一种中继双跳通信系统及通信方法
一种中继双跳通信系统及通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线通信传输中的多输入多输出（Multiple-input Multiple-output, 简称ΜΙΜΟ) 中继双跳 (Dual-hop relay) 系统及通信方法。
【背景技术】
[0002] ΜΙΜΟ中继技术可W显著得提高无线通信系统的吞吐量和传输覆盖率，在长期演 进/长期演进-高级化TE/LTE-A,Long Term Evolution Advanced)系统标准中，ΜΙΜΟ中继技 术是一种可W显著提升系统性能的技术方案。中继技术主要分为放大并传输策略和解码并 传输策略，相比于后者，放大并传输策略拥有更小的传输时延和更优异的能量效率。在无线 系统的性能指标中，信道容量可W刻画一个信道可靠地传输数据时的最大传输速率。而当 中继系统的发射端和中继端均拥有准确的信道状态信息时，它们可W在发射信号之前对信 号进行预编码处理，W减小ΜΙΜΟ系统中多径信道的信道相关性影响，从而使ΜΙΜΟ系统获得 更优秀的信道容量。
[0003] 目前，一种设计预编码器的迭代算法被提出。在信号传输过程中，在发射端和中继 端获得了即时的信道状态信息时，通过此迭代算法的循环计算，得出预编码矩阵。当传输功 率一定时，此预编码矩阵可W使系统的信道容量获得最优值。然而，上述设计方法存在如下 缺点：
[0004] 1.由于最优预编码矩阵通过迭代算法得出，即无法用解析解的形式描述出即时的 预编码器模型，因此无法得出信道容量的解析解。
[0005] 2.为了获得使用此迭代算法的系统信道容量，必须要通过大量的计算机仿真（即 Monte化rlo方法）。然而当系统规模较大时，此仿真过程耗费资源较多。
[0006] 3.在信号传输过程中，无线多径信道会实时发生变化，由于迭代算法的引入，预编 码矩阵的获得需要时间进行计算。当系统规模较大时，此时间不能忽略不计，因此该设计方 法无疑会增加信号的传输时延和降低系统的表现。
[0007] 因此，希望有一种更为简单有效的预编码器的技术方案来克服或者至少减轻上述 方法的缺陷，并且依然可W达到优秀的系统性能指标。
【发明内容】
[000引本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提出一种无需经 过若干次的迭代运算生成预编码器，使得系统的信号处理更为简单和快速，从而减小了传 输信号时延的中继双跳通信系统及通信方法。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
[0010] -种中继双跳通信系统，包括发射端、中继端、接收端、发射端-中继端的传输信道 W及中继端-接收端的传输信道，所述发射端包括发射端的预编码矩阵Pi，所述中继端包括 中继端的预编码矩阵P2,所述发射端-中继端的信道包括传输矩阵出，所述中继端-接收端的 信道包括传输矩阵也，所述发射端的预编码矩阵Pi和中继端的预编码矩阵P2分别为：
[OOU] 其中，1 ^如，m=min{ns，nr，nd}表示为发射端天线数、中继端天线数和接收端天 线数的最小值，表示发射端-中继端传输路径的路径衰减，表示发射端的信号功率，崎 表示发射端-中继端传输过程中的噪声的方差，Vi为对所述发射端-中继端的传输矩阵化进 行奇异值分解后的右奇异向量矩阵，化为对所述发射端-中继端的传输矩阵化进行奇异值分 解后的左奇异向量矩阵，V2为对所述中继端-接收端的传输矩阵出进行奇异值分解后的右奇 异向量矩阵，I表示一个单位矩阵，Ek为块状矩阵，Λ 1为对角线矩阵；
[0016] 其中，Σι为对所述发射端-中继端的传输矩阵化进行奇异值分解后的奇异值矩阵， Ik表示维度为k的单位矩阵。
[0017] -种中继双跳通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0018] 信号在经过发射端的预编码处理后，被发送到中继器：
[0019]
