CN1744458A - 使用中继节点的通信系统和方法 - Google Patents

Abstract

使用中继节点的通信系统和方法。一种通信节点，用于在源节点和目的地节点之间对信号进行中继，其包括：(a)第一酉矩阵计算单元，其被构造用来根据源节点和中继节点之间的第一信道来计算第一酉矩阵；(b)第二酉矩阵计算单元，其被构造用来根据中继节点和目的地节点之间的第二信道来计算第二酉矩阵；(c)变换矩阵估计单元，其被构造用来根据通过第一和/或第二信道矩阵的QR分解导出的三角矩阵来估计变换矩阵；(d)中继信号生成器，其被构造用来通过将接收信号与第一酉矩阵、第二酉矩阵和变换矩阵中的至少一个相乘来生成中继信号；以及(e)发送单元，其被构造用来将中继信号发送给目的地节点。

Description

使用中继节点的通信系统和方法

技术领域

本发明总体上涉及无线通信，更具体地，涉及使用多跳方案和多输入多输出(MIMO)方案的通信节点和通信方法。

背景技术

近年来，基于多跳方案和MIMO(或多天线)方案的组合的系统(该系统被称为MIMO多跳系统)持续得到关注。在多跳方案中，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地节点(或目标节点)。该系统具有通过中继信号来扩展覆盖范围(理论上是不受限制的信号传输区域)以及无线网络的快速建立的优点。通过MIMO系统，使用多发送天线和多接收天线来发送和接收信号，以通过空间的有效使用来提高通信容量。

以下面的步骤来执行MIMO多跳系统中的信号传输。首先，在中继节点处接收从源节点发送的信号S。在中继节点处的接收信号Y表示为：

Y＝HS+n                                   (1)

其中H表示源和中继节点之间的信道矩阵，S表示发送信号向量，以及n表示噪声。然后，通过迫零(ZF)方法来检测发送信号S。该方法是通过计算伪逆矩阵W₁＝(H^HH)^-1H^H，并且将接收信号乘以伪逆矩阵W₁以及归一化系数来检测发送信号S。该处理表示为：

W₁Y＝S+W₁n                                (2)

伪逆矩阵W₁中的上标H表示共扼转置。

任意矩阵A的范数(Norm)可以定义为：

‖A‖＝(Tr(E[AA^H]))^1/2                    (3)

其中符号‖·‖表示范数，符号Tr(·)表示圆括号中的矩阵的对角元素的总和(即，迹)，而符号E[·]表示对方括号中的数值求平均值。具体地，向量V＝(v₁，v₂...，v_M)^T的范数‖V‖可以表示为：

‖V‖＝[|v₁|²+|v₂|²+…+|v_M|²]^1/2          (3)’

其中上标T表示转置。上述伪逆矩阵与Moore-Penrose逆矩阵相对应。通常，将Moore-Penrose逆矩阵B定义为m×n矩阵，其对于n×m矩阵A，ABA＝A成立。在所示的示例中，对于矩阵H，HW₁H＝H成立。

然后，计算伪逆矩阵W₂＝(G^HG)^-1G^H，其中G表示在中继节点和目的地节点之间的信道矩阵。将等式(2)的两侧同时乘以该伪逆矩阵W₂和归一化系数E。将这种关系表示为：

E(W₂W₁)Y＝EW₂(S+W₁n)                      (4)

其中， $E=1/\left(\right|\left|W_1\right|\left|\right|\left|W_2\right|\left|\right)\×{(P_s/(P_s+{\mathrm{\σ}}_n^2))}^{1/2}$ 成立，Ps表示发送功率，而σ²是噪声方差。

将由此计算的信号从中继节点发送到目的地节点。在目的地节点接收的信号Y_R表示为：

Y_R＝GEW₂W₁Y+n_R                            (5)

其中n_R表示噪声分量。可以根据W₁和W₂的定义将等式(5)重写为：

Y_R＝E(S+W₁n)+n_R                           (6)

这样，可以在目的地节点即时获得发送信号S。例如在下面的文献中描述了这种MIMO多跳系统，Rohit U.Nabar，et al.，”CapacityScaling Laws in MIMO Wireless networks”，Allerton Conference onCommunication，Control，and Computing，Monticello，IL.，pp.378-389，Oct.2003。

