[發明專利]全雙工協作通信系統中異步空時碼編解碼系統和方法

有效

• 申請號: 201210199103.6
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN102724027A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 劉毅;張海林;何源;李勇朝
• 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;H04L25/02;H04L25/03
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;黎漢華

1.一種全雙工協作通信系統中異步空時碼編解碼系統，包括：

信道估計模塊，用于估計源節點、目的節點和中繼節點相互之間的信道參數信息和中繼節點環路的信道參數信息，并估計中繼鏈路時延信息，將估計得到的信號輸出給干擾抵消模塊；

源節點信號估計模塊，用于通過消除中繼節點自身環路信號估計中繼節點處的源節點的發射信號，并將估計的信號輸出給干擾抵消模塊；

干擾抵消模塊，用于消除中繼節點由于自身環路所帶來的干擾信號，并將干擾抵消后的信號輸出給信號放大模塊；

信號放大模塊，用于計算中繼節點可變增益的放大因子，并對中繼節點發射信號進行功率控制，將放大后的信號經過信道輸出給等效信道生成模塊以及最小均方誤差解碼模塊；

等效信道生成模塊，用于構造源節點到目的節點的等效信道，將生成的等效信道信息輸出給最小均方誤差解碼模塊；

最小均方誤差解碼模塊，用于對源節點發射信號進行解碼恢復。

2.根據權利要求1所述的全雙工協作通信系統中異步空時碼編解碼系統，其特征在于，所述的干擾抵消模塊包括兩個加法器、延遲器；

第一加法器301，用于對中繼節點當前時刻的接收信號和當前時刻經過環路的發射信號做減法運算，第一加法器301的輸出端與延遲器的輸入端相連；

延遲器302，用于將中繼節點處估計得到的源節點發射信號延遲b個單位，其中b是源節點發射信號連續編碼的符號個數，延遲器302的輸出端與第二加法器303的輸入端相連；

第二加法器303，用于對中繼節點前一時刻的接收信號和前一時刻估計得到的源節點的發射信號延遲b個單位后的信號做減法運算，得到中繼節點經過干擾抵消后的信號。

3.根據權利要求1所述的全雙工協作通信系統中異步空時碼編解碼系統，其特征在于，所述的等效信道生成模塊包括：移位寄存器、三個乘法器、加法器、兩個存儲器、卷積編碼矩陣產生器、卷積編碼矩陣修正器、信號發生器和單位矩陣修正器；

第一乘法器502，用于實現可變增益的放大因子和h_LI的乘法運算，得到中繼鏈路發射信號等效卷積因子，其中h_LI為信道估計得到的中繼節點環路信道參數，b是源節點發射信號連續編碼的符號個數，該第一乘法器502的輸出端與第一存儲器506的輸入端相連；

第一存儲器506，用于寄存中繼鏈路發射信號的等效卷積因子，該第一存儲器506的輸出端與卷積編碼矩陣產生器508的輸入端相連；

卷積編碼矩陣產生器508，用于產生(b+N-1)×N維的Toeplize矩陣，其中N為信息序列長度，b是源節點發射信號連續編碼的符號個數，卷積編碼矩陣產生器508的輸出端與卷積編碼矩陣修正器509的輸入端相連；

移位寄存器501，用于移位寄存卷積編碼矩陣的零填充信息，移位寄存器501的輸出端與卷積編碼矩陣修正器509的輸入端相連；

卷積編碼矩陣修正器509，用于在Toeplize矩陣前乘以0t×(b+N-1)I(b+N-1)0(τ-t)×(b+N-1)]]>矩陣，得到中繼鏈路考慮延遲的信號編碼卷積矩陣，其中I_(b+N-1)為(b+N-1)×(b+N-1)維的單位矩陣，b為源節點發射信號連續編碼的符號個數，N為信息序列長度，卷積編碼矩陣修正器509的輸出端與第二乘法器503的輸入端相連；

信號發生器510，用于產生(τ+b-1)×N維的全零矩陣，其中τ為中繼節點最大延遲，b為源節點發射信號連續編碼的符號個數，N為信息序列長度，信號發生器510的輸出端與第二存儲器507的輸入端相連；

第二存儲器507，用于寄存信號發生器產生的(τ+b-1)×N維全零矩陣，該第二存儲器507的輸出端與單位矩陣修正器511輸入端相連；

單位矩陣修正器511，用于在N×N維的單位矩陣后面直接添加(τ+b-1)×N維的全零矩陣得到直達鏈路保護間隔修正后的單位矩陣，單位矩陣修正器511的輸出端與第二乘法器503的輸入端相連；

第二乘法器503，用于實現中繼鏈路考慮延遲的信息編碼卷積矩陣和h_SR以及h_RD之間的相乘運算，得到中繼鏈路等效信道，其中h_SR為信道估計得到的源節點到中繼節點之間的信道參數，h_RD為信道估計得到的中繼節點到目的節點的信道參數，該第二乘法器503的輸出端與加法器505的輸入端相連；

第三乘法器504，用于實現直達鏈路保護間隔修正后的單位矩陣和h_SD的相乘運算，其中h_SD為信道估計得到的源節點到目的節點的信道參數之間，得到直達鏈路等效信道，該第三乘法器504的輸出端與加法器505的輸入端相連；

加法器505，用于對中繼鏈路等效信道和直達鏈路等效信道做加法運算，得到目的節點的等效信道矩陣。

4.一種全雙工協作通信系統中異步空時碼編解碼方法，包括如下步驟：

（1）系統初始化：

1a)采用最小均方誤差信道估計方法，估計源節點到中繼節點的信道參數h_SR，中繼節點到目的節點的信道參數h_RD，源節點到目的節點的信道參數h_SD，以及中繼節點環路信道參數h_LI；

