CN103957044A - 一种中继系统信号的处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种中继系统信号的处理方法及装置，涉及通信网络技术领域，用于解决中继节点与多个源节点进行交互时，上行信道容量较低的问题。本发明实施例通过中继节点获取信号x_ul，其中信号x_ul为M_ul个源节点各自发射的发射信号s_ul,i通过各个源节点和中继节点之间的信道而生成的信号总和，M_ul为大于等于1的自然数，i为0≤i≤M_ul-1的自然数，发射信号s_ul,i为第i个源节点发射的信号；对信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul；将信号u_ul发送给目的节点。本发明实施例提供的方案适于进行对中继系统信号处理时采用。

Description

一种中继系统信号的处理方法及装置

技术领域

本发明涉及通信网络技术领域，尤其涉及一种中继系统信号的处理方法及装置。

背景技术

目前，蜂窝系统已经采用多入多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术。在MIMO技术方案中，信号通过位于源和目的地之间的一个或多个中继节点从源节点发送到目的节点。使用多发送天线和多接收天线来发送和接收信号，从而提高传输数据的速率。

现有技术中，首先中继节点接收源节点发送的信号L，然后中继节点通过对源节点和中继节点之间的信道矩阵和/或中继节点和目的节点之间的信道矩阵执行QR分解得到至少一个QR；或者对源节点和中继节点之间的信道矩阵和/或中继节点和目的节点之间的信道矩阵进行Moore-Penrose逆矩阵的计算得到Moore-Penrose逆矩阵。从而再将信号L与得到的QR和/或Moore-Penrose逆矩阵相乘得到中继信号，然后中继节点向目的节点发送该中继信号。

然而，现有技术中针对的是单点到单点(单源节点、单目的节点)的无线传输，当出现中继节点与多个用户源进行交互时，仍然需要执行上述单点到单点的方法来进行数据的传输，导致上行信道容量较低。

发明内容

本发明的实施例提供一种中继系统信号的处理方法及装置，用于解决中继节点与多个源节点进行交互时，上行信道容量较低的问题。

第一方面，本发明的实施例提供一种中继系统信号的处理方法，包括：

中继节点获取信号x_ul，其中所述信号x_ul为M_ul个源节点各自发射的发射信号s_ul,i通过各个源节点和中继节点之间的信道而生成的信号总和，所述M_ul为大于等于1的自然数，所述i为0≤i≤M_ul-1的自然数，所述发射信号s_ul,i为第i个源节点发射的信号；

所述中继节点对所述信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul；

所述中继节点将所述信号u_ul发送给目的节点。

在第一种可能的实施例中，结合第一方面，在所述中继节点对所述信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul之前，所述方法还包括：

所述中继节点获取信道响应J_ul，所述J_ul为所述中继节点到目的节点的信道响应。

在第二种可能的实施例中，结合第一方面中的第一种可能的实施例，在所述中继节点对所述信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul之前，所述方法还包括：

所述中继节点对所述J_ul进行奇异值SVD分解，得到矩阵U_ul、矩阵D_ul和矩阵V_ul ^H，所述矩阵V_ul ^H是矩阵V_ul的共轭转置矩阵；

所述中继节点对所述M_ul个源节点的自相关信号之和进行所述SVD分解，得到矩阵O_ul、矩阵和矩阵O_ul ^H，其中，所述矩阵O^H为所述矩阵O的共轭转置矩阵，所述∑_ul为对角阵，所述为所述中继节点接收的干扰噪声的方差，所述I_n为单位矩阵。

在第三种可能的实施例中，结合第一方面或第一方面中的上述任一种可能的实施例，在所述中继节点对所述信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul之前，所述方法还包括：

所述中继节点通过最大化上行信道容量得到所述中继节点对所述M_ul个源节点的发射功率z_j，其中，所述发射功率z_j的值满足所述发射功率z_j与发射向量相乘得到的矩阵的对角线之和小于等于所述中继节点发射的总功率P_R；

所述中继节点通过所述发射功率z_j得到关于z_j的j阶对角矩阵∑_W，所述j为大于等于1的自然数；

所述中继节点将所述矩阵V_ul、所述对角矩阵∑_W和所述矩阵O_ul ^H相乘得到矩阵W_ul，对所述矩阵W_ul进行共轭转置，得到所述加权矩阵W_ul ^H，所述矩阵W_ul ^H为所述加权矩阵W_ul的共轭转置矩阵。

