[发明专利]一种用于多用户双向中继系统的信号对齐方法

摘要

多用户双向中继场景下的机会信号对齐方法，用于下述场景：包括一个中继和多个用户的双向通信系统，中继和用户均配置多天线，且中继的天线数目和用户天线数目满足一定条件，即，中继的天线数大于等于用户多天线数目，而用户的天线数有限不足以支持经典信号空间对齐传输方法，此时完美的信号空间对齐不再适用。本专利所述方法包括下列两个操作步骤：(1)用户波束成形向量设计阶段：联合设计每对进行信息交互的用户的波束成形向量，使其在有限条件下尽可能的对齐到一个方向上。从而达到将信号最大程度对齐的目的。(2)用户调度阶段：在完成用户的波束成形设计后，利用波束成形设计过程中得到的每对用户对应的奇异值进行用户调度，并完成中继处理矩阵的设计。接收端的波束成形设计可以参照上行设计。所述方法较单天线用户的机会对齐的和速率有较大提升，且当备选用户足够大时，该方案可达自由度可以接近系统最大可达自由度。

主权项

1.多用户双向中继场景下的机会信号对齐方法，用于下述场景：包括一个中继和多个用户的双向通信系统，中继和用户均配置多天线，其中中继配置N根天线，用户配置M根天线，且中继的天线数和用户天线数量满足一定条件，即，中继的天线数大于等于用户多天线数目，而用户的天线数有限不足以支持经典信号空间对齐传输方法，此时完美的信号空间对齐不再适用；所述多用户双向中继场景下的机会信号对齐方法包括下列两个操作步骤：(1)用户波束成形向量设计阶段：联合设计每对进行信息交互的用户的波束成形向量，使其在有限条件下尽可能的对齐到一个方向上，从而达到将信号最大程度对齐的目的，所述波束成形向量设计的具体步骤如下：首先所有用户同时向中继发射信号，中继获得系统全局的信道信息(CSI){H_i}，i＝1,2,...,2K，其中，H_i为第i个用户到中继的信道矩阵，全网络共有；将每对用户的信道矩阵组成一个新的矩阵，定义为成对信道矩阵A_i＝[H_i,‑H_i+K]，为尽量达到对齐的目的，对成对信道矩阵A_i进行奇异值分解(SVD)，即有经过SVD分解后，选出正交矩阵中最小奇异值对应的那一列，即B_i＝(Q_i)_2M，作为该用户的波束成形向量；(2)用户调度阶段：在完成用户的波束成形设计后，利用用户波束成形设计过程中得到的奇异值进行用户调度，并完成中继处理矩阵的设计，其特征在于：在波束成形向量设计阶段，通过SVD算法进行了用户波束成形的设计，此时每对用户都对应着一个奇异值为枚举用户对的下标，A_i＝[H_i,‑H_i+K]为成对信道矩阵，基于此，该方法联合波束成形向量设计进行用户调度，由于每对用户此时都对应着一个信道矩阵SVD分解后的奇异值λ_i，在这里，利用该奇异值完成用户的选择，从K个奇异值{λ_i}中选出最小的N个，也就是在所有备选用户中，选出最小的N个奇异值所对应的N对用户作为通信用户；完成用户调度后，选出允许通信的用户，在这里允许通信的用户对数与中继配备的天线数相等，由于没有完美对齐，每对用户信息向量此时并非对齐到一个方向上，定义作为机会信号空间对齐后每对信号的等效信号，其中i为枚举用户对的下标，v_i为第i用户的传输波束成形向量；设计中继处理矩阵，在这里选用迫零(ZF)处理，即其中G＝[G₁,...,G_N]，β为中继端功率控制系数。