[0020] 方程中，X表示发送的信号矢量，r表示中继器接收到的信号矢量，m表示发射端-中继端传输过程中的噪声矢量，表示发射端-中继端传输路径的路径衰减，P1表示发射端 的信号功率，Pi表示发射端的预编码矩阵，Hi表示发射端-中继端传输矩阵；
[0021] 信号在中继器经过处理后，被发送到接收端：
[0022]
[0023] 方程中，y表示接收端所接收到的信号，Π 2表示中继端-接收端传输过程中的噪声 矢量，P2表示中继端的预编码矩阵，02表示发射端-中继端传输路径的路径衰减，化表示发射 端的信号功率，出表示中继端-接收端传输矩阵。
[0024] 在ΜΙΜΟ中继双跳通信系统中，中继器和接收器均为半双工状态，在实际系统中，当 发射端与接收端相隔距离较远时，由于较大的路径损耗，从发射端直接到达接收端的信号 可W忽略不计，接收端只接收来自中继器传输的信号。信号的传输过程可W分为两步：
[00巧]1.信号在经过发射端的预编码处理后，被发送到中继器
方 程中X表示发送的信号矢量，r表示中继器接收到的信号矢量，m表示发射端-中继端传输过 程中的噪声矢量(假设m的元素满足零均值且方差为σ|的高斯分布），αι表示发射端-中继 端传输路径的路径衰减，化表示发射端的信号功率，Pi表示发射端的预编码矩阵，而出表示 发射端-中继端传输矩阵。
[0026] 2.信号在中继器经过处理后，被发送到接收端：
[0027]
方程中y表示接收端所接收到的信号，Π 2表示发射端-中继 端传输过程中的噪声矢量(假设m的元素满足零均值且方差为σ卽勺高斯分布），〇2表示发射 端-中继端传输路径的路径衰减，P2表示发射端的信号功率，P2表示发射端的预编码矩阵，而 出表示中继端-接收端传输矩阵。
[002引接下来，通过对出和此的奇异值分解，可W得到
Si 和Σ 2均为对角矩阵且对角元素分别为矩阵Hi和矩阵H2的奇异值，同时设
I方程中Λ 1和Λ 2均为对角矩阵，且λυ和 分别为矩阵出和矩阵此的特征值，j = l-m;Ui和Vi分别为化的左酉阵和右酉阵，化和V2分别 为出的左酉阵和右酉阵。
[0029] 发射端的预编码矩阵Pi和中继端的预编码矩阵P2可W表示为：Pi = ViDi和
方程中化和化均为对角矩阵。在已有的迭代算法中，Di和化的生成均需经过一 系列迭代循环运算得出，
[0030] 而本发明给出的Pi和P2表示为
[003引方程中1含k<m，k是一个可调节的整数参数，m=min{ns，nr，nd}表示为发射端天线 数、中继端天线数和接收端天线数的最小值，I表示一个单位矩阵，而
[0034]
[0035] 至此发射端的预编码矩阵Pi和中继端的预编码矩阵P2得出，按照上述方案传输信 号时，根据网络环境调节k的值，可W使得信号被分解到若干个独立平行的信道进行传输。
[0036] 本发明与现有技术方案相比的优点在于:本发明通过对发射端-中继端的传输矩 阵化和中继端-接收端的传输矩阵出分别进行奇异值分解，然后通过分解后的矩阵得到发射 端的预编码矩阵Pi和中继端的预编码矩阵P2。无需经过若干次的迭代运算生成预编码器，使 得系统的信号处理更为简单和快速，从而减小了传输信号的时延，从理论上也可W推导得 出迭代算法不具备的信道容量的表达式。
【附图说明】
[0037] 图1本发明通信系统的原理框图；
[0038] 图2为本发明在不同发射功率下的系统传输速率仿真示意图；
[0039] 图3为本发明为了达到额定传输速率而需要的系统总功率的仿真示意图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合具体的实施例，对本发明作详细说明：
[0041] 在仿真测试环境中，我们模拟LTE系统中的实际城市小区多天线中继下载信道模 型，所假设的参数均符合LTE系统协议规范。设发射器-中继器信道和中继器-接收器信道均 符合瑞利衰落模型，信号传输可W使用的带宽为B = 20MHz，发射端天线数、中继端天线数W 及接收端天线数的最小值为m=4,噪声的方差为σι2 =的=-101 dBm，两个信道的信道衰 减为日1 =日2 = -90dB。
[0042] 在ΜΙΜΟ中继双跳通信系统中，中继器和接收器均为半双工状态，在实际系统中，当 发射端与接收端相隔距离较远时，由于较大的路径损耗，从发射端直接到达接收端的信号 可W忽略不计，接收端只接收来自中继器传输的信号。信号的传输过程可W分为两步：
