CN104393903B - 一种lte mimo系统的波束成形方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于通信技术领域，提供了一种LTE MIMO系统的波束成形方法和装置，该方法包括：将源节点发送的信号承载到的右奇异向量进行调制，发送所调整的信号至中继节点；由中继节点通过匹配信道使接收到的信号，根据预设的功率要求调整包含噪声的信号，并将所调整的信号乘以的右奇异向量后，输出至目的节点；由目的节点将的左奇异向量作为合并矩阵，与中继节点发送的信号进行匹配，得到目的节点的输出信号。本发明基于均值反馈信道的信道估计进行波束成形，考虑了信道状态参数的时延，更符合实际情景，可以有效提高波束成形的性能。

Description

一种LTE MIMO系统的波束成形方法和装置

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种基于非理想信道信息的LTE MIMO系统的波整成形方法和装置。

背景技术

多输入多输出(英文全称为Multi-input Multi-output，英文简称为MIMO)是一种用来描述多天线无线通信系统的抽象数学模型，能利用发射端的多个天线各自独立发送信号，同时在接收端用多个天线接收并恢复原信息。由于MIMO可以在不需要增加带宽或总发送功率耗损(transmit power expenditure)的情况下，大幅地增加系统的数据吞吐量(throughput)及发送距离，使得MIMO技术于近几年受到人们的广泛关注，尤其是在长期演进LTE系统中，MIMO技术被用来提高信道容量，增加系统可靠性。

为了提高LTE系统的传输距离，扩大覆盖范围，可以在所述MIMO系统中增加中继节点对信号进行放大转发。目前对于包括中继节点的波束成形计算方法中，提出了通过改变中继加权矩阵，从而使得瞬时容量最大化的方法，由于这种方法没有考虑信道衰落的时变性的影响，影响了MIMO系统的波束成形的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑了信道衰落的LTE MIMO系统的波束成形方法，以解决现有技术的波束成形方法由于没有考虑信道衰落的时变性的影响，影响MIMO系统的波束成形的性能的问题。

本发明是这样实现的，一种LTE MIMO系统的波束成形方法，所述方法包括：

将源节点发送的信号承载到的右奇异向量进行调制，发送所调整的信号至中继节点，其中为源节点与中继节点之间的基于均值反馈信道的信道估计；

由中继节点通过匹配信道使接收到的信号，根据预设的功率要求调整包含噪声的信号，并将所调整的信号乘以的右奇异向量后，输出至目的节点，其中s为作为波束成形向量的的右奇异向量，为中继节点与目的节点之间的基于均值反馈的信道估计；

由目的节点将的左奇异向量作为合并矩阵，与中继节点发送的信号进行匹配，得到目的节点的输出信号。

本发明的另一目的在于提供一种LTE MIMO系统的波束成形装置，所述装置包括：

调制单元，用于将源节点发送的信号承载到的右奇异向量进行调制，发送所调整的信号至中继节点，其中为源节点与中继节点之间的基于均值反馈信道的信道估计；

第一匹配单元，用于由中继节点通过匹配信道使接收到的信号，根据预设的功率要求调整包含噪声的信号，并将所调整的信号乘以的右奇异向量后，输出至目的节点，其中s为作为波束成形向量的的右奇异向量，为中继节点与目的节点之间的基于均值反馈的信道估计；

第二匹配单元，用于由目的节点将的左奇异向量作为合并矩阵，与中继节点发送的信号进行匹配，得到目的节点的输出信号。

在本发明中，通过原节点与中继节点的基于均值反馈信道的信道估计的右奇异向量承载到源节点的发送信号进行调制，由中继节点的匹配信道接收信号后，根据预设的功率要求调整接收的信号，由中继节点与目的节点之间的基于均值反馈的信道估计的右奇异向量与所接收的信号相乘，将相乘后的信号发送至目的节点，目的节点将由中继节点与目的节点之间的基于均值反馈信道的信道估计的左奇异向量作为合并矩阵与所接收的相乘后的相号匹配，得到目的节点的输出信号。本发明基于均值反馈信道的信道估计进行波束成形，考虑了信道状态参数的时延，更符合实际情景，可以有效提高波束成形的性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的MIMO中继系统的系统框图；