第二方面，本发明的实施例提供一种中继系统信号的处理装置，包括：

获取模块，用于获取信号x_ul，并将所述信号x_ul提供给加权模块，其中所述信号x_ul为M_ul个源节点各自发射的发射信号s_ul,i通过各个源节点和中继节点之间的信道而生成的信号总和，所述M_ul为大于等于1的自然数，所述i为0≤i≤M_ul-1的自然数，所述发射信号s_ul,i为第i个源节点发射的信号；

所述加权模块，用于对所述信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul，并将所述信号u_ul提供给发送模块；

所述发送模块，用于将所述信号u_ul发送给目的节点。

在第一种可能的实施例中，结合第二方面，

所述获取模块，还用于获取信道响应J_ul，所述J_ul为所述中继节点到目的节点的信道响应。

在第二种可能的实施例中，结合第二方面中的第一种可能的实施例，所述装置还包括：

所述分解模块，还用于对所述J_ul进行奇异值SVD分解，得到矩阵U_ul、矩阵D_ul和矩阵V_ul ^H，所述矩阵V_ul ^H是矩阵V_ul的共轭转置矩阵；对所述M_ul个源节点的自相关信号之和进行所述SVD分解，得到矩阵O_ul、矩阵和矩阵O_ul ^H，其中，所述矩阵O_ul ^H为所述矩阵O_ul的共轭转置矩阵，所述∑_ul为对角阵，所述为所述中继节点接收的干扰噪声的方差，所述I_n为单位矩阵。

在第三种可能的实施例中，结合第二方面或第二方面中的上述任一种可能的实施例，所述装置还包括：

计算模块，用于通过最大化上行信道容量得到所述中继节点对所述M_ul个源节点的发射功率z_j，其中，所述发射功率z_j的值满足所述发射功率z_j与发射向量相乘得到的矩阵的对角线之和小于等于所述中继节点发射的总功率P_R；通过所述发射功率z_j得到关于z_j的j阶对角矩阵∑_W，所述j为大于等于1的自然数；将所述矩阵V_ul、所述对角矩阵∑_W和所述矩阵O_ul ^H相乘得到矩阵W_ul，对所述矩阵W_ul进行共轭转置，得到所述加权矩阵W_ul ^H，所述矩阵W_ul ^H为所述加权矩阵W_ul的共轭转置矩阵。

本发明实施例提供的一种中继系统信号的处理方法及装置，与现有技术中针对的是单点到单点(单源节点、单目的节点)的无线传输，当出现中继节点与多个用户源之间进行交互时，仍然需要执行上述单点到单点的方法来进行数据的传输，导致天线不能有效利用，从而使得上行信道容量较低的问题相比，本方案中继节点对来自多个源节点发送的信号与预定加权矩阵进行相乘，得到一个加权之后的中继信号，然后再将该中继信号发送给目的节点，可以实现多个源节点对应一个中继节点和一个目的节点，从而提高了上行信道容量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例提供的一种中继系统信号的处理系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种中继系统信号的处理方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的另一种中继系统信号的处理方法的流程图；

图3(a)为本发明实施例提供的中继系统信号的处理方法中一种上行信道容量的示意图；

图3(b)为本发明实施例提供的中继系统信号的处理方法中另一种上行信道容量的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种中继系统信号的处理装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种中继系统信号的处理装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的中继系统信号的处理系统中的一种中继器的硬件结构图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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作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。

在本说明书中使用的术语"部件"、"模块"、"系统"等用于表示计算机相关的实体、硬件、固件、硬件和软件的组合、软件、或执行中的软件。例如，部件可以是但不限于，在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序和/或计算机。通过图示，在计算设备上运行的应用和计算设备都可以是部件。一个或多个部件可驻留在进程和/或执行线程中，部件可位于一个计算机上和/或分布在2个或更多个计算机之间。此外，这些部件可从在上面存储有各种数据结构的各种计算机可读介质执行。部件可例如根据具有一个或多个数据分组(例如来自与本地系统、分布式系统和/或网络间的另一部件交互的二个部件的数据，例如通过信号与其它系统交互的互联网)的信号通过本地和/或远程进程来通信。

此外，本发明的各个方面或特征可以实现成方法、装置或使用标准编程和/或工程技术的制品。本申请中使用的术语"制品"涵盖可从任何计算机可读器件、载体或介质访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可以包括，但不限于:磁存储器件(例如，硬盘、软盘或磁带等)，光盘(例如，CD(Compact Disk，压缩盘)、DVD(Digital Versatile Disk，数字通用盘)等)，智能卡和闪存器件(例如，EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、卡、棒或钥匙驱动器等)。另外，本文描述的各种存储介质可代表用于存储信息的一个或多个设备和/或其它机器可读介质。术语"机器可读介质"可包括但不限于，无线信道和能够存储、包含和/或承载指令和/或数据的各种其它介质。

