Y信道中的空时码传输方法及译码方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及通信领域,尤其设及一种Y信道中的空时码传输方法及译码方法。
【背景技术】
[0002] 中继技术可W扩展小区覆盖范围,提高频谱利用率,是当前无线通信的研究热点 之一。学者们对中继信道的模型进行了多种扩展,提出了多用户双向中继信道和多用户多 向中继信道等模型,Y信道就是其中的一种。
[0003] Y信道模型包含多个用户和1个中继节点。用户之间没有直接的链路,每个用户通 过中继节点向其他用户发送信息。Y信道的传输模式分为S种,分别是TDMA模式、MU-MIMO 模式和两时隙传输模式。对于S个用户的Y信道模型,TDMA模式需要6个时隙才能完成一 次信息的交换,MU-MIMO模式需要4个时隙才能完成一次信息的交换。与前两种传输模式 相比,两时隙传输模式节省了时间,提高了传输效率。两时隙传输模式中,第一时隙称为多 址(MultipleAccess,M)阶段,第二时隙称为广播炬roadcast,BC)阶段。在M阶段,多 个用户向中继节点发送信号。在BC阶段,中继节点对接收到的信号译码并且对译码得到的 信号进行网络编码,然后转发给所有用户。
[0004] 两时隙的传输模式通常假设所有的节点都采用半双工模式,并且所有的节点都已 矢口信道状态信息(ChannelSateInformation,CSI)。文章"PerformanceOptimizationof MIMOYchannels:InterferenceAlignmentandSignalDetection"给出了一种Y信道中 信号的传输方法及译码方法。在该方法中,用户对其发送信号进行信号空间对齐预编码,中 继节点在译码前对接收信号进行波束赋形处理,需要多次迭代才能得到最优的波束赋形向 量,计算波束赋形向量的复杂度较高。
【发明内容】
[0005] 针对已有方案运算复杂度较高的问题,本发明提出了一种Y信道中的空时码传输 方法及译码方法,适用于=个用户和一个中继节点的Y信道,且用户和中继节点都配置两 根天线,该方法能降低运算复杂度。
[0006] 实现本发明的技术思路是;在M阶段,每个用户对其调制信号进行Alamouti编码 W及预编码,并且按照一定的规则将预编码后的码字发送两次,中继节点对接收信号进行 线性操作W减少相互干扰的码字的数量,然后再利用Alamouti码字对应的等效信道矩阵 的正交特性进行译码;在BC阶段,中继节点将M阶段译码得到的信号进行Alamouti编码 后分两次发送出去,立个用户分别利用Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交特性译 码中继节点发送的信号,进而得到自身的期望接收信号。
[0007] 本发明的具体步骤如下:
[000引 A,用户1对其调制信号进行空时编码,得到用户1期望发送给用户2的码字S21和 用户1期望发送给用户3的码字S31,S21和S31的阶数均为2X2,用户2对其调制信号进行 空时编码,得到用户2期望发送给用户1的码字Si2和用户2期望发送给用户3的码字S32, Si2和s32的阶数均为2X2,用户3对其调制信号进行空时编码,得到用户3期望发送给用户 1的码字Si3和用户3期望发送给用户2的码字S23,Si3和S23的阶数均为2X2,然后S个发 送端分别对码字进行预编码,最后分两个步骤将预编码后的码字发送出去;
[0009] B,中继节点根据用户i到中继节点的信道矩阵电进行译码,i= 1,2, 3 ;
[0010] C,中继节点对步骤B译码得到的符号进行空时编码并且对码字进行预编码,然后 将预编码后的码字分两次发送出去;
[0011] D,用户1译码得到其期望接收的信号,即译码用户2期望发送给用户1的信号W 及用户3期望发送给用户1的信号;
[001引E,用户2译码得到其期望接收的信号,即译码用户1期望发送给用户2的信号W及用户3期望发送给用户2的信号;
[001引F,用户3译码得到其期望接收的信号,即译码用户1期望发送给用户3的信号W及用户2期望发送给用户3的信号。
[0014] 进一步,所述步骤A具体包括:
[0015]A1,用户1对其调制信号sksi进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户1期望发 送给用户2的2X2的码字S21,
表示共辆,用户1对其调制信 号skji进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户1期望发送给用户3的2X2的码字S31,
表示共辆;
[0016]A2,用户2对其调制信号sk。进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户2期望发 送给用户1的2X2的码字Si2,
表示共辆,用户2对其调制信 号sk32进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户2期望发送给用户3的2X2的码字S32,
