[发明专利]MIMO中继系统中基于码书预编码的信号发送方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在MIMO中继系统中基于码书预编码的信号传输方法，尤其涉及一种适用于MIMO中继系统的、将功率分配和预编码矩阵结合的码书构建和分布式码字选择方法。

背景技术

随着无线通信的发展，高数据速率及高服务质量已成为通信系统设计的基本目标，因此有限的无线频谱资源迫使下一代无线通信技术必须极大地提高频谱利用率。MIMO技术因在发送端和接收端引入多根天线，能够在不增加系统带宽和功率的情况下极大地提高信道容量和频谱效率而被广泛研究。然而，由于受移动终端质量、体积和功耗要求的约束，现有的多天线都配置在基站上，而移动终端只放置一根天线，因此其所获得的系统性能上的改善与理论仍有很大差距。同时由于受传输功率限制的影响，小区边缘的移动终端不能获得基站端的良好服务。为此，无线中继技术以及相关的协作传输理论应运而生。中继并不是专指一项特定的技术，而是从链路甚至网络的角度出发，通过在收发两端之间设立一个或者多个无线中继节点达到扩大系统容量，提高网络服务质量，改善系统性能的目的。由于无线中继技术同时解决了系统容量与覆盖范围的问题，其已成为下一代无线网络的热点研究技术。

对于在发送端基于码书实施预编码的MIMO中继方案，由于在发送端进行预编码的前提就是要得到一定形式的发送端信道状态信息(CSIT)。然而，在随机衰落环境下，无线信道的时变性导致获得信道信息很困难。在接收端可以通过导频直接获得准确的信道信息，而在发送端则需要依赖于反馈的方法，间接地获得信道信息。如果由接收端将信道信息完全反馈给发送端，不仅开销大，而且当发送端无法获得准确的信道状态信息时，由于收发端信道信息的不匹配，导致各子信道间的干扰大大增加，其性能严重恶化。

在基于码书的预编码技术中，接收端在预设的预编码码书中选择预编码矩阵或向量，而后将选定的预编码矩阵或向量的索引值反馈给发送端。发送端通过由反馈信道接收到的序号，根据预设的码书重建预编码矩阵或向量，从而实施预编码。其由于反馈量小、复杂度低，因此具有更高的实用价值。目前MIMO中继系统中，基于码书的预编码方案都是采用Grassmannian码书。然而中继端因采用放大转发的方式而引入的噪声使得Grassmannian码书对于MIMO中继系统而言不是最优的码书；当源端和终端之间无直传路径时，若由终端依据最大化容量准则来选取码字，将在系统容量公式中引入了一次矩阵求逆的过程，会增大其复杂度；而且传统的码字选择必须由终端将选择的码书索引值反馈给源端和中继端，这在源端和终端无直传链路的两跳MIMO中继系统中会引入较大的反馈延迟；现有的分布式码字选择准则仅考虑两跳信道最小特征值，因而选择出来的码字不能逼近最优值；此外，传统码书设计准则只考虑对预编码矩阵进行量化，在MIMO中继系统中采用平均功率分配，因而系统性能不能达到最优。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是针对上述MIMO中继系统中基于码书的预编码技术中码书构建和码字选择方法中存在的不足，提升整体MIMO中继系统性能，降低系统反馈的反馈延迟。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供了一种MIMO中继系统中基于码书预编码的信号发送方法，包括以下步骤：

一种MIMO中继系统中基于码书预编码的信号发送方法，包括以下步骤：

S1：根据最小化平均量化误差准则分别为第一跳信道和第二跳信道构建码书和其中，1≤n≤N和1≤n≤N均包含量化的最优预编码矩阵(i＝1，2)和功率分配矩阵(i＝1，2)；

S2：中继端和终端分别根据第一跳信道和第二跳信道的状态信息由所述码书W₁和W₂中选择最优码字和并将其在相应码书中的索引值n分别反馈给源端和中继端；

S3：源端和中继端根据所述索引值由相应码书中获取相应的所述最优码字和并根据其内包含的所述最优预编码矩阵和最优功率分配矩阵进行编码及信号发送。

其中，所述步骤S1中，以所述MIMO中继系统容量C的下限值为优化目标函数构建平均量化误差函数；为使所述平均量化误差函数最小化的一组矩阵向量。

其中，系统量化误差函数为：