CN101882965A - 一种消干扰全双工中继通信系统和全双工中继设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种消干扰全双工中继通信系统和全双工中继设备，所述系统包括：源节点单元、中继节点单元和目标节点单元，所述中继节点单元包括M根中继节点天线和消干扰模块，用于通过中继节点天线接收源节点单元发送的信号，并通过消干扰模块对接收到的信号进行回声干扰消除，以及将干扰消除后信号发送至目标节点单元；所述消干扰模块包括：译码器，用于对接收到的信号进行译码，译码矩阵为M×M阶的矩阵D；预编码器，用于对译码后的信号进行编码，编码矩阵为M×M阶的矩阵P；所述译码矩阵D和编码矩阵P满足：D^HEP＝0；其中，E为中继节点单元中的回声信道矩阵。通过本发明能够最大程度的消除回声干扰，提高系统通信质量。

Description

一种消干扰全双工中继通信系统和全双工中继设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种消干扰全双工中继通信系统和全双工中继设备。

背景技术

由于中继系统可以扩展小区覆盖范围，降低功率消耗，近年来引起了广泛的重视。在蜂窝系统中，使用无线中继站可以扩大蜂窝小区覆盖范围，其成本远低于使用微蜂窝。早期的中继技术研究通常假设每个通信终端使用单根天线。因为多入多出(MIMO，multiple-input multiple-output)技术是下一代高速无线通信系统(B3G/4G)的关键技术，所以将MIMO和中继相结合，在不牺牲额外系统带宽情形下，多天线系统能显著提高信息传输速率和改善系统性能。

在全双工中继通信系统(Full Duplex Relay，FDR)中，源节点-中继节点和中继节点-目标节点使用相同的时隙，中继节点向目标节点发送前一时刻接收到的来自源节点的信息。在全双工中继通信系统中，因为在中继节点处传输和接收共享时间资源，所以存在回声信道。也就是说，中继节点向目的节点发送信号时，此信号可能被中继节点处的接收天线接收到，该信号称为回声信号，回声信号经历的无线信道称为回声信道。这将干扰源节点向中继节点发送信息。

总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新地提出一种全双工中继通信系统，如何能够最大程度的消除回声干扰，提高系统通信质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种消干扰全双工中继通信系统和全双工中继设备，实现对回声干扰的消除，以提高系统通信质量。

为了解决上述问题，本发明公开了一种消干扰全双工中继通信系统，包括：

源节点单元，包括L根源节点天线，用于通过源节点天线向中继节点单元发送信号；

中继节点单元，包括M根中继节点天线和消干扰模块，用于通过中继节点天线接收源节点单元发送的信号，并通过消干扰模块对接收到的信号进行回声干扰消除，以及将回声干扰消除后信号发送至目标节点单元；

目标节点单元，包括N根目标节点天线，用于通过目标节点天线接收中继节点单元发送的信号；

其中，所述消干扰模块包括：

译码器，用于对接收到的信号进行译码，相应的译码矩阵为M×M阶的矩阵D；

预编码器，用于对译码后的信号进行编码，相应的编码矩阵为M×M阶的矩阵P；

所述译码矩阵D和编码矩阵P满足：D^HEP＝0；其中，E为中继节点单元中的回声信道矩阵。

进一步，所述矩阵P和矩阵D的取值为：

P＝β[v_r，jv_r，j]；D＝[u_r，ku_r，k]；

其中，j，k＝1，2，...，M且j≠k；β为功率归一化因子；v_r，j和u_r，k分别代表U_r和V_r的第k个列向量；U_r和V_r为E的单值分解因子。

进一步，所述编码矩阵P和译码矩阵D的组合对有M×M-1种。

优选的，所述编码矩阵P和译码矩阵D的组合对满足：

$(P^{*},D^{*})=\arg \underset{P,D}{\max }\left(\min \right[C_{s,r}{C}_{r,d}\left]\right);$

