多用戶mimo中繼系統(tǒng)的信息傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多用戶MM0中繼系統(tǒng)的信息傳輸 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多輸入多輸出（Multiple-InputMultipleOutput，簡稱MIM0)和中繼技術(shù)作為第 三代移動通信技術(shù)（3G)及第四代移動通信技術(shù)（4G)的重要技術(shù)手段得到了廣泛的重視， 能夠有效擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。通過用戶和中繼安裝多天線，發(fā)揮MM0 分集，空間復(fù)用等優(yōu)點提高系統(tǒng)傳輸性能是改善通信系統(tǒng)的重要手段。
[0003] 許多信號處理的方法被用于多用戶MM0中繼系統(tǒng)中以消除共信道干擾帶來的影 響從而獲得更好的傳輸效率。采用迫零（Zero-Forcing，檢測ZF)譯碼算法時，當(dāng)傳輸信道 的獨立性較差，會遇到計算結(jié)果對初始數(shù)據(jù)的微小擾動很敏感的問題，這類問題在矩陣論 上被歸結(jié)為病態(tài)矩陣。信道矩陣的病態(tài)程度是依據(jù)矩陣的條件數(shù)進(jìn)行判定，條件數(shù)越大，矩 陣越病態(tài)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，專利號為ZL201010199529. 2,專利名稱為《MM0中繼廣播系統(tǒng)的 信息處理方法》中，利用訓(xùn)練序列采用線性處理設(shè)計了MM0中繼系統(tǒng)中的線性傳輸方 案。該技術(shù)在系統(tǒng)自由度和譯碼復(fù)雜度等性能上均獲得了一定得改善，系統(tǒng)傳輸質(zhì)量 得以提升。另外，技術(shù)文獻(xiàn)CadambeVR，JafarSA."Interferencealignmentand degreesoffreedomoftheK-userinterferencechannel,''InformationTheory,IEEE Transactionson, 54(8) :3425-3441, 2008. ( "K用戶干擾信道的干擾對齊和系統(tǒng)自由 度"IEEE信息論期刊，第54卷，第8期，頁碼：3245-3441，2008)中，在信號處理時采用 干擾對齊的方法使得系統(tǒng)自由度提高，但是對于每個用戶卻只能裝備一根天線。再者， Lee,N. ,J. -B.Lim,andH.Chun,"DegreesoffreedomoftheMIM0Ychannel:Signal spacealignmentfornetworkcoding,'，IEEETrans.Inform.Theory,Vol. 56,No. 7, 33 32-3342,Jul. 2010. ("MHTOY信道的系統(tǒng)自由度：采用信號空間對齊的網(wǎng)絡(luò)編碼"IEEE 信息論期刊，第56卷，第7期，頁碼：3332-3342, 2010)，該文改進(jìn)了干擾對齊而提出了信 號空間對齊，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)自由度并適用于多天線網(wǎng)絡(luò)，但信號空間對齊對于用戶 及天線數(shù)目有著極高的限制要求，實用性不高，同時未能涉及物理層安全性。再者，技術(shù) 文南犬TaoYang,XiaojunYuan,LiPing,IainB.CollingsandJinhongYuan,"Anew eigen-directionalignmentalgorithmforphysical-layernetworkcodinginMIM0 two-wayrelaychannels'，，Proceedingsofthe2011IEEEInternationalSymposium onInformationTheory-ISIT，p2253-7, 2011 ("]\OM0 雙向中繼信道下一種新的基于特征 方向?qū)R的網(wǎng)絡(luò)編碼方案"IEEE國際信息論會議，2011)中提出了利用特征方向?qū)R的信號 處理方法，改進(jìn)了信號空間對天線數(shù)目的限制要求，但是該文只適用于雙向中繼系統(tǒng)，并不 能適用于多用戶多向中繼信道傳輸。
