[发明专利]一种中继系统源端和中继端鲁棒性联合信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信领域的方法，具体是一种基于安全速率的中继系统源端和中继端鲁棒性联合信号处理方法。

背景技术

中继系统应用于无线通信系统可以提高系统的性能，已经在第四代无线通信标准中得到了广泛的应用。如3GPP（3rd Generation Partnership Project,第三代移动通信合作伙伴项目）LTE-A（Long Term Evolation-Advanced,增强型长期演进）系统中引入无线中继技术来减小无线链路的空间损耗，增大信噪比，从而提高边缘用户信道容量。这样拉近了天线和终端用户的距离，可以改善终端的链路质量，从而提高系统的频谱效率和用户数据率。由于设备的复杂度较低，基于模拟网络编码的中继系统具有较多的应用和研究，取得了较好的系统性能提升。

通过在中继节点上安装多天线，可以进一步利用MIMO（Multiple-Input Multiple-Output,多输入多输出）相关技术（如分集、复用技术）增强系统的传输性能。

中继系统取得的增益取决于中继节点上采取的信号处理策略，根据中继节点信号处理方式的不同可以将中继节点分为解码转发中继（decode-and-forward relay）和放大转发中继（amplified-and-forword relay）等。对于解码转发中继，中继节点对接收到的比特序列进行解码，然后重新译码进行转发，有一个信号重建的过程。而对于放大转发中继节点，中继节点不对信号进行译码的操作，只是将接收到的信号进行一定的线性处理得到需要发送的信号。

放大转发中继节点在放大处理的时候会将有用信号和干扰噪声信号同时进行线性处理，没有对干扰噪声进行抑制，在放大信号的同时也放大了噪声，得到的系统性能较差。而解码转发中继节点对信号译码之后能够抑制中继节点的噪声以及其他信号的干扰，得到较好的系统性能，但由于译码的系统实现复杂度比较高、延时较大。由于实现相对简单，放大转发中继节点在实际系统中得到了广泛的应用。本发明中采用放大转发型中继节点用于无线信号的传输。

传统的中继系统中，一次信息传输需要2个时隙完成：基站→中继、中继→用户。随着无线通信用户数目的巨量增长，带来的后果是将会产生一些非法用户窃听合法用户的信息，对整个网络带来许多负面的影响。因此基于安全速率的系统优化研究得到越来越广泛的关注。

经对现有文献检索发现，M.Zhang,R.Xue,H.Yu,H.Luo and W.Chen,“Secrecy Capacity Optimization in Coordinated Multi-Point Processing”,IEEE ICC,2013(“多点协作传输中基于安全速率的系统优化”，IEEE国际通信会议，2013)，该文章研究了多点协作通信系统中，存在窃听者的情况下，最大化合法用户的SNR（signal-to-noise ratio,信噪比），同时抑制窃听者的SNR，优化整体网络的安全速率。

经检索还发现，J.Huang and A.L.Swindlehurst,“Robust Secure Transmission in MISO Channels Based on Worst-Case Optimization,”IEEE Transaction on Signal Processing,April2012(“基于最差误差准则下的多入单出系统鲁棒性安全速率优化设计”，IEEE信号处理会刊，2012年四月)，该文章研究了点对点的MISO（Multiple-Input Single-Output,多输入单输出）系统中，存在窃听者的情况下，窃听者的信道状态信息有误差，文中针对误差最差情况进行了基于安全性能最优准则的鲁棒性设计。

综上所述，现有技术对解决中继系统中存在窃听用户，并且中继节点到窃听用户的信道状态信息非完美的情况没有进行深入研究，而以上两篇文章只是对点对点通信的研究。因此在中继系统中研究其安全速率的优化设计及鲁棒性信号处理方法有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于安全速率的中继系统源端和中继端鲁棒性联合信号处理方法。本发明根据最小化中继节点发射功率准则，在考虑窃听用户与中继节点之间存在信道误差的情况下，联合设计了源端和各中继端线性信号鲁棒性处理方法，有效改善了系统的安全速率性能。