其中，C_s，r表示源节点单元到中继节点单元信道链路的可获速率；

C_r，d表示中继节点单元到目标节点单元信道链路的可获速率。

优选的，每根中继节点天线同时接收和发送信号。

优选的，所述中继节点天线发送信号和接收信号的频率不同。

此外，本发明还公开了一种全双工中继节点设备，包括M根中继节点天线和消干扰模块，用于通过中继节点天线接收源节点设备发送的信号，并通过消干扰模块对接收到的信号进行回声干扰消除，以及将回声干扰消除后信号发送至目标节点设备；

所述消干扰模块包括：

译码器，用于对接收到的信号进行译码，相应的译码矩阵为M×M阶的矩阵D；

预编码器，用于对译码后的信号进行编码，相应的编码矩阵为M×M阶的矩阵P；

所述译码矩阵D和编码矩阵P满足：D^HEP＝0；其中，E为中继节点设备中的回声信道矩阵。

进一步，所述矩阵P和矩阵D的取值为：

P＝β[v_r，jv_r，j]；D＝[u_r，ku_r，k]；

其中，j，k＝1，2，...，M且j≠k；β为功率归一化因子；v_r，j和u_r，k分别代表U_r和V_r的第k个列向量；U_r和V_r为E的单值分解因子。

进一步，所述编码矩阵P和译码矩阵D的组合对有M×M-1种。

优选的，所述编码矩阵P和译码矩阵D的组合对满足：

$(P^{*},D^{*})=\arg \underset{P,D}{\max }\left(\min \right[C_{s,r}{C}_{r,d}\left]\right);$

其中，C_s，r表示源节点设备到中继节点设备链路的可获速率；

C_r，d表示中继节点设备到目标节点设备链路的可获速率。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

首先，本发明采用消干扰模块对接收到的信号进行回声干扰消除，具体的，通过对回声信道矩阵进行单值分解，采用预编码器和译码器技术，保证译码矩阵D和编码矩阵P满足D^HEP＝0，实现对回声干扰的消除，提高了系统通信质量，进而提高系统频谱效率，节省无线传输资源。

其次，所述预编码器和译码器对的设计不是唯一的，可以有M×M-1种。进一步，本发明通过选取最佳的预编码器译码器的组合对，可以获得选择增益，提高系统容量的同时保证系统的可靠性。

并且，本发明实施例的实现复杂度不大，适合在中继节点单元处实现，与传统全双工中继通信系统相比，本发明中继节点单元处的每根天线可以同时发送和接收信号，可以获得更高的天线增益。

附图说明

图1是本发明一种消干扰全双工中继通信系统实施例的结构图；

图2是本发明一种消干扰模块实施例的原理图；

图3是传统的FDR系统与本发明消干扰FDR系统实施例的可获速率比较图；

图4是传统FDR系统和本发明消干扰FDR系统实施例的信道增益的累积分布函数比较图；

图5是传统FDR系统和本发明消干扰FDR系统实施例的误比特率比较图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，示出了本发明一种消干扰全双工中继通信系统实施例的结构图，包括：

源节点单元11，包括L根源节点天线，用于通过源节点天线向中继节点单元发送信号；

中继节点单元12，包括M根中继节点天线和消干扰模块121，用于通过中继节点天线接收源节点单元发送的信号，并通过消干扰模块对接收到的信号进行回声干扰消除，以及将回声干扰消除后信号发送至目标节点单元；

目标节点单元13，包括N根目标节点天线，用于通过目标节点天线接收中继节点单元发送的信号；

其中，所述消干扰模块121包括：

译码器1211，用于对接收到的信号进行译码，相应的译码矩阵为M×M阶的矩阵D；

预编码器1212，用于对译码后的信号进行编码，相应的编码矩阵为M×M阶的矩阵P；

所述译码矩阵D和编码矩阵P满足：D^HEP＝0；其中，E为中继节点单元中的回声信道矩阵。

在本发明实施例中，源节点单元到中继节点单元的信道矩阵由H来表示，大小为M×L阶；中继节点单元到目标节点单元的信道矩阵由G来表示，大小为N×M阶。

在半双工中继系统中，源节点-中继节点和中继节点-目标节点使用正交时隙。在全双工中继通信系统中，源节点-中继节点和中继节点-目标节点使用相同的时隙，中继节点单元向目标节点单元发送前一时刻接收到的来自源节点单元的信息。半双工中继系统和全双工中继通信系统最主要的不同点在于中继节点单元12处回声信道E是否存在。在半双工中继系统中，因为传输和接收正交使用时间资源，所以E不存在。在全双工中继通信系统中，因为在中继节点单元12处传输和接收信号共享时间资源，所以E存在，这将干扰源节点单元11向中继节点单元12发送信息。