具体的如图1所示，本发明适用于一种中继系统信号的处理系统，该系统包括多个用户源：移动台(Mobile Station，MS)1011至MS101M_ul，中继节点102和基站103。可以理解的是，在该系统中用户源为源节点，基站为目的节点。

其中，用户源包括M_ul个MS，中继节点102有个天线，基站103有N_ul,ba个天线。M_ul为大于等于1的自然数，和N_ul,ba均为大于等于1的自然数。

用户源101中的每个MS从多个天线(本发明不限制每个MS的天线数)发送可相互区分的信号。每个天线中的每一个在MIMO方案下可以独立的发送相关联的信号。

中继节点102从用户源101接收信号，对接收到的信号执行预定的信号处理，生成中继信号，然后再将该中继信号发送给基站103。

基站103接收性中继节点102发送的中继信号。

结合本方案，中继节点102，具体用于获取信号x_ul，其中信号x_ul为M_ul个用户源101各自发射的发射信号s_ul,i通过各个用户源和中继节点之间的信道而生成的信号总和，M_ul为大于等于1的自然数，所述i为0≤i≤M_ul-1的自然数，发射信号s_ul,i为第i个用户源发射的信号；对信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul；将信号u_ul发送给基站103。

本发明与现有技术中针对的是单点到单点(单源节点、单目的节点)的无线传输，当出现中继节点与多个用户源之间进行交互时，仍然需要执行上述单点到单点的方法来进行数据的传输，导致天线不能有效利用，从而使得上行信道容量较低的问题相比，本方案中继节点对来自多个源节点发送的信号与预定加权矩阵进行相乘，得到一个加权之后的中继信号，然后再将该中继信号发送给目的节点，可以实现多个源节点对应一个中继节点和一个目的节点，从而提高了上行信道容量。

结合图1，本发明提供一种中继系统信号的处理方法，如图2所示，该方法具体包括：

201，中继节点获取信号x_ul，其中信号x_ul为M_ul个源节点各自发射的发射信号s_ul,i通过各个源节点和中继节点之间的信道而生成的信号总和，M_ul为大于等于1的自然数，i为0≤i≤M_ul-1的自然数，发射信号s_ul,i为第i个源节点发射的信号。

在本发明中以用户源为源节点为例进行说明，后续直接用用户源来表示源节点。

202，中继节点对信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul。

信号u_ul可以表示为公式(1)：u_ul＝W_ul ^H·x_ul…………………………(1)

203，中继节点将信号u_ul发送给目的节点。

同样的，本发明以基站为目的节点为例进行说明，后续直接用基站来表示目的节点。

本发明提供的一种中继系统信号的处理方法，与现有技术中针对的是单点到单点(单源节点、单目的节点)的无线传输，当出现中继节点与多个用户源之间进行交互时，仍然需要执行上述单点到单点的方法来进行数据的传输，导致天线不能有效利用，从而使得上行信道容量较低的问题相比，本方案中继节点对来自多个源节点发送的信号与预定加权矩阵进行相乘，得到一个加权之后的中继信号，然后再将该中继信号发送给基站，可以实现多个源节点对应一个中继节点和一个目的节点，从而提高了上行信道容量。

进一步可选的，在步骤201：中继节点获取信号x_ul之前，中继节点获取信道响应J_ul，和获取信道响应B_i。

首先中继节点分别接收M_ul个MS发送的导频信号L_i，基站发送的导频信号K。然后中继节点根据导频信号L_i和导频信号K执行信道估计，估计第i个源节点与中继节点之间的信道响应B_i，以及估计基站与中继节点之间的信道响应J_ul。

进一步可选的，在步骤201：中继节点获取信号x_ul，具体包括：

用户源发射的发射信号为s_ul,i，在本方案中设定有M_ul个用户，则第i个用户源发射线的发射信号为s_ul,i。

中继节点接收的信号x_ul和发射信号s_ul,i之间的关系可以表示为公式(2)：

其中，Si为第i个用户源的MIMO发射加权矩阵，s_ul,i第i个用户源发射的发射信号，B_i为第i个用户源到中继节点的信道响应，为中继节点接收的干扰噪声。其中为了方便说明，在本实施例中可以设置中继节点上的各个天线接收的是独立同分布的噪声，方差均为M_ul为大于等于1的自然数。