根据等式(6)，应当理解所接收的信号Y_R包括与发送信号S相关的因子1/(‖W₁‖‖W₂‖)。该因子‖W₁‖和‖W₂‖对于在中继节点执行的发送功率控制是必不可少的。然而，由于W₁和W₂分别是信道矩阵H和G的逆矩阵(其受到噪声幅值的影响)，所以信号质量不可避免地要降低。另外，等式(6)包括噪声分量“n”，该噪声分量“n”是在从源到中继节点的传播过程中引入的，从而严重影响了接收信号。因此，随着跳数的增加，由于噪声引起的信号劣化将变得显著。

发明内容

本发明旨在克服上述问题，并且本发明的一个目的是提供一种通信系统、通信节点和通信方法，其在从源节点到目的地的信号传输中，与传统技术相比，能够更有效地防止在目的地节点的接收信号质量降低。

在本发明的一个方面，提供了一种通信系统，其中将从源节点发送的信号通过中继节点发送到目的地节点。在该系统中，中继节点包括：

a)QR分解单元，其被构造用来对源节点和中继节点之间的第一信道矩阵和/或在中继节点和目的地节点之间的第二信道矩阵执行QR分解；

b)变换矩阵计算单元，其被构造用来根据第一和第二信道矩阵中的至少一个的QR来计算一个或更多个变换矩阵；

c)中继信号生成器，其被构造用来通过将接收信号与由所述变换矩阵中的至少一个构成的规定信号相乘来生成中继信号；以及

d)发送单元，其被构造用来将所述中继信号发送到目的地节点。该目的地节点接收所述中继信号作为接收信号，并且从所接收的信号中检测所希望的信号。

通过该系统，与传统技术相比，在使用MIMO多跳方案的从源节点到目的地节点的信号传输中，可以更加有效地防止在目的地节点的接收信号质量的下降。

在本发明的另一方面，提供了一种中继节点，用于在无线通信系统中将信号从源节点中继到目的地节点。在一优选实施例中，所述中继节点包括：

a)第一酉矩阵计算单元，其被构造用来根据源节点和中继节点之间的第一信道矩阵H来计算第一酉矩阵；

b)第二酉矩阵计算单元，其被构造用来根据中继节点和目的地节点之间的第二信道矩阵G来计算第二酉矩阵；

c)变换矩阵计算单元，其被构造用来根据通过对第一和第二信道矩阵中的至少一个进行QR分解所获得的三角形矩阵来计算变换矩阵A；

d)中继信号生成器，其被构造用来通过将所接收的信号与第一酉矩阵、第二酉矩阵和变换矩阵中的至少一个相乘来产生中继信号；以及

e)发送单元，其被构造用来将所述中继信号发送到目的地节点。

通过将源节点和中继节点之间的第一信道矩阵H分解为包含第一三角矩阵R1的乘积的形式来确定第一酉矩阵。通过将中继节点和目的地节点之间的第二信道矩阵G分解为包含第二三角矩阵R2的乘积的形式来确定第二酉矩阵。如果i+j不满足预定值，则变换矩阵A的第i行第j列的元素为0。