表示共辆;
[0017]A3,用户3对其调制信号sk。进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户3期望发 送给用户1的2X2的码字Si3,
長示共辆,用户3对其调制信 号sk23进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户3期望发送给用户2的2X2的码字8 23,
表示共辆;
[001引 A4,S个用户根据用户i到中继节点的信道矩阵电计算得到2X2的预编码矩阵 Vi2、V21、Vi3、V23、V31、V32,i=1,2, 3,电的阶数为2X2,预编码矩阵满足HE1V21=Hk2Vi2、咕八31=也V。且Hc2V32=Hc3V23,满足该一条件的预编码矩阵有无数种,从中选择其中的一种即 可;
[0019] A5,用户1分别用V21和V31对S21和S31进行预编码,得到V21S21和V3&1;用户2分 别用V。和V32对S12和S32进行预编码,得到V12S。和V32S32;用户3分别用V。和V2对S。和S23进行预编码,得到VnSi3和V23S23;
[0020]A6,在相同的时间内,S个用户分别发送V2lS21+V3lS31、Vl2Sl2+V32S32和Vl3Sl3+V23S23ミリ 中继节点;
[00川A7,在相同的时间内,S个用户分别发送V2lS21+V3lS31、Vl2Sl2-V32S32和Vl3Sl3-V23S23ミリ 中继节点。
[0022] 进一步,所述步骤B具体包括:
[0023]B1,处理步骤A6中中继节点的接收信号Ri和步骤A7中中继节点的接收信号R2, 得到R1+R2和R1-R2,其表达式分别为Ri+R2= 2He2(S21+Si2)+2He3(S3i+Si3)+Nki+Ne2,而-尺2= 2咕3(S32+S23) +Nei-Nk2,其中,Nm和N分别是步骤A6和步骤A7中中继节点接收到的噪声矩 阵,Ri、R2、Nm和Ne2的阶数均为2X2;
[0024]B2,中继节点WR1-R2作为接收信号,W2Hc3作为信道矩阵,WS32+S23作为发送的 码字,译码S32+S23中的两个元素,即译码S32+S23的第一列的元素,用C1和C康示译码得到 的符号;
[0025] B3,中继节点根据B1中R1+R2的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩 阵的正交特性,译码S21+S12中的两个元素,即译码S2i+Si2的第一列的元素,用a1和a2表示 译码得到的符号;
[0026] B4,中继节点根据B1中R1+R2的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩 阵的正交特性,译码S31+S13中的两个元素,即译码S3i+Si3的第一列的元素,用b1和b2表示 译码得到的符号。
[0027] 进一步,所述步骤C具体包括:
[002引 C1,中继节点对步骤B2译码得到的符号Cl和C2进行Alamouti编码,得到码字C, 中继节点对步骤B3译码得到的符号ai和a2进行Alamouti编码,得到码字A,中继节点对 步骤B4译码得到的符号bi和b2进行Alamouti编码,得到码字B;
[0029] C2,中继节点对A和B进行预编码,得到UiA和其中,Ui和U2是用户和中继节 点都已知的预编码矩阵,两者的取值只要满足Ui^U2即可;
[0030] C3,中继节点发送UiA%B;
[0031] C4,中继节点发送C。
[0032] 进一步,所述步骤D具体包括:
[0033]D1,用户1用Yi表示步骤C3中的接收信号,Yi的阶数为2X2,其表达形式为Yi= HieUiA+Hi化B+Nie,恥是中继节点到用户1的信道矩阵,Nik表示噪声,Hie和Nik的阶数均为 2X2 ;
[0034] D2,用户1根据D1中Yi的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的 正交特性,译码A中的两个元素,即译码A的第一列的元素,用a/和32'表示译码得到的 符号;
[0035] D3,用户1根据D1中Yi的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的 正交特性,译码B中的两个元素,即译码B的第一列的元素,用bi'和b2'表示译码得到的 符号;
[0036] D4,用户1用a/减sisi并且用32'减s22i,得到用户2期望发送给用户1的信号, 分别是a/ -sl2i和 32' -s22i;
[0037] D5,用户1用bi'减SI31并且用b2'减s23i,得到用户3期望发送给用户1的信号, 分别是b/ -Slji和b2' -s23i。
[003引进一步,所述步骤E具体包括;
[0039] E1,假定在步骤C3和步骤C4中信道矩阵保持不变,用户2分别用Y2和Z2表示步骤 C3和步骤C4的接收信号,Y2和Z2的表达形式为Y2=H21AA+H2化B+N
