CN102013960B - 一种基于天线选择的多天线网络编码中继传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于天线选择的多天线网络编码中继传输方法，属于无线通信技术领域。无线通信网络中的两个用户在正交信道中向基站端和中继端发送信息序列，基站端和中继端根据信息序列进行信道估计，得到信道矩阵，并对信息序列进行译码；基站端根据信道矩阵天线数据流的质量进行估计，并生成用于网络编码的中继包，并发送给中继端，中继端向基站端发送网络编码数据流；基站端根据信息序列中继转发序列进行联合译码，完成中继传输。本发明方法利用多天线传输和网络编码，提高了系统的传输效率，从而改善了频谱利用率；利用各天线数据流间的不同传输质量，利用了网络编码协作中继的特性，降低了BER，提高了系统的可靠性。

Description

一种基于天线选择的多天线网络编码中继传输方法

技术领域

本发明涉及一种基于天线选择的多天线网络编码中继传输方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

在同频组网的LTE-Advance系统中，相邻小区间的干扰限制了小区边缘用户的服务质量和吞吐量。为了进一步提高系统的频谱利用率，提高小区边缘用户的服务质量和吞吐量，必须采用相关技术有效地降低小区间的干扰。无线通信领域中的协作多点(CoordinativeMultiple Point，以下简称CoMP)传输技术是目前LTE-Advanced具有广阔前景的技术，它在尽可能保持系统高频谱利用率的基础上，可以有效地避免或降低小区间干扰。CoMP模型最常用的是基于BBU+RRU的组网模式，类似于传统上熟知的分布式天线技术，1个基站通过射频光纤(以下简称RoF)连接多个天线站点，天线站点类似1个无线远端单元(以下简称RRU)，而所有的基带处理仍集中在基站，形成集中的基带单元(以下简称BBU)。

CoMP作为提高小区吞吐量尤其是小区边缘吞吐量的重要手段，目前技术主要包含两类：干扰协调调度技术(Coordinated Scheduling，以下简称CoMP-CS)和信号联合处理技术(Joint Processing，以下简称CoMP-JP)。其中信号联合处理技术通过相邻多点的协作通信，与协作小区覆盖范围内的用户共同构成虚拟的多输入多输出(以下简称MIMO)结构，进而使用现有的多用户MIMO检测技术对这些协作的用户进行信号的联合发送和联合接收，从而降低小区间的干扰，提高小区边缘用户的吞吐量和系统的平均吞吐量。

多基站信号联合处理技术是降低小区间干扰、提升小区边缘吞吐量和网络系统吞吐量更本质更有效的技术，其中网络编码和中继技术的相结合更是最近研究的热点。传统的通信网络传送数据的方式是存储转发，即除了数据的发送节点和接收节点以外的节点只负责路由，而不对数据内容做任何处理，中间节点扮演着转发器的角色。人们普遍认为在中间节点上对传输的数据进行加工不会有任何收益，然而2000年提出的网络编码理论彻底推翻了这种传统观点。网络编码是一种融合了路由和编码的信息交换技术，它的核心思想是在网络中的各个节点上对各条信道上收到的信息进行线性或者非线性的处理，然后转发给下游节点，中间节点扮演着编码器或信号处理器的角色。同时利用中继(Relay)最为中间节点，能够扩大小区覆盖面积，也是用于小区边缘的有效方法之一。无线中继体积小，重量轻，易于选址，在不需要大幅度增加成本的同时带来通信系统性能的巨大提高。合理地设计分布式空时码能够取得满分集增益和较大的编码增益，同时具有非常低的编码和译码复杂度，无线中继联合网络编码技术是提高小区边缘用户业务传输性能的一种低成本、低复杂度的解决方法，同时还能节省传输资源。对于LTE系统高峰值速率、高工作频段的要求，中继技术无疑是扩大小区覆盖范围、提高系统性能和吞吐量，降低小区边缘干扰的有效手段。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于天线选择的多天线网络编码中继传输方法。利用多天线带来的空间自由度提高系统的频谱效率。对于中继传输，利用网络编码提高中继的传输效率，并且利用用户各天线数据流间的不同错误率，通过天线选择形成中继端的网络编码，从而提高系统的可靠性。

本发明提出的基于天线选择的多天线网络编码协作中继传输方法，包括以下步骤：

(1)无线通信网络中的第一用户在正交信道中向基站端和中继端发送第一信息序列A，第二用户在正交信道中向基站端和中继端发送第二信息序列B，假设第一用户和第二用户的发射天线数目均为N_t，且第一信息序列A和第二信息序列B采用相同的星座调制方式，并具有相同的序列长度，则第一用户发送的信息序列A表示为

第二用户发送的信息序列B表示为

其中a_i，b_i分别表示第一用户和第二用户的第i个天线上发送的数据流，1≤i≤N_t；

(2)无线通信网络中的基站端和中继端分别根据第一信息序列A和第二信息序列B中的导频信息进行信道估计，得到第一用户和第二用户与基站端之间的信道矩阵H₁，H₂，第一用户和第二用户与中继端之间的信道矩阵H_r1，H_r2，基站端保留第一信息序列A和第二信息序列B的接收样值，中继端对第一信息序列A和第二信息序列B分别进行译码；

(3)基站端根据上述信道矩阵H₁，H₂，分别对第一用户和第二用户的各天线数据流的质量进行估计，并生成用于网络编码的中继包，生成方式：对于第一用户的数据流a_i，选择与第一用户进行网络编码的第二用户的数据流b_j，得到一个中继包