通过这种设置，使用这些酉矩阵和变换矩阵中的至少一个来生成中继信号，因此可以实现多跳传输，同时防止了信号损失和信号质量的下降。

在本发明的另一方面，一种用于对源节点和目的地节点之间的信号进行中继的中继节点，包括：

a)第一矩阵计算单元，其被构造用来根据目的地节点和中继节点之间的第一信道矩阵来计算酉矩阵；

b)第二矩阵计算单元，其被构造用来根据源节点和中继节点之间的第二信道矩阵来计算Moore-Penrose逆矩阵；

c)变换矩阵计算单元，其被构造用来根据从第二信道矩阵的QR分解获得的三角矩阵来计算变换矩阵；

d)中继信号生成器，其被构造用来通过将所接收的信号与酉矩阵、Moore-Penrose逆矩阵和变换矩阵相乘来生成中继信号；以及

e)发送单元，其被构造用来发送所述中继信号。

通过这种设置，可以减少在中继节点处的噪声增加，而与源节点和目的地节点之间的中继节点的数量无关。

在本发明的另一方面，一种用于对从源节点发送到目的地节点的发送信号进行中继的中继节点，该中继节点包括：

a)第一矩阵计算单元，其被构造用来根据源节点和中继节点之间的第一信道矩阵来计算酉矩阵；

b)第二矩阵计算单元，其被构造用来根据目的地节点和中继节点之间的第二信道矩阵来计算Moore-Penrose逆矩阵；

c)变换矩阵计算单元，其被构造用来根据从第二矩阵的QR分解获得的三角矩阵来计算变换矩阵；

d)中继信号生成器，其被构造用来通过将所接收的信号与酉矩阵、Moore-Penrose逆矩阵和变换矩阵相乘来生成中继信号；以及

e)发送单元，其被构造用来发送所述中继信号。

附图说明

根据以下结合附图的详细说明，本发明的其他目的、特征和优点将变得更加明了，附图中：

图1是表示采用MIMO方案和多跳方案的通信系统的示意图；

图2是中继节点的示意性框图；

图3是根据本发明一实施例的中继信号生成器的功能框图；

图4是表示根据本发明一实施例的通信系统的操作的流程图；

图5是根据本发明第二实施例的中继信号生成器的功能框图；

图6是表示使用图5所示的中继信号生成器的通信系统的操作的流程图；

图7A和图7B是表示本发明的仿真结果的曲线图；

图8是根据本发明另一实施例的中继信号生成器的功能框图；

图9是表示使用图8所示的中继信号生成器的通信系统的操作的流程图；

图10A是表示根据本发明另一实施例的中继信号生成器的功能框图；

图10B是表示使用图10A所示的中继信号生成器的的通信系统的操作的流程图；以及

图11是表示传统技术和本发明的实施例之间的比较的表格。

具体实施方式

下面将结合附图详细地描述本发明。在说明书和权利要求中，“酉矩阵”不必是正规阵(normal matrix)，从而行数和列数可以彼此不同。“酉矩阵”是各行(或列)彼此正交的矩阵。因此，还包括使方阵A对角化的正规阵，“酉矩阵”包括用于使M×N的非方阵B对角化的N×M非方阵。

(实施例1)

图1是表示根据本发明一实施例的通信系统的总体结构的示意图。该通信系统采用多跳方案和多输入多输出(MIMO)方案。该通信系统包括源节点12，目的地节点16和K(K≥1)个中继节点14-1到14-K。第k个中继节点表示为14-k(1≤k≤K)。使用MIMO方案来执行源节点12和中继节点14-k之间的通信以及中继节点14-k和目的地节点16之间的通信。通过多跳方案来执行从源节点12到目的地节点16的信号传输。为了简明起见，在该实施例中，该K个中继节点中的每一个都可以通过一跳将信号从源节点12中继到目的地节点16。然而，可以增加跳数。

源节点12从多个天线(例如，M个天线)发送可相互区分的信号。该M个天线中的每一个在MIMO方案下独立地发送相关联的信号。从M个天线发送的信号限定了发送信号向量S，各个信号都是向量分量。

K个中继节点14中的每一个都从源节点12接收信号，对所接收的信号执行预定的信号处理，以生成中继信号，并且将该中继信号发送到目的地节点16。该K个中继节点14具有相同的结构和功能，下面将描述其结构和功能。

目的地节点16从该K个中继节点14接收中继信号，并且检测从源节点12发送的发送信号向量S的内容。

图2是中继节点14-k的框图。中继节点14-k具有多个天线22-1到22-M、接收单元24、信道估计器25、中继信号生成器26和发送单元28。由于源节点12和目的地节点16也可以是中继节点，所以该结构不仅可以应用于中继节点14，而且还可以应用于源节点12和目的地节点16。

在该实施例中，出于简明的目的，假定源节点12、中继节点14-1到14-K以及目的地节点16中的每一个都具有用于发送和接收信号的M个天线。然而，这些节点可以具有不同数量的天线，另外，还可以在信号的发送和接收过程中使用不同数量的天线。

接收单元24对在M个天线22-1到22-M处接收的信号Y_k执行适当的信号处理。这种信号处理包括接收前端处理(例如频率转换和带宽限制)以及对各个天线进行加权。所接收的信号Y_k表示为由与M个天线相对应的M个分量组成的向量。接收单元24还分析所接收信号Y_k的头部，以确定要向其发送信号的目的地节点。如果信号没有通过一跳到达目的地节点，则中继节点14-k将该信号发送到另一中继节点。

信道估计器25估计源节点12和中继节点14-k之间的信道矩阵H_k。通过接收从源节点12发送的各个导频信道，可以获得信道矩阵H_k的矩阵元素。类似地，信道估计器25估计中继节点14-k和目的地节点16之间的信道矩阵G_k。在需要时，信道估计器25还估计信道状态。例如可以通过根据所接收的信号测量SNR或SIR来估计无线信道的状态。在下述实施例中可以使用信道状态的级别。