2K,Z2=H2kC+N2k',恥 是中继节点到用户2的信道矩阵,馬!郝N2K'是噪声矩阵,H2e、N2i郝N2K'的阶数均为2X2 ;
[0040] E2,用户2根据E1中Y2的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的 正交特性,译码A中的两个元素,即译码A的第一列的元素,用a/和32"表示译码得到的 符号;
[0041] E3,用户2 W C作为发送信号,W H2K作为信道矩阵,W Z 2作为接收信号,译码C中 的两个元素,即译码C的第一列的元素,用Cl"和C2"表示译码得到的符号;
[0042]E4,用户2用a/减s\2并且用32"减得到用户1期望发送给用户2的信号, 分别是a/' -s\2和32" -s2i2;
[0043]E5,用户2用Cl"减SI32并且用C2"减s232,得到用户3期望发送给用户2的信号, 分别是Cl" -SI32和C2" -s232。
[0044] 进一步,所述步骤F具体包括:
[0045] F1,假定在步骤C3和步骤C4中信道矩阵保持不变,用户3分别用Ys和Z3表示步骤 C3和步骤C4的接收信号,Ys和Z3的表达形式为Y3=H3kUiA+H3化B+Nsk,Zs=H3kC+N3k',恥 是中继节点到用户3的信道矩阵,Nsi郝Nsk'是噪声矩阵,H3k、N3i郝Nsk'的阶数均为2X2 ;
[0046] F2,用户3根据F1中Ys的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正 交特性,译码B中的两个元素,即译码B的第一列的元素,用4和4表示译码得到的符号;
[0047]F3,用户3 W C作为发送信号,W Hsc作为信道矩阵,W Z3作为接收信号,译码C中 的两个元素,即译码C的第一列的元素,用A和马表示译码得到的符号;
[0048]F4,用户3用4减s\3并且用4减的3,得到用户1期望发送给用户3的信号,分别 是4 -yi。和 4 -s]。;
[0049] FS,用户3用cV咸SI23并且用4减s223,得到用户2期望发送给用户3的信号,分别 是句-si;;和台2- 。
[0化0] 与现有方案相比,本发明的S个用户采用Alamouti编码,中继节点对接收信号 进行线性运算后减少了相互干扰的码字,不需要对接收信号进行波束赋形就能译码,并且Alamouti码字对应的信道矩阵具有正交特性,从而其译码复杂度与调制阶数的平方成正 比。
【附图说明】
[0化1]图1是本发明实施例的系统模型;
[0化2] 图2是本发明的流程图;
[0化引图3是本发明中M阶段的流程图;
[0054] 图4是本发明中BC阶段的流程图。
【具体实施方式】
[0055] 下面给出本发明的一种实施例,对本发明做进一步详细的说明。
[0056] 系统模型如图1所示,包括3个用户和1个中继节点,都配置两根天线。在中继的 帮助下,用户i期望将码字Sj,发送给用户j,同时接收来自用户j的码字SU,i= 1,2, 3,j =1,2, 3,i声j。假定用户间不存在无线链路,所有码字的传输都要经过中继节点。Sj,和 Sy的表达形式如下
[0057]
[005引其中,3'^"和Sk。.是调制符号,k= 1,2。S^和SU都具有Alamouti码字的结构。
[0059] 信号的传输分为两个阶段,M阶段和BC阶段。M阶段,信号的传输分为两个步 骤。步骤一,立个用户分别发送V21S21+V31S31、V12S12+V32S32和VnSi3+V23S23到中继节点,V。是 预编码矩阵,i= 1,2, 3,j= 1,2, 3,i声j。中继节点的接收信号为
[0060] Rj-HR1(V21S21+V31S31)+Hr2(V12S12+V32S32)+Hr3 (V13S13+V23S23)+Nri(1)
[0061] 其中,Ri和Ne汾别是接收信号和噪声。Hm是用户i到中继节点的信道,i=l,2,3。 我们称用户i和用户j相互发送给对方的码字Sj,和SU为一对码字。中继节点无需译码每 个用户发送的码字,只需译码每对码字,即译码Sj,+Su,该就需要Sj,和S。对齐,要求V。满 足
[0062] HmV21=He2Vi2
[006引HmVw=He3V。 似
[0064] He2V32=He3V23
[0065] 满足上式的Vij有无数种取值,简单起见,令V12=V13=V23=I2,其中,I2是2X2 的单位矩阵,则V21=HKrlHie,Vsi=HErUs,V32=Hk2可K3。此时,式(1)可W等价表示为
[0066] Ri=HE2(S21+S12) +Hg3 (S31+S13) +He3 (S32+S23)+Ngi做
[0067] M阶段的步骤二立个用户同时发送V2iS2i+V3iS3i、Vi2Si2-V32S32和VnSi3-V23S23到中 继节点。假定步骤二中的信道特性与步骤一中的信道特性保持不变,则中继节点的接收信 号为