[0043] 1.信号在经过发射端的预编码处理后，被发送到中继器：r二ν^ΗιΡι.χ + ηι，方 程中X表示发送的信号矢量，r表示中继器接收到的信号矢量，m表示发射端-中继端传输过 程中的噪声矢量(假设m的元素满足零均值且方差为為的高斯分布），αι表示发射端-中继 端传输路径的路径衰减，化表示发射端的信号功率，Pi表示发射端的预编码矩阵，而出表示 发射端-中继端传输矩阵。
[0044] 2.信号在中继器经过处理后，被发送到接收端：
方程中y表 示接收端所接收到的信号，P2表示中继端的预编码矩阵，其他参数的表述类似于上一过程， 但是均属于中继端-接收端传输过程。
[0045] 当信号从发射端传输到中继端时，除了所需要传输的数据外，还会传输一个导频 信号，此导频信号可W用来得到所传输信道的即时信道状态信息，所W在此系统中发射端 可W获得发射端-中继端的包含信道状态信息的传输矩阵出，而中继端可W获得发射端-中 继端的包含信道状态信息的传输矩阵出，W及中继端-接收端的包含信道状态信息的传输 矩阵出。
[0046] 接下来，通过对Hi和出的奇异值分解，可W得到
Si 和Σ 2均为对角矩阵且对角元素分别为矩阵Hi和矩阵H2的奇异值，同时设
巧呈中八1和八2均为对角矩阵，且λυ( j = 1. .m)和分别为矩阵Hi和矩阵此的特征值。Ui和Vi分别为Hi的左酉阵和右酉阵，化和 V2分别为出的左酉阵和右酉阵。
[0047] 发射端的预编码矩阵Pi和中继端的预编码矩阵P2表示为：
[0050] 方程中1非如且k是一个可调整数参数，m=min{ns，nr，nd}表示为发射端天线数、 中继端天线数和接收端天线数的最小值，I表示一个单位矩阵，而
[0化1 ]
[0052] 至此发射端的预编码矩阵Pi和中继端的预编码矩阵P2得出，按照上述方案传输信 号时，根据网络环境调节k的值，可W使得信号被分解到若干个独立平行的信道进行传输。
[0053] 本发明的仿真效果如下：
[0054] 第一组仿真，发射端和中继端的发射信号的功率均被设置了最大值，对应不同的 发射功率，通过调节k的值，观察系统所能达到的最大传输速率。即
[0化5]
[0化6]传输功率的增大，必将导致最大传输速率的增大，因此在仿真中假设化=化二艮。 仿真结果如图2所示，图2中空屯、圆点"迭代预编码器"表示应用迭代算法得出预编码器的系 统获得的最大传输速率，实屯、圆点"无预编码器"表示没有应用预编码器的系统获得的最大 传输速率，"本方案预编码器"表示的是应用本发明提出的预编码器的系统所获得的最大传 输速率。通过观察可W看出，随着发射功率的增大，系统获得的最大传输速率也显著增大， 在应用本发明所提出的方案中，所需要的k的值也相应增大。而本发明提出的方案所达到的 系统性能与迭代算法的技术方案所达到的性能几乎一样，但是本发明的方案更为简单有 效。
[0057]第二组仿真，假设为了达到要求的系统传输速率，观察系统所需要的发射功率总 和。即
[0化引
[0059]假设所需达到的系统传输速率为巧二20 M6/S，在图3中可W看到，本发明提出的 方案与迭代算法的技术方案所需要的总功率几乎一样，均明显优于无预编码器的方案。
【主权项】
1. 一种中继双跳通信系统，包括发射端、中继端、接收端、发射端-中继端的传输信道以 及中继端-接收端的传输信道，所述发射端包括发射端的预编码矩阵P 1，所述中继端包括中 继端的预编码矩阵p2,所述发射端-中继端的信道包括传输矩阵H 1，所述中继端-接收端的信 道包括传输矩阵H2,其特征在于:所述发射端的预编码矩阵PdP中继端的预编码矩阵P 2分别 为：其中，I < k < m，m=min{ns，nr，nd}表示为发射端天线数、中继端天线数和接收端天线数 的最小值，αι表不发射端-中继端传输路径的路径衰减，Pi表不发射端的信号功率，表不 发射端-中继端传输过程中的噪声的方差，V 1为对所述发射端-中继端的传输矩阵出进行奇 异值分解后的右奇异向量矩阵，U1为对所述发射端-中继端的传输矩阵出进行奇异值分解后 的左奇异向量矩阵，％为对所述中继端-接收端的传输矩阵出进行奇异值分解后的右奇异向 量矩阵，I表示一个单位矩阵，E k为块状矩阵，Λ :为对角线矩阵；其中，Σι为对所述发射端-中继端的传输矩阵Hi进行奇异值分解后的奇异值矩阵，Ik表 示维度为k的单位矩阵。