进一步可选的，在步骤202：中继节点对信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul之前，该方法还包括：

中继节点对信道响应J_ul进行奇异值(Singular Value Decomposition，SVD)分解，得到矩阵U_ul、矩阵D_ul和矩阵V_ul ^H，矩阵V_ul ^H是矩阵V_ul的共轭转置矩阵，即 $J_{\mathrm{ul}}\stackrel{\mathrm{SVD}}{=}{U}_{\mathrm{ul}}{D}_{\mathrm{ul}}{V}_{\mathrm{ul}}^H.$

其中，矩阵U_ul和矩阵V_ul ^H均为酉矩阵。矩阵D_ul为对角阵。这里对角阵是指在矩阵的对角线上的数字不全为0，而其余部分为0的矩阵。

酉矩阵为各行(各列)彼此正交的矩阵。另外，当矩阵V_ul ^H为酉矩阵时，矩阵V_ul也是酉矩阵。

中继节点对M_ul个用户源的自相关信号之和进行SVD分解，得到矩阵O_ul、矩阵和矩阵O_ul ^H，其中，矩阵O_ul ^H为矩阵O_ul的共轭转置矩阵。

其中，公式表示M_ul个用户源的自相关信号之和。通过该公式可以看出用户源一共有M_ul个，M_ul为大于等于1的自然数，∑_ul为对角阵，为中继节点接收的干扰噪声的方差，I_n为单位矩阵。即

矩阵O_ul和矩阵O_ul ^H均为酉矩阵，矩阵为对角阵。

在公式中，Bi为第i个用户源到中继节点的信道响应，Si为第i个用户源的MIMO发射加权矩阵，S_i ^H为Si的共轭转置矩阵，B_i ^H为B_i的共轭转置矩阵。

进一步可选的，在步骤202：中继节点对信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul之前，中继节点得到加权矩阵W_ul ^H，包括：

中继节点通过最大化上行信道容量得到中继节点对M_ul个用户的发射功率z_j，发射功率z_j的值满足发射功率z_j与发射向量相乘得到的矩阵的对角线之和小于等于中继节点发射的总功率P_R；通过发射功率z_j得到关于z_j的j阶对角矩阵∑_W，j为大于等于1的自然数；将矩阵V_ul、对角矩阵∑_W和矩阵O_ul ^H相乘得到矩阵W_ul，对矩阵W_ul进行共轭转置，得到加权矩阵W_ul ^H，加权矩阵W_ul ^H为矩阵W_ul的共轭转置矩阵。

具体的，中继节点通过向基站发送的信号为信号u_ul，即公式(1)u_ul＝W_ul ^H·x_ul；和

中继节点接收的信号x_ul，即公式(2)和

基站接收的信号y_ul，其中，中继节点通过基站与中继节点之间的信道响应J_ul、向基站发送的信号u_ul和基站处各个天线上接收到的干扰噪声υ_ul得到基站接收的信号y_ul，可以用公式(3)表示为y_ul＝J_ulu_ul+υ_ul；得到公式(4)(即通过公式(1)-(3)得到公式(4))：

则上行信道容量表示为：

其中， $H_{\mathrm{ul},i}=J_{\mathrm{ul}}{W}_{\mathrm{ul}}^H{B}_i,$ ${\mathrm{\Γ}}_i=S_i{S}_i^H.$

在一种实施方式中，在满足上行发射功率不大于P_R时，最大化上行信道容量为：

有两种方式获得加权矩阵W_ul ^H所需的参数，如下：

第一种方式：当基站的天线数小于等于中继节点的天线数(即）时，j＝1,2，……，N_ul,ba；以及，

时，最大化上行信道容量可以化简为公式(7)：

$\underset{{\mathrm{\Σ}}_W}{\max }\frac{1}{2}\log \det ({\left(D_{\mathrm{ul}}{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ul}}{D_{\mathrm{ul}}}^H\right)}^{-1}+{(D_{\mathrm{ul}}{D_{\mathrm{ul}}}^H{\widetilde{\mathrm{\Σ}}}_W^2+{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\υ}}^2{I}_n)}^{-1}{\widetilde{\mathrm{\Σ}}}_W^2)\·\·\·\left(7\right)$