若不设置消干扰模块，中继节点单元接收到的信号y_r和目标节点单元接收到的信号y_d分别如下所示：

y_r＝Hx_s+Ex_r+n_r                  (1)

y_d＝Gy_r+n_d＝GHx_s+GEx_r+Gn_r+n_d    (2)

其中，角标“s”表示源节点单元处的信号，角标“r”表示中继节点单元处的信号，角标“d”表示目标节点单元处的信号。

X_S为源节点单元发出的L×1阶的信号矩阵，X_r为中继节点单元接收到的M×1阶的信号矩阵，n_r是M×1阶的噪声矢量，其均值为零相关矩阵为σ²I_M(σ表示随机变量噪声的标准差)，I_M表示M×M阶的单位矩阵。n_d是N×1阶的噪声矢量，其均值为零相关矩阵为σ²I_N，I_N表示N×N阶的单位矩阵。Ex_r代表中继节点单元处的回声干扰。回声干扰由多径散射效应产生的信号和本天线以及相邻天线的感应信号构成。将H和G建模为多输入多输出瑞利衰落信道，将E建模为多输入多输出赖斯衰落信道。假设H和G的每个元素是具有零均值和单位方差的循环对称复高斯随机变量。

在传统的全双工中继通信系统中，中继节点单元处的天线分为接收天线集和发射天线集。在本发明的优选实施例中，中继节点单元处的每根天线可以同时接收和发送信号数据。进一步，所述中继节点天线发送信号和接收信号的频率不同，也就是说传输和接收信号的电磁域是相互独立的。

多天线与多信号的对应关系与空时编码有关，具体包括D-BLAST，V-BLAST和T-BLAST，下面对这三种空时编码方法进行介绍。D-BLAST原始数据被分为若干子流，每个子流之间分别进行编码，但子流之间不共享信息比特，每一个子流与一根天线相对应，但是这种对应关系周期性改变。它的每一层在时间与空间上均呈对角线形状，称为D-BLAST(Diagonally-BLAST)。采用D-BLAST的好处是，使得所有层的数据可以通过不同的路径发送到接收机端，提高了链路的可靠性。

另外一种简化了的BLAST结构采用一种直接的天线与层的对应关系，即编码后的第k个子流直接送到第k根天线，不进行数据流与天线之间对应关系的周期改变。它的数据流在时间与空间上为连续的垂直列向量，称为V-BLAST(Vertical-BLAST)。由于V-BLAST中数据子流与天线之间只是简单的对应关系，因此在检测过程中，只要知道数据来自哪根天线即可以判断其是哪一层的数据，检测过程简单。

对于T-BLAST模式，它的层在空间与时间上呈螺纹(Threaded)状分布。原始数据流被多路分解为若干子流之后，每个子流被对应的天线发送出去，并且这种对应关系周期性改变，与D-BLAST系统不同的是，在发送的初始阶段并不是只有一根天线进行发送，而是所有天线均进行发送，使得单从一个发送时间间隔来看，它的空时分布很像V-BALST，只不过在不同的时间间隔中，子数据流与天线的对应关系周期性改变。更普通的T-BLAST结构是这种对应关系不是周期性改变，而是随机改变。这样T-BLAST不仅可以使得所有子流共享空间信道，而且没有空时单元的浪费，并且可以使用V-BLAST检测算法进行检测。