中继信号生成器26根据所接收的信号Y_k和信道估计结果来生成中继信号X_k。中继信号X_k是由与M个天线相对应的M个分量组成的向量。下面将详细地描述中继信号生成器26。

发送单元28执行信号处理，以通过多个天线将中继信号X_k发送到目的地节点16。该信号处理包括频率转换、带宽限制、功率放大和对各个天线进行加权。

图3是中继信号生成器26的功能框图。中继信号生成器26具有QR分解单元32、加权因子计算单元34、和加权单元36。

当从信道估计器25接收到与信道矩阵H_k和G_k相关的信息时，QR分解单元32将信道矩阵H_k分解为酉矩阵Q_k和三角矩阵R_k的乘积的形式。结果，确定了满足等式(7)的酉矩阵Q_k和三角矩阵R_k。

H_k＝Q_kR_k                            (7)

应当注意，三角矩阵R_k中的第i行的第一到第(i-1)列元素为0(2≤i≤M)，由等式(8)表示如下：

QR分解单元32还将信道矩阵G_k分解为由等式(9)表示的三角矩阵P_k ^H和酉矩阵O_k ^H的乘积的形式，其中上标H表示共扼转置。

G_k＝P_k ^HO_k ^H                                  (9)

应当注意，三角形矩阵P_k中的第i行的第一到第(i-1)列元素为0(2≤i≤M)，由等式(10)表示如下：

由于矩阵P_k是上三角矩阵，所以P_k ^H是下三角矩阵。

根据信道矩阵H_k和G_k以及QR分解式，加权因子计算单元34计算接收信号Y_k的加权因子。下面将结合通信系统的操作来描述加权因子的计算细节。

加权单元36执行预定的矩阵运算，以将接收信号Y_k转换为中继信号X_k。

图4是表示根据本发明一实施例的通信系统的操作的流程图。在该通信系统中，源节点12将由M个信号分量的集合组成的发送信号向量S从M个天线发送到周围的中继节点。位于预定范围内的中继节点从该源节点12接收信号S。可以将该范围称为1跳范围。为了方便说明，假定K个中继节点接收发送信号S并且执行类似的信号处理，以将信号中继到目的地节点。尽管图4中仅示出了第k个中继节点(1≤k≤K)，但其他的中继节点也执行类似的操作。

首先，源节点12和目的地节点16分别发送导频信号L_k和Z_k，在中继节点14-k处接收这些导频信号。在步骤401，中继节点14-k根据导频信号L_k和Z_k执行信道估计，以估计源节点12和中继节点14-k之间的信道矩阵H，以及中继节点14-k和目的地节点16之间的信道矩阵G。

在步骤402，源节点12将表示为由M个分量的集合组成的信号向量S的发送信号从M个天线发送到周围的中继节点。

在步骤404，中继节点14-k从源节点12接收信号。所接收的信号表示为：

Y_k＝H_kS+n_k                                 (11)

其中，H_k是源节点12和第k个中继节点之间的信道矩阵，如上所述，n_k表示噪声分量。

在步骤406，中继节点14-k在QR分解单元32对信道矩阵H_k和G_k执行QR分解(参见图3)。在该步骤中，信道矩阵H_k被分解为酉矩阵Q_k和三角矩阵R_k的乘积的形式(H_k＝Q_kR_k)，而信道矩阵G_k被分解为三角矩阵P_k ^H和酉矩阵O_k ^H的乘积的形式(G_k＝P_k ^HO_k ^H)。

在步骤408，在加权因子计算单元34处根据三角矩阵P_k和R_k计算变换矩阵A_k(图3)。如果i+j不等于M+1(i+j≠M+1)，则在变换矩阵A_k的第i行第j列中的矩阵元素为0。在这种情况下，变换矩阵A_k由等式(12)来表示。

换句话说，当以逆序设置这些行和列(逆对角矩阵)时，变换矩阵A_k是变为对角矩阵的矩阵。如果i+j等于M+1，则矩阵元素 ${\left(A_k\right)}_{i,M-i+1}=a_i^K$ 表示为：