其中，det表示取行列式的值,∑_W表示对角阵；D_ul为对信道响应J_ul进行SVD分解之后得到的对角阵；矩阵为矩阵D_ul的共轭转置矩阵；∑_ul表示对角阵；为基站处各个天线上接收到的干扰造成的方差，其中本方案中设置基站处各个天线接收的均是独立同分布的噪声。

发射功率z_j的值满足：

即： $\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{ul},\mathrm{ba}}}{\mathrm{\Σ}}}{z}_j{u}_j\≤P_R,$ 其中

$z_j:={\left({\widetilde{\mathrm{\Σ}}}_W^2\right)}_{j,j},j=\mathrm{1,2},\·\·\·\·\·\·,N_{\mathrm{ul},\mathrm{ba}}\·\·\·\left(9\right)$

在公式(8)中，Tr()表示对括号中的矩阵求对角线之和。

将公式(9)代入公式(7)中得到公式(10)：

对公式(10)用偏微分方程组和公式(8)中对z_j的取值范围的限定解下面的极值问题，计算得到z_j。

第二种方式：当基站的天线数大于等于中继节点的天线数(即)， $j=\mathrm{1,2},\·\·\·\·\·\·,n_R^{\mathrm{ul}};$ 以及，

时，最大化上行信道容量可以化简为公式(11)：

$\underset{{\mathrm{\Σ}}_W}{\max }\frac{1}{2}\log \det {\left({\tilde{D}}_{\mathrm{ul}}{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ul}}{{\tilde{D}}_{\mathrm{ul}}}^H\right)}^{-1}+\left({({\tilde{D}}_{\mathrm{ul}}{{\tilde{D}}_{\mathrm{ul}}}^H{\mathrm{\Σ}}_W^2+{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\υ}}^2{I}_n)}^{-1}{\mathrm{\Σ}}_W^2\right)\·\·\·\left(11\right)$

其中，发射功率z_j的值满足：

即： $\underset{j=1}{\overset{n_R^{\mathrm{ul}}}{\mathrm{\Σ}}}{z}_j{u}_j\≤P_R,$ 其中

$z_j:={\left({\mathrm{\Σ}}_W^2\right)}_{j,j},j=\mathrm{1,2},\·\·\·\·\·\·,n_R^{\mathrm{ul}}\·\·\·\left(13\right)$

将公式(13)代入公式(11)中得到公式(14)：

对公式(14)用偏微分方程组和公式(12)中对z_j的取值范围的限定解下面的极值问题，计算得到z_j。

在上述两种方式计算得到z_j之后，由(∑_W)_j,j＝z_j得出∑_W。

将矩阵V_ul、对角矩阵∑_W和矩阵O_ul ^H相乘得到矩阵W_ul(即)，然后对矩阵W_ul进行共轭转置计算，得到加权矩阵W_ul ^H。

值得说明的是，在本发明中加权矩阵W_ul ^H可以由中继节点计算得到，也可以由其他装置计算得到。当加权矩阵W_ul ^H由其他装置计算得到时，其他装置将该加权矩阵W_ul ^H传递给中继节点即可。本发明不限制其他装置，比如MS或者基站等。

本发明通过中继节点对来自多个用户源发送的信号与预定加权矩阵进行相乘，得到一个加权之后的中继信号，然后再将该中继信号发送给基站的方案，可以解决现有技术中只能单点对单点(单用户源对应一个基站)的无线传输，导致上行信道容量较低的问题。另外，现有技术中的方案可能需要多个中继才能完成的情况。那么需要增加系统开销。比如，设定需要4个中继节点参与某一用户源到基站的无线传输，则需要从该用户源到4个中继节点的信道和从4个中继节点到基站的信道，即需要8个信道的数据信息，并且需要分别进行单点传输，从而造成开销较大。而本发明仅需单个中继节点即可完成多个用户源与一个基站的无线传输，从而可以节省系统开销。

结合图2以及图2中对各个步骤的详细描述，在本发明提供一种中继系统信号的处理方法，如图3所示，该方法具体包括：

301，中继节点估计用户源与中继节点之间的信道响应B_i、基站与中继节点之间的信道响应J_ul。

中继节点分别接收M_ul个MS发送的导频信号L_i，基站发送的导频信号K，并根据导频信号L_i和导频信号K执行信道估计，估计第i个用户源与中继节点之间的信道响应B_i，以及估计基站与中继节点之间的信道响应J_ul。