其中n_i表示与第一用户的天线i的数据流进行网络编码的第二用户的数据流的天线标号，n_i≠n_j；

(4)基站端采用一个反馈信道将上述中继包发送给中继端，中继端根据中继包中的天线标号生成需要转发给用户的网络编码信息序列

其中

表示中继端生成的在第i根天线上发送的数据流，其中，

表示异或操作，中继端各天线同时向基站端发送网络编码数据流；

(5)基站端根据上述步骤(1)接收到的第一信息序列A和第二信息序列B以及上述步骤(4)接收到的中继转发序列R，对第一信息序列A和第二信息序列B进行联合译码，完成中继传输。

本发明提出的基于天线选择的多天线网络编码协作中继传输方法，其优点是：

(1)利用多天线传输和网络编码，提高了系统的传输效率，从而改善了频谱利用率。

(2)利用各天线数据流间的不同传输质量，利用了网络编码协作中继的特性，降低了BER，提高了系统的可靠性。

(3)基站端根据信道进行天线选择，复杂度低。整个过程中仅仅需要额外进行一次从基站到中继端的反馈，且仅需反馈一个矩阵的标号，反馈量小，额外开销少。

附图说明

图1是本发明方法的网络结构及通信关系示意图。

具体实施方式

本发明提出的基于天线选择的多天线网络编码协作中继传输方法，其网络结构及通信关系示意图如图1所示，包括以下步骤：

(1)无线通信网络中的第一用户在正交信道中向基站端和中继端发送第一信息序列A，第二用户在正交信道中向基站端和中继端发送第二信息序列B，假设第一用户和第二用户的发射天线数目均为N_t，且第一信息序列A和第二信息序列B采用同样的星座调制方式，具有相同的序列长度，则第一用户发送的信息序列A表示为

第二用户发送的信息序列B表示为其中a_i，b_i，1≤i≤2分别表示第一用户和第二用户的第i个天线上发送的数据流；

(2)无线通信网络中的基站端和中继端分别根据第一信息序列A和第二信息序列B中的导频信息进行信道估计，得到第一用户和第二用户与基站端之间的信道矩阵

第一用户和第二用户与中继端之间的信道矩阵H_r1，H_r2，基站端保留第一信息序列A和第二信息序列B的接收样值，中继端对第一信息序列A和第二信息序列B分别进行译码；

(3)基站端根据上述信道矩阵

分别对第一用户和第二用户的各天线数据流的质量进行估计，并生成用于网络编码的中继包，生成方式：对于第一用户的数据流a_i，选择与第一用户进行网络编码的第二用户的数据流b_i，得到一个中继包。本发明的一个实施例中，采用基站端各天线接收到数据流的平均功率为准则，对于接收到的第一用户的数据流，若|h₁₁|²+|h₂₁|²＞|h₁₂|²+|h₂₂|²，则选择接收到的第二用户的数据流中|h′_1i|²+|h′_2i|²较大i＝2的b₂与a₁进行网络编码，得到中继包

(4)基站端采用一个反馈信道将上述中继包发送给中继端，中继端根据中继包中的天线标号生成需要转发给用户的网络编码信息序列R＝{r₁，r₂}，其中

表示中继端生成的在第i根天线上发送的数据流，

表示异或操作，中继端各天线同时向基站端发送网络编码数据流；

(5)基站端根据上述步骤(1)接收到的第一信息序列A和第二信息序列B的样值以及上述步骤(4)接收到的中继转发序列R，对第一信息序列A和第二信息序列B进行联合译码，完成中继传输。

Claims (1)

1.一种基于天线选择的多天线网络编码协作中继传输方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）无线通信网络中的第一用户在正交信道中向基站端和中继端发送第一信息序列A，第二用户在正交信道中向基站端和中继端发送第二信息序列B，假设第一用户和第二用户的发射天线数目均为N_t，且第一信息序列A和第二信息序列B采用相同的星座调制方式，并具有相同的序列长度，则第一用户发送的信息序列A表示为 $A=\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ .\\ .\\ .\\ a_i\\ .\\ .\\ .\\ a_{N_t}\end{array}\right],$ 第二用户发送的信息序列B表示为 $B=\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ .\\ .\\ .\\ b_i\\ .\\ .\\ .\\ b_{N_t}\end{array}\right],$ 其中a_i,b_i分别表示第一用户和第二用户的第i个天线上发送的数据流，1≤i≤N_t；

（2）无线通信网络中的基站端和中继端分别根据第一信息序列A和第二信息序列B中的导频信息进行信道估计，得到第一用户和第二用户与基站端之间的信道矩阵H₁,H₂，第一用户和第二用户与中继端之间的信道矩阵H_r1,H_r2，基站端保留第一信息序列A和第二信息序列B的接收样值，中继端对第一信息序列A和第二信息序列B分别进行译码；

（3）基站端根据上述信道矩阵H₁,H₂，采用基站端各天线接收到数据流的平均功率为准则，分别对第一用户和第二用户的各天线数据流的质量进行估计，并生成用于网络编码的中继包，生成方式：对于第一用户的数据流a_i，选择与第一用户进行网络编码的第二用户的数据流b_j，得到一个中继包 $\mathrm{Index}=\left[\begin{array}{c}{n}_1\\ .\\ .\\ .\\ n_i\\ .\\ .\\ .\\ n_{N_t}\end{array}\right],$ 其中n_i表示与第一用户的天线i的数据流进行网络编码的第二用户的数据流的天线标号，n_i≠n_j；

（4）基站端采用一个反馈信道将上述中继包发送给中继端，中继端根据中继包中的天线标号生成需要转发给用户的网络编码信息序列其中

表示中继端生成的在第i根天线上发送的数据流，其中，⊕表示异或操作，中继端各天线同时向基站端发送网络编码数据流；

（5）基站端根据上述步骤（1）接收到的第一信息序列A和第二信息序列B以及上述步骤（4）接收到的中继转发序列R，对第一信息序列A和第二信息序列B进行联合译码，完成中继传输。

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