CN103179569B - 通信中数据中继的方法和中继设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通信中数据中继的方法和中继设备。该方法包括获取信道状态信息；根据所述信道状态信息计算得到每个时刻对应的加权系数，使得收端的干扰对齐到一个子空间中；接收发端发送的当前时刻的数据，所述当前时刻的数据是所述发端根据预先确定的发端码本对发送数据进行处理后得到的，并在所述当前时刻的下一时刻，中继向收端发送用所述加权系数对所述当前时刻的数据进行加权处理后的数据。本发明实施例可以提高信道容量并降低通信压力。

Description

通信中数据中继的方法和中继设备

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种通信中数据中继的方法和中继设备。

背景技术

在小区边缘同时存在着来自本小区和临近小区的信号。例如，上行信道中，基站会接收到来自相邻小区的用户的信号，下行信道中，用户会接收到来自于相邻小区的基站的信号。来自于相邻小区的信号对本小区便构成小区间干扰(Adjacent Cell Interference，ACI)，将严重影响性能。为了抑制ACI，长期演进(Long Term Evolution，LTE)中引入了多点协作传输(Coordinated Multiple Points Transmission，CoMP)的概念，通过小区间的协同来降低ACI对性能的影响。

LTE中的CoMP技术可大致分为两类：联合发送/接收(Joint Transmission/Reception，JT/JR)以及协作波束成型(Cooperative Beam Forming，CBF)。JT/JR通过在相邻小区的基站间共享要发送/接收的数据，将各小区要发送的数据经过联合编码后在各基站上发送或相应地对各小区接收到的信号进行合并、联合检测。CBF技术是令各小区用户向自己所属的基站反馈从本小区基站到自己的信道状态信息(Channel State Information，CSI)，以及从相邻小区到自己的CSI，基站接收到反馈的CSI后再分别传递给对应的基站。各基站在获得CSI之后，便可以通过设计合适的发送波束成型(Beam Forming，BF)矢量(下行)或者接收BF矢量(上行)，使自己发送的信号在邻小区用户处落在零空间上，或是邻小区用户发送的信号落在自己的接收空间的零空间上，从而消除ACI。

JT/JR不仅需要在小区间共享CSI，还需要共享各小区的发送信号/接收信号，势必对基站间的通信造成非常沉重的压力；CBF是将通信资源从空间上进行正交划分，它只能分配信道容量而不能共享信道容量，信道容量损失很大。

发明内容

本发明实施例提供一种通信中数据中继的方法和中继设备，可以提高信道容量并降低通信压力。

本发明实施例提供一种通信中数据中继的方法，包括：

获取信道状态信息，所述信道状态信息包括：基站与中继之间的信道状态信息、中继与用户设备之间的信道状态信息，用户设备与基站之间的信道状态信息；

根据所述信道状态信息计算得到每个时刻对应的加权系数，使得收端的干扰对齐到一个子空间中；

接收发端发送的当前时刻的数据，所述当前时刻的数据是所述发端根据预先确定的发端码本对发送数据进行处理后得到的，并在所述当前时刻的下一时刻，向收端发送用所述加权系数对所述当前时刻的数据进行加权处理后的数据。

本发明实施例提供一种中继设备，包括：

获取模块，用于获取信道状态信息，所述信道状态信息包括：基站与中继之间的信道状态信息、中继与用户设备之间的信道状态信息，用户设备与基站之间的信道状态信息；

计算模块，用于根据所述信道状态信息计算得到每个时刻对应的加权系数，使得收端的干扰对齐到一个子空间中；

传输模块，用于接收发端发送的当前时刻的数据，所述当前时刻的数据是所述发端根据预先确定的发端码本对发送数据进行处理后得到的，并在所述当前时刻的下一时刻，向收端发送用所述加权系数对所述当前时刻的数据进行加权处理后的数据。

由上述技术方案可知，本发明实施例通过对发端发送的数据进行加权处理，该加权处理可以使得收端的干扰信号对齐到一个子空间，这样就可以采用尽可能多的维度来传输有用数据，从而提高小区容量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明通信中数据中继的方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明通信中数据中继的方法另一实施例的流程示意图；

图3为图2对应的下行传输示意图；

图4为本发明通信中数据中继的方法另一实施例的流程示意图；

图5为图4对应的下行传输示意图；

图6为本发明通信中数据中继的方法另一实施例的流程示意图；

图7为图6对应的传输示意图；

图8为本发明通信中数据中继的方法另一实施例的流程示意图；

图9为本发明的仿真结果示意图；

图10为本发明中继设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明通信中数据中继的方法一实施例的流程示意图，包括：