302，M_ul个用户源分别发射发射信号s_ul,i。

M_ul为大于等于1的自然数。s_ul,i第i个用户源发射的发射信号，i的取值范围为：0≤i≤M_ul-1。

303，中继节点获取信号x_ul。

其中中继节点接收的信号x_ul和发射信号s_ul,i之间的关系可以为：

304，中继节点对信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul。

其中信号u_ul可以为：u_ul＝W_ul ^H·x_ul。

计算加权矩阵W_ul ^H的方式可参考上述具体说明，在此不再一一赘述。

305，中继节点向基站发送信号u_ul。

306，基站接收信号y_ul。

由于中继节点与基站之间的信道存在干扰造成以及其他影响，也导致中继节点发射的信号u_ul发生改变。

可选的，信号y_ul与信号u_ul的关系可以表示为：y_ul＝J_ulu_ul+υ_ul。

其中J_ul为基站与中继节点之间的信道响应；υ_ul为基站处各个天线上接收到的干扰噪声。

本方案中继节点对来自多个源节点发送的信号与预定加权矩阵进行相乘，得到一个加权之后的中继信号，然后再将该中继信号发送给基站，可以实现多用户源对应一个中继节点和一个基站下，从而提高了上行信道容量。

如图3(a)所示，采用本发明处理中继系统中的信号时，设置预设条件为当用户源与中继节点之间的信道响应为随机信道响应或者用户源与中继节点之间的信道响应为瑞利分布时，可以看到随着用户源的数量不断增加，用户源的发射功率总和不断加强时，上行信道容量不断提升。具体从图3(a)中可以看出：当用户源的数量为2个，用户发射功率总和为25db时，上行信道容量为16b/Hz/s；当用户源的数量为4个，用户发射功率总和为25db时，上行信道容量为19b/Hz/s；当用户源的数量为6个，用户发射功率总和为25db时，上行信道容量为20.5b/Hz/s；当用户源的数量为8个，用户发射功率总和为25db时，上行信道容量为20.8b/Hz/s；当用户源的数量为10个，用户发射功率总和为25db时，上行信道容量为21.2b/Hz/s。

以及，如图3(b)所示，可以看到随着用户源的天线数量不断增加，用户源的发射功率总和不断加强时，上行信道容量不断提升。具体从图3(b)中可以看出：当用户源的天线数量为1个，用户发射功率总和为25db时，上行信道容量为13b/Hz/s；当用户源的天线数量为2个，用户发射功率为25db时，上行信道容量为18.5b/Hz/s；当用户源的天线数量为3个，用户发射功率为25db时，上行信道容量为19.8b/Hz/s；当用户源的天线数量为4个，用户发射功率为25db时，上行信道容量为20.5b/Hz/s。

本发明提供一种中继系统信号的处理装置40，如图4所示，该装置40包括：获取模块401，加权模块402，发送模块403。

其中，获取模块401，用于获取信号x_ul，并将信号x_ul提供给加权模块402，其中信号x_ul为M_ul个源节点各自发射的发射信号s_ul,i通过各个源节点和中继节点之间的信道而生成的信号总和，M_ul为大于等于1的自然数，i为0≤i≤M_ul-1的自然数，发射信号s_ul,i为第i个源节点发射的信号。

加权模块402，用于对信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul，并将信号u_ul提供给发送模块403。

发送模块403，用于将信号u_ul发送给目的节点。

进一步的，本发明还提供一种中继系统信号的处理装置50，如图5所示，该装置50还包括：分解模块404，计算模块405。

首先需要说明的是，获取模块401，还用于获取信道响应J_ul，并将信道响应J_ul提供给分解模块404，J_ul为中继节点到目的节点的信道响应。

然后分解模块404对J_ul进行SVD分解，得到矩阵U_ul、矩阵D_ul和矩阵V_ul ^H，矩阵V_ul ^H是矩阵V_ul的共轭转置矩阵；对M_ul个源节点的自相关信号之和进行SVD分解，得到矩阵O_ul、矩阵和矩阵O_ul ^H，其中，矩阵O_ul ^H为矩阵O_ul的共轭转置矩阵。分解模块404通过分别对J_ul和M_ul个源节点的自相关信号之和进行SVD分解之后，将得到的矩阵U_ul、矩阵D_ul、矩阵V_ul ^H、矩阵O_ul、矩阵和矩阵O_ul ^H提供给计算模块405。