[0005] 綜上，現(xiàn)有技術(shù)仍然存在以下不足：（1)多用戶MM0中繼系統(tǒng)的信息傳輸中，在傳 輸信道相關(guān)性較強(qiáng)時，譯碼性能無法保證，尤其是在中繼使用迫零（ZF)譯碼的時候，如果 信道矩陣不夠理想將會有功率損失；(2)多用戶MMO中繼系統(tǒng)的信息傳輸中，并未考慮物 理層安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，基于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種多用戶MM0中繼系統(tǒng)的信息傳 輸方法，包括：
[0007] 第一用戶根據(jù)信道狀態(tài)信息CSI設(shè)置預(yù)編碼矩陣Fm，所述預(yù)編碼矩陣Fm中設(shè)置有 旋轉(zhuǎn)因子矩陣K，所述旋轉(zhuǎn)因子矩陣K用于對信道矩陣HJ故奇異值分解時在特征方向的對 齊空間中選擇對齊方向；
[0008] 所述第一用戶根據(jù)所述預(yù)編碼矩陣Fm對預(yù)發(fā)送信息進(jìn)行處理形成發(fā)送矩陣X"，并 將所述發(fā)送矩陣X"發(fā)送給中繼；
[0009] 所述第一用戶接收由所述中繼發(fā)送的廣播信號XR;以及
[0010] 所述第一用戶根據(jù)譯碼矩陣Pm對所述廣播信號X>^進(jìn)行處理以獲取多個第二用戶 發(fā)送的信息。
[0011] 本發(fā)明還提供一種多用戶MM0中繼系統(tǒng)的信息傳輸方法，包括：
[0012] 中繼接收第一用戶和多個第二用戶發(fā)送來的發(fā)送矩陣Xm;所述發(fā)送矩陣X"是通過 所述第一用戶或所述第二用戶根據(jù)信道狀態(tài)信息CSI設(shè)置的預(yù)編碼矩陣Fm對預(yù)發(fā)送信息 進(jìn)行處理形成的；
[0013] 所述中繼對多個所述發(fā)送矩陣Xm進(jìn)行編碼形成編碼鏈YR;
[0014] 所述中繼對所述編碼鏈YR采用物理層編碼映射形成廣播信號XR;以及
[0015] 所述中繼向所述第一用戶和多個所述第二用戶發(fā)送所述廣播信號XR。
[0016] 有益效果：
[0017] 本發(fā)明通過采用SVD分解，設(shè)計特征方向?qū)R預(yù)編碼和旋轉(zhuǎn)因子矩陣，同時采用 簡單的ZF譯碼算法解碼，使得在傳輸信道相關(guān)性較強(qiáng)時，有效改善譯碼性能；同時具有物 理層安全傳輸特性。
[0018] 通過以下參考附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它方面和特征變得明顯。但是應(yīng)當(dāng)知 道，該附圖僅僅為解釋的目的設(shè)計，而不是作為本發(fā)明的范圍的限定，這是因為其應(yīng)當(dāng)參考 附加的權(quán)利要求。還應(yīng)當(dāng)知道，除非另外指出，不必要依比例繪制附圖，它們僅僅力圖概念 地說明此處描述的結(jié)構(gòu)和流程。
【附圖說明】
[0019] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0020] 圖1為本發(fā)明實施例的一種多用戶MM0中繼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明實施例的一種多用戶MM0中繼系統(tǒng)信息傳輸方法的信令流程圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明實施例的一種多用戶MM0中繼系統(tǒng)信息傳輸方法的流程圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實施例的另一種多用戶MM0中繼系統(tǒng)信息傳輸方法的流程圖；
[0024] 圖5為本發(fā)明實施例一種多用戶MM0中繼系統(tǒng)的信道矩陣條件數(shù)與信道旋轉(zhuǎn)后 條件數(shù)的關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0025] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的【具體實施方式】做詳細(xì)的說明。
[0026] 圖1為本發(fā)明實施例的一種多用戶MM0中繼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本 發(fā)明的多用戶MM0中繼系統(tǒng)，包括多個用戶和至少一個中繼，且M個用戶各裝備^根天線； 中繼裝備^根天線。在多址接入信道（MAC)階段，每個用戶向其他所有用戶發(fā)送調(diào)制信號； 在廣播階段（BC)，通過中繼接收其他用戶發(fā)送的信號。用戶和中繼間的信道都為瑞利平坦 衰落。