步骤11：中继获取信道状态信息，所述信道状态信息包括：基站与中继之间的信道状态信息、中继与用户设备之间的信道状态信息，用户设备与基站之间的信道状态信息；

步骤12：中继根据所述信道状态信息计算得到每个时刻对应的加权系数，使得收端的干扰对齐到一个子空间中；

步骤13：中继接收发端发送的当前时刻的数据，所述当前时刻的数据是所述发端根据预先确定的发端码本对发送数据进行处理后得到的，并在所述当前时刻的下一时刻，向收端发送用所述加权系数对所述当前时刻的数据进行加权处理后的数据。

进一步地，对于收端，收端可以根据所述加权处理后的数据和所述发端在所述当前时刻的下一时刻的发送数据得到接收数据，并根据预先确定的收端码本和所述接收数据检测出发送数据。

本发明实施例中，为了提高小区边缘容量，在基站和用户设备通信的系统中引入中继，该中继也叫中继节点，是一种通信设备，使得下行传输时，作为发端的基站发送的数据经过中继的加权处理后再发送给作为收端的用户设备，上行传输时，作为发端的用户设备发送的数据经过中继的加权处理后再发送给作为收端的基站。

中继在加权处理时使得收端的干扰信号对齐到一个子空间中，这样就可以节省出尽可能多的维度来传输有用数据，从而提高小区容量。因此，本发明实施例提供的方案可以称之为利用干扰对齐(Interference Alignment，IA)提高小区边缘容量的方案。

本实施例通过对发端发送的数据进行加权处理，该加权处理可以使得收端的干扰信号对齐到一个子空间，这样就可以采用尽可能多的维度来传输有用数据，从而提高小区容量。

图2为本发明通信中数据中继的方法另一实施例的流程示意图，本实施例以下行传输为例，图3为图2对应的下行传输示意图。

参见图3，下行信道传输系统中，假设该系统中共有C个小区，每个小区对应一个基站，每个小区中有K个用户设备。在本实施例中，假设每个用户设备和基站都配备M根天线。系统中还有一个配有N_r根收天线、M_r根发天线的中继。

参见图2，本实施例包括：

步骤21：在数据传输之前，中继获取信道状态信息。

其中，获取信道状态信息可以具体包括：中继通过信道估计得到各基站到中继的信道状态信息中继接收各用户设备反馈的中继到各用户设备的信道状态信息以及中继接收各基站反馈的各基站到用户设备的信道状态信息上述的各基站到用户设备的信道状态信息是各用户设备反馈给各基站，并由各基站反馈给中继的。

其中，表示基站c到中继的信道状态信息；表示中继到小区l的用户设备s的信道状态信息；表示基站c到小区l的用户设备s的用户设备的信道状态信息；c＝1,…,C，l＝1,…,C，s＝1,…,K。

步骤22：中继根据信道状态信息计算各时刻的加权系数。

其中，为了令所有干扰信号对齐到一个MK维的子空间中，中继需要计算得到一组加权系数{G_k}，k＝1,2,…,K，G_k表示中继在时刻k采用的加权系数，计算{G_k}可以通过下面两种方法：

方法一：求解方程组对于所有的(c,k)≠(l,s)且(c′,k)≠(l,s)，即(c′,k)≠(l,s)均成立，来获得{G_k}，其中c'表示与c不同的基站。

方法二：通过下面的算法计算{G_k}

1)初始化，任意选择G_k，k＝1,2…K；

2)计算可达容量其中

a是预设的中继的功率控制因子，P为中继的发射功率，|| ||_F表示矩阵的F范数，K为每小区用户数，M为用户设备与基站所配备的天线数，ρ为信噪比。r为中继的本地噪声与收端的本地噪声功率的比值。0_(k-1)M×M表示(k-1)M行M列的全零矩阵，I_M表示M维的单位矩阵，[]^H表示矩阵的共轭转置。

3)计算共轭梯度

其中

4)令其中δ是预先确定的步长。将G′_k代入2)中的公式计算C′。如果C′-C≥ε，ε为预先确定的门限，则更新G_t＝G′_t，c重复执行2)～4)；如果C′-C＜ε，则终止算法，输出G_k作为所求的加权系数，k＝1,2…K。

对于G_k，只要保证中继的收发天线数之积N_rM_r≥M²KC²，就一定可以得到G_k，N_r为中继的收天线的个数、M_r为中继的发天线的个数，M为每个用户设备和基站配备的天线的个数，即每个用户设备和基站均配备M根收天线和M根发天线，C为小区的个数，K为每个小区内用户设备的个数。