计算模块405通过最大化上行信道容量得到中继节点对M_ul个源节点的发射功率z_j，其中，发射功率z_j的值满足发射功率z_j与发射向量相乘得到的矩阵的对角线之和小于等于中继节点发射的总功率P_R；通过发射功率z_j得到关于z_j的j阶对角矩阵∑_W，j为大于等于1的自然数；将矩阵V_ul、对角矩阵∑_W和矩阵O_ul ^H相乘得到矩阵W_ul，对矩阵W_ul进行共轭转置，得到加权矩阵W_ul ^H，矩阵W_ul ^H为加权矩阵W_ul的共轭转置矩阵。然后计算模块405将获得的矩阵W^H提供给加权模块402，以便加权模块402对信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul。

其中，当基站的天线数大于等于中继节点的天线数(即）时，当基站的天线数小于等于中继节点的天线数(即)时，j＝1,2，……，N_ul,ba。

本方案中继节点对来自多个源节点发送的信号与预定加权矩阵进行相乘，得到一个加权之后的中继信号，然后再将该中继信号发送给目的节点，可以实现多个源节点对应一个中继节点和一个目的节点下，从而提高了上行信道容量。

如图6所示，图6为中继器的硬件结构示意图。其中，中继器可包括存储器601、收发器602、处理器603和总线604，其中，存储器601、收发器602、处理器603通过总线604通信连接。

存储器601可以是只读存储器(Read Only Memory，ROM)，静态存储设备，动态存储设备或者随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)。存储器601可以存储操作系统和其他应用程序。在通过软件或者固件来实现本发明实施例提供的技术方案时，用于实现本发明实施例提供的技术方案的程序代码保存在存储器601中，并由处理器603来执行。

收发器602用于装置与其他设备或通信网络(例如但不限于以太网，无线接入网(Radio Access Network，RAN)，无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)等)之间的通信。

处理器603可以采用通用的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，微处理器，应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者一个或多个集成电路，用于执行相关程序，以实现本发明实施例所提供的技术方案。

总线604可包括一通路，在装置各个部件(例如存储器601、收发器602和处理器603)之间传送信息。

应注意，尽管图6所示的硬件仅仅示出了存储器601、收发器602和处理器603和总线604，但是在具体实现过程中，本领域的技术人员应当明白，该终端还包含实现正常运行所必须的其他器件。同时，根据具体需要，本领域的技术人员应当明白，还可包含实现其他功能的硬件器件。

具体的，图6所示的中继器用于实现图4-图5实施例所示的装置时，该装置中的收发器602，用于获取信号x_ul，并将信号x_ul提供给处理器603，其中信号x_ul为M_ul个源节点各自发射的发射信号s_ul,i通过各个源节点和中继节点之间的信道而生成的信号总和，M_ul为大于等于2的自然数，i为1≤i≤M的自然数，发射信号s_ul,i为第i个源节点发射的信号。

处理器603，用于对信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul，并将信号u_ul提供给收发器602。

收发器602，该用于将信号u_ul发送给目的节点。

进一步可选的，收发器602，还用于获取信道响应J_ul，并将信道响应J_ul提供给处理器603，J_ul为中继节点到目的节点的信道响应。

处理器603，还用于对J_ul进行SVD分解，得到矩阵U_ul、矩阵D_ul和矩阵V_ul ^H，矩阵V_ul ^H是矩阵V_ul的共轭转置矩阵；对M_ul个源节点的自相关信号之和进行SVD分解，得到矩阵O_ul、矩阵和矩阵O_ul ^H，其中，矩阵O_ul ^H为矩阵O_ul的共轭转置矩阵。

处理器603，还用于通过最大化上行信道容量得到中继节点对M_ul个源节点的发射功率z_j，其中，发射功率z_j的值满足发射功率z_j与发射向量相乘得到的矩阵的对角线之和小于等于中继节点发射的总功率P_R；通过发射功率z_j得到关于z_j的j阶对角矩阵∑_W，j为大于等于1的自然数；将矩阵V_ul、对角矩阵∑_W和矩阵O_ul ^H相乘得到矩阵W_ul，对矩阵W_ul进行共轭转置，得到矩阵W_ul ^H，矩阵W_ul ^H为加权矩阵W_ul的共轭转置矩阵。

本方案中继节点对来自多个源节点发送的信号与预定加权矩阵进行相乘，得到一个加权之后的中继信号，然后再将该中继信号发送给目的节点，可以实现多个源节点对应一个中继节点和一个目的节点下，从而提高了上行信道容量。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种中继系统信号的处理方法，其特征在于，包括：

