[發明專利]一種用于通信系統中物理層網絡編碼的空間分集方法

有效

• 申請號: 201010606060.X
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102055565A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 粟欣;高暉;吳佳;張長;曾捷;程青燕
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L1/06
• 分類號: H04L1/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種用于通信系統中物理層網絡編碼的空間分集方法，屬于無線通信技術領域。

背景技術

雙向通信，是通信中的常見手段，比如用戶之間實時文件交互，視屏通話等業務，專用監控系統等都需要可靠的雙向通信。由于地理位置間隔或直傳信道質量惡劣，期望實現雙向通信的用戶無法自行組網實現可靠通信，這時候可以利用中繼來協助完成雙向通信。無線網絡編碼，利用無線信號傳輸的廣播和疊加特性和先進的信號檢測方法，能夠為這些期望交互信息的用戶對提供高速可靠的信息傳遞。同時，無線網絡編碼的應用能夠有效的提高網絡整體的頻譜利用率和能量利用率，從而實現高效、環保的雙向通信，符合未來綠色通信的需求。

目前無線網絡編碼已經逐漸受到學術界和產業界的關注，其中應用在雙向通信中無線網絡編碼主要包括基于部分譯碼轉發的物理層網絡編碼和基于放大轉發的模擬網絡編碼。其中，物理層網絡編碼的通信協議如下：兩個希望進行雙向通信的用戶對利用相同的時頻資源完成其上行傳輸，基站端將重疊的或相互干擾的信號直接映射為網絡編碼的符號，然后利用一定的時頻率資源將該網絡編碼后的符號廣播到該用戶對，用戶在接收到網絡編碼的符號后，利用自己已有的信息進行干擾消除后，獲得來自對方的有用信息。另外，模擬網絡編碼的通信協議如下：兩個希望進行雙向通信的用戶對利用相同的時頻資源完成其上行傳輸，基站端將重疊的或相互干擾的信號直接放大之后廣播到該用戶對，用戶在接收到網絡編碼的符號后，利用自己已有的信息進行干擾消除后，獲得來自對方的有用信息。兩種無線網絡編碼中，物理層網絡編碼具有更高的能量利用率，更符合未來通信的需求。

空間分集利用多天線收/發設備及先進的信號處理技術有效的對抗無線信道的衰落特性。特別地，對于中繼輔助網絡，中繼通常具有多多天線并可以為網絡提供空間分集增益。但是，利用多天線中繼為物理層網絡編碼提供專屬的分集方案，目前尚沒有相關報道。

發明內容

本發明的目的是提出一種用于通信系統中物理層網絡編碼的空間分集方法，以提高效率頻譜利用率和能量利用，并利用多天線中繼結點獲得了用戶端到端分集增益，提高用戶雙向通信的可靠性。

本發明提出的用于通信系統中物理層網絡編碼的空間分集方法，包括以下步驟：

(1)設進行全速率交互通信的兩個單天線用戶，在兩個單天線用戶之間設定M個分布式中繼站天線，構成一個局部通信網絡；

(2)局部通信網絡中的兩個單天線用戶分別向中繼站發送訓練數據，中繼站根據接收的訓練數據，分別估計出中繼站天線與每個用戶天線之間的信道信息，得到用戶天線和中繼站天線之間的信道矩陣h_k＝[h_1，k，h_2，k，…，h_M，k]^T，其中k＝1，2，h_m，k是用戶k和中繼第m根天線的信道向量；

(3)兩個單天線用戶均選擇二相相移鍵控BPSK調制方式，向中繼站同時分別發送兩個單天線用戶之間的長度為N個信號的交互信息S₁和S₂；

(4)當中繼站接收到來自兩個單天線用戶的第i個疊加信號y_i后，進行聯合檢測，得到第i個網絡編碼符號1≤i≤N，具體過程如下：

(4-1)對上述步驟(2)的信道矩陣h_k與中繼站接收的疊加信號y_i分別進行相關處理，得到兩個信道-數據相關值，分別為：其中，(·)^*為共軛轉置；

(4-2)對上述步驟(2)的兩個單天線用戶與中繼站之間的兩個信道矩陣進行相關處理，得到一個信道-信道相關值

(4-3)中繼站利用上述兩個信道-數據相關值和一個信道-信道相關值，對疊加信號y_i進行最大比合并檢測，得到網絡編碼符號檢測表達式為：

其中表示取復數的實部；

(5)中繼站根據上述步驟(2)的用戶天線和中繼站天線之間的信道矩陣，從M根中繼站天線中選擇從中繼站向用戶發送網絡編碼的天線集合，具體過程如下：

(5-1)中繼站分別計算M根天線的瞬時合信道增益，并按信道增益從大到小排序；

(5-2)中繼站從上述排序中選擇與較大信道增益相對應的M’根天線作為發射網絡編碼的天線；

(6)中繼站將上述步驟(4)的網絡編碼符號進行空時編碼后通過上述選擇的天線向兩個單天線用戶發送；