步骤23：中继得到加权系数后，可以正式开始数据传输。数据传输开始后，基站将要发送的数据用预先确定的发端码本对发送数据进行处理后分在K+1个时隙上传输。

假设基站c要发送的数据序列为m_c,1,m_c,2,…,m_c,K，其中是要发送给小区c的用户k的数据。m_c,k用进行波束成型，其中为第k个分量为1，别的分量均为0的K+1维列矢量，表示M维的单位矩阵，表示克罗内克积。于是基站c发送的数据可以表示为x_c依次分在K+1个时隙上传输，第t个时隙发送的数据记为x_c(t)。即x_c＝[x_c(1)^T,x_c(2)^T,…,x_c(K+1)^T]^T。

步骤24：中继接收到数据后，用每个时刻对应的加权系数对接收的数据进行加权后，在下一个时刻发送。

中继在t时刻的接收数据可表示为其中为基站c到中继的信道矩阵。n_r(t)是在中继的本地噪声。

在t+1时刻，中继将y_r(t)用加权系数进行加权后发射，即中继在t+1时刻的发射信号为

步骤25：用户设备接收到中继发送的加权处理后的数据和各基站发送的数据后，用预先确定的矩阵进行处理，检测出发送数据。

用户接收到的信号是各基站的发送信号与中继的发送信号的叠加，如图3。小区l的用户s在t时刻接收到的信号可以表示为：

其中，表示从基站c到小区l的用户s的信道状态信息，表示从中继到小区l的用户s的信道状态信息。

小区l的用户s用预先确定的收端码本U_l,s消除干扰。小区l的用户设备s选择的收端码本U_l,s可以有下面两种：

第一种：

其中c′为任意一不同于l的小区。

第二种：

首先计算

对R_l,s做Cholesky(乔累斯基)分解得到L_l,s，L_l,s是下三角矩阵，满足

令

用户设备用收端码本进行处理后可消除干扰，得到之后即可用各种检测算法，如最小均方误差MMSE，最大似然检测ML等从消除干扰后的数据中检测出数据m_l,s。

图4为本发明通信中数据中继的方法另一实施例的流程示意图，本实施例以上行传输为例，图5为图4对应的上行传输示意图。

参见图5，与下行系统相同，假设该系统中共有C个小区，每个小区对应一个基站，每个小区中有K个用户设备。在本实现例中假设每个用户设备和基站都配备M根天线。系统中还有一个配有N_r根收天线、M_r根发天线的中继。

参见图4，本实施例包括：

步骤41：在数据传输之前，中继获取信道状态信息。

其中，获取信道状态信息可以具体包括：中继通过信道估计得到从各用户设备到基站的信道状态信息中继接收各用户设备反馈的各用户设备到基站的信道状态信息以及中继接收各基站反馈的中继到各基站的信道状态信息以及各用户设备到基站的信道状态信息

步骤42：中继根据信道状态信息计算各时刻的加权系数。

为了令在接收端的干扰信号都对齐到一个M维的子空间中，在中继计算一组加权系数{G_t}，t＝1,2,…,K，计算方法可以有下面两种：

方法一：

求解方程组得到{G_k}。其中

方法二：按照下述算法求得{G_k}

1)初始化，任意选择G_k，k＝1,2…K；

2)计算可达容量其中

a是预设的中继的功率控制因子，P为中继的发射功率，|| ||_F表示矩阵的F范数，K为每小区用户数，M为用户设备与基站所配备的天线数，ρ为信噪比。r为中继的本地噪声与收端的本地噪声功率的比值。

3)计算共轭梯度

其中

4)令其中δ是预先确定的步长。将G′_k代入2)中的公式计算C′。如果C′-C≥ε，ε为预先确定的门限，则更新G_t＝G′_t，并重复执行返回2)～4)；如果C′-C＜ε，则终止算法，输出最终所求的G_k，k＝1,2…K。

对于{G_k}，只要保证中继的收发天线数之积N_rM_r≥M²KC²，就一定可以得到G_k。

步骤43：中继得到加权系数后，可以正式开始数据传输。数据传输开始后，用户设备将要发送的数据用预先确定的发端码本对要发送的数据进行处理后分在K+1个时隙上传输。

假设小区c的用户k要发送的数据序列为m_c,k。m_c,k用对应的发射码本进行处理，其中1_K+1为全为1的K+1维列矢量。最终发送的信号可以表示为x_c,k＝V_c,km_c,k。与下行类似，x_c,k分散在K+1个时刻上发送，t时刻发送的数据为x_c,k(t)。

