一种MIMO全双工中继系统信源中继联合预编码方法

摘要

本发明公开了一种MIMO全双工中继系统信源中继联合预编码方法，包括以下步骤：首先利用导频信道估计方法得到信源‑中继、中继‑终端、以及中继发射端‑中继接收端的信道矩阵，设定系统功率上限及背景噪声值；然后设定中继放大矩阵其中x_t,x_r分别为发射波束成形和接收波束成形；其次将非凸的多变量系统速率最大化问题转化为仅关于x_r的无约束问题，利用梯度上升法求解得到x_r，再根据x_r计算得到信源和中继的预编码矩阵；最后系统使用计算得到的源端预编码矩阵和中继放大矩阵产生源端和中继处的发送信号，以完成MIMO全双工中继系统的信息传输。本发明通过利用中继放大矩阵和梯度上升法设计MIMO全双工中继系统的预编码方案，从而极大地提升MIMO全双工中继系统的传输速率。

主权项

一种MIMO全双工中继系统信源中继联合预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)初始化：系统确定源节点的天线数N_S、中继节点接收端的天线数N_R、中继节点发射端的天线数N_T、信宿节点的天线数N_D、信源的功率上限P_S、中继的功率上限P_R；设定中继处噪声功率信宿处噪声功率(2)利用导频方法进行信道估计得到信源‑中继、中继发射端‑中继接收端、中继‑信宿的信道矩阵，分别记为H_SR、H_RR、H_RD；设定中继放大矩阵其中x_t、x_r分别为一维发射波束成形向量和一维接收波束成形向量，将MIMO全双工中继系统的速率最大化问题等价为仅关于x_r的无约束优化问题：$\underset{x_r}{max}\frac{P_S\left|\right|x_r^H{H}_{SR}|{|}^2{\lambda }_{max}\left(x_r\right)}{{\sigma }_R^2\left|\right|x_r|{|}^2{\lambda }_{max}\left(x_r\right)+\frac{{\sigma }_D^2}{P_R}\left(P_S\right|\left|x_r^H{H}_{SR}\right|{|}^2+{\sigma }_R^2\left|\right|x_r\left|{|}^2\right)}$其中λ_max(x_r)为矩阵的最大特征值，(3)利用梯度上升法得到步骤2所述无约束问题的最优解x_r，并按如下公式计算信源预编码矩阵V、中继发送波束成形x_t，中继接收波束成形x_r：$V=\sqrt{P_S}\frac{H_{SR}^H{x}_r}{\left|\right|H_{SR}^H{x}_r\left|\right|}$$x_t\in \arg \underset{\left|\right|u\left|\right|=1}{max}{u}^H{\mathrm{\Pi H}}_{RD}^H{H}_{RD}\Pi u;$$x_r=\sqrt{\frac{P_R}{P_S\left|\right|x_r^H{H}_{SR}|{|}^2+|\left|{\sigma }_R^2{x}_r\right|{|}^2}}{x}_r$(4)在信源端根据V对传输符号进行预编码，同时根据x_t,x_r计算得到中继放大矩阵利用Q对中继接收端的接收信号进行放大处理，完成MIMO全双工中继系统的预编码设计，最终实现信源与信宿之间以全双工的方式进行信息传输。