[发明专利]Y信道中的空时码传输及译码方法

权利要求书

1.一种Y信道中的空时码传输及译码方法，适用于三个用户和一个中继节点的Y信道，且每个用户和中继节点都配置2根天线，其特征在于，包括如下步骤：

A，用户1对其调制信号进行空时编码，得到用户1期望发送给用户2的码字S₂₁和用户1期望发送给用户3的码字S₃₁，S₂₁和S₃₁的阶数均为2×2，用户2对其调制信号进行空时编码，得到用户2期望发送给用户1的码字S₁₂和用户2期望发送给用户3的码字S₃₂，S₁₂和S₃₂的阶数均为2×2，用户3对其调制信号进行空时编码，得到用户3期望发送给用户1的码字S₁₃和用户3期望发送给用户2的码字S₂₃，S₁₃和S₂₃的阶数均为2×2，然后三个用户分别对码字进行预编码，最后分两个步骤将预编码后的码字发送出去，具体过程如下：

A1，用户1对其调制信号s^k₂₁进行Alamouti编码，k＝1,2，得到用户1期望发送给用户2的2×2的码字S₂₁，(·)^*表示共轭，用户1对其调制信号s^k₃₁进行Alamouti编码，k＝1,2，得到用户1期望发送给用户3的2×2的码字S₃₁，(·)^*表示共轭；

A2，用户2对其调制信号s^k₁₂进行Alamouti编码，k＝1,2，得到用户2期望发送给用户1的2×2的码字S₁₂，(·)^*表示共轭，用户2对其调制信号s^k₃₂进行Alamouti编码，k＝1,2，得到用户2期望发送给用户3的2×2的码字S₃₂，(·)^*表示共轭；

A3，用户3对其调制信号s^k₁₃进行Alamouti编码，k＝1,2，得到用户3期望发送给用户1的2×2的码字S₁₃，(·)^*表示共轭，用户3对其调制信号s^k₂₃进行Alamouti编码，k＝1,2，得到用户3期望发送给用户2的2×2的码字S₂₃，(·)^*表示共轭；

A4，三个用户根据用户i到中继节点的信道矩阵H_Ri计算得到2×2的预编码矩阵V₁₂、V₂₁、V₁₃、V₂₃、V₃₁、V₃₂，i＝1,2,3，H_Ri的阶数为2×2，预编码矩阵满足H_R1V₂₁＝H_R2V₁₂、H_R1V₃₁＝H_R3V₁₃且H_R2V₃₂＝H_R3V₂₃，满足这一条件的预编码矩阵有无数种，从中选择其中的一种即可；

A5，用户1分别用V₂₁和V₃₁对S₂₁和S₃₁进行预编码，得到V₂₁S₂₁和V₃₁S₃₁；用户2分别用V₁₂和V₃₂对S₁₂和S₃₂进行预编码，得到V₁₂S₁₂和V₃₂S₃₂；用户3分别用V₁₃和V₂₃对S₁₃和S₂₃进行预编码，得到V₁₃S₁₃和V₂₃S₂₃；

A6，在相同的时间内，三个用户分别发送V₂₁S₂₁+V₃₁S₃₁、V₁₂S₁₂+V₃₂S₃₂和V₁₃S₁₃+V₂₃S₂₃到中继节点；

A7，在相同的时间内，三个用户分别发送V₂₁S₂₁+V₃₁S₃₁、V₁₂S₁₂-V₃₂S₃₂和V₁₃S₁₃-V₂₃S₂₃到中继节点；

B，中继节点根据用户i到中继节点的信道矩阵H_Ri进行译码，i＝1,2,3，具体过程如下：

B1，处理步骤A6中中继节点的接收信号R₁和步骤A7中中继节点的接收信号R₂，得到R₁+R₂和R₁-R₂，其表达式分别为R₁+R₂＝2H_R2(S₂₁+S₁₂)+2H_R3(S₃₁+S₁₃)+N_R1+N_R2，R₁-R₂＝2H_R3(S₃₂+S₂₃)+N_R1-N_R2，其中，N_R1和N_R2分别是步骤A6和步骤A7中中继节点接收到的噪声矩阵，R₁、R₂、N_R1和N_R2的阶数均为2×2；

B2，中继节点以R₁-R₂作为接收信号，以2H_R3作为信道矩阵，以S₃₂+S₂₃作为发送的码字，译码S₃₂+S₂₃中的两个元素，即译码S₃₂+S₂₃的第一列的元素，用c₁和c₂表示译码得到的符号；

B3，中继节点根据B1中R₁+R₂的表达式，再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交特性，译码S₂₁+S₁₂中的两个元素，即译码S₂₁+S₁₂的第一列的元素，用a₁和a₂表示译码得到的符号；

B4，中继节点根据B1中R₁+R₂的表达式，再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交特性，译码S₃₁+S₁₃中的两个元素，即译码S₃₁+S₁₃的第一列的元素，用b₁和b₂表示译码得到的符号；