图2是本发明实施例提供的MIMO系统的波束成形方法的实现流程图；

图3是本发明实施例提供的获取的右奇异向量、的右奇异向量以及的左奇异向量的实现流程图；

图4是本发明第三实施例提供的MIMO系统的波束成形装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例主要用于包括中继节点的MIMO系统，即在普通的MIMO系统基础上，增加中继节点对信号进行放大转发，由于现有的MIMO系统一般没有考虑信道衰落的时延，在没有考虑实际场景中的信道衰落时延时，会导致波束成形的性能下降。下面对本发明所述方法详细描述：

图1为本发明实施例所述的MIMO系统的结构框图，如图1所示，本发明实施例所述MIMO系统，包括源节点、中继节点和目的节点，其中，源节点到中继节点的信道用H₁∈C^n×m表示,其中C表示表示复空间，中继节点到目的节点之间信道用H₂∈C^l×n表示。所述源节点到中继节点的信道，以及中继节点到目的节点的信道均为平坦衰落。P₁表示源节点到中继节点的链路的传输功率，P₂表示中继节点到目的节点的链路的传输功率。源节点将调制后的信号发射给中继节点，中继节将接收到的发射信号放大转发给目的节点。在信号传输过程中，由环境加载到信号的复高斯噪声向量分别用z₁～CN(0,I)和z₂～CN(0,I)表示，其中z₁～CN(0,I)表示源节点至中继节点链路加载的复高斯噪声向量，z₂～CN(0,I)表示中继节点至目的节点链路加载的复高斯噪声向量。

本发明实施例中所述的MIMO系统，在传统的发射机与接收机之间增加了用于信号放大转发的中继节点，也可以称为放大转发式协作MIMO系统模型。

请参照图2，本发明实施例所述的MIMO系统的波束成形方法的实现流程，详述如下：

在步骤S201中，将源节点发送的信号承载到的右奇异向量进行调制，发送所调整的信号至中继节点，其中为源节点与中继节点之间的基于均值反馈信道的信道估计。

具体的，中继节点将源节点与中继节点之间的基于均值反馈信道的信道估计的右奇异向量，作为波束成形矩阵发送至源节点。所述源节点，即MIMO系统中的多天线的发射机。

在步骤S202中，由中继节点通过匹配信道使接收到的信号，根据预设的功率要求调整包含噪声的信号，并将所调整的信号乘以的右奇异向量后，输出至目的节点，其中s是作为波束成形向量的的右奇异向量，为中继节点与目的节点之间的基于均值反馈的信道估计。

具体的，通过构建中继矩阵其中σ＝(1+||h||₁ ²)^-1/2，乘以调整的信号，输出至目的节点。

在步骤S203中，由目的节点将的左奇异向量作为合并矩阵，与中继节点发送的信号进行匹配，得到目的节点的输出信号。

在本发明实施例中，所设定的波束成形向量s、中继加权矩阵W以及合并矩阵r的获取，是在考虑了系统反馈的状态参数信息延时情况下，以目的节点的输出信号的信噪比最大时所对应值，从而更好的提高波束成形的系统性能。

下面具体介绍在预设的功率要求为源节点输出信号的平均功率以及中继节点的输出信号的平均功率均为1的约束条件下，获取在目的节点的信号的信噪比SNR最大时所对应的的右奇异向量、的右奇异向量以及的左奇异向量。

如图3所示，根据所预设的功率要求，获取在目的节点的信号的信噪比SNR最大时所对应的的右奇异向量、的右奇异向量以及的左奇异向量步骤包括步骤S301至步骤S304，其中：