2. -种基于权利要求1所述的中继双跳通信系统的通信方法，其特征在于，包括如下步 骤： 信号在经过发射端的预编码处理后，被发送到中继器：方程中，X表示发送的信号矢量，r表示中继器接收到的信号矢量，m表示发射端-中继端 传输过程中的噪声矢量，αι表不发射端-中继端传输路径的路径衰减，Pi表不发射端的信号 功率，P1表示发射端的预编码矩阵，H 1表示发射端-中继端的传输矩阵； 信号在中继器经过处理后，被发送到接收端：方程中，y表示接收端所接收到的信号，n2表示中继端-接收端传输过程中的噪声矢量， P2表示中继端的预编码矩阵，a2表示发射端-中继端传输路径的路径衰减，p2表示发射端的 信号功率，H2表不中继端-接收端的传输矩阵。
【专利摘要】本发明公开了一种中继双跳通信系统及通信方法，包括发射端、中继端、接收端、发射端-中继端的传输信道以及中继端-接收端的传输信道，发射端包括发射端的预编码矩阵P1，中继端包括中继端的预编码矩阵P2，发射端-中继端的信道包括传输矩阵H1，中继端-接收端的信道包括传输矩阵H2，本发明通过对所述发射端-中继端的传输矩阵H1和中继端-接收端的传输矩阵H2分别进行奇异值分解，然后通过分解后的矩阵得到发射端的预编码矩阵P1和中继端的预编码矩阵P2。本发明与现有技术方案相比的优点在于：无需经过若干次的迭代运算生成预编码器，使得系统的信号处理更为简单和快速，从而减小了传输信号的时延，从理论上也可以推导得出迭代算法不具备的信道容量的表达式。
【IPC分类】H04B7/04
【公开号】CN105490716
【申请号】CN201510819381
【发明人】周思源
【申请人】周思源
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月23日
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线通信传输中的多输入多输出（Multiple-input Multiple-output, 简称ΜΙΜΟ) 中继双跳 (Dual-hop relay) 系统及通信方法。
【背景技术】
[0002] ΜΙΜΟ中继技术可W显著得提高无线通信系统的吞吐量和传输覆盖率，在长期演 进/长期演进-高级化TE/LTE-A,Long Term Evolution Advanced)系统标准中，ΜΙΜΟ中继技 术是一种可W显著提升系统性能的技术方案。中继技术主要分为放大并传输策略和解码并 传输策略，相比于后者，放大并传输策略拥有更小的传输时延和更优异的能量效率。在无线 系统的性能指标中，信道容量可W刻画一个信道可靠地传输数据时的最大传输速率。而当 中继系统的发射端和中继端均拥有准确的信道状态信息时，它们可W在发射信号之前对信 号进行预编码处理，W减小ΜΙΜΟ系统中多径信道的信道相关性影响，从而使ΜΙΜΟ系统获得 更优秀的信道容量。
[0003] 目前，一种设计预编码器的迭代算法被提出。在信号传输过程中，在发射端和中继 端获得了即时的信道状态信息时，通过此迭代算法的循环计算，得出预编码矩阵。当传输功 率一定时，此预编码矩阵可W使系统的信道容量获得最优值。然而，上述设计方法存在如下 缺点：
[0004] 1.由于最优预编码矩阵通过迭代算法得出，即无法用解析解的形式描述出即时的 预编码器模型，因此无法得出信道容量的解析解。
[0005] 2.为了获得使用此迭代算法的系统信道容量，必须要通过大量的计算机仿真（即 Monte化rlo方法）。然而当系统规模较大时，此仿真过程耗费资源较多。
[0006] 3.在信号传输过程中，无线多径信道会实时发生变化，由于迭代算法的引入，预编 码矩阵的获得需要时间进行计算。当系统规模较大时，此时间不能忽略不计，因此该设计方 法无疑会增加信号的传输时延和降低系统的表现。
[0007] 因此，希望有一种更为简单有效的预编码器的技术方案来克服或者至少减轻上述 方法的缺陷，并且依然可W达到优秀的系统性能指标。
