CN104079331A - 双向中继空域键控调制信号的解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了三套应用于双向中继通信场景中源节点采用空域键控调制和单天线中继节点采用放大转发方式的信号解调方案。第一套方案是最大似然解调。此方案性能最优但计算复杂度随接收天线数的三次幂速度增加；第二套方案是迫零均衡。此方案性能最差但计算复杂度低，每根发射天线独立解调；第三套方案是最大比例合并。此方案性能迫近最大似然解调性能而且计算复杂度低。使用三套方案中的任何一套均能支撑双向中继通信。

Description

双向中继空域键控调制信号的解调方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别是涉及双向中继通信场景中发射端采用空域键控调制，中继节点单天线放大转发的信号解调方法。

背景技术

空域键控(SSK)调制是一项新颖的多输入多输出(MIMO)技术。在SSK调制中，每一时刻只有一根发射天线激活，此激活天线的空间位置(或天线序号)携带发射信息。因此相对传统的MIMO技术，V-BLAST，SSK调制能完全避免发射天线间的信号同步和干扰问题而且接收机复杂度大大降低。现已证明，对于一定的发射天线数，SSK调制在获得与V-BLAST的容量相当的情况下能达到更小的比特错误概率(BER)。

协作通信是一项新一代无线通信标准的关键技术。它能调高系统容量和扩大通信范围，尤其对于提高小区边缘用户体验有很大的作用。可以预见的是，未来采用SSK调制的通信双方如果因距离太远不存在直接通信链路而借助协作通信技术，即利用中继转发，来通信的可能性是大大存在的。但是，在这个通信模式下，如何最好地解调信号并使得接收机具有很低的计算复杂度，仍是学术界和工业界悬而未决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了三套双向中继通信场景中发射端采用空域键控调制，中继节点单天线放大转发的信号解调方案

本发明的三套信号解调方案为：

1)对于方案一，信号解调基于最大似然准则；

2)对于方案二，采用迫零均衡方式解调信号；

3)对于方案三，采用最大比例合并方式解调信号。

本发明具有以下优点：

本发明信号解调方法能解决采用SSK调制的双向中继通信问题，进而提高系统的吞吐量，满足业务QOS。

本发明对于通信设备制造商、通信运营商都有重大的意义。本发明能够提高系统设备的竞争力，同时对于通信运营商，本发明不仅能够提升用户的满意度，使运营商具有更大的竞争力，而且能够增加用户容量，从而提高运营商的收入和利润。

附图说明

图1是本发明针对的通信场景；

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。

图1示出了本发明针对的通信框图，它的通信过程描述如下：

发射阶段：两源节点，S₁和S₂，的输入比特流映射到相应的天线序号(例如，假设发射天线数为2，则比特0表示第一根天线激活，比特1表示第二根天线激活。)。假设S₁的第k根天线激活，以能量发射1；S₂的第q根天线激活，以能量发射1。因此，中继节点R处的接收信号为

$y_R=\sqrt{P_{S_1}}{h}_k+\sqrt{P_{S_2}}{g}_q+n_R$

其中，为S₁的各天线到R的信道响应组成的向量，为S₂的各天线到R的信道响应组成的向量，n_R为R处方差为N₀的高斯白噪声。

接收阶段：中继节点R首先对接收信号能量归一化，即乘上G，然后以能量P_R转发信号，因此S₁处(S₂处的信号处理过程相类似，以下不再赘述)第i根接收天线的接收信号为

$y_{S_1,i}=\sqrt{P_{S_1}{P}_R}G{h}_i{h}_k+\sqrt{P_{S_2}{P}_R}G{h}_i{g}_q+\sqrt{P_R}G{h}_i{n}_R+n_{S_1,i},i=1,...,N_{S_1}$