中继节点获取信号x_ul，其中所述信号x_ul为M_ul个源节点各自发射的发射信号s_ul,i通过各个源节点和中继节点之间的信道而生成的信号总和，所述M_ul为大于等于1的自然数，所述i为0≤i≤M_ul-1的自然数，所述发射信号s_ul,i为第i个源节点发射的信号；

所述中继节点对所述信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul；

所述中继节点将所述信号u_ul发送给目的节点。

2.根据权利要求1所述的中继系统信号的处理方法，其特征在于，在所述中继节点对所述信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul之前，所述方法还包括：

所述中继节点获取信道响应J_ul，所述J_ul为所述中继节点到目的节点的信道响应。

3.根据权利要求2所述的中继系统信号的处理方法，其特征在于，在所述中继节点对所述信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul之前，所述方法还包括：

所述中继节点对所述J_ul进行奇异值SVD分解，得到矩阵U_ul、矩阵D_ul和矩阵V_ul ^H，所述矩阵V_ul ^H是矩阵V_ul的共轭转置矩阵；

所述中继节点对所述M_ul个源节点的自相关信号之和进行所述SVD分解，得到矩阵O_ul、矩阵和矩阵O_ul ^H，其中，所述矩阵O^H为所述矩阵O的共轭转置矩阵，所述∑_ul为对角阵，所述为所述中继节点接收的干扰噪声的方差，所述I_n为单位矩阵。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的中继系统信号的处理方法，其特征在于，在所述中继节点对所述信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul之前，所述方法还包括：

所述中继节点通过最大化上行信道容量得到所述中继节点对所述M_ul个源节点的发射功率z_j，其中，所述发射功率z_j的值满足所述发射功率z_j与发射向量相乘得到的矩阵的对角线之和小于等于所述中继节点发射的总功率P_R；

所述中继节点通过所述发射功率z_j得到关于z_j的j阶对角矩阵∑_W，所述j为大于等于1的自然数；

所述中继节点将所述矩阵V_ul、所述对角矩阵∑_W和所述矩阵O_ul ^H相乘得到矩阵W_ul，对所述矩阵W_ul进行共轭转置，得到所述加权矩阵W_ul ^H，所述矩阵W_ul ^H为所述加权矩阵W_ul的共轭转置矩阵。

5.一种中继系统信号的处理装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取信号x_ul，并将所述信号x_ul提供给加权模块，其中所述信号x_ul为M_ul个源节点各自发射的发射信号s_ul,i通过各个源节点和中继节点之间的信道而生成的信号总和，所述M_ul为大于等于1的自然数，所述i为0≤i≤M_ul-1的自然数，所述发射信号s_ul,i为第i个源节点发射的信号；

所述加权模块，用于对所述信号x_ul和加权矩阵W_ul ^H相乘，得到信号u_ul，并将所述信号u_ul提供给发送模块；

所述发送模块，用于将所述信号u_ul发送给目的节点。

6.根据权利要求5所述的中继系统信号的处理装置，其特征在于，

所述获取模块，还用于获取信道响应J_ul，所述J_ul为所述中继节点到目的节点的信道响应。

7.根据权利要求6所述的中继系统信号的处理装置，其特征在于，所述装置还包括：

所述分解模块，还用于对所述J_ul进行奇异值SVD分解，得到矩阵U_ul、矩阵D_ul和矩阵V_ul ^H，所述矩阵V_ul ^H是矩阵V_ul的共轭转置矩阵；对所述M_ul个源节点的自相关信号之和进行所述SVD分解，得到矩阵O_ul、矩阵和矩阵O_ul ^H，其中，所述矩阵O_ul ^H为所述矩阵O_ul的共轭转置矩阵，所述∑_ul为对角阵，所述为所述中继节点接收的干扰噪声的方差，所述I_n为单位矩阵。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的中继系统信号的处理装置，其特征在于，所述装置还包括：

计算模块，用于通过最大化上行信道容量得到所述中继节点对所述M_ul个源节点的发射功率z_j，其中，所述发射功率z_j的值满足所述发射功率z_j与发射向量相乘得到的矩阵的对角线之和小于等于所述中继节点发射的总功率P_R；通过所述发射功率z_j得到关于z_j的j阶对角矩阵∑_W，所述j为大于等于1的自然数；将所述矩阵V_ul、所述对角矩阵∑_W和所述矩阵O_ul ^H相乘得到矩阵W_ul，对所述矩阵W_ul进行共轭转置，得到所述加权矩阵W_ul ^H，所述矩阵W_ul ^H为所述加权矩阵W_ul的共轭转置矩阵。