[发明专利]基于中继协作的广播信道中的联合信源中继的预编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体是一种基于中继协作传输的下行广播信道中的联合信源与中继节点的线性预编码方法。

背景技术

随着通信技术的不断发展，人们对传输速率、传输可靠性、资源利用率以及通信安全等性能要求越来越高。van der Meulen等人于1971年提出了三终端中继协作通信的概念，其核心思想是允许中继节点对来自信源端的信息经过简单放大或者是压缩编码或者是解码再编码后再虚传给信宿，目的是帮助信源传输信息给信宿。但是，到了上世纪八十年代，有关协作中继系统的研究逐渐减少，直到本世纪初才再次引起研究者的广泛关注。因为中继协作通信，可以对抗多径衰落，是提高通信质量的重要手段之一。在中继网络中，信源向信宿发送消息，中继节点也同时接收到这个消息，并将其转发给信宿（或者是经过一定处理之后再进行转发）。最后信宿再利用收到的所有消息，进行解码。在这样的传输模型下，中继节点对信源-信宿之间的通信起到了一定的协助作用，等同于在不需要配置多天线的条件下，提供了一定的空间分集，提高了通信质量。

但是单信源单中继单信宿的协作通信方式与现在的蜂窝网络中的拓扑结构不太相符。单个多天线信源（基站）和单个多天线中继站同时服务于多个单天线移动用户的情形，是一种最为实用的协作通信模式。通过一定预编码策略，可以抑制由于同信道传输所造成的干扰给不同用户造成的解码困难问题。显然，这种做法能让一个多天线基站和一个多天线中继同时服务于多个单天线移动用户。Chan-Byoung Chae等人于2008年发表在IEEE Trans.Sig.Proc.上的文章“MIMO Relaying With Linear Processing for Multiuser Transmission in Fixed Relay Networks”，较早考虑了一个基站通过一个中继站同时服用于多个用户的模型。Rui Zhang等人于2009年在IEEE Trans.Sig.Proc.上发表的“Joint Beamforming and Power Control for Multi-antenna Relay Broadcast Channel with QoS Constraints”一文，给出来一种能满足QoS服务的预编码算法。Wei Xu等人于2011年在IEEETrans.Commun.上发表的“Joint Precoding Optimization for Multiuser Multi-Antenna Relaying Downlinks Using Quadratic Programming”一文，给出一种基于二次优化的预编码算法。这就为一个基站通过一个中继站同时服务多个移动用户的研究奠定了理论基础。但是，以上的研究都只是考虑了基站到中继站再到移动用户之间的链路信息，并没有考虑基站到移动用户之间的直接链路信息。

2004年3GPP的多伦多会议，提出了著名的LTE（Long Term Evolution）项目。这是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准。它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准，在20MHz频谱带宽下能够提供下行326Mbit/s与上行86Mbit/s的峰值速率，改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。Type-II中继是LTE项目中关于中继的一种重要的提案，该类中继没有小区ID，其应用目的是提供对主eNB信号的分集，或者和主eNB一起进行协作传送，以增加小区容量。Type-II中继与Type-I中继在理论研究上的最大区别在于，在Type-II中继场景中，信源（eNB）与信宿（UE）之间存在着直接的通信链路。因此，按照这样的网络拓扑结构，利用直接链路信息进行预编码的方案在多信源Type-II中继场景中的应用便顺理成章。而目前对于信源（eNB）预编码的研究都是基于Type-I模型，直接链路的信道信息比没有得到有效的利用。是否能利用直接链路的信息进行相关的预编码设计，来提升这个系统的性能，在这方面并没有相关的研究。

发明内容