$a_i^k=\frac{{\left({P_k}^H\mathrm{\Π}{R}_k\right)}_{i,M-i+1}^H}{\left|\right|{\left({P_k}^H\mathrm{\Π}{R}_k\right)}_{i,M-i+1}^H\left|\right|}---\left(13\right)$

其中矩阵П表示可交换矩阵，其由等式(14)来表示：

在步骤410中，生成中继信号X_k，该中继信号由等式(15)来表示：

X_k＝E_kO_kA_kQ_k ^HY_k            (15)

系数E_k是由等式(16)限定的标量：

$E_k=\sqrt{\frac{\mathrm{PM}}{P\left[\mathrm{tr}\right\{\left(P_k^H{A}_k{R}_k\right){\left(P_k^H{A}_k{R}_k\right)}^H\left\}\right]+\mathrm{MN}{\mathrm{\σ}}^2}}---\left(16\right)$

其中P表示在源节点12处的总发送功率，而σ²表示噪声电平。

在步骤412，将中继信号X_K发送到目的地节点16。

在步骤414，在目的地节点16处接收来自所有中继节点的信号，这些中继节点对来自源节点12的信号进行中继。将在目的地节点16处接收的信号Y_R表示为：

$\begin{array}{c}{Y}_R=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{G}_k{X}_k+n_R\\ =\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{E}_k{T}_{k}S+n\end{array}---\left(17\right)$

其中n_R和n表示噪声分量。根据等式(7)、(9)和(11)，以下关系成立：

    Q_k ^HY_k＝Q_k ^H(H_kS+n_k)

    ＝Q_k ^H(Q_kR_kS+n_k)

    ＝R_kS+Q_k ^Hn_k

另外，根据上述关系和等式(9)和(16)，下面的关系成立：

G_kX_k＝P_k ^HO_k ^H·E_kO_kA_kQ_k ^HY_k

        ＝E_kP_k ^HA_kQ_k ^HY_k

        ＝E_kP_k ^HA_kR_kS+E_kP_k ^HA_kQ_k ^Hn_k

        ＝E_kT_kS+(噪声分量)

其中，T_k＝P_k ^HA_kR_k。

可以根据等式(8)、(10)和(16)将矩阵T_k表示为等式(18)：

T_k＝P_k ^HA_kR_k

考虑等式(13)，应当理解非零矩阵元素a_i ^k等于p_ii(r_M-i+1 M-i+1)^*/|p_ii(r_M-i+1 M-i+1)^*|，其中星号表示复共轭。因此，Y_kS变为具有由等式(19)表示的第一到第M元素的矩阵。

在步骤416，根据等式(17)和(18)来检测发送信号S。使用连续干扰消除法(用于连续地消除T_k的非对角分量)来执行信号检测。假定以理想的方式来执行连续的消除方法，根据在目的地节点16处的信道估计结果，利用等式(20-1)来计算各个发送流的等效信噪比(λm)。

${\mathrm{\λ}}_m=\frac{P}{M}\frac{{\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\left(E_k{P_k}^H{A}_k{R}_k\right)}_{m,M-m+1}\right)}^2}{{\mathrm{\σ}}_r^2\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{E}_k{\left|\right|{\left({P_k}^H{A}_k\right)}_m\left|\right|}^2+{\mathrm{\σ}}_d^2}---(20-1)$

其中σ_r ²和σ_d ²分别是噪声分量n_k和n_R的方差，而P表示源节点12的总发送功率。根据等式(20-1)，当独立控制流S₁，...，S_M的速率时，通过等式(20-2)来表示源节点12和目的地节点16之间的通信容量C。

$C=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{\log }_2(1+{\mathrm{\λ}}_m)---(20-2)$

可以通过将来自目的地节点的信息反馈给源节点12，将与各个流的速率有关的信息报告给源节点12。还可以独立地控制各个流的功率电平。

如等式(19)所示，消除T_k的非对角分量，并且将从中继节点14获得的信号向量的信号分量S₁到S_M中的每一个乘以一正实数。在目的地节点处组合这些矩阵元素。因为在信号组合中使用的系数不包括虚分量(相位分量)，所以几乎不需要在信号组合过程中消除这些分量，因此，可以最大比率来实现同相信号组合。换句话说，可以相位相干地组合来自各个中继节点14的中继信号。

因为主要根据酉矩阵的变换来计算标量E_k和其他系数，所以与传统技术相比，可以减少噪声增加的不利影响。从减少信号损失的角度来看，这种设置是有利的。因此，可以解决信号质量的下降(这是现有技术中存在的问题)。