其中， 为S₁的天线数，为S₁的第i根天线上的方差为N₀的高斯白噪声。因为S₁保存有上一时刻的激活天线信息，所以可以消除自干扰，得到

对于S₂处激活天线序号q的估计，本发明的三套方案如下：

方案一：最大似然解调。步骤如下：

步骤1：构造向量

${\tilde{y}}_{S_1}={[{\tilde{y}}_{S_1,1},...,{\tilde{y}}_{S_1,N_{S_1}}]}^T$

$d_{\mathrm{gq}}={[\sqrt{P_{S_2}{P}_R}G{h}_i{g}_q,...,\sqrt{P_{S_2}{P}_R}G{h}_{N_{S_1}}{g}_q]}^T,q=1,...,N_{S_2}$

步骤2：计算矩阵和它的逆。的第i行第j列为

$C_{S_1}(i,j)=N_0(P_R{G}^2{h}_i^{*}{h}_j+\mathrm{\δ}(i-j))$

步骤3：计算各天线序号下的度量，并估计天线序号

$\hat{q}=\underset{1\≤q\≤N_{S_2}}{\arg \min }{({\tilde{y}}_{S_1}-d_{\mathrm{gq}})}^H{C}_{S_1}^{-1}({\tilde{y}}_{S_1}-d_{g_q})$

方案二：迫零解调。步骤如下：

步骤1：迫零均衡每个天线上的接收信号

$z_i=\frac{{\tilde{y}}_{S_1,i}}{\sqrt{P_{S_2}{P}_R}G{h}_i},i=1,...,N_{S_1}$

步骤2：对所有天线的估计值求平均，以抑制噪声方差

$\stackrel{\‾}{z}=\frac{1}{N_{S_1}}\underset{i=1}{\overset{N_{S_1}}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i$

步骤3：计算各天线序号下的度量，并估计天线序号

$\hat{q}=\underset{1\≤q\≤N_{S_2}}{\arg \min }|\stackrel{\‾}{z}-g_q|$

方案三：最大比例合并解调。步骤如下：

步骤1：匹配每个天线上的接收信号

$z_i=\frac{h_i^{*}{\tilde{y}}_{S_1,i}}{\sqrt{P_{S_2}{P}_R}G},i=1,...,N_{S_1}$

步骤2：对所有天线的匹配信号求和并除以信道相应的平方和

$\stackrel{\‾}{z}=\frac{1}{{\left|h_i\right|}^2}\underset{i=1}{\overset{N_{S_1}}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i$

步骤3：计算各天线序号下的度量，并估计天线序号

$\hat{q}=\underset{1\≤q\≤N_{S_2}}{\arg \min }|\stackrel{\‾}{z}-g_q|$

以上对本发明所提供的三套适用于双向中继通信场景中发射端采用空域键控调制，中继节点单天线放大转发的信号解调方案进行了详细介绍。以上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 (4)

1.一种双向中继通信场景中的数据解调方法，其中两通信节点通过一个单天线中继交换信息，两通信节点采用空域调制(SSK)，中继采用放大转发策略；两通信节点的一方采用以下三种方法中的任一种对另一方发射天线激活序号进行检测，所述三种方法分别为：

1)信号解调基于最大似然准则；

2)采用迫零均衡方式解调信号；

3)采用最大比例合并方式解调信号。

2.如权利要求1所述的一种双向中继通信场景中的数据解调方法，其特征在于信号解调基于最大似然准则具体包括以下步骤：

1)对噪声的协方差矩阵进行求逆；

2)计算和比较接收信号由每一个发射天线激活而造成的可能性。

3.如权利要求1所述的一种双向中继通信场景中的数据解调方法，其特征在于采用迫零均衡方式解调信号具体包括以下步骤：

1)采用迫零方式均衡每根天线上的接收信号；

2)对所有天线上均衡后的信号求平均。

4.如权利要求1所述的一种双向中继通信场景中的数据解调方法，其特征在于采用最大比例合并方式解调信号具体包括以下步骤：

1)匹配每根天线上的接收信号，即乘上该接收天线到中继的信道响应的共轭；

2)对所有天线上匹配后的信号求和并除上所有天线到中继的信道响应的平方和。