步骤44：中继接收到数据后，用每个时刻对应的加权系数对接收的数据进行加权后，在下一个时刻发送。

中继t时刻的接收数据可以表示为其中为小区c的用户k到中继的信道矩阵。n_r(t)是在中继的本地噪声。令表示从小区c的用户k到基站l的信道响应，表示从中继到小区l的信道矩阵。

在t+1时刻，中继将y_r(t)用加权系数G_t进行加权后发射，即中继t+1时刻的发射信号为：

步骤45：基站接收到中继发送的加权处理后的数据和用户发送的数据后，用预先确定的收端码本进行处理，检测出发送数据。

小区l在t时刻接收到的数据可以表示为

小区l用收端码本U_l消除干扰。收端码本可以有下面两种选择：

选择一：

其中c为任意一不同于l的小区。

选择二：

首先计算

对R_k做Cholesky分解得到L_k，L_k是下三角矩阵，满足

令

在基站用接收码本消除干扰，得到

消除干扰后即可用各种检测算法从消除干扰后的数据中检测出有用数据。

图6为本发明通信中数据中继的方法另一实施例的流程示意图，本实施例以上行传输为例，但同样也适用于下行传输。

假设该系统中共有C个小区，每个小区对应一个基站，每个小区中有K个用户设备。在本实现例中假设每个用户设备都配备M根天线，每个基站都配备N根天线。由于基站在体积，功率，能耗等方面的限制较小，因此可以认为N>M。系统中还有一个配有N_r根收天线、M_r根发天线的中继。

参见图6，本实施例包括：

步骤61：在数据传输之前，各基站将自己的天线与对应的用户进行分组。将自己的天线每M根天线分成一组，共分成组，表示向下取整。并将剩下的天线关闭。每个小区的K个用户也分成R组。前R-1组每组包括个用户，第R组包括个用户。每个基站仅用一组天线来为对应的一组用户进行服务。于是原本的一个基站可以看做被等效成为了R个基站，每个等效基站具有M根天线。一个小区被等效成了个R小区，每个小区里有个用户。如图7所示。

步骤62：在数据传输之前，中继获取信道状态信息。这里获得的信道状态信息与步骤51中的相同，如果是下行的情况，就与步骤21的相同。

步骤63：中继根据信道状态信息计算各时刻的加权系数。计算方法同步骤42，如是下行情况，就与步骤22相同。

步骤64：中继得到加权系数后，可以正式开始数据传输。传输方式同步骤43，下行时同步骤23相同。

步骤65：基站接收到中继发送的加权处理后的数据和用户发送的数据后，用预先确定的矩阵进行处理，检测出发送数据。同步骤44，下行时同步骤24相同。

也就是说，图2和图4所示实施例是以用户设备和基站具有相同数目的天线为例，而本实施例是以基站的天线数目大于用户设备的基站数目为例。本实施例中，将基站的天线和用户进行分组，每个分组内基站侧的天线数目和用户的天线数目相同，每个分组内可以按照图2或图4所示的实施例进行。

本实施例通过将基站的天线和用户进行分组，可以实现复用效果。

图8为本发明通信中数据中继的方法另一实施例的流程示意图，本实施例以上行传输为例，但同样也适用于下行传输。

假设该系统中共有C个小区，每个小区对应一个基站，每个小区中由K个用户设备。在本实现例中假设每个用户设备都配备M根天线，每个基站都配备N根天线。由于基站在体积，功率，能耗等方面的限制较小，因此可以认为N>M。系统中还有一个配有N_r根收天线、M_r根发天线的中继。

参见图8，本实施例包括：

步骤81：在数据传输之前，各基站将自己的天线与对应的用户进行分组。将自己的天线每M根天线分成一组，共分成组，表示向下取整。并将剩下的天线关闭。基站每次要发射数据时，按照预先确定的顺序选择一组天线来为用户进行服务。于是原本的一个基站可以看做被等效成为了具有M根天线的等效基站。通过在天线间切换，可以得到天线切换分集的效果。

