[發明專利]兩跳半雙工MIMO中繼網絡分布式波束形成方法

有效

• 申請號: 201210112270.2
• 申請日: 2012-04-17
• 公開（公告）號: CN102647217A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 黃自立;占敖;蔣鈴鴿;何晨
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04B7/04
• 分類號: H04B7/04;H04L5/16
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域方法，具體是兩跳半雙工MIMO中繼網絡的分布式波束形成方法。

背景技術

移動通信中，多輸入多輸出(Multiple-Input?Multiple-Output，MIMO)無線傳輸技術利用空間資源增加傳輸速率和可靠性，在近十多年來得到充分發展。對于點對點MIMO通信系統，當通信終端完全獲知信道狀態信息(Channel?State?Information，CSI)時，在發送端采用波束形成(Beam?Forming，BF)，接收端采用最大比合并(Maximal?Ratio?Combining，MRC)技術可以有效地克服信道衰落帶來的負面影響。同時，近年來的研究工作表明，中繼協作的增強型通信可大大提高系統頻譜利用率和網絡覆蓋面。所以結合MIMO技術與協作中繼技術能更加充分利用協作分集提高頻譜有效性、鏈路可靠性和功率效率。

對現有文獻檢索發現，相關文獻如下：

R.U.Nabar等人在《Proc.Allerton?Conf.Commun.，Control?and?Comput.，Monticello，IL，October?2003，pp.378-389.》上發表了題為“Capacity?scaling?laws?in?MIMO?wireless?networks(無線MIMO網絡的信道容量分析準則)”的文章，該文章中提出了基于迫零(Zero?Forcing，ZF)準則的分布式中繼波束形成方法，它通過對每個中繼節點的后向信道進行ZF均衡和對前向信道進行ZF預編碼，從而使得目的節點來自不同中繼的接收信號可以方向一致地進行合并。

Krishna?R.等人在《IEEE?Signal?Process.Lett.，2008，15，pp.549-552.》上發表了題為“A?cooperative?MMSE?relay?strategy?for?wireless?sensor?networks(無線傳感器網絡中一種協同最小均方誤差中繼轉發方法)”的文章，文中提出了基于最小均方誤差(Minimizing?Mean-Squared?Error，MMSE)準則的分布式中繼波束形成方法。然而，由于針對后向信道以及前向信道的ZF變換或MMSE變換，會損失后向信道以及前向信道因多天線而帶來的自由度優勢，因此，無論是基于ZF準則還是基于MMSE準則的中繼波束形成方法，都只能獲得分布式陣列增益(Distributed?Array?Gain，DAG)，而不能同時獲得節點內陣列增益(Intra-node?Array?Gain，IAG)。

Hui?Shi等人在《Proc.IEEE?ICC?2005，Seoul，Korea，May?2005，vol.4，pp.2705-2711.》上發表了題為“A?relaying?scheme?using?QR?decomposition?with?phase?control?for?MIMO?wireless?networks(無線MIMO網絡中一種使用QR分解和相位控制方法的中繼轉發方法)”的文章，該文章中提出了基于QR分解的分布式中繼波束形成方法QR-P-QR，該方法對每個中繼節點的后向信道和前向信道分別進行QR分解，利用分解所得酉矩陣以及設計好的相位控制矩陣(Phase?Control?Matrix，PCM)進行中繼波束形成，最終使得源節點和目的節點間的等效信道轉化為下三角形式，從而在目的節點可以利用連續干擾消除(Successive?Interference?Cancellation，SIC)檢測以獲得最大的系統性能增益。理論分析表明QR-P-QR方法可以同時獲得DAG和IAG，但由于QR-P-QR方法對中繼節點的噪聲有明顯的放大作用，因此該方法獲得的IAG相對較小。

Hui?Shi等人在《IEEE?Trans.Commun.，2007，55，(9)，pp.1683-1688.》上發表了題為“Relaying?schemes?using?matrix?triangularization?for?MIMO?wireless?networks(無線MIMO網絡中一中利用矩陣三角化的中繼轉發方法)”的文章，文中提出了兩種結合QR-P-QR方法以及ZF方法的混合QRD-ZF分布式中繼傳輸方法法QR-P-ZF和ZF-P-QR。仿真結果顯示QR-P-ZF方法性能好于QR-P-QR方法，但距離系統容量上界仍然有較大的距離。