[0027] 需要說明的是，在本發(fā)明的以下實施例中，第一用戶和第二用戶為同樣的用戶設(shè) 備，只是為了便于清楚描述而設(shè)置。即可以理解的是，第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅 用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不要求這些實體或操作之間存 在任何實際的關(guān)系或者順序。另外，用戶1、……、用戶m、……、用戶M也為與第一用戶和 第二用戶指代同樣的用戶設(shè)備，只不過這種分類用于方便描述公式而設(shè)置，也就是說，第一 用戶可以是用戶1、……、用戶m、……、用戶M中的任意一個，而第二用戶也可以是用戶 1、......、用戶m、......、用戶M中的不同于第一用戶之外的任意一個。
[0028] 實施例一
[0029] 請參見圖2,圖2為本發(fā)明實施例的一種多用戶MM0中繼系統(tǒng)信息傳輸方法的信 令流程圖，本實施例的多用戶MM0中繼系統(tǒng)信息傳輸方法具體為：
[0030] S101、第一用戶根據(jù)信道狀態(tài)信息（Channelstateinformation,簡稱CSI)設(shè)置 預(yù)編碼矩陣Fn。
[0031] 預(yù)編碼矩陣的產(chǎn)生具體如下：
[0032] Hjm= 1，2,. . .，M)代表用戶m和中繼之間信道矩陣，對所有信道矩陣分別作SVD 分解，并依次設(shè)置預(yù)編碼矩陣F"。
[0033] S102、第一用戶利用預(yù)編碼矩陣對用戶消息進(jìn)行編碼形成發(fā)送矩陣X"。
[0034] 由于預(yù)編碼矩陣的作用，發(fā)送矩陣Xm能夠消除其他用戶帶來的干擾。
[0035] 第一用戶發(fā)送矩陣的產(chǎn)生具體如下：
[0036] 根據(jù)所得預(yù)編碼矩陣Fm，計算發(fā)送矩陣Xm如下：
[0037]Xn=Fncn……（1)
[0038] 其中，Cni為待發(fā)送消息向量。
[0039] S103、第一用戶向中繼發(fā)送自身生成的發(fā)送矩陣X"。
[0040] S104、中繼接收各個用戶發(fā)往中繼的混合信號，通過信道分配矩陣形成編碼鏈。
[0041] S105、中繼通過物理層網(wǎng)絡(luò)編碼映射對編碼鏈進(jìn)行計算形成廣播信號XR。
[0042] 中繼根據(jù)接收信號計算中繼廣播發(fā)送信號XR。
[0043] S106、中繼向第一用戶發(fā)送廣播信號XR。
[0044] 并將中繼發(fā)送信號在下一個廣播時隙發(fā)送至各個用戶。
[0045] S107、第一用戶根據(jù)預(yù)編碼矩陣對廣播信號進(jìn)行處理以獲取至少一個第二用戶發(fā) 送的信息。
[0046] 每個用戶接收上述廣播信號，利用接收預(yù)編碼矩陣對經(jīng)過ZF譯碼的網(wǎng)絡(luò)編碼鏈 信號解碼。在廣播時隙，每個用戶接收中繼發(fā)送信號XR，并利用接收預(yù)編碼矩陣獲取用戶的 期望接收信號，通過自信息作為網(wǎng)絡(luò)編碼鏈的解密密鑰，譯碼其它用戶發(fā)送的消息。
[0047] 實施例二
[0048] 請參見圖3,圖3為本發(fā)明實施例的一種多用戶MM0中繼系統(tǒng)信息傳輸方法的流 程圖，本實施例在上述實施例的基礎(chǔ)上，對用戶側(cè)的的多用戶MM0中繼系統(tǒng)信息傳輸方法 進(jìn)行詳細(xì)描述。具體步驟如下：
[0049]S201、第一用戶根據(jù)CSI設(shè)置預(yù)編碼矩陣Fm，預(yù)編碼矩陣Fm中設(shè)置有旋轉(zhuǎn)因子矩 陣K，旋轉(zhuǎn)因子矩陣K用于對信道矩陣凡做奇異值分解（SingularValueDecomposition, 簡稱SVD)時，在特征方向的對齊空間中選擇對齊方向。
[0050] S202、第一用戶根據(jù)預(yù)編碼矩陣Fm對預(yù)發(fā)送信息進(jìn)行形成發(fā)送矩陣X"，并將發(fā)送 矩陣Xm發(fā)送給中繼；以及
[0051] S203、第一用戶接收由中繼發(fā)送的廣播信號XR;
[0052]S204、第一用戶根據(jù)譯碼矩陣Pm對廣播信號XR進(jìn)行處理以獲取多個第二用戶發(fā)送 的信息。
[0053] 具體地，在S201中，每個用戶根據(jù)CSI設(shè)置預(yù)編碼矩陣F^。
[0054] m是用戶1至用戶M中任意一個用戶，用戶m對其信道矩陣做SVD分解：
[0055]
..,".(2)
[0056] 其中比和是酉矩陣而5：^是對角元素降序排列的對角陣。
[0057] 當(dāng)天線數(shù)目滿足nT>n沮nR=M-1時，基于SVD分解設(shè)置的預(yù)編碼矩陣F"如下：
[0058