[發明專利]基于多用戶MIMO協同中繼系統的干擾抑制方法

有效

• 申請號: 201210139074.4
• 申請日: 2012-05-07
• 公開（公告）號: CN102694628A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 王勇;艾云;李暉;楊柳
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L1/06
• 分類號: H04L1/06;H04B7/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及信號空間對齊方法，特別涉及一種針對多用戶MIMO協同中繼系統的干擾抑制方法，可用于無線通信。

背景技術

在實際生活中，經常需要用到實時可靠的雙向通信，比如用戶之間的實時文件交互，視頻通話和專用監控系統等。雙向通信要求通信兩端都能同時發送和接收信號，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協助來完成雙向通信。中繼一般分為兩種模式，即譯碼轉發型DF和放大轉發型AF。譯碼轉發型中繼是先對接收到的信號進行譯碼，若接收正確，則將接收到的信號重新編碼后傳輸；放大轉發型中繼是對接收到的信號直接放大后轉發。與譯碼轉發型中繼相比，放大轉發型中繼具有較低的信號處理時延和復雜度，更適用于實時雙向通信。協同中繼技術將接收到的多路信號進行聯合處理來完成多個節點的同時通信，可以擴展覆蓋范圍，提高無線傳輸的頻譜效率。此外，結合多輸入多輸出技術MIMO能夠有效降低系統誤碼率，擴大系統容量區域，改善系統性能。

由于無線通信的廣播特性，多用戶在相同頻段同時發射的信號必然產生共信道干擾，MIMO的引入也增加了抗干擾算法的難度和復雜度。多用戶共信道干擾的最新成果是信號空間對齊算法，其核心思想是設計波束成形矢量，將接收節點不期望的干擾信號對齊到同一個信號子空間，而通過干擾抑制矩陣把期望信號構造到對應的正交子空間，實現干擾抑制。

北京郵電大學申請的專利“一種基于放大轉發的多流雙向中繼傳輸方法”（專利申請號201110200566.5，公布號CN102355291A）。該專利申請主要提出了一種基于放大轉發的多輸入多輸出雙向中繼傳輸方法，該方法的步驟是：中繼通過兩個用戶的信道矩陣進行天線選擇；然后根據選擇的天線子集進行雙向中繼傳輸，完成信號交互。該專利申請存在的不足是：在相同的時頻資源下，中繼只能實現兩個用戶間的信息交換，不能實現多個用戶對的雙向信息傳輸，降低了網絡傳輸速率和系統容量。

北京郵電大學申請的專利“一種網絡編碼傳輸方法”（專利申請號201010533192.4，公布號CN101997647A）。該專利申請主要是提出了一種網絡編碼的協同中繼傳輸方法，其步驟是：中繼根據獲取到的多個用戶對信號分別進行網絡編碼，然后將不同用戶對的網絡編碼后的信號進行疊加后廣播發送。該專利申請存在的不足是：該方法只適用于用戶配置單天線的場景，對于用戶配置多天線的場景則不適用，從而不能獲得潛在的分集增益，系統抗信道衰落能力較弱。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種基于多用戶MIMO協同中繼系統的干擾抑制方法，以提高網絡傳輸速率和資源利用率，獲得了多天線的分集增益，增強系統抗信道衰落能力，降低誤碼率。

實現本發明目的的基本思路是，在第一時隙，即多址接入時隙用戶采用信號空間對齊方法確定波束成形矢量，并用波束形成矢量將待發送信號加權后發送；中繼根據等效信道矩陣獲取預編碼矩陣，對接收到的多用戶信號進行預編碼處理，放大后在第二時隙，即廣播發送時隙發送出去；用戶接收信號并采用譯碼矢量抑制用戶對間的干擾信號，再進行最大似然檢測得到所需的信號。其實現步驟包括如下：

（1）各個用戶確定需要進行通信的配對組合，根據配對組合，采用信號空間對齊方法，確定出各自的波束成形矢量，并得到用戶到中繼的等效信道矢量；

（2）每個用戶對各自的待發送信號進行調制，得到調制信號，并在多址接入時隙采用上述確定的波束成形矢量將調制信號加權后發送出去；

（3）中繼利用上述各個用戶到中繼的等效信道矢量，構造出預編碼矩陣P：

3a）將除第i個用戶對以外的K-1個用戶對的等效信道矢量并排組成N×(K-1)維矩陣U_i=(u^[r，1]，...，u^[r，i-1]，u^[r，i+1]，...，u^[r，K])，其中N是中繼天線數，K是用戶對的個數；

3b）計算對應第i個用戶對的正交投影矩陣其中I為單位矩陣，為U_i的共軛轉置矩陣；

3c）根據上述投影矩陣構造中繼預編碼矩陣：其中，為功率歸一化因子，||·||表示矢量的2范數；

（4）中繼接收各用戶發送的信號，并用上述預編碼矩陣P對接收到的信號進行左乘后放大，然后在廣播發送時隙將其發送出去；

（5）用戶對接收到的中繼發送信號進行干擾抑制并在檢測后解調：