在步骤S301中，源节点将调制信号经波束成形向量s进行调制后发送至中继节点，与中继节点的中继加权矩阵W相乘得到中继节点的传输信号：其中，x_relay为中继节点的输出信号，P₁为源节点至中继节点的传输功率，H₁为源节点到中继节点的信道，x_in为源节点输入的信号，z₁～CN(0,I)复高斯噪声向量,I为单位矩阵。

在步骤S302中，目的节点接收到来自中继节点信号通过合并矩阵r匹配，得到目的节点的输出信号：其中，x_out为目的节点的输出信号，P₂为中继节点至目的节点的传输功率，H₂为中继节点到目的节点的信道，z₂～CN(0,I)为复高斯噪声向量，r^H为r的共轭转置矩阵。

根据中继节点接收的信号以及目的节点输出的信号，可以得到目的节点输出的信噪比的表达式为：假设||r||＝1，信噪比的最优值可以被表达成如下形式：

在步骤S303中，基于均值反馈信道的信道估计得到信道以及并分别将中继节点的输出信号中的H₁用替换，目的节点的输出信号中的H₂用替换，其中，ρ＝J₀(2πf_dτ)，为信道反馈能力参数，J₀(·)是第一类零阶贝塞尔函数，τ为信道状态信息CSI的反馈时延，f_d为信道多普勒频移，N_t为发射天线数目，N_r为接收天线数目。

源节点获得目的节点的反馈的信道状态信息，基于部分信道状态信息CSI得到一个无偏的信道估计。当更新的反馈到达前，是确定的。

为了将信道状态信息CSI的不确定因素，如反馈延迟，噪声干扰等考虑周全，信道可以表示如下形式，其中这里，表示信道反馈能力参数。

其中，ρ＝J₀(2πf_dτ)决定了信道预测的精准度。由于对于每一个H_f＝H_f,0，发射端可以得到作为源节点的发射端将视为确定的，并且当下一个反馈到来时予以更新。

在步骤S304中，根据源节点以及中继节点预设的功率要求E{||x_in||²}＝1,||s||＝1、计算目的节点的输出信号的信噪比最大时所对应的中继加权矩阵W、波束成形向量s以及合并矩阵r，其中，表示W的2-范数。

其中，根据目的节点接收的信号的信噪比SNR最大时所对应的中继加权矩阵W的过程如下：

a)修正波束成形矩阵s和合并矩阵r，令c₁＝||h₁||和c₂＝||h₂||。W＝UΣV^H为W的奇异值分解(SVD)，其中，Σ＝diag{σ₁,σ₂,…,σ_n}。下面对U,V和Σ进行优化。令和以及约束||X||＝||h₁||＝c₁和||Y||＝||h₂||＝c₂，其中

由于最优信噪比的表达式为：

式(1)中的最优中继匹配可以改写成为求关于U,V和Σ的最大值，如式(2)所示：

b)在式(2)中，||Y||＝c₂是关于y的唯一约束。所以，将等式改写成如下格式，我们可以依据x和Σ找到最优y。

c)根据定理：对于任何向量a和正定矩阵B，均有X^Haa^HX/X^HBX≤a^HB^-1a，当X＝cB^-1a时，等号成立，c为任意非零标量。根据该定理，可以获得Y的最优值：

其中标量c的选择应该满足||Y||＝c₂。将(2)中的优化目标用(4)替代，得到：

d)由于式(5)中信噪比SNR存在一个上界，此时的x和Σ的最优值可以达到这个上界。因此，信噪比的最大化问题可以等效为：

e)我们定义很明显0≤β_i≤1，考虑(6)中的优化目标：

其中

f)通过式(6)中的第二个限制条件，得到：

运用同样的约束，可以限制为

将(8)(9)结合起来，可以得到的信噪比SNR的上界，

g)根据(3)，我们可以推断X,Σ和Y取下面的值时候满足限制并且可以达到上界

X＝[c₁,0,…,0]^T,Y＝[c₂,0,…,0]^T,Σ＝diag{σ,0,…,0} (11)

其中

h)由于最初x,y,c₁和c₂的定义为x＝V^Hh₁，y＝U^Hh₂，||X||＝||h₁||＝c₁和||Y||＝||h₂||＝c₂，式(11)中的最优值可以通过(12)获得：