【发明内容】
[000引本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提出一种无需经 过若干次的迭代运算生成预编码器，使得系统的信号处理更为简单和快速，从而减小了传 输信号时延的中继双跳通信系统及通信方法。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
[0010] -种中继双跳通信系统，包括发射端、中继端、接收端、发射端-中继端的传输信道 W及中继端-接收端的传输信道，所述发射端包括发射端的预编码矩阵Pi，所述中继端包括 中继端的预编码矩阵P2,所述发射端-中继端的信道包括传输矩阵出，所述中继端-接收端的 信道包括传输矩阵也，所述发射端的预编码矩阵Pi和中继端的预编码矩阵P2分别为：
[OOU] 其中，1 ^如，m=min{ns，nr，nd}表示为发射端天线数、中继端天线数和接收端天 线数的最小值，表示发射端-中继端传输路径的路径衰减，表示发射端的信号功率，崎 表示发射端-中继端传输过程中的噪声的方差，Vi为对所述发射端-中继端的传输矩阵化进 行奇异值分解后的右奇异向量矩阵，化为对所述发射端-中继端的传输矩阵化进行奇异值分 解后的左奇异向量矩阵，V2为对所述中继端-接收端的传输矩阵出进行奇异值分解后的右奇 异向量矩阵，I表示一个单位矩阵，Ek为块状矩阵，Λ 1为对角线矩阵；
[0016] 其中，Σι为对所述发射端-中继端的传输矩阵化进行奇异值分解后的奇异值矩阵， Ik表示维度为k的单位矩阵。
[0017] -种中继双跳通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0018] 信号在经过发射端的预编码处理后，被发送到中继器：
[0019]
[0020] 方程中，X表示发送的信号矢量，r表示中继器接收到的信号矢量，m表示发射端-中继端传输过程中的噪声矢量，表示发射端-中继端传输路径的路径衰减，P1表示发射端 的信号功率，Pi表示发射端的预编码矩阵，Hi表示发射端-中继端传输矩阵；
[0021] 信号在中继器经过处理后，被发送到接收端：
[0022]
[0023] 方程中，y表示接收端所接收到的信号，Π 2表示中继端-接收端传输过程中的噪声 矢量，P2表示中继端的预编码矩阵，02表示发射端-中继端传输路径的路径衰减，化表示发射 端的信号功率，出表示中继端-接收端传输矩阵。
[0024] 在ΜΙΜΟ中继双跳通信系统中，中继器和接收器均为半双工状态，在实际系统中，当 发射端与接收端相隔距离较远时，由于较大的路径损耗，从发射端直接到达接收端的信号 可W忽略不计，接收端只接收来自中继器传输的信号。信号的传输过程可W分为两步：
[00巧]1.信号在经过发射端的预编码处理后，被发送到中继器
方 程中X表示发送的信号矢量，r表示中继器接收到的信号矢量，m表示发射端-中继端传输过 程中的噪声矢量(假设m的元素满足零均值且方差为σ|的高斯分布），αι表示发射端-中继 端传输路径的路径衰减，化表示发射端的信号功率，Pi表示发射端的预编码矩阵，而出表示 发射端-中继端传输矩阵。
[0026] 2.信号在中继器经过处理后，被发送到接收端：
[0027]
方程中y表示接收端所接收到的信号，Π 2表示发射端-中继 端传输过程中的噪声矢量(假设m的元素满足零均值且方差为σ卽勺高斯分布），〇2表示发射 端-中继端传输路径的路径衰减，P2表示发射端的信号功率，P2表示发射端的预编码矩阵，而 出表示中继端-接收端传输矩阵。
[002引接下来，通过对出和此的奇异值分解，可W得到
Si 和Σ 2均为对角矩阵且对角元素分别为矩阵Hi和矩阵H2的奇异值，同时设
I方程中Λ 1和Λ 2均为对角矩阵，且λυ和 分别为矩阵出和矩阵此的特征值，j = l-m;Ui和Vi分别为化的左酉阵和右酉阵，化和V2分别 为出的左酉阵和右酉阵。
[0029] 发射端的预编码矩阵Pi和中继端的预编码矩阵P2可W表示为：Pi = ViDi和
方程中化和化均为对角矩阵。在已有的迭代算法中，Di和化的生成均需经过一 系列迭代循环运算得出，