[0068] 尺2=HR2(S21+S12) +H肪(S31+S13) +Hr3 (-S32-S23) +Nr2(4)
[0069] 其中,R2和Nk2分别是接收信号和噪声。
[0070] 中继节点对Ri和R2进行如下线性运算,
[0071]R1+R2=甜E2(S21+S。)巧H肪(Ssi+S。) +Nei+Ne2 妨
[0072]而-尺2= 2Hk3(S32巧23) +Nki-Nk2 做
[007引由式巧-6)可看出,对接收信号进行线性运算后,消除了相互干扰的码字的数量。 [0074] 5"和S。都具有Alamouti码字的结构,i= 1,2, 3,j= 1,2,3,i声j,从而中继节 点可W基于式(6)译码S32+S23中的两个元素,即WR1-R2作为接收信号,W2Hc3作为信道矩 阵,WS32+S23作为发送的码字,译码S32+S23中的两个元素,即译码S32+S23的第一列的元素, 其译码复杂度与调制阶数的平方成正比。此处用Cl和C2表示译码得到的符号。
[0075] 式巧)与文献"Combininginterferencealignmentandalamouticodesforthe 3-usermimointe计erencechannel"中的式(5)类似,可采用与该文献相同的方法译码。 在此简单介绍该文献的译码方法。分别用yu和nU表示R1+R2和Nki+Nk2的元素,i=1,2, j=1,2,令
,处理y。,i=1,2,j=1,2,得到下式
[0076]
[0077] 其中,(')H表示共辆转置,表示共辆,g。是G日的元素,
。式(7)的推导过程 请参考文献"Combininginterferencealignmentandalamouticodesforthe3-user mimointe;rferencechannel"。中继节点可基于式(7)分别译码S21+S12的两个元素,即译 码s\2+sl21和s2i2+s22i,分别用曰1和a康示译码得到的符号,其译码复杂度与调制阶数的平 方成正比。同理,可采用类似的方法译码S31+S13的两个元素,即译码Sl3l+s\3和S231 + &3,分 别用bi和b2表示译码得到的符号,其译码复杂度也与调制阶数的平方成正比。
[007引在BC阶段,中继节点对M阶段译码得到的符号进行Alamouti编码,得到
[00間在BC阶段,码字的传输也分为两个步骤。步骤一,中继节点发送U1A+U2B,Ui和U2是归一化的预编码矩阵,Ui声U2。3个用户的接收信号分别为
[0083] Yi= HieUiA+Hie&B+Nie 巧)
[0084] Y2= H2EU1A+H2EU2B+N2E (9)
[00 化]Ys= HskUiA+Hsk&B+Nsk (10)
[0086] 恥和Nik分别表示是中继节点到用户1的信道矩阵和噪声矩阵,H2E和N2汾别是 中继节点到用户2的信道矩阵和噪声矩阵,Hsc和Nsc分别是中继节点到用户3的信道矩阵 和噪声矩阵。
[0087]BC阶段的步骤二,中继节点发送C。假定信道矩阵的特性与步骤一相同,分别用Z2和Z3表示用户2和用户3的接收信号,
[008引 Z2=H2kC+N2k' (11)
[0089] Z3=H3kC+N3e' (。)
[0090] 其中,恥和N2e'分别是中继节点到用户2的信道矩阵和噪声矩阵,Hse和Nse'分 别是中继节点到用户3的信道矩阵和噪声矩阵。
[0091] A和B都具有Alamouti码字的结构,用户1根据Yi的表达式,再结合Alamouti码 字对应的等效信道矩阵的正交特性,可W译码A中的两个元素,即译码A的第一列的元素, 用a/和32'表示译码得到的符号。同理,用户1也能译码出B中的两个元素,即译码B的 第一列的元素,用bi'和b2'表示译码得到的符号。用户1用a/减sisi并且用32'减s22i, 得到用户2期望发送给用户1的信号,分别是a/ -SI21和32' -s22i;用户1用bi'减SI31 并且用b2'减sSji,得到用户3期望发送给用户1的信号,分别是bi' -slji和b2' -sSji。
[0092] 用户2根据Y2的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交特性, 可W译码A中的两个元素,即译码A的第一列的元素,用a/'和32"表示译码得到的符号。 基于式(11),用户2可W译码出C中的两个元素,即译码C的第一列的元素,分别用Cl"
和 C2"表示译码得到的符号。用户2用a/'减s\2并且用3 2"减S2。,得到用户1期望发送给 用户2的信号,分别是a/ -s\2和32" -S2i2;用户2用Cl"减SI32并且用C2"减S232,得到 用户3期望发送给用户2的信号,分别是Cl" -SI32和C2" -s232。
[0093] 用户3的译码方法与用户2的译码方法类似,该里不再叙述。
[0094] 下面结合附图W及预编码矩阵的设计方法,对本发明的具体实施过程做进一步说 明。
[0095] 结合本发明的流程图即图2,Y信道中空时码传输方法及译码方法的具体步骤如 下:
