,基于正交頻分復(fù)用通信方式,兩通信源節(jié)點(diǎn)T1和T2在第m個(gè)時(shí)隙、第P個(gè)子載波上待發(fā)送的原始調(diào)制符號(hào)矩陣分別用Sm(P)和Cm(P)表示:3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全速率分布式多天線雙向無(wú)線協(xié)作中繼傳輸方法,其特征在于:第二階段對(duì)應(yīng)的具體通信過程可描述如下。在第二階段,各中繼節(jié)點(diǎn)上裝配的多根天線以單天線時(shí)分工作方式依次將其處理后的接收信號(hào)傳送到兩個(gè)通信源節(jié)點(diǎn),其中通信源節(jié)點(diǎn)T2的接收信號(hào)可用如下數(shù)學(xué)模型描述:4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全速率分布式多天線雙向無(wú)線協(xié)作中繼傳輸方法,其特征在于:當(dāng)每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)裝配的天線數(shù)為偶數(shù)時(shí),可采用分時(shí)傳送兩根天線Alamouti正交空時(shí)編碼的方式完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),此時(shí),第二階段的具體過程可描述如下:【文檔編號(hào)】H04L1/00GK103973627SQ201410177974【公開日】2014年8月6日申請(qǐng)日期:2014年4月29日優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日【發(fā)明者】張紅偉,李鳳珍,高新意,謝寶林申請(qǐng)人:安徽大學(xué)
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