[发明专利]一种基于多输入多输出协作网络的增量中继传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体是一种基于多输入多输出(MIMO)协作网络的增量中继传输方法。

背景技术

自J.N.Laneman等人在2004年提出之后，协作分集技术便引起了广泛注意。通过应用协作技术，可以获得额外的分集增益，同时也可以减少射频(RF)功率要求。但是在协作网络中，由于半双工通信以及不同时隙中的信道必须正交的限制，所以以上提到的两点好处都是以牺牲频谱效率为代价的。

为了解决这个弊端，当前已经提出了三种技术来增强协作网络的频谱效率，分别是：波束形成、空时编码以及增量中继。在波束形成中，假设信源和中继已经知道了前向信道的信息，这样信源和中继即可调整各自的发送信号的相位偏移，使得它们的信号能够相干叠加，从而提高频谱效率。但是要想应用波束形成技术，需要在现有的射频设备上做很大的修改。至于空时编码技术，虽然其能够很好的改善频谱效率，但是它对信宿端的解码器要求很高，而且要想设计一个实际可用的码本并不容易。

和波束形成以及空时编码不同，在增量中继协作网络中，通过特定的判决条件来限制中继的转发，从而节约了信道和功率资源，提高频谱效率。信宿端对直接链路做判决，如果满足特定的条件，则通知信源与中继，中继和信源根据通知信息，做相应的动作(发送或者不发送信号)。和波束形成、空时编码相比，增量中继具有以下的优点：1)协议简单，中继只需要测量自己的信道信息即可(不需要知道全局信道信息)；2)信源和中继处，无需掌握或估计整个拓扑结构；3)该技术涉及到的开销是三者中最小的(只需信宿端反馈一个单比特的信息)。

Wan Choi等人于2010年发表在IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS上的文章“Adaptive Multi-Node Incremental Relaying for Hybrid-ARQ in AF Relay Networks”中提出了一种多个单天线中继的增量中继方案，在该方案中要求中继挨个进行放大转发(AF)，信宿端进行最大比合并(MRC)，直到输出信噪比(SNR)大于一个预先设定的门限值。Salama Ikki，Mohamed H.Ahmed等在2008年发表在Wireless Communications and Networking Conference上的文章“Performance Analysis of Incremental Relaying Cooperative Diversity Networks over Rayleigh Fading Channels”中讨论了增量中继在单中继、单信源、单信宿网络中的应用，分析了中断概率，误码率以及吞吐量，并给出了闭合表达式。但是以上提及的文章中包括现有的研究文献中，都是在单天线节点的环境中应用增量中继方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于多输入多输出协作网络的增量中继传输方法，在多天线节点环境中引入增量中继方案，从而以一种简单可行的方法改善了MIMO协作网络中频谱效率低的弊端。本发明具有复杂度低、操作简单的特点，同时与常规的策略对比，在资源利用率方面有较大的性能提升。

为实现上述的目的，本发明所述的基于多输入多输出协作网络的增量中继传输方法，整个传输过程分为两个时隙，包括以下步骤：

步骤1：在第一个时隙内，信源S对中继R和信宿D广播信号序列；

步骤2：信宿D接收到来自信源S的信号后，计算每个天线上的信号输出SNR，并将其与一个预设设定好的门限值进行对比；

步骤3：如果所有天线上的符号的SNR足够高，大于门限值，则信宿D反馈给信源S和中继R一个单比特的信息(B＝1)，表明直接链路信号的成功。在第二时隙中，中继R不进行转发。此时频带是空闲的，信源S可以选择发送一个新的信号或者也可以不发任何信息，如果发送新的信号，则相当于增大了传输速率，如果不发送，则相当于节省发送功率；

如果直接链路信道不好，信宿D接受到的信号SNR很低，则信宿D反馈给信源S和中继R一个单比特的信息(B＝0)，表明直接链路传输失败。此时，在第二时隙中，中继R放大转发(AF)其在第一时隙接受到的信号，从而获得额外的分集增益；

步骤4：如果中继R进行了转发，则在第二时隙结束时，信宿D根据最大比合并(MRC)技术，将两个时隙内收到的信号合并，并将合并后的信号经过一个迫零(ZF)均衡器，再解码信号。

本发明中，在信宿节点处对直接链路做判决，将结果反馈给中继R和信源S，从而决定第二时隙的动作。