1b)采用最小均方誤差信道估計方法，估計中繼節點的最大時延τ；

（2）源節點對發送信號進行調制，將調制后的信號發射給中繼節點和目的節點，中繼節點接收天線接收源節點的發射信號并通過發射天線向目的節點轉發源節點的發射信號，同時中繼節點接收天線接收轉發的源節點發射信號，中繼節點接收信號的表達式如下：

r(i)=h_SRx(i)+h_LIt(i)+n_R(i)，

其中，r(i)為中繼節點i時隙的接收信號，x(i)為源節點i時隙的發射信號，t(i)為中繼節點i時隙的發射信號，n_R(i)為中繼節點接收端i時隙的高斯噪聲；

（3）中繼節點通過去除其自身環路信號對源節點的發射信號進行估計，即按照下列公式進行估計：

x^(i)=r(i)-hLIt(i)]]>

其中，r(i)為第i時隙中繼節點的接收信號，t(i)為第i時隙中繼節點的發射信號，為第i時隙源節點的估計信號；

（4）中繼節點將上述源節點的估計信號延遲b個單位，按照下列公式對中繼節點接收信號進行自身環路抵消：

t^(i)=r(i-1)-(hLIβ)bx^(i-b-1),]]>

其中，b是源節點發射信號連續編碼的符號個數，為第i時隙中繼節點經過干擾抵消后的信號，r(i-1)為第i-1時隙中繼節點的接收信號，為第i-b-1時隙源節點的估計信號，β為可變增益的放大因子；

（5）利用可變增益的放大因子β，控制中繼節點經過干擾抵消后信號的功率，得到中繼節點放大控制后的發射信號：

t(i)=βt^(i),]]>

其中，為上述得到的第i時隙中繼節點經過干擾抵消后的信號，t(i)為第i時隙中繼節點放大控制后的發射信號，β滿足

（6）目的節點接收信號：

6a)中繼節點將放大控制后的發射信號t(i)，經過中繼鏈路轉發到目的節點，目的節點接收來自中繼鏈路的信號為：

yR(i)=hRDt(i)+nD(i)]]>

=hRDβΣj=1b(hLIβ)j-1hSRx(i-j)+hRDβΣj=1b(hLIβ)j-1nR(i-j)+nD(i)]]>

其中，h_RD為中繼節點到目的節點的信道參數，h_LI為中繼節點環路信道參數，h_SR為源節點到中繼節點的信道參數，x(i)為第i時隙源節點到中繼節點的發射信號，n_R(i)為中繼節點接收端i時隙的高斯噪聲，β為可變增益的放大因子，b為源節點發射信號連續編碼的符號個數，n_D為目的節點接收端i時隙的高斯噪聲；為中繼鏈路有用信號項，為中繼節點接收端噪聲項，n_D(i)為目的節點接收端的噪聲項；

6b)利用上述中繼鏈路有用信號項構造中繼鏈路發射信號等效卷積因子：

M_1×b=[ββ(h_LIβ)…β(h_LIβ)^b-1]_1×b；

6c)根據上述中繼鏈路發射信號等效卷積因子M_1×b，得到無延遲中繼鏈路信號編碼卷積矩陣：

其中，T為(b+N-1)×N維的矩陣，N為信息序列長度；

6d)根據上述無延遲中繼鏈路信號編碼卷積矩陣T，按照下列公式得到中繼鏈路考慮延遲的信號編碼卷積矩陣：

TΔ=0t×(b+N-1)I(b+N-1)0(τ-t)×(b+N-1)T]]>

其中，τ為中繼節點的最大時延，t在[0，τ]內取值，0_t×(b+N-1)為t×(b+N-1)維的全零向量，0_{(τ-t)×(b+N-1)}為(τ-t)×(b+N-1)維的全零向量，I_(b+N-1)為(b+N-1)×(b+N-1)維的單位矩陣；

6e)源節點的發送信號分別經過直達鏈路和中繼鏈路到達目的節點，得到目的節點的接收信號：

y=h_SRh_RDT_ΔX+h_SDI_ΔX+W

=(h_SRh_RDT_Δ+h_SDI_Δ)X+W

其中，T_Δ為中繼鏈路考慮延遲的信號編碼卷積矩陣，I_Δ是直達鏈路保護間隔修正后的單位矩陣，保護間隔取中繼節點最大時延τ時，I_Δ為在N×N維的單位矩陣后面直接添加(τ+b-1)×N維的全零向量，X為源節點發射N×1信息矩陣，W為(τ+b+N-1)×N維的噪聲矩陣，(h_SRh_RDT_Δ+h_SDI_Δ)X為目的節點接收信號的有用信號項；

（7）根據上述目的節點接收信號的有用信號項(h_SRh_RDT_Δ+h_SDI_Δ)X，得到目的節點的等效信道矩陣：

H=h_SRh_RDT_Δ+h_SDI_Δ

其中，T_Δ為中繼鏈路考慮延遲的信號編碼卷積矩陣，I_Δ是直達鏈路保護間隔修正后的單位矩陣，I_Δ為在N×N維的單位矩陣后面直接添加(τ+b-1)×N維的全零向量；

（8）目的節點接收信號譯碼：

8a)目的節點應用最小均方誤差方法，按照下列公式實現對接收信號的空時解碼：

X^=HH·(IMγ+H·HH)-1·y]]>

其中，為目的節點空時解碼后的信號，γ為接收端的信噪比，y為目的節點的接收信號，H^H為目的節點等效信道矩陣取共軛轉置，I_M為N×N的單位矩陣；

8b)目的節點對目的節點空時解碼后的信號進行解調，恢復源節點的發射信號。