双向信道中基于最小均方误差波束成型的信息传输方法

摘要

本发明公开了一种双向信道中基于最小均方误差波束成型的信息传输方法，它属于无线通信技术领域，主要解决现有技术复杂度高的问题。具体地说是针对两个源节点和一个中继节点的无线通信网络，设计一种能改善信道容量和误比特性能同时降低复杂度的信息传输方法。其步骤是：两个源节点同时将编码信息发送至中继节点，中继节点按照最小均方误差准则构建波束成型矩阵；中继节点对接收到的源节点混合信息波束成型处理后再广播给源节点，源节点译码获得对方信息。本发明在不对系统性能造成较大影响下，降低了复杂度，保证了传输的正确性，可用于双向中继系统中信息的可靠传输。

主权项

1.一种双向信道中基于最小均方误差波束成型的信息传输方法，包括如下步骤：(1)采用Turbo码对两个源节点的数据信息d₁，d₂分别进行编码，得到编码序列x₁，x₂，对该编码序列进行调制，并将调制后的信号s₁(n)和s₂(n)以功率p₁和p₂同时发送至中继节点；(2)中继节点基于最小均方误差准则构建波束成型矩阵：2a)令H_UL＝[h₁，h₂]，H_DL＝[h₂，h₁]T，h₁和h₂分别为源节点到中继节点的信道，对H_UL进行奇异值分解H_UL＝U∑V^H，U∈C^M×2，将中继最小均方误差波束成型矩阵表示为A_MMSE＝U^*B_MMSEU^H，B_MMSE∈C^2×2；2b)采用最小均方误差准则构建中继波束成型矩阵：根据最小均方误差准则的接收机和发射机表达式构建中继最小均方误差波束成型矩阵：$A_{\mathrm{MMSE}}=H_{\mathrm{DL}}^H{(H_{\mathrm{DL}}{H_{\mathrm{DL}}}^H+\frac{{\sigma }_n^2}{{\sigma }_a^2}I)}^{+}\left[\begin{array}{cc}{a}_{\mathrm{MMSE}}& 0\\ 0& b_{\mathrm{MMSE}}\end{array}\right]{(H_{\mathrm{UL}}^H{H}_{\mathrm{UL}}+\frac{{\sigma }_n^2}{{\sigma }_a^2}I)}^{+}{H}_{\mathrm{UL}}^H$其中σ_n²和σ_a²分别为噪声功率和信号功率，a_MMSE和b_MMSE是构建波束成型矩阵需要求解的两个复变量，I是复单位矩阵，是最小均方误差接收机表达式，是最小均方误差发射机表达式；利用奇异值分解公式和分别对H_DL^H和H_UL^H进行分解，得到中继波束成型矩阵为：$A_{\mathrm{MMSE}}=U^{*}{\mathrm{\Sigma V}}^T{(H_{\mathrm{DL}}{H_{\mathrm{DL}}}^H+\frac{{\sigma }_n^2}{{\sigma }_a^2}I)}^{+}\left[\begin{array}{cc}0& a_{\mathrm{MMSE}}\\ b_{\mathrm{MMSE}}& 0\end{array}\right]{(H_{\mathrm{UL}}^H{H}_{\mathrm{UL}}+\frac{{\sigma }_n^2}{{\sigma }_a^2}I)}^{+}{\mathrm{V\Sigma U}}^H$令$B_{\mathrm{MMSE}}={\mathrm{\Sigma V}}^T{(H_{\mathrm{DL}}{H_{\mathrm{DL}}}^H+\frac{{\sigma }_n^2}{{\sigma }_a^2}I)}^{+}\left[\begin{array}{cc}0& a_{\mathrm{MMSE}}\\ b_{\mathrm{MMSE}}& 0\end{array}\right]{(H_{\mathrm{UL}}^H{H}_{\mathrm{UL}}+\frac{{\sigma }_n^2}{{\sigma }_a^2}I)}^{+}\mathrm{V\Sigma },$使A_MMSE＝U^*B_MMSEU^H；式中B_MMSE矩阵通过对源节点S₁和S₂的可达速率求解得到，U^*为U的共轭矩阵，U^H为U的共轭转置矩阵；(3)利用得到的最小均方误差波束成型矩阵，对中继节点接收到的混合信号进行最小均方误差波束成型，表示为x_R(n)＝A_MMSEy_R(n)，n＝1，...，N，其中y_R(n)为中继节点接收到的两个源节点的混合信息；(4)中继节点在第二个时隙将波束成型信息x_R(n)广播给两个源节点，这两个源节点分别从各自接收到的信息中减去自相干扰后，通过解调得到对方源节点的信息，以在两个时隙内实现源节点之间信息的交换。