MIMO交替中继系统中基于放大转发的干扰消除方法

摘要

本发明公开了一种MIMO交替中继系统中基于放大转发的干扰消除方法，其实现步骤是：设置系统；源节点S将信号进行预编码后发送；中继节点R₁接收信号，将处理的信号发送，中继节点R₂在中继系统的下一时隙接收信号；设计中继节点R₂的预编码矩阵消除该处的中继间干扰；中继节点R₁接收信号；设计中继节点R₁的预编码矩阵消除该处的中继间干扰；中继节点R₁和中继节点R₂分别在中继系统的偶数时隙和奇数时隙发送信号；目的节点D接收信号。本发明避免了现有干扰对齐方法对中继系统的节点天线数的奇偶性限制，并且使系统达到最大自由度。

主权项

一种MIMO交替中继系统中基于放大转发的干扰消除方法，其步骤包括如下：(1)设置系统：(1a)在多输入多输出MIMO中继系统中设置一个源节点S、一个目的节点D和两个中继节点R₁和R₂，各节点均配置M根天线，M≥2；(1b)设置中继系统在奇数时隙时，源节点S和中继节点R₂发送信号、中继节点R₁和目的节点D接收信号；设置在偶数时隙时，源节点S和中继节点R₁发送信号、目的节点D和中继节点R₂接收信号；(2)源节点S发送信号：(2a)将源节点S在当前时隙拟发送的有用信号矢量与源节点S上一个时隙已经发送的有用信号矢量相加，得到和矢量；将和矢量作为源节点S拟发送的混合有用信号矢量；(2b)用中继系统源节点S的级联预编码矩阵乘以源节点S拟发送的混合有用信号矢量，将相乘后的信号矢量作为源节点S的发送信号矢量发送出去；(3)中继节点R₂接收信号：(3a)在中继系统的第一个时隙，用中继节点R₁接收源节点S发送的信号矢量，得到接收信号矢量y_r1(1)；(3b)在中继系统的第二个时隙，用中继节点R₁的级联预编码矩阵T₁W₁乘以接收信号矢量y_r1(1)，得到中继节点R1在中继系统第二个时隙的发送信号矢量s_r1(2)；(3c)中继节点R₂在中继系统的第二个时隙接收信号，接收到信号矢量y_r2(2)；(4)消除中继节点R₂处的中继间干扰：(4a)利用下式，消除中继节点R₂处的中继间干扰：$\left[\begin{array}{ccc}{I}_M& {-H}_2& 0\\ I_M& 0& {-F}_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_1\\ A_1\\ T_1\end{array}\right]=0$其中，I_M表示M×M维单位矩阵，M表示中继系统中每个节点的天线数，M≥2，H₂表示源节点S到中继节点R₂的M×M维平坦衰落信道矩阵，F₁表示从中继节点R₁到中继节点R₂的M×M维平坦衰落信道矩阵，V₁表示信道矩阵H₂与信道矩阵F₁的列向量所张成的子空间的交集，A₁表示源节点S在中继系统的时隙为偶数时的一个预编码矩阵，A₁的维度是M×M，T₁表示中继节点R₁的一个预编码矩阵，T₁的维度是M×M；(4b)将V₁＝H₂A₁＝F₁T₁代入到中继节点R₂处的中继间干扰H₂A₁B₁+F₁T₁W₁H₁中，得到V₁B₁+V₁W₁H₁，其中，V₁表示信道矩阵H₂与信道矩阵F₁的列向量所张成的子空间的交集,V₁的维度是M×M，H₂表示源节点S到中继节点R₂的M×M维平坦衰落信道矩阵，M表示中继系统中每个节点的天线数，M≥2，F₁表示从中继节点R₁到中继节点R₂的M×M维平坦衰落信道矩阵，T₁表示中继节点R₁的级联预编码矩阵中的一个预编码矩阵，T₁的维度是M×M，A₁和B₁分别表示源节点S在中继系统的时隙为偶数时的预编码矩阵，A₁和B₁的维