步骤82：在数据传输之前，中继获取信道状态信息。这里获得的信道状态信息与步骤41中的相同，如果是下行的情况，就与步骤21的相同。

步骤83：中继根据信道状态信息计算各时刻的加权系数。计算方法同步骤42，如是下行情况，就与步骤22相同。

步骤84：中继得到加权系数后，可以正式开始数据传输。传输方式同步骤43，下行时同步骤23相同。

步骤85：基站接收到中继发送的加权处理后的数据和用户发送的数据后，用预先确定的矩阵进行处理，检测出发送数据。同步骤44，下行时同步骤24相同。

也就是说，图2和图4所示实施例是以用户设备和基站具有相同数目的天线为例，而本实施例是以基站的天线数目大于用户设备的基站数目为例。本实施例中，将基站的天线分组，每个分组内基站侧的天线数目和用户的天线数目相同，每个分组内可以按照图2或图4所示的实施例进行。

本实施例通过将基站的天线进行分组，可以实现分集效果。

通过上述实施例可以实现边缘小区的高容量，具体而言，对于共有C个小区，每个小区共有K个用户设备，每个基站配备N根天线，每个用户设备配备M根天线的通信系统模型，通过上述实施例，最多可以得到高达NKC/(KM+N)的总自由度。即每个小区得到NK/(KM+N)的自由度(Degree of Freedom，DOF)。随着用户设备的数量的增加，将逐渐逼近无ACI的小区自由度N，即与JT/JR的自由度相同。

上述实施例中，中继的个数可以是一个，也可以是多个，如果是多个的话，可以降低每一个中继所需要的天线数，只要使各中继的收发天线数之积的和足够大就可以满足要求。

本发明实施例中无需发送数据知识，与CBF相同，即各基站间只需交互CSI以及用户信息，而无需传输彼此的发送数据。用户信息例如为基站的天线数、用户的天线数、每个小区的用户数等。

本发明实施例中，发端码本固定，收端码本无需反馈可自行确定，在发端，发端码本是固定的。收端通过信道估计获得的CSI就足以计算出所需要的收端码本。

本发明实施例中IA主要通过中继实现，所有的计算压力都在中继。而中继计算能力的压力相比用户设备要低。

本发明实施例中仅需要有限符号扩展，对于每小区K用户的情况，仅需要K+1个符号周期就可以实现IA。上述各实施例的方案灵活，通过切换图6的实施例和图8的实施例，可以根据实际情况在复用/分集之间进行选择。

本发明实施例通过中继来实现干扰对齐，在系统中引入中继，将原本不可控的信道变得可以控制，通过设计中继各时刻的加权系数以满足干扰对齐的要求。发端可以选择固定的发端码本进行发送，用户不再需要计算发端码本。收端通过信道估计就可以获得收端码本以消除干扰维度，无需反馈

为了验证效果，进行了如下的仿真验证，仿真条件为：共有两个小区，每个小区有2个用户设备，收发端都配备4根天线，当采用CBF时，每个用户获得一个自由度。当采用IA的时候，在系统中增加一个8发8收的中继，发射能量进行归一，使得采用IA时，收端接收到的来自发端和来自中继的信号功率之和与采用CBF的时候来自发端的能量相同。图9给出了仿真结果，从图9可以看出，本发明实施例(中继辅助干扰对齐)与CBF(协作波束成型)相比可以显著提高容量。

图10为本发明中继设备的结构示意图，包括获取模块101、计算模块102和传输模块103；获取模块101用于获取信道状态信息，所述信道状态信息包括：基站与中继之间的信道状态信息、中继与用户设备之间的信道状态信息，用户设备与基站之间的信道状态信息；计算模块102用于根据所述信道状态信息计算得到每个时刻对应的加权系数，使得收端的干扰对齐到一个子空间中；传输模块103用于接收发端发送的当前时刻的数据，所述当前时刻的数据是所述发端根据预先确定的发端码本对发送数据进行处理后得到的，并在所述当前时刻的下一时刻，向收端发送用所述加权系数对所述当前时刻的数据进行加权处理后的数据。

在下行传输时，所述获取模块具体用于：通过信道估计得到各基站到中继的信道状态信息接收各用户设备反馈的中继到各用户设备的信道状态信息接收各基站反馈的各基站到用户设备的信道状态信息其中，表示基站c到中继的信道状态信息，表示中继到小区l的用户设备s的信道状态信息，表示基站c到小区l的用户设备s的用户设备的信道状态信息。

所述计算模块具体用于：

计算中继在时刻k采用的加权系数G_k，使得对于所有的(c,k)≠(l,s)且(c′,k)≠(l,s)，方程组均成立，其中，c'表示与c不同的基站；

或者，

任意选择G_k，k＝1,2…K；

计算可达容量其中

a是预设的中继的功率控制因子，P为中继的发射功率，|| ||_F表示矩阵的F范数，K为每小区用户数，M为用户设备与基站所配备的天线数，ρ为信噪比。r为中继的本地噪声与收端的本地噪声功率的比值，0_(k-1)M×M表示(k-1)M行M列的全零矩阵，I_M表示M维的单位矩阵，[]^H表示矩阵的共轭转置；