与传统的全双工中继通信系统相比较，本发明改进的全双工中继通信系统的自由度增加。空间自由度是指在给定天线孔径下客观无线信道所固有的空间域资源，它独立于天线的电磁辐射特性以及空间处理算法。空间自由度给出了应用多天线技术挖掘空间维资源，从而实现高速率和高可靠性无线传输的物理限制，也给出孔径下的最佳天线数目。例如，无散射体环境下，孔径为L的线阵。当用户位于线阵的法线方向时，获取的空间自由度为：

其中，λ为波长，r为天线到用户的距离。

自由度的增加使得系统可以获得更高的天线增益，更有效地利用R处的天线。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说，增益的提高主要是依靠减少垂直面向辐射的波束宽度，而在水平面上保持全向的辐射特性。天线增益对移动通信系统运行极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。

但是因为回声信号串话的发生，R处每根天线接收到的干扰增加，回声干扰问题变得更加严重。本发明实施例对中继节点单元处的设备进行改进，通过消干扰模块进行回声的干扰消除。参见图2，为本发明一种消干扰模块实施例的原理图。

由源节点单元发送的信号X_S通过源节点-中继节点信道H，进入到中继节点单元的消干扰模块121，译码器对中继节点单元接收到的来自源节点单元的信号进行译码，译码之后的信号X_r，既是译码器的输出信号，又是预编码器的输入信号。预编码器对中继节点单元传输的信号(译码之后的信号X_r)进行编码，然后通过中继节点-目标节点信道G发送至目标节点单元。在中继节点单元中，存在回声信道E，由预编码器的输出信号PX_r通过该回声信道变为EPX_r，然后再次进入译码器的输入端。

本发明实施例提供了消除回声干扰的预编码器译码器设计方案，具体描述如下所示：译码器译码中继节点单元接收到的来自源节点单元的信号，预编码器对中继节点单元传输的信号进行编码。选择P和D使得D^HE P＝0来消除回声干扰。使用回声信道的信道状态信息设计P和D。中继节点单元译码后的信号和目标节点单元接收到的信号分别如下所示：

D^Hy_r＝D^H(Hx_s+EPx_r+n_r)

＝D^HHx_s+D^HEPx_r+D^Hn_r    (3)

y_d＝GPx_r+n_d            (4)

其中，x_r、y_r和n_r是M×1的向量。P和D是M×M的矩阵。上标H表示矩阵的Hermitian变换。

P和D预编码和译码回声信道E。式(3)中的第二项表示回声干扰项，为了完全消除回声干扰，设计P和D使得D^HEP＝0，0是一个M×M零矩阵。使用单位向量的正交属性设计P和D。E的单值分解为

，u_r，k和v_r，k分别代表U_r和V_r的第k个列向量，U_r和V_r为E的单值分解因子。其中，

${\mathrm{\Δ}}_E=\left[\begin{array}{cc}\mathrm{\Δ}& 0\\ 0& 0\end{array}\right]---\left(5\right)$

Δ＝diag(δ₁，δ₂，...，δ_E)，δ_I为复数，|δ_I|＝α_I，i＝1，...，e，α₁≥α₂≥...≥α_e是E的e个正奇异值，e是矩阵E的秩。

为了完全消除回声干扰，P和D设计如下：

P＝β[v_R，jv_r，j]，D＝[u_r，ku_r，k]    (6)

其中，j，k＝1，2，...，M且j≠k。β是为了防止预编码之后违反传输功率限制条件而选择的功率归一化因子，在中继节点单元的重新编码过程中，选择β的值使得Px_r的功率等于x_s的功率。P和D的设计独立于E的分布属性。这是因为P和D的设计仅使用了E单值分解获得的单位向量，而单位预编码和译码并不会改变分布属性。如果由于空间相关，E是秩缺乏的，通过E的单值分解可以分别为U_r和V_r获得至少一个单位向量。附加单位向量可以通过正交过程来获得，比如Gram-Schmidt过程。