(实施例2)

图5是根据本发明第二实施例的在中继节点14中使用的中继信号生成器26的功能框图。中继信号生成器26包括QR分解单元32、加权因子计算单元34、第一加权单元36、信号检测器39和第二加权单元62。在第二实施例中，目的地节点16可以具有图5所示的结构和功能，或者另选地，其可以具有图3所示的结构和功能。

当从信道估计器25接收到与信道矩阵H_k和G_k有关的信息时，QR分解单元32将信道矩阵H_k分解为酉矩阵Q_k和三角矩阵R_k的乘积的形式(H_k＝Q_kR_k)。QR分解单元32还将信道矩阵G_k分解为三角矩阵P_k ^H和酉矩阵O_k ^H的乘积的形式(G_k＝P_k ^HO_k ^H)。

根据信道矩阵H_k和G_k以及与QR分解式相关的信息，加权因子计算单元34对接收信号Y_k计算加权因子。

第一加权单元36将接收信号Y_k与通过加权因子计算单元34估计的加权因子Q_k ^H相乘，以提取接收信号的各个分量。

信号检测器39根据从加权单元36输出的加权接收信号和与三角矩阵有关的信息，来检测从源节点12发送的发送信号S_k＝(S_k1，...，S_kM)。

第二加权单元62将所检测的发送信号S_K与通过加权因子计算单元34计算的加权因子A_kO_k ^H相乘，并且输出中继信号A_kO_k ^HS_k的各个分量。

图6是表示根据本发明第二实施例的通信系统的操作的流程图。

首先，源节点12和目的地节点16分别发送导频信号L_k和Z_k，在中继节点14-k处接收该导频信号。在步骤701，中继节点14-k根据导频信号L_k和Z_k执行信道估计，以估计源节点12和中继节点14-k之间的信道矩阵H，以及中继节点14-k和目的地节点16之间的信道矩阵G。

在步骤702，源节点12将表示为由M个分量的集合组成的信号向量S的发送信号从M个天线发送到周围的中继节点。

在步骤704，中继节点14-k从源节点12接收信号。所接收的信号表示为：

Y_k＝H_kS+n_k

在步骤706，对信道矩阵H_k和G_k执行QR分解。将信道矩阵H_k分解为酉矩阵Q_k和三角矩阵R_k的乘积的形式(H_k＝Q_kR_k)，而将信道矩阵G_k分解为三角矩阵P_k ^H和酉矩阵O_k ^H的乘积的形式(G_k＝P_k ^HO_k ^H)。

在步骤708，通过将接收信号Y_k与酉矩阵Q^H相乘来执行酉变换。将经过酉变换的接收信号Z_k表示为：

Z_k＝Q_k ^HY_k

＝R_kS+Q_k ^Hn_k

由于矩阵R_k是上三角矩阵，所以如果忽略噪声，则下面的关系成立。

Z_k1＝r₁₁S₁+r₁₂S₂+…+r_1MS_M

Z_k2＝r₂₂S₁₂+…+r_2MS_M

…

Z_kM-1＝r_M-1 M-1S_M-1+r_M-1 MS_M

Z_kM＝r_MMS_M

在步骤710，根据经酉变换的接收信号检测发送信号S。首先，关注第M个接收信号分量Z_kM，根据已知的Z_kM和r_MM检测发送信号分量S_M。然后关注第(M-1)个接收信号分量Z_kM-1，根据已知的r_M-1 M-1、r_MM和S_M检测发送信号分量S_M-1。通过类似的方式，来连续检测发送信号分量。

在步骤712，通过将所检测的发送信号S_k与A_kO_k ^H相乘来执行进一步的变换，其中矩阵A_k是如下表示的对角矩阵：

A_k＝diag(P_k ^H)

在步骤714，将变换信号O_k ^HS_k作为中继信号发送给目的地节点16。

在步骤716，在目的地节点16处接收从所有相关中继节点14中继的信号。接收信号Y_R表示为：

$\begin{array}{c}{Y}_R=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{G}_k{A}_k{O_k}^{H}S+n\\ =\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_k\mathrm{diag}\left({P_k}^H\right)S+n\\ =\mathrm{DS}+n\end{array}---\left(21\right)$