计算共轭梯度

其中 令其中δ是预先确定的步长，并采用G′_k代重新计算可达容量，得到新的可达容量C′；

如果C′-C≥ε，ε为预先确定的门限，则更新G_k＝G′_k后，重新上述计算直至C′-C＜ε后，得到G_k，k＝1,2…K。

所述发端发送的当前时刻的数据为：x_c(t)，x_c＝[x_c(1)^T,x_c(2)^T,…,x_c(K+1)^T]^T，V_c,k为发端码本，为第k个分量为1，其余分量均为0的K+1维列矢量，I_M为M维的单位矩阵，表示克罗内克积，m_c,k为基站c的发送数据。

所述中继接收到的数据为其中为基站c到中继的信道矩阵。n_r(t)是在中继的本地噪声；

所述加权处理后的数据为：

所述接收数据为：表示小区l的用户s在t时刻接收到的信号；

所述收端码本为：

或者，

其中，

L_l,s是对R_l,s做Cholesky分解得到的，是下三角矩阵，满足

在上行传输时，所述获取模块具体用于：

通过信道估计得到从各用户设备到基站的信道状态信息

接收各用户设备反馈的各用户设备到基站的信道状态信息

接收各基站反馈的中继到各基站的信道状态信息以及各用户设备到基站的信道状态信息

所述计算模块具体用于：

计算中继在时刻k采用的加权系数G_k，使得对于所有的c≠l且c′≠l，以及k≠s且k′≠s，方程组均成立，其中G_k表示中继在时刻k采用的加权系数，c'表示与c不同的基站，k'表示与k不同的时刻；或者，

任意选择G_t，t＝1,2…K；

计算可达容量其中

a是预设的中继的功率控制因子，P为中继的发射功率，|| ||_F表示矩阵的F范数，K为每小区用户数，M为用户设备与基站所配备的天线数，ρ为信噪比，r为中继的本地噪声与收端的本地噪声功率的比值，I_M表示M维的单位矩阵，[]^H表示矩阵的共轭转置；计算共轭梯度

其中

令其中δ是预先确定的步长；

根据G′_k重新计算可达容量，得到新的可达容量C′，如果C′-C≥ε，ε为预先确定的门限，则更新G_k＝G′_k后重新上述计算直至C′-C＜ε，得到G_k，k＝1,2…K。

所述发端发送的当前时刻的数据为：x_c,k(t)，x_c,k＝[x_c,k(1)^T,x_c,k(2)^T,…,x_c,k(K+1)^T]^T，x_c,k＝V_c,km_c,k，V_c,k为发端码本，1_K+1为全为1的K+1维列矢量，I_M为M维的单位矩阵，表示克罗内克积，m_c,k为用户(c,k)的发送数据；

所述中继接收到的数据为其中为小区c的用户k到中继的信道矩阵，n_r(t)是在中继的本地噪声；

所述加权处理后的数据为：

所述接收数据为：表示小区l的用户s在t时刻接收到的信号；

所述收端码本为：

或者，

其中，

L_k是对R_k做Cholesky分解得到的，L_k是下三角矩阵，满足

本实施例通过对发端发送的数据进行加权处理，该加权处理可以使得收端的干扰信号对齐到一个子空间，这样就可以采用尽可能多的维度来传输有用数据，从而提高小区容量。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种通信中数据中继的方法，其特征在于，包括：

获取信道状态信息，所述信道状态信息包括：基站与中继之间的信道状态信息、中继与用户设备之间的信道状态信息，用户设备与基站之间的信道状态信息；

根据所述信道状态信息计算得到每个时刻对应的中继的加权系数，使得收端的干扰对齐到一个子空间中；

接收发端发送的当前时刻的数据，所述当前时刻的数据是所述发端根据预先确定的发端码本对发送数据进行处理后得到的，并在所述当前时刻的下一时刻，向收端发送用所述加权系数对所述当前时刻的数据进行加权处理后的数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在下行传输时，所述获取信道状态信息，包括：

中继通过信道估计得到各基站到中继的信道状态信息

中继接收各用户设备反馈的中继到各用户设备的信道状态信息

中继接收各基站反馈的各基站到用户设备的信道状态信息

其中，表示基站c到中继的信道状态信息，表示中继到小区l的用户设备s的信道状态信息，表示基站c到小区l的用户设备s的信道状态信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述信道状态信息计算得到每个时刻对应的加权系数，包括：