应用预编码器和译码器之后，源节点-中继节点的信道矩阵H和中继节点-目标节点的信道矩阵G也和回声信道矩阵E一样被编译码：

$\tilde{H}=D^{H}H,$ $\tilde{G}=\mathrm{GP}---\left(7\right)$

H译码之后用

表示，G编码之后用

表示，和表示源节点-中继节点链路和中继节点-目标节点链路数据通过的有效信道。

在中继节点-目标节点链路中，

表示中继节点单元发射机的信道状态信息。使用最大比传输生成x_r：

$x_r={\left|\right|\tilde{G}\left|\right|}_2^{-1}\left[\begin{array}{c}{\tilde{g}}^{*}\left(1\right){\hat{x}}_s\\ {\tilde{g}}^{*}\left(2\right){\hat{x}}_s\\ .\\ .\\ .\\ {\tilde{g}}^{*}(M-1){\hat{x}}_s\\ {\tilde{g}}^{*}\left(M\right){\hat{x}}_s\end{array}\right]---\left(8\right)$

其中，

表示

中第k列的元素，上标*表示复共轭。x_s在中继节点单元处译码后用表示并且满足

表示矩阵

的2范数：

${\left|\right|\tilde{G}\left|\right|}_2=\underset{j}{\max }{\left({\mathrm{\λ}}_j\left({\tilde{G}}^H\tilde{G}\right)\right)}^{1/2}---\left(9\right)$

表示矩阵

的第j个特征值。

消除回声干扰之后，全双工中继通信系统的可获速率表示如下：

C_s，d＝min[C_s，rC_r，d]    (10)

$C_{s,r}={\log }_2(1+\mathrm{\γ}{\tilde{H}}^H\tilde{H})---\left(11\right)$

$C_{r,d}={\log }_2(1+\mathrm{\γ}\tilde{G}{\tilde{G}}^H)---\left(12\right)$

γ表示每个接收节点处的接收信噪比。C_s，r表示源节点单元到中继节点单元信道链路的可获速率；C_r，d表示中继节点单元到目标节点单元信道链路的可获速率。为了评估全双工中继通信系统的可获速率，使用P和D的单值分解，

本发明可以选择最佳的预编码器译码器对，从而获得选择分集增益，具体描述如下所示：

从(6)式可以看出，对于给定的E，P和D的设计不是唯一的，有M×M-1种情况可供选择：

第1～(M-1)种情况：P＝β[v_r，1v_r，1...v_r，1]，D＝[u_r，ku_r，k...u_r，k]，k＝1，2，...，M且k≠1

第M～2*(M-1)种情况：P＝β[v_r，2v_r，2...v_r，2]，D＝[u_r，ku_r，k...u_r，k]，k＝1，2，...，M且k≠2

.                         .                             .                            .

.                         .                             .                            .

.                         .                             .                            .

第M*M～M*(M-1)种情况：P＝β[v_r，Mv_r，M...v_r，M]，D＝[u_r，ku_r，k...u_r，k]；k＝1，2，...，M且k≠M

通过选择最佳的预编码器-译码器对获得的选择分集增益可以提高全双工中继通信系统的可获速率。

为了最大化全双工中继通信系统的可获速率，选择(6)中设计的预编码器-译码器对使得最大化源-中继-目标链路的可获速率：

$(P^{*},D^{*})=\arg \underset{P,D}{\max }\left(\min \right[C_{s,r}{C}_{r,d}\left]\right)---\left(13\right)$

(P^＊，D^＊)代表使得源-中继-目标链路的可获速率最大化的最佳预编码器-译码器对。全双工中继通信系统使用最佳预编码器-译码器对时，(9)～(11)中的容量如下所示：

$C_{\max }=\min \begin{array}{c}\left[\begin{array}{cc}{C}_{s,r}^{*}& C_{r,d}^{*}\end{array}\right]---\left(14\right)\end{array}$

$C_{s,r}^{*}={\log }_2(1+\mathrm{\γ}{\left({\left(D^{*}\right)}^{H}H\right)}^H{\left(D^{*}\right)}^{H}H)---\left(15\right)$

$C_{r,d}^{*}=={\log }_2(1+\mathrm{\γ}{\mathrm{GP}}^{*}{\left({\mathrm{GP}}^{*}\right)}^H)---\left(16\right)$

