多输入多输出 Y 信道中基于网络编码的信号传输方法

摘要

本发明公开了一种多输入多输出 Y 信道中基于网络编码的信号传输方法，主要解决现有技术的可达和速率较小的问题。其实现步骤包括：用户节点对原始信号进行预编码，即将信号空间对齐矩阵，用户节点附加预编码矩阵，以及功率分配矩阵与原始信号向量相乘；用户节点将预编码得到的信号发送给中继节点；中继节点将接收信号进行分离，并将分离信号与干扰消除矩阵，中继节点附加预编码矩阵，以及功率分配矩阵相乘，得到中继节点的发送信号；中继节点将预编码得到的发送信号广播给用户节点；用户节点根据接收信号及自己发送的信号恢复数据。仿真结果表明，本发明与现有的信号传输方法相比，其可达和速率有了较大提高。

主权项

1.一种多输入多输出Y信道中基于网络编码的信号传输方法，包括：(1)用户节点对原始信号进行预编码步骤每个用户节点将发给另外两个用户节点的信息进行预编码，得到发送用户节点的M×1维发送信号为：$x_i=\underset{j=1,j\ne i}{\overset{3}{\Sigma }}{V}^{[j,i]}{W}_{\pi (j,i)}{\Sigma }^{[j,i]}{s}^{[j,i]},$式中i表示发送用户节点，j表示接收用户节点，且i，j∈{1，2，3}，i≠j，M表示发送用户节点处配制的天线个数，且M为偶数，s^[j，i]是发送用户节点i发给接收用户节点j的M/2×1个数据流构成的原始信号向量，该向量的每个元素是均值为零、方差为1的相互独立的随机变量，∑^[j，i]是M/2×M/2的发送节点功率分配对角矩阵，W_π(j，i)是M/2×M/2用户节点附加预编码矩阵，下标π(j，i)是一个索引函数，满足π(i，j)＝π(j，i)，且有π(1，2)＝1，π(1，3)＝2，π(2，3)＝3，因此有W_π(2，1)＝W_π(1，2)＝W₁，W_π(3，1)＝W_π(1，3)＝W₂，W_π(3，2)＝W_π(2，3)＝W₃，V^[j，i]是M×M/2的信号空间对齐矩阵，满足H^[r，i]V^[j，i]＝H^[r，j]V^[i，j]，H^[r，i]表示用户节点i到中继节点r的N×M的信道矩阵，N表示中继节点r处配置的天线个数，且有N＝3M/2，该信道矩阵的每个元素为服从均值为零、方差为1的相互独立的复高斯随机变量；(2)用户节点向中继节点发送信号步骤发送用户节点i将进行预编码得到的发送信号x_i发送给中继节点r，得到中继节点的N×1维接收信号为：$y_r=\underset{i=1}{\overset{3}{\Sigma }}{H}^{[r,i]}{x}_i+n_r$$=\underset{i=1}{\overset{3}{\Sigma }}{H}^{[r,i]}\underset{j=1,j\ne i}{\overset{3}{\Sigma }}{V}^{[j,i]}{W}_{\pi (j,i)}{\Sigma }^{[j,i]}{s}^{[j,i]}+n_r$$=U_1{W}_1{s}^{[r,1]}+U_2{W}_2{s}^{[r,2]}+U_3{W}_3{s}^{[r,3]}+n_r,$式中，s^[r，1]＝∑^[2，1]s^[2，1]+∑^[1，2]s^[1，2]表示用户节点1与用户节点2的对齐信号，s^[r，2]＝∑^[3，1]s^[3，1]+∑^[1，3]s^[1，3]表示用户节点1与用户节点3的对齐信号，s^[r，3]＝∑^[3，2]s^[3，2]+∑^[2，3]s^[2，3]表示用户节点2与用户节点3的对齐信号，U₁＝H^[r，1]V^[2，1]＝H^[r，2]V^[1，2]表示信道矩阵H^[r，1]与信道矩阵H^[r，2]的列空间的交空间，U₂＝H^[r，1]V^[3，1]＝H^[r，3]V^[1，3]表示信道矩阵H^[r，1]与信道矩阵H^[r，3]的列空间的交空间，U₃＝H^[r，2]V^[3，2]＝H^[r，3]V^[2，3]表示信道矩阵H^[r，2]与信道矩阵H^[r，3]的列空间的交空间，n_r是N×1的噪声向量，该向量的每个元素是均值为零、方差为的相互独立的复高斯随机变量；(3)中继节点对接收信号进行预编码步骤(3a)中继节点r对接收信号y_r中包含的对齐信号s^[r，1]，s^[r，2]和s^[r，3]进行分离，用s^[r，1]的M/2×N维分离矩阵H₁乘以y_r，满足H₁[U₂ U₃]＝0_M/2×M，得到第一个分离后的对齐信号y^[r，1]＝H₁y_r＝H₁U₁W₁s^[r，1]+H₁n_r，0_M/2×M表示M/2×M的全零矩阵，类似地，选择s^[r，2]，s^[r，3]的分离矩阵H₂，H₃，分别满足H₂[U₁ U₃]＝0_M/2×M，H₃[U₁ U₂]＝0_M/2×M，得到第二个分离后的对齐信号y^[r，2]＝H₂y_r＝H₂U₂W₂s^[r，2]+H₂n_r和第三个分离后的对齐信号，y^[r，3]＝H₃y_r＝H₃U₃W₃s^[r，3]+H₃n_r；(3b)对分离后的对齐信号y^[r，1]，y^[r，2]，y^[r，3]进行预编码，得到N×1的发送信号$x_r=\underset{i=1}{\overset{3}{\Sigma }}{V}^{[i,r]}{\Sigma }^{[i,r]}{U}^{[i,r]}{y}^{[r,i]},$式中，V^[i，r]为干扰消除矩阵，∑^[i，r]为中继节点的功率分配对角矩阵，其对角元素的值根据对齐信号s^[r，i]，i＝1，2，3中每个数据流采用平均功率分配来确定，U^[i，r]为中继节点附加预编码矩阵；(4)中继节点广播发送信号步骤中继节点r将进行预编码得到的发送信号x_r广播给用户节点，得到用户节点i的M×1维接收信号为：y_i＝H^[i，r]x_r+n_i，i∈{1，2，3}，式中n_i是M×1的噪声向量，该向量的每个元素是均值为零、方差为的相互独立的复高斯随机变量，H^[i，r]是中继节点到用户节点i的M×N的信道矩阵，该矩阵的每个元素是服从均值为零、方差为1的相互独立的复高斯随机变量；(5)用户节点恢复数据步骤用户节点i根据接收信号y_i及自己的发送信号x_i来去掉自身的干扰，即从接收信号y_i中将x_i通过信道后形成的那部分信号减掉；然后采用迫零检测恢复用户j给用户i发送的原始信号s^[i，j]，j∈{1，2，3}，j≠i。