其中n表示噪声分量。等式(21)利用了可以将信道矩阵G_k分解为G_k＝P_kO_k形式的事实。因为P_k是三角矩阵，所以K个矩阵P_k的总和(或组合)也为三角矩阵。将组合结果表示为矩阵D(具有元素d_ij)。可以通过在目的地节点16执行QR分解来确定与三角矩阵P_k和酉矩阵O_k有关的信息，或者另选地，可以从各个中继节点14采集这些信息。如果忽略了噪声分量，则将等式(21)展开为以下形式。

Y_R1＝d₁₁S₁+d₁₂S₂+…+d_1MS_M

Y_R2＝d₂₂S₂+…+d_2MS_M

…

Y_RM-1＝d_M-1 M-1S_M-1+d_M-1 MS_M

Y_RM＝d_MMS_M

在步骤718，在中继节点14处检测发送信号S。首先，关注第M个接收信号分量Y_RM，根据已知的Z_RM和d_MM检测发送信号分量S_M。然后，关注第(M-1)个接收信号分量Y_RM-1，根据已知的d_M-1 M-1、d_M-1 M和S_M来检测发送信号分量S_M-1。通过类似的方式，连续检测发送信号分量。

在第二实施例中，目的地节点16不是必须在图6的步骤716中执行酉变换。

(实施例3)

图7A和图7B是表示根据本发明实施例的信号发送的仿真结果的曲线图。水平轴表示功率噪声比(PNR)，而垂直轴表示容量。在图7A中，发送天线的数量和接收天线的数量分别为四个，并且两个中继节点(K＝2)位于源节点和目的地节点之间的一跳通信范围内。理论极限的曲线表示作为PNR函数的容量的理论极限，而现有技术的曲线表示当使用迫零方法对信号进行中继时的容量。通过实施第一实施例的方法来获得实施例1的曲线。在图7B中，发送天线的数量和接收天线的数量分别为四个，并且四个中继节点(K＝4)位于源节点和目的地节点之间的一跳通信范围内。根据图7A和图7B的曲线图，可以理解当发送功率增加时，系统容量增加，并且在实现充足容量方面，实施例1的方法优于传统的方法。

(实施例4)

图8是图2所示的中继信号生成器26的另一示例的功能框图。该接收信号生成器26包括QR分解单元82、迫零(ZF)处理单元83、加权因子计算单元84、和加权单元86。

QR分解单元82从信道估计器25接收与信道矩阵H_k(其是源节点12和第k个中继节点14-k之间的信道矩阵)有关的信息，并将信道矩阵H_k分解为酉矩阵Q_k和三角矩阵R_k的乘积的形式，将其表示为：

H_k＝Q_kR_k                              (41)

应当注意，三角矩阵R_k中的第i行的第一到第(i-1)列元素为O(2≤i≤M)，由等式(42)表示如下：

ZF处理单元83从信道估计器25接收与信道矩阵G_k(其是在第k个中继节点14-k和目的地节点16之间的信道矩阵)有关的信息，并且通过迫零处理来估计信道矩阵G_k的Moore-Penrose逆矩阵F_k。将Moore-Penrose逆矩阵表示为：

F_k＝G_k ^H(G_kG_k ^H)^-1                     (43)

根据与矩阵H_k、G_k和R_k有关的信息，加权因子计算单元84计算要赋予接收信号Y_k的加权因子。

加权单元86执行预定的矩阵运算，以将接收信号Y_k转换为中继信号X_k。

图9是表示根据本发明第四实施例的通信系统的操作的流程图。在该通信系统中，源节点12将由M个信号分量的集合组成的发送信号向量S从M个天线发送到周围的中继节点。距离该源节点12预定范围内的中继节点接收信号S。可以将该范围称为1跳范围。为了方便说明，假定K个中继节点接收发送信号S并且执行类似的信号处理，以将信号中继到目的地节点。尽管图9中仅示出了第k个中继节点(1≤k≤K)，但其他的中继节点也执行类似的操作。

首先，源节点12和目的地节点16分别发送导频信号L_k和Z_k，在中继节点14-k处接收这些导频信号。在步骤901，中继节点14-k根据导频信号L_k和Z_k执行信道估计，以估计源节点12和中继节点14-k之间的信道矩阵H，以及中继节点14-k和目的地节点16之间的信道矩阵G。

在步骤902，源节点12将表示为由M个分量的集合组成的信号向量S的发送信号从M个天线发送到周围的中继节点。

在步骤904，中继节点14-k从源节点12接收信号。将所接收的信号表示为：

Y_k＝H_kS+n_k                           (44)