此外，本发明还提供了一种全双工中继节点设备实施例，所述全双工中继节点设备包括M根中继节点天线和消干扰模块，用于通过中继节点天线接收源节点设备发送的信号，并通过消干扰模块对接收到的信号进行回声干扰消除，以及将回声干扰消除后信号发送至目标节点设备；

所述消干扰模块包括：

译码器，用于对接收到的信号进行译码，相应的译码矩阵为M×M阶的矩阵D；

预编码器，用于对译码后的信号进行编码，相应的编码矩阵为M×M阶的矩阵P；

所述译码矩阵D和编码矩阵P满足：D^HEP＝0；其中，E为中继节点设备中的回声信道矩阵。

进一步，所述矩阵P和矩阵D的取值为：

P＝β[v_r，jv_r，j]；D＝[u_r，ku_r，k]；

其中，j，k＝1，2，...，M且j≠k；β为功率归一化因子；v_r，j和u_r，k分别代表U_r和V_r的第k个列向量；U_r和V_r为E的单值分解因子。

进一步，所述编码矩阵P和译码矩阵D的组合对有M×M-1种。

在本发明的优选实施例中，所述编码矩阵P和译码矩阵D的组合对满足：

$(P^{*},D^{*})=\arg \underset{P,D}{\max }\left(\min \right[C_{s,r}{C}_{r,d}\left]\right);$

其中，C_s，r表示源节点设备到中继节点设备链路的可获速率；C_r，d表示中继节点设备到目标节点设备链路的可获速率。

对于设备实施例而言，由于其与系统实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。

下面通过仿真比较本发明消干扰全双工中继通信系统实施例与传统全双工中继通信系统在信道增益累积分布函数，系统频谱效率和误码率方面的性能。利用蒙特卡罗法对所提出系统和干扰消除技术进行仿真和分析，仿真参数请参见表1。

表1系统仿真参数

源节点天线数目	2
		目标节点天线数目	2
中继节点天线数目	4
		迭代次数	100000
调制方式	QPSK

图3是传统的FDR系统与本发明消干扰FDR系统实施例的可获速率比较图，该图比较了传统的FDR系统、本发明提出的具有选择增益的改进的FDR系统和没有选择增益的改进的FDR系统的可获速率。改进的FDR系统的可获速率高于传统FDR系统的可获速率。这是因为改进机制允许每根天线同时发送和接收，可以更有效的利用中继节点单元处的天线。在相同可获速率的条件下，选择最佳预编码器译码器对的FDR系统和没有选择最佳预编码器译码器对的FDR系统相比，能够获得5dB的信噪比增益。这说明选择分集能够提高系统的容量。SNR较高时具有选择分集的FDR系统的可获速率是传统FDR系统可获速率的1.7倍。

图4是传统FDR系统和本发明消干扰FDR系统实施例的信道增益的累积分布函数比较图，其指出传统FDR系统源-中继链路信道增益的累积分布函数等效于中继-目标链路信道增益的累积分布函数。对于源节点-中继节点链路，信道增益从高到低依次是有选择增益的FDR系统，传统FDR系统，无选择增益的FDR系统。无选择增益的FDR系统的信道增益低于传统FDR系统的原因是：使用干扰消除技术增加了等效信道的复杂度而又没有选择最佳预编码器译码器对无法获得选择增益。对于中继-目标链路，信道增益从高到低依次是有选择增益的FDR系统，无选择增益的FDR系统，传统FDR系统。传统FDR系统的信道增益低于无选择增益的FDR系统的原因是：后者系统每根天线同时发送和接收信号，能够获得更高的天线增益。对于改进的FDR系统，当选择最佳预编码器译码器对时，能够提高源节点-中继节点链路信道增益和中继节点-目标节点链路信道增益。