[0096] A,用户1对其调制信号进行空时编码,得到用户1期望发送给用户2的码字S21和 用户1期望发送给用户3的码字S31,S21和S31的阶数均为2X2,用户2对其调制信号进行 空时编码,得到用户2期望发送给用户1的码字Si2和用户2期望发送给用户3的码字S32, Si2和S32的阶数均为2X2,用户3对其调制信号进行空时编码,得到用户3期望发送给用户 1的码字Si3和用户3期望发送给用户2的码字S23,Si3和S23的阶数均为2X2,然后S个发 送端分别对码字进行预编码,最后分两个步骤将预编码后的码字发送出去;
[0097] B,中继节点根据用户i到中继节点的信道矩阵电进行译码,i= 1,2, 3 ;
[009引 C,中继节点对步骤B译码得到的符号进行空时编码并且对码字进行预编码,然后 将预编码后的码字分两次发送出去;
[0099] D,用户1译码得到其期望接收的信号,即译码用户2期望发送给用户1的信号W 及用户3期望发送给用户1的信号;
[0100] E,用户2译码得到其期望接收的信号,即译码用户1期望发送给用户2的信号W 及用户3期望发送给用户2的信号;
[0101] F,用户3译码得到其期望接收的信号,即译码用户1期望发送给用户3的信号W 及用户2期望发送给用户3的信号。
[0102] 图3是本发明方法中M阶段的流程图。结合图2和图3,本发明中M阶段的具体 步骤如下:
[0103] A1,用户1对其调制信号sksi进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户1期望发 送给用户2的2X2的码字S21:
f表示共辆,用户1对其调制信 号skji进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户1期望发送给用户3的2X2的码字S31,
表示共辆;
[0104] A2,用户2对其调制信号ski2进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户2期望发 送给用户1的2X2的码字Si2,
表示共辆,用户2对其调制信 号skjs进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户2期望发送给用户3的2X2的码字832,
表示共辆;
[0105] A3,用户3对其调制信号sk。进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户3期望发 送给用户1的2X2的码字Si3,
表示共辆,用户3对其调制信 号sk23进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户3期望发送给用户2的2X2的码字8 23,
表示共辆;
[0106] A4,S个用户根据用户i到中继节点的信道矩阵电计算得到2X2的预编码矩阵 Vl2、V21、Vl3、V23、V31、V32,i=1,2, 3,电的阶数为2X2,预编码矩阵满足HE1V21=Hk2Vi2、咕八31 =也V。且Hc2V32=Hc3V23,满足该一条件的预编码矩阵有无数种,从中选择其中的一种即 可;
[0107]A5,用户1分别用V21和V31对S21和S3进行预编码,得到V2&1和V3&1;用户2分 别用V。和V32对S12和S32进行预编码,得到V12S。和V32S32;用户3分别用V。和V2对S。和 S23进行预编码,得到VnSl3和V23S23;
[010引 A6,在相同的时间内,S个用户分别发送V2lS21+V3lS31、Vl2Sl2+V32S32和Vl3Sl3+V23S23ミリ 中继节点;
[0109] A7,在相同的时间内,S个用户分别发送V2lS21+V3lS31、Vl2Sl2-V32S32和Vl3Sl3-V23S23ミリ 中继节点;
[0110]B1,处理步骤A6中中继节点的接收信号Ri和步骤A7中中继节点的接收信号R2, 得到R1+R2和R1-R2,其表达式分别为Ri+R2= 2He2(S21+Si2)+2He3(S3i+Si3)+Nki+Ne2,Ri-R2= 2咕3(S32+S23) +Nei-Nk2,其中,Nm和N分别是步骤A6和步骤A7中中继节点接收到的噪声矩 阵,Ri、R2、Nm和Ne2的阶数均为2X2;
[01B2,中继节点WR1-R2作为接收信号,W2Hc3作为信道矩阵,WS32+S23作为发送的 码字,译码S32+S23中的两个元素,即译码S32+S23的第一列的元素,用C1和C康示译码得到 的符号;
[0112] B3,中继节点根据B1中R1+R2的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩 阵的正交特性,译码S21+S12中的两个元素,即译码s21+Si2的第一列的元素,用a1和a2表示 译码得到的符号;