计算中继在时刻t采用的加权系数G_t，使得对于所有的(c,t)≠(l,s)且(c′,t)≠(l,s)，方程组均成立，其中，c'表示与c不同的基站；

或者，

任意选择G_t，t＝1,2…K；

计算可达容量其中

其中，k为用户的标识，a是预设的中继的功率控制因子， P为中继的发射功率，|| ||_F表示矩阵的F范数，K为每小区用户数，M为用户设备与基站所配备的天线数，ρ为信噪比，r为中继的本地噪声与收端的本地噪声功率的比值，0_(t-1)M×M表示(t-1)M行M列的全零矩阵，I_M表示M维的单位矩阵，[]^H表示矩阵的共轭转置；

计算共轭梯度t＝1,2…K，

其中 令t＝1,2…K，其中δ是预先确定的步长，并采用G_t′重新计算可达容量，得到新的可达容量C′，Tr表示矩阵的迹，Re表示复数的实部；

如果C′-C≥ε，ε为预先确定的门限，则更新G_t＝G_t′后，重新上述计算直至C′-C＜ε后，得到G_t，t＝1,2…K。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述发端发送的当前时刻的数据为：x_c(t)，x_c＝[x_c(1)^T,x_c(2)^T,…,x_c(K+1)^T]^T，V_c,k为发端码本， 为第k个分量为1，其余分量均为0的K+1维列矢量，I_M为M维的单位矩阵，表示克罗内克积，m_c,k为基站c的发送数据,

所述中继接收到的数据为其中为基站c到中继的信道矩阵，所述为Nr行M列的复数矩阵，所述Nr为中继的接收天线数，n_r(t)是在中继的本地噪声；

所述加权处理后的数据为：

所述接收数据为：表示小区l的用户s在t时刻接收到的信号；

所述收端码本为：

或者，

其中，

L_l,s是对R_l,s做Cholesky分解得到的，是下三角矩阵，满足

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在上行传输时，所述获取信道状态信息，包括：

中继通过信道估计得到从各用户设备到基站的信道状态信息

中继接收各用户设备反馈的各用户设备到基站的信道状态信息

中继接收各基站反馈的中继到各基站的信道状态信息以及各用户设备到基站的信道状态信息

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述信道状态信息计算得到每个时刻对应的加权系数，包括：

计算中继在时刻t采用的加权系数G_t，使得对于所有的c≠l且c′≠l，以及t≠s且t′≠s，方程组均成立，其中c'表示与c不同的基站，t'表示与t不同的时刻；

或者，

任意选择G_t，t＝1,2…K；

计算可达容量其中

k为用户的标识，a是预设的中继的功率控制因子， P为中继的发射功率，|| ||_F表示矩阵的F范数，K为每小区用户数，M为用户设备与基站所配备的天线数，ρ为信噪比，r为中继的本地噪声与收端的本地噪声功率的比值，I_M表示M维的单位矩阵，[]^H表示矩阵的共轭转置；

计算共轭梯度t＝1,2…K

其中 Tr表示矩阵的迹，Re表示复数的实部；

令t＝1,2…K其中δ是预先确定的步长；

根据G_t′重新计算可达容量，得到新的可达容量C′，如果C′-C≥ε，ε为预先确定的门限，则更新G_t＝G_t′后重新上述计算直至C′-C＜ε，得到G_t，t＝1,2…K。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述发端发送的当前时刻的数据为：x_c,k(t)， x_c,k＝[x_c,k(1)^T,x_c,k(2)^T,…,x_c,k(K+1)^T]^T，x_c,k＝V_c,km_c,k，V_c,k为发端码本， 1_K+1为全为1的K+1维列矢量，I_M为M维的单位矩阵，表示克罗内克积，m_c,k为用户(c,k)的发送数据，K为每小区用户数；

所述中继接收到的数据为其中为小区c的用户k到中继的信道矩阵，n_r(t)是在中继的本地噪声，所述为Nr行M列的复数矩阵，所述Nr为中继的接收天线数；

所述加权处理后的数据为：

所述接收数据为：表示小区l的用户s在t时刻接收到的信号；

所述收端码本为：

或者，

其中，

L_k是对R_k做乔累斯基Cholesky分解得到的，L_k是下三角矩阵，满足

8.根据权利要求1-2、5-7任一项所述的方法，其特征在于，

所述发端和所述收端的天线数目相同；

当所述发端为基站时，所述发端的天线数目是对基站的天线进行分组后得到的，使得每个分组内的天线数目与每个用户设备的天线数目相同；或者，当所述收端为基站时，所述收端的天线数目是对基站的天线进行分组后得到的，使得每个分组内的天线数目与每个用户设备的天线数目相同。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