[0030] 而本发明给出的Pi和P2表示为
[003引方程中1含k<m，k是一个可调节的整数参数，m=min{ns，nr，nd}表示为发射端天线 数、中继端天线数和接收端天线数的最小值，I表示一个单位矩阵，而
[0034]
[0035] 至此发射端的预编码矩阵Pi和中继端的预编码矩阵P2得出，按照上述方案传输信 号时，根据网络环境调节k的值，可W使得信号被分解到若干个独立平行的信道进行传输。
[0036] 本发明与现有技术方案相比的优点在于:本发明通过对发射端-中继端的传输矩 阵化和中继端-接收端的传输矩阵出分别进行奇异值分解，然后通过分解后的矩阵得到发射 端的预编码矩阵Pi和中继端的预编码矩阵P2。无需经过若干次的迭代运算生成预编码器，使 得系统的信号处理更为简单和快速，从而减小了传输信号的时延，从理论上也可W推导得 出迭代算法不具备的信道容量的表达式。
【附图说明】
[0037] 图1本发明通信系统的原理框图；
[0038] 图2为本发明在不同发射功率下的系统传输速率仿真示意图；
[0039] 图3为本发明为了达到额定传输速率而需要的系统总功率的仿真示意图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合具体的实施例，对本发明作详细说明：
[0041] 在仿真测试环境中，我们模拟LTE系统中的实际城市小区多天线中继下载信道模 型，所假设的参数均符合LTE系统协议规范。设发射器-中继器信道和中继器-接收器信道均 符合瑞利衰落模型，信号传输可W使用的带宽为B = 20MHz，发射端天线数、中继端天线数W 及接收端天线数的最小值为m=4,噪声的方差为σι2 =的=-101 dBm，两个信道的信道衰 减为日1 =日2 = -90dB。
[0042] 在ΜΙΜΟ中继双跳通信系统中，中继器和接收器均为半双工状态，在实际系统中，当 发射端与接收端相隔距离较远时，由于较大的路径损耗，从发射端直接到达接收端的信号 可W忽略不计，接收端只接收来自中继器传输的信号。信号的传输过程可W分为两步：
[0043] 1.信号在经过发射端的预编码处理后，被发送到中继器：r二ν^ΗιΡι.χ + ηι，方 程中X表示发送的信号矢量，r表示中继器接收到的信号矢量，m表示发射端-中继端传输过 程中的噪声矢量(假设m的元素满足零均值且方差为為的高斯分布），αι表示发射端-中继 端传输路径的路径衰减，化表示发射端的信号功率，Pi表示发射端的预编码矩阵，而出表示 发射端-中继端传输矩阵。
[0044] 2.信号在中继器经过处理后，被发送到接收端：
方程中y表 示接收端所接收到的信号，P2表示中继端的预编码矩阵，其他参数的表述类似于上一过程， 但是均属于中继端-接收端传输过程。
[0045] 当信号从发射端传输到中继端时，除了所需要传输的数据外，还会传输一个导频 信号，此导频信号可W用来得到所传输信道的即时信道状态信息，所W在此系统中发射端 可W获得发射端-中继端的包含信道状态信息的传输矩阵出，而中继端可W获得发射端-中 继端的包含信道状态信息的传输矩阵出，W及中继端-接收端的包含信道状态信息的传输 矩阵出。
[0046] 接下来，通过对Hi和出的奇异值分解，可W得到
Si 和Σ 2均为对角矩阵且对角元素分别为矩阵Hi和矩阵H2的奇异值，同时设
巧呈中八1和八2均为对角矩阵，且λυ( j = 1. .m)和分别为矩阵Hi和矩阵此的特征值。Ui和Vi分别为Hi的左酉阵和右酉阵，化和 V2分别为出的左酉阵和右酉阵。
[0047] 发射端的预编码矩阵Pi和中继端的预编码矩阵P2表示为：
[0050] 方程中1非如且k是一个可调整数参数，m=min{ns，nr，nd}表示为发射端天线数、 中继端天线数和接收端天线数的最小值，I表示一个单位矩阵，而
[0化1 ]
[0052] 至此发射端的预编码矩阵Pi和中继端的预编码矩阵P2得出，按照上述方案传输信 号时，根据网络环境调节k的值，可W使得信号被分解到若干个独立平行的信道进行传输。
[0053] 本发明的仿真效果如下：
[0054] 第一组仿真，发射端和中继端的发射信号的功率均被设置了最大值，对应不同的 发射功率，通过调节k的值，观察系统所能达到的最大传输速率。即