[0113] B4,中继节点根据B1中R1+R2的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩 阵的正交特性,译码S31+S13中的两个元素,即译码S3i+Si3的第一列的元素,用b1和b2表示 译码得到的符号。
[0114] 图4是本发明方法中BC阶段的流程图。结合图2和图4,本发明中BC阶段的具体 过程如下:
[0115] C1,中继节点对步骤B2译码得到的符号Cl和C2进行Alamouti编码,得到码字C, 中继节点对步骤B3译码得到的符号ai和a2进行Alamouti编码,得到码字A,中继节点对 步骤B4译码得到的符号bi和b2进行Alamouti编码,得到码字B;
[0116]C2,中继节点对A和B进行预编码,得到UiA和其中,Ui和U2是用户和中继节 点都已知的预编码矩阵,两者的取值只要满足Ui^U2即可;
[0117] C3,中继节点发送UiA%B;
[011引 C4,中继节点发送C;
[0119] D1,用户1用Yi表示步骤C3中的接收信号,Yi的阶数为2X2,其表达形式为Yi= HieUiA+Hi化B+Nie,恥是中继节点到用户1的信道矩阵,Nik表示噪声,Hie和Nik的阶数均为 2X2 ;
[0120] D2,用户1根据D1中Yi的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的 正交特性,译码A中的两个元素,即译码A的第一列的元素,用a/和32'表示译码得到的 符号;
[0121] D3,用户1根据D1中Yi的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的 正交特性,译码B中的两个元素,即译码B的第一列的元素,用bi'和b2'表示译码得到的 符号;
[0122] D4,用户1用a/减sisi并且用32'减s22i,得到用户2期望发送给用户1的信号, 分别是a/ -slsi和 32' -s22i;
[0123] D5,用户1用bi'减SI31并且用b2'减s23i,得到用户3期望发送给用户1的信号, 分别是b/ -Slji和b2' -s23i;
[0124] El,假定在步骤C3和步骤C4中信道矩阵保持不变,用户2分别用Y2和Z2表示步骤 C3和步骤C4的接收信号,Y2和Z2的表达形式为Y2=H2kUiA+H2化B+N2K,Z2=H2kC+N2k',恥 是中继节点到用户2的信道矩阵,馬1郝N2K'是噪声矩阵,H2k、N2i郝N2K'的阶数均为2X2; [01巧]E2,用户2根据E1中Y2的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的 正交特性,译码A中的两个元素,即译码A的第一列的元素,用a/和32"表示译码得到的 符号;
[01%] E3,用户2WC作为发送信号,W 作为信道矩阵,WZ2作为接收信号,译码C中 的两个元素,即译码C的第一列的元素,用Cl"和C2"表示译码得到的符号;
[0127] E4,用户2用a/减s\2并且用32"减得到用户1期望发送给用户2的信号, 分别是a/' -s\2和32" -s2i2;
[0128] E5,用户2用Cl"减SI32并且用C2"减s232,得到用户3期望发送给用户2的信号, 分别是Cl" -SI32和C2" -s232 ;
[0129] FI,假定在步骤C3和步骤C4中信道矩阵保持不变,用户3分别用Ys和Z3表示步骤 C3和步骤C4的接收信号,Ys和Z3的表达形式为Y3=H3kUiA+H3化B+Nsk,Zs=H3kC+N3k',恥 是中继节点到用户3的信道矩阵,Nsi郝Nsk'是噪声矩阵,H3k、N3i郝Nsk'的阶数均为2X2;
[0130] F2,用户3根据F1中Ys的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正 交特性,译码B中的两个元素,即译码B的第一列的元素,用4和4表示译码得到的符号;[013UF3,用户3WC作为发送信号,WHsk作为信道矩阵,WZ3作为接收信号,译码C中 的两个元素,即译码C的第一列的元素,用6和马表示译码得到的符号;
[013引 F4,用户3用4减s\3并且用4减s2i3,得到用户1期望发送给用户3的信号,分别 是 4 -yi。和马-;
[013引F5,用户3用马减si23并且用与减s223,得到用户2期望发送给用户3的信号,分别 是马_文1巧和<?2 。
[0134] W上实施例仅仅是对本发明的举例说明,本领域的技术人员可W对本发明进行各