其中{v₁,…,v_n-1}和{u₁,…,u_n-1}是零空间h₁和h₂任意正交基。

也就是说，W＝UΣV^H的最优结构是其中σ＝(1+||h₁||²)^-1/2。相应的SNR是

γ＝||h₁||²||h₂||²/(1+||h₁||²+||h₂||²) (13)

在得到中继加权矩阵的最优结构后，我们可以进一步推导得到源节点的发射机的波束成形向量以及目的节点的接收机的合并矩阵，具体如下：

从(13)可以得到，随着||h₁||和||h₂||的增长，信噪比γ也增长。因此，为了得到最大信噪比SNR，我们应该找到最大||h₁||和||h₂||，并且使得他们满足||s||＝||r||＝1。考虑到h₁和h₂的定义(c₁＝||h₁||c₂＝||h₂||)，当令波束成形向量s为的主要右奇异向量，合并矩阵r为的主要左奇异向量。替代(13)，最优SNR可以表示为其中 从而得到更优性能的波束成形的输出信号。

如图4所示为本发明实施例提供的MIMO系统的波束成形装置的结构示意图，详述如下：

图4所述的MIMO系统的波束成形装置，包括：

调制单元401，用于将源节点发送的信号承载到的右奇异向量进行调制，发送所调整的信号至中继节点，其中为源节点与中继节点之间的基于均值反馈信道的信道估计；

第一匹配单元402，用于由中继节点通过匹配信道使接收到的信号，根据预设的功率要求调整包含噪声的信号，并将所调整的信号乘以的右奇异向量后，输出至目的节点，其中s为作为波束成形向量的的右奇异向量，为中继节点与目的节点之间的基于均值反馈的信道估计；

第二匹配单元403，用于由目的节点将的左奇异向量作为合并矩阵，与中继节点发送的信号进行匹配，得到目的节点的输出信号。

进一步的，所述预设的功率要求为：源节点输出信号的平均功率以及中继节点的输出信号的平均功率均为1，所述装置还包括：

获取单元，用于根据所预设的功率要求，获取在目的节点的信号的信噪比SNR最大时所对应的的右奇异向量、的右奇异向量以及的左奇异向量。

具体可选的，所述获取单元包括：

中继节点传输信号获取单元，用于由源节点将调制信号经波束成形向量s进行调制后发送至中继节点，与中继节点的中继加权矩阵W相乘得到中继节点的传输信号：其中，x_relay为中继节点的输出信号，P₁为源节点至中继节点的传输功率，H₁为源节点到中继节点的信道，x_in为源节点输入的信号，z₁～CN(0,I)复高斯噪声向量,I为单位矩阵；

目的节点输出信号获取单元，用于由目的节点接收到来自中继节点信号通过合并矩阵r匹配，得到目的节点的输出信号：其中，x_out为目的节点的输出信号，P₂为中继节点至目的节点的传输功率，H₂为中继节点到目的节点的信道，z₂～CN(0,I)为复高斯噪声向量，r^H为r的共轭转置矩阵；

输出信号替换单元，用于基于均值反馈信道的信道估计得到信道以及并分别将中继节点的输出信号中的H₁用替换，目的节点的输出信号中的H₂用替换，其中，ρ＝J₀(2πf_dτ)，为信道反馈能力参数，J₀(·)是第一类零阶贝塞尔函数，τ为信道状态信息CSI的反馈时延，f_d为信道多普勒频移，N_t为发射天线数目，N_r为接收天线数目；

计算单元，用于根据源节点以及中继节点预设的功率要求E{|x_in|²}＝1，||s||＝1、计算目的节点的输出信号的信噪比最大时所对应的中继加权矩阵W、波束成形向量s以及合并矩阵r，其中,表示W的2-范数。