C，中继节点对步骤B译码得到的符号进行空时编码并且对码字进行预编码，然后将预编码后的码字分两次发送出去，具体过程如下：

C1，中继节点对步骤B2译码得到的符号c₁和c₂进行Alamouti编码，得到码字C，中继节点对步骤B3译码得到的符号a₁和a₂进行Alamouti编码，得到码字A，中继节点对步骤B4译码得到的符号b₁和b₂进行Alamouti编码，得到码字B；

C2，中继节点对A和B进行预编码，得到U₁A和U₂B，其中，U₁和U₂是用户和中继节点都已知的预编码矩阵，两者的取值只要满足U₁≠U₂即可；

C3，中继节点发送U₁A+U₂B；

C4，中继节点发送C；

D，用户1译码得到其期望接收的信号，即译码用户2期望发送给用户1的信号以及用户3期望发送给用户1的信号，具体过程如下：

D1，用户1用Y₁表示步骤C3中的接收信号，Y₁的阶数为2×2，其表达形式为Y₁＝H_1RU₁A+H_1RU₂B+N_1R，H_1R是中继节点到用户1的信道矩阵，N_1R是用户1在步骤C3接收到的噪声，H_1R和N_1R的阶数均为2×2；

D2，用户1根据D1中Y₁的表达式，再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交特性，译码A中的两个元素，即译码A的第一列的元素，用a₁′和a₂′表示译码得到的符号；

D3，用户1根据D1中Y₁的表达式，再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交特性，译码B中的两个元素，即译码B的第一列的元素，用b₁′和b₂′表示译码得到的符号；

D4，用户1用a₁′减s¹₂₁并且用a₂′减s²₂₁，得到用户2期望发送给用户1的信号，分别是a₁′-s¹₂₁和a₂′-s²₂₁；

D5，用户1用b₁′减s¹₃₁并且用b₂′减s²₃₁，得到用户3期望发送给用户1的信号，分别是b₁′-s¹₃₁和b₂′-s²₃₁；

E，用户2译码得到其期望接收的信号，即译码用户1期望发送给用户2的信号以及用户3期望发送给用户2的信号，具体过程如下：

E1，假定在步骤C3和步骤C4中信道矩阵保持不变，用户2分别用Y₂和Z₂表示步骤C3和步骤C4的接收信号，Y₂和Z₂的表达形式为Y₂＝H_2RU₁A+H_2RU₂B+N_2R，Z₂＝H_2RC+N_2R′，H_2R是中继节点到用户2的信道矩阵，N_2R是用户2在步骤C3接收到的噪声，N_2R′是用户2在步骤C4接收到的噪声，H_2R、N_2R和N_2R′的阶数均为2×2；

E2，用户2根据E1中Y₂的表达式，再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交特性，译码A中的两个元素，即译码A的第一列的元素，用a₁″和a₂″表示译码得到的符号；

E3，用户2以C作为发送信号，以H_2R作为信道矩阵，以Z₂作为接收信号，译码C中的两个元素，即译码C的第一列的元素，用c₁″和c₂″表示译码得到的符号；

E4，用户2用a₁″减s¹₁₂并且用a₂″减s²₁₂，得到用户1期望发送给用户2的信号，分别是a₁″-s¹₁₂和a₂″-s²₁₂；

E5，用户2用c₁″减s¹₃₂并且用c₂″减s²₃₂，得到用户3期望发送给用户2的信号，分别是c₁″-s¹₃₂和c₂″-s²₃₂；

F，用户3译码得到其期望接收的信号，即译码用户1期望发送给用户3的信号以及用户2期望发送给用户3的信号，具体过程如下：

F1，假定在步骤C3和步骤C4中信道矩阵保持不变，用户3分别用Y₃和Z₃表示步骤C3和步骤C4的接收信号，Y₃和Z₃的表达形式为Y₃＝H_3RU₁A+H_3RU₂B+N_3R，Z₃＝H_3RC+N_3R′，H_3R是中继节点到用户3的信道矩阵，N_3R是用户3在步骤C3接收到的噪声，N_3R′是用户3在步骤C4接收到的噪声，H_3R、N_3R和N_3R′的阶数均为2×2；

F2，用户3根据F1中Y₃的表达式，再结合Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交特性，译码B中的两个元素，即译码B的第一列的元素，用和表示译码得到的符号；

F3，用户3以C作为发送信号，以H_3R作为信道矩阵，以Z₃作为接收信号，译码C中的两个元素，即译码C的第一列的元素，用和表示译码得到的符号；

F4，用户3用减s¹₁₃并且用减s²₁₃，得到用户1期望发送给用户3的信号，分别是和

F5，用户3用减s¹₂₃并且用减s²₂₃，得到用户2期望发送给用户3的信号，分别是和