[發明專利]實現環形多中繼MIMO干擾信道模型可達自由度的方法

在審

• 申請號: 201710752515.0
• 申請日: 2017-08-28
• 公開（公告）號: CN107566066A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 王睿;吳俊;呂文靜
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H04B17/40
• 分類號: H04B17/40;H04B7/0456;H04B7/155;H04L1/00
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙)31290
• 代理人: 葉鳳

技術領域

本發明涉及無線通信領域，尤其是涉及一種實現環形多中繼MIMO干擾信道模型可達自由度的技術方案。

背景技術

現如今，4G移動通信系統現有的網絡構架和無線通信技術已基本滿足了人對人的通信需求，包括語音、基本的多媒體業務傳輸、以及因特網上網數據業務。但在移動互聯網與物聯網需求驅動下，傳統的移動通信業務模式不斷被顛覆，使得未來移動通信所承載的數據具有：數據體量大，無線接入設備量多，無線數據業務類型豐富多樣的特點，在此需求驅動下，為滿足5G愿景目標，目前學術界和工業界初步規劃了5G的主要性能需求指標，要求總的網絡容量是第四代移動通信系統(4G)的1000倍(其主要通過增加10倍的小區數量，擴充10倍帶寬，和無線頻譜效率提高10倍來共同完成)；熱點區域用戶體驗速度達至1Gbps；為支持眾多無線接入設備，要求設備連接密度達100萬個每平方千米；為滿足某些特殊業務需求，如智能無人駕駛，要求空口傳輸時延低至1毫秒。為實現5G宏偉目標，技術層面的創新主要來源于無線技術和網絡技術兩方面。其中無線技術的發展要求進一步提高頻譜效率。

傳統的通信網絡，中間節點傳送數據的方式是存儲轉發，人們普遍認為在中間節點上對傳輸的數據進行加工不會產生任何收益，即數據的發送節點和接收節點以外的節點只負責路由，不對數據內容做任何處理，這樣難以達到網絡傳輸的最大吞吐量和帶寬利用率，然而2000年提出的網絡編碼理論徹底推翻了這種傳統觀點。網絡編碼融合了編碼和路由的新思想，通過允許中間節點對來自不同鏈路的信息進行編碼組合，節約網絡鏈路的帶寬資源，減小網絡數據傳輸中瓶頸鏈路的影響。它利用數據包之間的相關性來解碼，從而提升整個網絡的性能。

傳統的半雙工中繼模式下系統的頻譜效率低，采用網絡編碼的雙向中繼能夠明顯地提高中繼協作通信的頻譜效率。此外，在現實的多輸入多輸出(MIMO)通信系統中，利用信道信息，對要發送的信號進行預處理，指導發送策略。將信號通過預編碼技術映射到多根天線上發出去，意味著MIMO系統可同時傳輸多個數據流，可以等價地看成各個數據流無干擾的在各自的信道內傳輸。我們將多輸入多輸出(MIMO)技術納入到網絡編碼輔助的中繼網絡中，亦可實現空間復用，提高系統的性能。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種實現環形多中繼MIMO干擾信道模型可達自由度的技術方案。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種實現環形多中繼MIMO干擾信道模型可達自由度的方法，其特征在于，利用物理層網絡編碼，預編碼，MIMO技術，將可達自由度的實現問題，轉化為一個非線性問題。具體地，即在采用線性預編碼和后處理技術的基礎上，我們建模出一個關于發送端預編碼，中繼端預編碼和接收端后處理矩陣的非線性問題，并針對用戶和中繼不同的天線配置比例參數分別采用信號對齊技術和無信號對齊技術方案來實現系統的可達自由度。其中信號對齊技術方案包括：上行階段，對發送端進行預編碼設計，對中繼端直接進行線性預編碼處理，下行階段，對接收端進行后處理設計；無信號對齊技術方案包括：上行階段，對發送端直接進行預編碼處理，對中繼端進行預編碼設計，下行階段，對接收端直接進行后處理，最終，在不同的天線配置參數場景下采用不同的信號處理技術實現系統的可達自由度。

與現有技術相比，本發明充分考慮了在不同的天線配置參數場景下采用不同的信號處理技術以實現最優自由度。

所述信號對齊技術方案中，上行階段對發送端預編碼采用信號對齊的技術設計包括以下步驟：

1)進行信號對齊，滿足以下公式：

式中H_i,j為發送端i到中繼j的信道矩陣，U_j為發送端的線性預編碼矩陣；

2)基于信號對齊要求，各天線配置參數與系統自由度需滿足如下不等式：

3M-KN≥d

式中，M為用戶端天線個數，K為中繼節點的個數，N為中繼節點的天線數，d為系統可達自由度。

所述信號對齊技術方案中，對中繼端直接進行線性預編碼處理，滿足以下公式：

F_k＝I_N,k＝0,1,...,K-1

式中，F_k為中繼端的預編碼設計，I_N為N×N的單位矩陣，k為中繼的序列編號。

所述信號對齊技術方案中，下行階段，對接收端進行后處理的設計，需滿足以下公式：