具体可选的，所述计算单元具体用于：

根据包括预设的功率要求的信噪比最大的表达式： 计算得到中继加权矩阵的最优结构为：其中X＝[x₁,x₂,…,x_n]^T，Y＝[y₁,y₂,…,y_n]^T，Σ＝diag{σ₁,σ₂,…,σ_n},σ₁,…,σ_n为W的奇异值。

可选的，所述计算单元具体用于：

根据中继加权矩阵的最优结构所对应的信噪比γ＝||h₁||²||h₂||²/(1+||h₁||²+||h₂||²)，得到当波束成形向量s为的右奇异向量，合并矩阵r为的左奇异向量时，所对应的最优信噪比为其中φ₁、分别表示在||s||＝1和||r||＝1条件下和的最大值。

图4所述的MIMO系统的波束成形装置与图2-图3所述的MIMO系统的波束成形方法相对应，在此不作重复赘述。

在本发明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)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。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较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LTE MIMO系统的波束成形方法，其特征在于，所述方法包括：

将源节点发送的信号承载到的右奇异向量进行调制，发送所调整的信号至中继节点，其中为源节点与中继节点之间的基于均值反馈信道的信道估计；

由中继节点通过匹配信道使接收到的信号，根据预设的功率要求调整包含噪声的信号，并将所调整的信号乘以的右奇异向量后，输出至目的节点，其中s为作为波束成形向量的的右奇异向量，为中继节点与目的节点之间的基于均值反馈的信道估计；

由目的节点将的左奇异向量作为合并矩阵，与中继节点发送的信号进行匹配，得到目的节点的输出信号。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述预设的功率要求为：源节点输出信号的平均功率以及中继节点的输出信号的平均功率均为1，所述方法还包括：

根据所预设的功率要求，获取在目的节点的信号的信噪比SNR最大时所对应的的右奇异向量、的右奇异向量以及的左奇异向量。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述根据所预设的功率要求，获取在目的节点的信号的信噪比SNR最大时所对应的的右奇异向量、的右奇异向量以及的左奇异向量步骤包括：

源节点将调制信号经波束成形向量s进行调制后发送至中继节点，与中继节点的中继加权矩阵W相乘得到中继节点的传输信号：其中，x_relay为中继节点的输出信号，P₁为源节点至中继节点的传输功率，H₁为源节点到中继节点的信道，x_in为源节点输入的信号，z₁～CN(0,I)复高斯噪声向量,I为单位矩阵；

目的节点接收到来自中继节点信号通过合并矩阵r匹配，得到目的节点的输出信号：其中，x_out为目的节点的输出信号，P₂为中继节点至目的节点的传输功率，H₂为中继节点到目的节点的信道，z₂～CN(0,I)为复高斯噪声向量，r^H为r的共轭转置矩阵；

基于均值反馈信道的信道估计得到信道以及并分别将中继节点的输出信号中的H₁用替换，目的节点的输出信号中的H₂用替换，其中， ρ＝J₀(2πf_dτ)，为信道反馈能力参数，J₀(·)是第一类零阶贝塞尔函数，τ为信道状态信息CSI的反馈时延，f_d为信道多普勒频移，N_t为发射天线数目，N_r为接收天线数目；

根据源节点以及中继节点预设的功率要求E{|x_in|²}＝1,||s||＝1、计算目的节点的输出信号的信噪比最大时所对应的中继加权矩阵W、波束成形向量s以及合并矩阵r，其中，表示W的2-范数。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述根据源节点以及中继节点预设的功率要求E{|x_in|²}＝1,||s||＝1、计算目的节点的输出信号的信噪比最大时所对应的中继加权矩阵W的步骤具体为：

根据包括预设的功率要求的信噪比最大的表达式： 计算得到中继加权矩阵的最优结构为：其中σ＝(1+||h₁||²)^-1/2，X＝[x₁,x₂,…,x_n]^T，Y＝[y₁,y₂,…,y_n]^T，Σ＝diag{σ₁,σ₂,…,σ_n},σ₁,…,σ_n为W的奇异值。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述根据源节点以及中继节点预设的功率要求E{|x_in|²}＝1,||s||＝1、计算目的节点的输出信号的信噪比最大时所对应波束成形向量s以及合并矩阵r步骤具体为：