度均是M×M，A₁B₁表示源节点S在中继系统的时隙为偶数时的级联预编码矩阵，B₁＝‑β₁H₁，β₁表示源节点S的功率控制因子，T₁和W₁分别表示中继节点R₁的预编码矩阵，T₁和W₁的维度均是M×M，T₁W₁表示中继节点R₁的级联预编码矩阵，W₁＝α₁I_M，α₁表示中继节点R1的功率控制因子，H₁表示源节点S到中继节点R₁的M×M维平坦衰落信道矩阵；(4c)判断中继节点R₁的功率控制因子与源节点S的功率控制因子是否相等，若相等，则执行步骤(4d)，否则，执行步骤(4e)；(4d)用中继节点R₁的一个预编码矩阵W₁乘以源节点S到中继节点R₁的M×M维平坦衰落信道矩阵H₁，将其乘积的负矩阵作为源节点S在中继系统的时隙为偶数时的一个预编码矩阵B₁，实现H₂A₁B₁+F₁T₁W₁H₁＝0；通过源节点S在中继系统的时隙为偶数时的预编码矩阵A₁、B₁和中继节点R₁的预编码矩阵T₁、W₁的设计消除中继节点R₂的中继间干扰，其中H₂表示源节点S到中继节点R₂的M×M维平坦衰落信道矩阵，M表示中继系统中每个节点的天线数，M≥2，A₁和B₁分别表示源节点S在时隙为偶数时的一个预编码矩阵，A₁和B₁的维度均是M×M，A₁B₁表示源节点S在中继系统的时隙为偶数时的级联预编码矩阵，F₁表示从中继节点R₁到中继节点R₂的M×M维平坦衰落信道矩阵,T₁和W₁分别表示中继节点R₁的一个预编码矩阵，T₁和W₁的维度均是M×M，T₁W₁表示中继节点R₁的级联预编码矩阵，H₁表示源节点S到中继节点R₁的M×M维平坦衰落信道矩阵；(4e)比较中继节点R₁的功率控制因子和源节点S的功率控制因子，取其中小的值作为参数γ₁进行预编码矩阵设计，将参数γ₁与M维单位矩阵的乘积作为中继节点R₁的一个预编码矩阵W₁，将参数γ₁与源节点S到中继节点R₁的M×M维平坦衰落信道矩阵H₁相乘，将得到乘积的负矩阵作为源节点S在中继系统的时隙为偶数时的一个预编码矩阵B₁，实现H₂A₁B₁+F₁T₁W₁H₁＝0；通过源节点S在中继系统的时隙为偶数时的预编码矩阵A₁、B₁和中继节点R₁的预编码矩阵T₁、W₁的设计消除中继节点R₂处的中继间干扰，其中，H₂表示源节点S到中继节点R₂的M×M维平坦衰落信道矩阵，M表示中继系统中每个节点的天线数，M≥2，A₁B₁表示源节点S在中继系统的时隙为偶数时的级联预编码矩阵，A₁和B₁的维度均是M×M，F₁表示从中继节点R₁到中继节点R₂的M×M维平坦衰落信道矩阵,T₁W₁表示中继节点R₁的级联预编码矩阵，T₁和W₁的维度均是M×M，H₁表示源节点S到中继节点R₁的M×M维平坦衰落信道矩阵；(5)中继节点R₁接收信号：(5a)将中继节点R₂的级联预编码矩阵T₂W₂乘以接收到的信号矢量y_r2(2)，得到无中继间干扰的信号矢量,将得到的无中继间干扰的信号矢量发送出去；(5b)在中继系统的第三个时隙，用中继节点R₂的级联预编码矩阵乘以接收信号矢量，得到中继节点R₂在中继系统的第三个时隙的发送信号矢量s_r2(3)；(5c)中继节点R₁在中继系统的第三个时隙接收信号，接收到信号矢量y_r1(3)；(6)消除中继节点R₁处的中继间干扰：采用与步骤(4)中消除中继节点R₂处的中继间干扰相同的中继间干扰消除方法，消除中继节点R₁处的中继间干扰；将中继节点R₁的级联预编码矩阵T₁W₁乘以接收到的信号矢量y_r1(3)，得到无中继间干扰的信号矢量；(7)中继节点发送信号：中继节点R₁和中继节点R₂分别在中继系统的偶数时隙和奇数时隙发送无中继间干扰的信号矢量；(8)目的节点D接收信号。