当所述发端为基站时，所述收端为分组后的用户设备，其中，用户设备被分为R组，前R-1组中，每组包括个用户设备，第R组包括 个用户设备，K为每小区用户数，N为基站天线的总数目，M为每个用户设备的天线数目，表示向下取整；或者，

当所述收端为基站时，所述发端为分组后的用户设备，其中，用户设备被分为R组，前R-1组中，每组包括个用户设备，第R组包括 个用户设备，K为每小区用户数，N为基站天线的总数目，M为每个用户设备的天线数目，表示向下取整。

10.一种中继设备，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取信道状态信息，所述信道状态信息包括：基站与中继之间的信道状态信息、中继与用户设备之间的信道状态信息，用户设备与基站之间的信道状态信息；

计算模块，用于根据所述信道状态信息计算得到每个时刻对应的中继的加权系数，使得收端的干扰对齐到一个子空间中；

传输模块，用于接收发端发送的当前时刻的数据，所述当前时刻的数据是所述发端根据预先确定的发端码本对发送数据进行处理后得到的，并在所述当前时刻的下一时刻，向收端发送用所述加权系数对所述当前时刻的数据进行加权处理后的数据。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，在下行传输时，所述获取模块具体用于：

通过信道估计得到各基站到中继的信道状态信息

接收各用户设备反馈的中继到各用户设备的信道状态信息

接收各基站反馈的各基站到用户设备的信道状态信息

其中，表示基站c到中继的信道状态信息，表示中继到小区l的用户设备s的信道状态信息，表示基站c到小区l的用户设备s的用户设备的 信道状态信息。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述计算模块具体用于：

计算中继在时刻t采用的加权系数G_t，使得对于所有的(c,t)≠(l,s)且(c′,t)≠(l,s)，方程组均成立，其中，c'表示与c不同的基站；

或者，

任意选择G_t，t＝1,2…K；

计算可达容量其中

其中，k为用户的标识，a是预设的中继的功率控制因子， P为中继的发射功率，|| ||_F表示矩阵的F范数，K为每小区用户数，M为用户设备与基站所配备的天线数，ρ为信噪比，r为中继的本地噪声与收端的本地噪声功率的比值，0_(t-1)M×M表示(t-1)M行M列的全零矩 阵，I_M表示M维的单位矩阵，[]^H表示矩阵的共轭转置；

计算共轭梯度t＝1,2…K，

其中 令t＝1,2…K，其中δ是预先确定的步长，并采用G_t′重新计算可达容量，得到新的可达容量C′，Tr表示矩阵的迹，Re表示复数的实部；

如果C′-C≥ε，ε为预先确定的门限，则更新G_t＝G_t′后，重新上述计算直至C′-C＜ε后，得到G_t，t＝1,2…K。

13.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，在上行传输时，所述获取模块具体用于：

通过信道估计得到从各用户设备到基站的信道状态信息

接收各用户设备反馈的各用户设备到基站的信道状态信息

接收各基站反馈的中继到各基站的信道状态信息以及各用户设备到基站的信道状态信息

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述计算模块具体用于：

计算中继在时刻t采用的加权系数G_t，使得对于所有的c≠l且c′≠l，以及t≠s且t′≠s，方程组均成立，其中c'表示与c不同的基站，t'表示与t不同的时刻；

或者，

任意选择G_t，t＝1,2…K；

计算可达容量其中

k为用户的标识，a是预设的中继的功率控制因子， P为中继的发射功率，|| ||_F表示矩阵的F范数，K为每小区用户数，M为用户设备与基站所配备的天线数，ρ为信噪比，r为中继的本地噪声与收端的本地噪声功率的比值，I_M表示M维的单位矩阵，[]^H表示矩阵的共轭转置；

计算共轭梯度t＝1,2…K

其中 Tr表示矩阵的迹，Re表示复数的实部；

令t＝1,2…K其中δ是预先确定的步长；

根据G_t′重新计算可达容量，得到新的可达容量C′，如果C′-C≥ε，ε为预先确定的门限，则更新G_t＝G_t′后重新上述计算直至C′-C＜ε，得到G_t，t＝1,2…K。