根据中继加权矩阵的最优结构所对应的信噪比γ＝||h₁||²||h₂||²/(1+||h₁||²+||h₂||²)，得到当波束成形向量s为的右奇异向量，合并矩阵r为的左奇异向量时，所对应的最优信噪比为其中 φ₁、分别表示在||s||＝1和||r||＝1条件下和的最大值。

6.一种LTE MIMO系统的波束成形装置，其特征在于，所述装置包括：

调制单元，用于将源节点发送的信号承载到的右奇异向量进行调制，发送所调整的信号至中继节点，其中为源节点与中继节点之间的基于均值反馈信道的信道估计；

第一匹配单元，用于由中继节点通过匹配信道使接收到的信号，根据预设的功率要求调整包含噪声的信号，并将所调整的信号乘以的右奇异向量后，输出至目的节点，其中s为作为波束成形向量的的右奇异向量，为中继节点与目的节点之间的基于均值反馈的信道估计；

第二匹配单元，用于由目的节点将的左奇异向量作为合并矩阵，与中继节点发送的信号进行匹配，得到目的节点的输出信号。

7.根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述预设的功率要求为：源节点输出信号的平均功率以及中继节点的输出信号的平均功率均为1，所述装置还包括：

获取单元，用于根据所预设的功率要求，获取在目的节点的信号的信噪比SNR最大时所对应的的右奇异向量、的右奇异向量以及的左奇异向量。

8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述获取单元包括：

中继节点传输信号获取单元，用于由源节点将调制信号经波束成形向量s进行调制后发送至中继节点，与中继节点的中继加权矩阵W相乘得到中继节点的传输信号：其中，x_relay为中继节点的输出信号，P₁为源节点至中继节点的传输功率，H₁为源节点到中继节点的信道，x_in为源节点输入的信号，z₁～CN(0,I)复高斯噪声向量,I为单位矩阵；

目的节点输出信号获取单元，用于由目的节点接收到来自中继节点信号通过合并矩阵r匹配，得到目的节点的输出信号：其中，x_out为目的节点的输出信号，P₂为中继节点至目的节点的传输功率，H₂为中继节点到目的节点的信道，z₂～CN(0,I)为复高斯噪声向量，r^H为r的共轭转置矩阵；

输出信号替换单元，用于基于均值反馈信道的信道估计得到信道以及并分别将中继节点的输出信号中的H₁用替换，目的节点的输出信号中的H₂用替换，其中，ρ＝J₀(2πf_dτ)，为信道反馈能力参数，J₀(·)是第一类零阶贝塞尔函数，τ为信道状态信息CSI的反馈时延，f_d为信道多普勒频移，N_t为发射天线数目，N_r为接收天线数目；

计算单元，用于根据源节点以及中继节点预设的功率要求 计算目的节点的输出信号的信噪比最大时所对应的中继加权矩阵W、波束成形向量s以及合并矩阵r，其中,表示W的2-范数。

9.根据权利要求8所述装置，其特征在于，所述计算单元具体用于：

根据包括预设的功率要求的信噪比最大的表达式： 计算得到中继加权矩阵的最优结构为：其中σ＝(1+||h₁||²)^-1/2，X＝[x₁,x₂,…,x_n]^T，Y＝[y₁,y₂,…,y_n]^T，Σ＝diag{σ₁,σ₂,…,σ_n},σ₁,…,σ_n为W的奇异值。

10.根据权利要求8所述装置，其特征在于，所述计算单元具体用于：

根据中继加权矩阵的最优结构所对应的信噪比γ＝||h₁||²||h₂||²/(1+||h₁||²+||h₂||²)，得到当波束成形向量s为的右奇异向量，合并矩阵r为的左奇异向量时，所对应的最优信噪比为其中 φ₁、分别表示在||s||＝1和||r||＝1条件下和的最大值。