[发明专利]双向信道中基于最小均方误差波束成型的信息传输方法

权利要求书

1.一种双向信道中基于最小均方误差波束成型的信息传输方法，包括如下步骤：

(1)采用Turbo码对两个源节点的数据信息d₁，d₂分别进行编码，得到编码序列x₁，x₂，对该编码序列进行调制，并将调制后的信号s₁(n)和s₂(n)以功率p₁和p₂同时发送至中继节点；

(2)中继节点基于最小均方误差准则构建波束成型矩阵：

2a)令H_UL＝[h₁，h₂]，H_DL＝[h₂，h₁]T，h₁和h₂分别为源节点到中继节点的信道，对H_UL进行奇异值分解H_UL＝U∑V^H，U∈C^M×2，将中继最小均方误差波束成型矩阵表示为A_MMSE＝U^*B_MMSEU^H，B_MMSE∈C^2×2；

2b)采用最小均方误差准则构建中继波束成型矩阵：

根据最小均方误差准则的接收机和发射机表达式构建中继最小均方误差波束成型矩阵：

AMMSE=HDLH(HDLHDLH+σn2σa2I)+aMMSE00bMMSE(HULHHUL+σn2σa2I)+HULH]]>

其中σ_n²和σ_a²分别为噪声功率和信号功率，a_MMSE和b_MMSE是构建波束成型矩阵需要求解的两个复变量，I是复单位矩阵，是最小均方误差接收机表达式，是最小均方误差发射机表达式；

利用奇异值分解公式和分别对H_DL^H和H_UL^H进行分解，得到中继波束成型矩阵为：

AMMSE=U*ΣVT(HDLHDLH+σn2σa2I)+0aMMSEbMMSE0(HULHHUL+σn2σa2I)+VΣUH]]>

令BMMSE=ΣVT(HDLHDLH+σn2σa2I)+0aMMSEbMMSE0(HULHHUL+σn2σa2I)+VΣ,]]>

使A_MMSE＝U^*B_MMSEU^H；

式中B_MMSE矩阵通过对源节点S₁和S₂的可达速率求解得到，U^*为U的共轭矩阵，U^H为U的共轭转置矩阵；

(3)利用得到的最小均方误差波束成型矩阵，对中继节点接收到的混合信号进行最小均方误差波束成型，表示为x_R(n)＝A_MMSEy_R(n)，n＝1，...，N，其中y_R(n)为中继节点接收到的两个源节点的混合信息；

(4)中继节点在第二个时隙将波束成型信息x_R(n)广播给两个源节点，这两个源节点分别从各自接收到的信息中减去自相干扰后，通过解调得到对方源节点的信息，以在两个时隙内实现源节点之间信息的交换。

2.根据权利要求1所述的双向信道中基于最小均方误差波束成型的信息传输方法，其中步骤2b)所述的矩阵B_MMSE通过源节点的可达速率求解，按照如下步骤进行：

第一步，引进向量α＝[α₂₁，α₁₂]^T，其中R_sum＝r₂₁+r₁₂，r₁₂为源节点S₁通过中继节点向源节点S₂传输的可达速率，r₂₁为源节点S₂通过中继节点向源节点S₁传输的可达速率，

对于确定的向量α，源节点可达速率优化表示为：

MaximizeRsum,BRsum]]>

Subjectto12log2(1+|g1TBMMSEg2|2p2||BMMSEHg1*||2+1)≥α21Rsum,]]>

12log2(1+|g2TBMMSEg1|2p1||BMMSEHg2*||2+1)≥α12Rsum]]>

||BMMSEg1||2p1+||BMMSEg2||2p2+tr(BMMSEBMMSEH)≤PR]]>

其中g₁＝U^Hh₁，g₂＝U^Hh₂，R_sum为源节点可达速率；

第二步，将上述可达速率优化转化为中继发射功率优化求解的表达式为：

p_R＝||B_MMSEg₁||²p₁+||B_MMSEg₂||²p₂+tr(B_MMSEB_MMSE^H)

subject to12log2(1+|g1TBMMSEg2|2p2||BMMSEHg1*||2+1)≥α21r,]]>

          12log2(1+|g2TBMMSEg1|2p1||BMMSEHg2*||2+1)≥α12r]]>

r为求解过程中的一个常量：

第三步，对第二步的中继发射功率优化求解表达式进行求解：

(a)设定向量α、源节点速率和的上限及中继发射功率上限P_R均为已知，令r_min＝0，

(b)根据设定的参数求解中继发射功率优化表达式，得到最优解p_R^*以及此时的矩阵B_MMSE，如果令r_min＝r，否则令r_max＝r；

(c)令δ_r为给定的一个常数，若r_max-r_min≥δ_r，利用更新r的值后，返回步骤(b)执行循环，继续求解中继发射功率优化表达式，直到r_max-r_min≤δ_r，循环结束，最终得到矩阵B_MMSE。