基于双向多中继网络的分布式循环重叠空时码传输方法

摘要

本发明公开了一种基于双向多中继网络的分布式循环重叠空时码传输方法，主要解决现有技术的分集增益低、误码率性能差、检测器较复杂的问题。其实现步骤是：两源节点对基带调制信号进行预编码得到源节点发送信号；两源节点同时向所有中继节点发送预编码之后的信号；所有中继节点接收上述两源节点发送的信号；每个中继节点将接收到的信号进行线性压缩处理，得到其两根天线上的发送信号，并将其发送给两源节点；两源节点接收上述中继节点发送的信号，并同时构造判决信号，最后采用最大似然检测方法对上述判决信号进行检测。本发明具有能够提高系统误码率性能、获得满分集增益和最大编码增益、降低检测器复杂度的优点，可用于双向多中继网络的传输。

主权项

1.一种基于双向多中继网络的分布式循环重叠空时码传输方法包括如下步骤：（1）源节点对基带调制信号进行预编码，获取源节点的发送信号（1a）两个源节点分别将由2N个复星座符号组成的基带调制信号x_k进行串并转换，每个源节点得到两路信号x_k,o和x_k,e，k=1,2，N=2^b为中继节点的个数，b为一个非负整数；（1b）每个源节点对上述两路信号分别进行预编码得到编码信号：s_k,o＝Px_k,o，$s_{k,e}^{*}=P^{*}{x}_{k,e}^{*},$其中，*表示共轭运算，P为预编码矩阵，$P=\frac{1}{\sqrt{N}}\mathrm{Hadamard}\left(N\right)W_N^{H}D,$$D=\mathrm{diag}(1,e^{j\frac{\pi }{2N}},···,e^{j(N-1)\frac{\pi }{2N}})$为相位旋转矩阵，j＝1，…，N，$W_N(u,v)=\frac{1}{\sqrt{N}}{e}^{-j2\mathrm{\pi uv}/N}$是一个傅里叶变换矩阵，u,v＝1,…,N，Hadamard(N)为N阶Hadamard矩阵；（1c）对每个源节点的两路编码信号分别进行并串转换，得到源节点的发送信号（2）两个源节点在连续2N个时隙内同时将上述信号中的2N个符号发送给N个中继节点，将第j个中继节点的接收信号表示为其中表示第j个中继节点在第l个时隙内的接收信号，这里j＝1,2,…,N，l＝1,2,…,2N，表示第j个中继节点的第1根天线在第l个时隙内接收到的符号，表示第j个中继节点的第2根天线在第l个时隙内接收到的符号，T表示转置运算；（3）中继节点对上述接收到的信号r_j进行线性压缩处理，得到第j个中继节点在第l个时隙内的两根天线上的发送信号t_j,l，并将其发送给两个源节点，这里$t_{j,l}={[t_{j,l}^{\left(1\right)},t_{j,l}^{\left(2\right)}]}^T=\sqrt{\beta }(A_{j,l}{r}_j+B_{j,l}{r}_j^{*}),j=\mathrm{1,2},···N,l=\mathrm{1,2},···,2N;$其中，表示第j个中继节点的第1根天线在第l个时隙内发送的符号，表示第j个中继节点的第2根天线在第l个时隙内发送的符号；β是为确保每个中继天线的平均发送功率均为P_r而设定的增益系数；T表示转置运算；*表示共轭运算；A_j,l表示第j个中继节点在第l个时隙内对接收信号r_j进行线性处理时的系数矩阵，B_j,l表示第j个中继节点在第l个时隙内对接收信号的共轭进行线性处理时的系数矩阵；（4）两个源节点在2N个连续时隙内接收上述中继节点发送的信号t_j,l，得到接收信号为：$y_k=\sqrt{\beta }{R}^T{h}_k+{\eta }_k,k=\mathrm{1,2},$式中，$R={\left(R_{j,i}\right)}_{N\times N}=\left[\begin{array}{cccc}{R}_{\mathrm{1,1}}& R_{\mathrm{1,2}}& ···& R_{1,N}\\ R_{\mathrm{2,1}}& R_{\mathrm{2,2}}& ···& R_{2,N}\\ ···& ···& ···& ···\\ R_{N,1}& R_{N,2}& ···& R_{N,N}\end{array}\right],$其中，R_j,i是一个Alamouti矩阵，表示每个中继节点都是将线性压缩处理后的信号以Alamouti空时码的形式发送给两个源节点，这里R_j,i＝[t_j,2i-1 t_j,2i]，i＝1,…,N；t_j,2i-1表示第j个中继节点的两根天线在第2i-1个时隙内的发送信号，t_j,2i表示第j个中继节点的两根天线在第2i个时隙内的发送信号；表示第k个源节点与所有中继节点之间的信道系数矩阵，其中表示第j个中继节点的第1根天线与第k个源节点的天线之间的信道衰落系数，h_k,2j表示第j个中继节点的第2根天线与第k个源节点天线之间的信道衰落系数；η_k＝[η_k,1,η_k,2,…,η_k,2N]^T表示第k个源节点在连续2N的时隙内接收到的高斯噪声，l＝1,…,2N；β是为确保每个中继天线的平均发送功率均为P_r的增益系数；（5）假定s_k在第k个源节点处产生的自干扰能够完全消除，即源节点1能消除含有s₁的项，源节点2能消除含有s₂的项，则根据上述两个源节点接收到的信号y₁、y₂，分别构造判决信号${\tilde{z}}_1=\sqrt{P_1\beta }{G}_b{s}_2+{ϵ}_1,$${\tilde{z}}_2=\sqrt{P_2\beta }{G}_b^T{s}_1+{ϵ}_2,$其中，P₁是源节点1的发送功率，P₂是源节点2的发送功率，β是为确保每个中继天线的平均发送功率均为P_r的增益系数，ε₁、ε₂为等效噪声向量，G_b是一个2^b+1×2^b+1的递归Alamouti循环矩阵，b＝log₂N，G_b的前两行为其中，是一个Alamouti矩阵，即G_b的每个2×2的分块都是两个Alamouti矩阵的乘积；（6）两源节点分别采用最大似然检测方法对判决信号进行检测。