种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。该样,倘若本发明的该些修改和变型属于本 发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含该些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种Y信道中的空时码传输方法及译码方法,适用于三个用户和一个中继节点的Y 信道,且每个用户和中继节点都配置2根天线,其特征在于,包括如下步骤: A,用户1对其调制信号进行空时编码,得到用户1期望发送给用户2的码字S21和用户 1期望发送给用户3的码字S31,S21和S 31的阶数均为2 X 2,用户2对其调制信号进行空时编 码,得到用户2期望发送给用户1的码字S12和用户2期望发送给用户3的码字S 32, S12和 S32的阶数均为2 X 2,用户3对其调制信号进行空时编码,得到用户3期望发送给用户1的 码字S13和用户3期望发送给用户2的码字S 23, S13和S 23的阶数均为2 X 2,然后三个用户分 别对码字进行预编码,最后分两个步骤将预编码后的码字发送出去,具体过程如下: A1,用户1对其调制信号Sk21进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户1期望发送 给用户2的2X2的码字S21,1 (· Γ表示共轭,用户1对其调制信 号Sk31进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户1期望发送给用户3的2X2的码字S 31,? (·Γ表示共轭; Α2,用户2对其调制信号Sk12进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户2期望发送 给用户1的2X2的码字S12,(· Γ表示共轭,用户2对其调制信 号Sk32进行Alamouti编码,k = 1,2,得到用户2期望发送给用户3的2X2的码字S 32,(· Γ表示共轭; A3,用户3对其调制信号Sk13进行Alamouti编码,k= 1,2,得到用户3期望发送 给用户1的2X2的码字S13,(· Γ表示共轭,用户3对其调制信 号Sk23进行Alamouti编码,k = 1,2,得到用户3期望发送给用户2的2X2的码字S 23,(· Γ表示共轭; A4,三个用户根据用户i到中继节点的信道矩阵知计算得到2X2的预编码矩阵V 12、 V21、V13、V23、V31、V32, i = l,2,3,HKi的阶数为 2X2,预编码矩阵满足 HkiV21= HK2V12、HK1V31 = Hk3V13SHk2V32= Hk3V23,满足这一条件的预编码矩阵有无数种,从中选择其中的一种即可; A5,用户1分别用V21和V 31对S 21和S 31进行预编码,得到V 21S21和V 31S31;用户2分别用 V12和V 32对S 12和S 32进行预编码,得到V 12S12和V 32S32;用户3分别用V 13和V 23对S 13和S 23进行预编码,得到V13S13和V23S23; A6,在相同的时间内,三个用户分别发送V21S21+V31S 31、V12S12+V32SjP V13S13+V23S23到中继 节点; A7,在相同的时间内,三个用户分别发送V21S21+V31S 31、V12S12-V32SjP V13S13-V23S23到中继 节点; B,中继节点根据用户i到中继节点的信道矩阵HKi进行译码,i = 1,2, 3,具体过程如 下: B1,处理步骤A6中中继节点的接收信号R1和步骤A7中中继节点的接收信号R2,得 到札+馬和 R「R2,其表达式分别为 R^R2= 2H K2(S21+S12)+2HK3(S31+S 13)+NK1+NK2, R「R2 = 2HK3 (S32+S23) +Nki-Nk2,其中,Nki和N K2分别是步骤A6和步骤A7中中继节点接收到的噪声矩 阵,R2、Nki和Nk2的阶数均为2X2 ; B2,中继节点以R1-R2作为接收信号,以2HK3作为信道矩阵,以S 32+S23作为发送的码字, 译码S32+S23中的两个元素,即译码S 32+心的第一列的元素,用c JP c 2表示译码得到的符号; B3,中继节点根据Bl中RfR2的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的 正交特性,译码S21+S12中的两个元素,即译码S 21+312的第一列的元素,用a JP a 2表示译码 得到的符号; B4,中继节点根据Bl中RfR2的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的 正交特性,译码S31+S13中的两个元素,即译码S 31+513的第一列的元素,用b JP b 2表示译码 得到的符号; C,中继节点对步骤B译码得到的符号进行空时编码并且对码字进行预编码,然后将预 编码后的码字分两次发送出去,具体过程如下: C1,中继节点对步骤B2译码得到的符号cdP c 2进行Alamouti编码,得到码字C,中继 节点对步骤B3译码得到的符号&1和a 2进行Alamouti编码,得到码字A,中继节点对步骤 B4译码得到的符号1^和b 2进行Alamouti编码,得到码字B ; C2,中继节点对A和B进行预编码,得到U1A和U2B,其中,UjP U 2是用户和中继节点都 已知的预编码矩阵,两者的取值只要满足U1^ U 