图5是传统FDR系统和本发明消干扰FDR系统实施例的误比特率比较图，该图比较了系统端到端BER性能，系统使用QPSK调制。假设中继节点单元不对源节点-中继节点链路比特译码时出现的错误进行纠正，而是直接传输给目标节点单元。通过比较源节点单元传输的比特和目标节点单元译码的比特来测量BER。在相同信噪比的条件下，传统FDR系统的误比特率低于没有预编码器-译码器对选择的改进的FDR系统的误比特率。这是因为后者使用干扰消除技术增加了等效信道的复杂度而又没有选择最佳预编码器译码器对无法获得选择增益。选择最佳预编码器-译码器对的FDR系统的BER性能与传统FDR系统和没有选择预编码器-译码器对的FDR系统的性能相比较有明显的改善。这说明选择分集在改善系统容量的同时可以增强系统的可靠性。

以上对本发明所提供的一种消干扰全双工中继通信系统和全双工中继设备，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种消干扰全双工中继通信系统，其特征在于，包括：

源节点单元，包括L根源节点天线，用于通过源节点天线向中继节点单元发送信号；

中继节点单元，包括M根中继节点天线和消干扰模块，用于通过中继节点天线接收源节点单元发送的信号，并通过消干扰模块对接收到的信号进行回声干扰消除，以及将回声干扰消除后信号发送至目标节点单元；

目标节点单元，包括N根目标节点天线，用于通过目标节点天线接收中继节点单元发送的信号；

其中，所述消干扰模块包括：

译码器，用于对接收到的信号进行译码，相应的译码矩阵为M×M阶的矩阵D；

预编码器，用于对译码后的信号进行编码，相应的编码矩阵为M×M阶的矩阵P；

所述译码矩阵D和编码矩阵P满足：D^HEP＝0；其中，E为中继节点单元中的回声信道矩阵。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述矩阵P和矩阵D的取值为：

P＝β[v_r，jv_r，j]；D＝[u_r，ku_r，k]；

其中，j，k＝1，2，...，M且j≠k；β为功率归一化因子；v_r，j和u_r，j分别代表U_r和V_r的第k个列向量；U_r和V_r为E的单值分解因子。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述编码矩阵P和译码矩阵D的组合对有M×M-1种。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述编码矩阵P和译码矩阵D的组合对满足：

$(P^{*},D^{*})=\arg \underset{P,D}{\max }\left(\min \right[C_{s,r}{C}_{r,d}\left]\right);$

其中，C_s，r表示源节点单元到中继节点单元信道链路的可获速率；

C_r，d表示中继节点单元到目标节点单元信道链路的可获速率。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

每根中继节点天线同时接收和发送信号。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述中继节点天线发送信号和接收信号的频率不同。

7.一种全双工中继节点设备，其特征在于，包括M根中继节点天线和消干扰模块，用于通过中继节点天线接收源节点设备发送的信号，并通过消干扰模块对接收到的信号进行回声干扰消除，以及将回声干扰消除后信号发送至目标节点设备；

所述消干扰模块包括：

译码器，用于对接收到的信号进行译码，相应的译码矩阵为M×M阶的矩阵D；

预编码器，用于对译码后的信号进行编码，相应的编码矩阵为M×M阶的矩阵P；

所述译码矩阵D和编码矩阵P满足：D^HEP＝0；其中，E为中继节点设备中的回声信道矩阵。

8.如权利要求7所述的中继设备，其特征在于，所述矩阵P和矩阵D的取值为：

P＝β[v_r，jv_r，j]；D＝[u_r，ku_r，k]；

其中，j，k＝1，2，...，M且j≠k；β为功率归一化因子；v_r，j和u_r，k分别代表U_r和V_r的第k个列向量；U_r和V_r为E的单值分解因子。

9.如权利要求8所述的中继设备，其特征在于，

所述编码矩阵P和译码矩阵D的组合对有M×M-1种。

10.如权利要求9所述的中继设备，其特征在于，

所述编码矩阵P和译码矩阵D的组合对满足：

$(P^{*},D^{*})=\arg \underset{P,D}{\max }\left(\min \right[C_{s,r}{C}_{r,d}\left]\right);$

其中，C_s，r表示源节点设备到中继节点设备链路的可获速率；

C_r，d表示中继节点设备到目标节点设备链路的可获速率。

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