[0化5]
[0化6]传输功率的增大，必将导致最大传输速率的增大，因此在仿真中假设化=化二艮。 仿真结果如图2所示，图2中空屯、圆点"迭代预编码器"表示应用迭代算法得出预编码器的系 统获得的最大传输速率，实屯、圆点"无预编码器"表示没有应用预编码器的系统获得的最大 传输速率，"本方案预编码器"表示的是应用本发明提出的预编码器的系统所获得的最大传 输速率。通过观察可W看出，随着发射功率的增大，系统获得的最大传输速率也显著增大， 在应用本发明所提出的方案中，所需要的k的值也相应增大。而本发明提出的方案所达到的 系统性能与迭代算法的技术方案所达到的性能几乎一样，但是本发明的方案更为简单有 效。
[0057]第二组仿真，假设为了达到要求的系统传输速率，观察系统所需要的发射功率总 和。即
[0化引
[0059]假设所需达到的系统传输速率为巧二20 M6/S，在图3中可W看到，本发明提出的 方案与迭代算法的技术方案所需要的总功率几乎一样，均明显优于无预编码器的方案。
【主权项】
1. 一种中继双跳通信系统，包括发射端、中继端、接收端、发射端-中继端的传输信道以 及中继端-接收端的传输信道，所述发射端包括发射端的预编码矩阵P 1，所述中继端包括中 继端的预编码矩阵p2,所述发射端-中继端的信道包括传输矩阵H 1，所述中继端-接收端的信 道包括传输矩阵H2,其特征在于:所述发射端的预编码矩阵PdP中继端的预编码矩阵P 2分别 为：其中，I < k < m，m=min{ns，nr，nd}表示为发射端天线数、中继端天线数和接收端天线数 的最小值，αι表不发射端-中继端传输路径的路径衰减，Pi表不发射端的信号功率，表不 发射端-中继端传输过程中的噪声的方差，V 1为对所述发射端-中继端的传输矩阵出进行奇 异值分解后的右奇异向量矩阵，U1为对所述发射端-中继端的传输矩阵出进行奇异值分解后 的左奇异向量矩阵，％为对所述中继端-接收端的传输矩阵出进行奇异值分解后的右奇异向 量矩阵，I表示一个单位矩阵，E k为块状矩阵，Λ :为对角线矩阵；其中，Σι为对所述发射端-中继端的传输矩阵Hi进行奇异值分解后的奇异值矩阵，Ik表 示维度为k的单位矩阵。2. -种基于权利要求1所述的中继双跳通信系统的通信方法，其特征在于，包括如下步 骤： 信号在经过发射端的预编码处理后，被发送到中继器：方程中，X表示发送的信号矢量，r表示中继器接收到的信号矢量，m表示发射端-中继端 传输过程中的噪声矢量，αι表不发射端-中继端传输路径的路径衰减，Pi表不发射端的信号 功率，P1表示发射端的预编码矩阵，H 1表示发射端-中继端的传输矩阵； 信号在中继器经过处理后，被发送到接收端：方程中，y表示接收端所接收到的信号，n2表示中继端-接收端传输过程中的噪声矢量， P2表示中继端的预编码矩阵，a2表示发射端-中继端传输路径的路径衰减，p2表示发射端的 信号功率，H2表不中继端-接收端的传输矩阵。
【专利摘要】本发明公开了一种中继双跳通信系统及通信方法，包括发射端、中继端、接收端、发射端-中继端的传输信道以及中继端-接收端的传输信道，发射端包括发射端的预编码矩阵P1，中继端包括中继端的预编码矩阵P2，发射端-中继端的信道包括传输矩阵H1，中继端-接收端的信道包括传输矩阵H2，本发明通过对所述发射端-中继端的传输矩阵H1和中继端-接收端的传输矩阵H2分别进行奇异值分解，然后通过分解后的矩阵得到发射端的预编码矩阵P1和中继端的预编码矩阵P2。本发明与现有技术方案相比的优点在于：无需经过若干次的迭代运算生成预编码器，使得系统的信号处理更为简单和快速，从而减小了传输信号的时延，从理论上也可以推导得出迭代算法不具备的信道容量的表达式。
【IPC分类】H04B7/04
【公开号】CN105490716
【申请号】CN201510819381
【发明人】周思源
【申请人】周思源
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月23日
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