2即可; C3,中继节点发送UiA+U2B ; C4,中继节点发送C; D,用户1译码得到其期望接收的信号,即译码用户2期望发送给用户1的信号以及用 户3期望发送给用户1的信号,具体过程如下: D1,用户1用¥1表示步骤C3中的接收信号,阶数为2X2,其表达形式为Y1 = Η^ΑΑ+ΗΑΒ+Νμ,Hik是中继节点到用户1的信道矩阵,Nik表示噪声,Hik和N J勺阶数均为 2X2 ; D2,用户1根据Dl中Y1的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交特 性,译码A中的两个元素,即译码A的第一列的元素,用ai'和a2'表示译码得到的符号; D3,用户1根据Dl中Y1的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交特 性,译码B中的两个元素,即译码B的第一列的元素,用Id1'和b2'表示译码得到的符号; D4,用户1用a/减S121并且用a2'减S221,得到用户2期望发送给用户1的信号,分别 是 a/ -S12JPla2' -S221; D5,用户1用b/减S131并且用b2'减S231,得到用户3期望发送给用户1的信号,分别 是 b/ -S13JPb, -S231; E,用户2译码得到其期望接收的信号,即译码用户1期望发送给用户2的信号以及用 户3期望发送给用户2的信号,具体过程如下: E1,假定在步骤C3和步骤C4中信道矩阵保持不变,用户2分别用¥2和Z 2表示步骤C3 和步骤C4的接收信号,¥2和Z 2的表达形式为Y 2= H AA+H^B+N^ Z2= H 2KC+N2/,H2k是 中继节点到用户2的信道矩阵,N2#P N2/是噪声矩阵,H2K、N2#P N2/的阶数均为2X2 ; E2,用户2根据El中Y2的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交特 性,译码A中的两个元素,即译码A的第一列的元素,用ai"和a2"表示译码得到的符号; E3,用户2以C作为发送信号,以H2k作为信道矩阵,以Z 2作为接收信号,译码C中的两 个元素,即译码C的第一列的元素,用C1"和C2"表示译码得到的符号; E4,用户2用叫"减S112并且用a2"减S212,得到用户1期望发送给用户2的信号,分别 是 a/' -S11JPla2" -S212; E5,用户2用C1 "减S132并且用c 2 "减S232,得到用户3期望发送给用户2的信号,分别 是 C1" _sl32和 C2" _S232 ; F,用户3译码得到其期望接收的信号,即译码用户1期望发送给用户3的信号以及用 户2期望发送给用户3的信号,具体过程如下: F1,假定在步骤C3和步骤C4中信道矩阵保持不变,用户3分别用乙和Z 3表示步骤C3 和步骤C4的接收信号,¥3和Z 3的表达形式为Y 3= H WA+H^B+N%,Z3= H 3KC+N3/,H3k是 中继节点到用户3的信道矩阵,N3k和N3/是噪声矩阵,H3K、N 3k和N3/的阶数均为2X2 ; F2,用户3根据Fl中Y3的表达式,再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交 特性,译码B中的两个元素,即译码B的第一列的元素,用$和&表示译码得到的符号; F3,用户3以C作为发送信号,以H3k作为信道矩阵,以Z 3作为接收信号,译码C中的两 个元素,即译码C的第一列的元素,用纟i和S2表示译码得到的符号; F4,用户3用4减S113并且用4减S213,得到用户1期望发送给用户3的信号,分别是 ^ S 13 和 A S 13 ; F5,用户3用心减S123并且用&减S223,得到用户2期望发送给用户3的信号,分别是 4 S 23 和 g - $ 23。
【专利摘要】本发明公开了Y信道中的空时码传输方法及译码方法,适用于三个用户且用户和中继节点都配置两根天线的Y信道。在多址阶段,每个用户对其调制信号进行Alamouti编码以及预编码,并且按照一定的规则将预编码后的码字发送两次,中继节点对接收信号进行线性操作以减少相互干扰的码字的数量,然后再利用Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交特性进行译码;在广播阶段,中继节点将多址阶段译码得到的信号进行Alamouti编码后分两次发送出去,三个用户利用Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交特性译码中继节点发送的信号,进而得到自身的期望接收信号。
【IPC分类】H04L1/06, H04L25/03, H04B7/04
【公开号】CN104901781
【申请号】CN201510287092
【发明人】田心记, 李亚, 王瑞, 孙江峰, 司马海峰, 杨冬
【申请人】河南理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月28日