其中，H_k是源节点12和第k个中继节点之间的信道矩阵，如上所述，n_k表示噪声分量。

在步骤906，在QR分解单元82对信道矩阵H_k执行QR分解(参见图8)。因此，信道矩阵H_k被分解为酉矩阵Q_k和三角矩阵R_k的乘积的形式(H_k＝Q_kR_k)，在该步骤中，还在ZF处理单元83对信道矩阵G_k估计Moore-Penrose逆矩阵F_k。

F_k＝G_k ^H(G_kG_k ^H)^-1                     (45)

在步骤908，根据三角矩阵R_K计算变换矩阵A_K。变换矩阵A_K是由等式(46)和(47)表示的对角矩阵，并且从三角矩阵R_k的对角分量获得非零元素。

$a_m^k=r_{\mathrm{mm}}^{*}---\left(47\right)$

在等式(47)中，r_mm是三角矩阵R_k的对角元素，而星号表示复共轭。在步骤910中，计算中继信号X_k。将该中继信号表示为：

X_k＝E_kF_kA_kQ_k ^HY_k                 (48)

在等式(48)中，E_k是由等式(49)限定的标量。

$E_k=\sqrt{\frac{P}{\frac{P}{M}\mathrm{trace}\left(F_k{A}_k{R}_k{R}_k^H{A}_k^H{F}_k^H\right)+\mathrm{trace}\left(F_k{F}_k^H\right){\mathrm{\σ}}^2}}---\left(49\right)$

其中P表示源节点12处的总发送功率，而σ²表示噪声电平。

在步骤912，将中继信号X_K发送到目的地节点16。

在步骤914，在目的地节点16处接收来自所有相关中继节点14的信号。将接收信号Y_R表示为：

$\begin{array}{c}{Y}_R=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{G}_k{X}_k{+n}_R\\ =\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{G}_k{E}_k{F}_k{A}_k{Q}_k^H(H_{k}S+n_k)+n_R\\ =\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}(E_k{A}_k{R}_{k}S+E_k{A}_k{Q}_k^H)+n_R\end{array}---\left(50\right)$

其中n_R表示噪声分量。

在步骤916，对发送信号S进行检测。由于包含在等式(50)中的矩阵A_k和R_k分别是对角矩阵和三角矩阵，所以这些矩阵的乘积也为三角矩阵。因此，使用连续干扰消除法(用于连续地删除非对角元素)来执行信号检测。

等式(50)中的乘积A_kR_k中的支配元素(dominant element)是对角元素，这些元素取正实数。因此，将从中继节点获得的信号向量的信号分量S₁到S_M中的每一个乘以实数，在目的地节点16处组合所得到的信号分量。因为在信号组合中使用的系数不包括虚分量(相位分量)，所以几乎不需要在信号组合期间消除分量，因此，可以最大比率来实现同相信号组合。在该实施例中，目的地节点16可以同相并且相干地组合来自各个中继节点的中继信号。另外，直接从三角矩阵R_k的矩阵元素导出对角矩阵A_k。因此，对于在中继节点处执行迫零来说，该实施例的算术运算的工作量与传统技术中的基本相同。

(实施例5)

在第五实施例中，与第二实施例中一样，在中继节点处执行信号检测。中继节点14将接收信号Y_k乘以酉矩阵Q^H，以执行酉变换。

将经过酉变换的接收信号Z_k表示为：

Z_k＝Q_k ^HY_k

＝R_kS+Q_k ^Hn_k

由于矩阵R_k是上三角矩阵，所以如果忽略噪声，则下面的关系成立：

Z_k1＝r₁₁S₁+r₁₂S₂+…+r_1MS_M

Z_k2＝r₂₂S₁₂+…r_2MS_M

…

Z_kM-1＝r_M-1 M-1S_M-1+r_M-1 MS_M

Z_kM＝r_MMS_M

根据经过酉变换的接收信号Z_k来检测发送信号S。首先，关注第M个接收信号分量Z_kM，根据已知的Z_kM和r_MM检测发送信号分量S_M。然后，关注第(M-1)个接收信号分量Z_kM-1，根据已知的r_M-1 M-1、r_M-1 M和S_M检测发送信号分量S_M-1。通过类似的方式，连续检测发送信号分量。

在该实施例中，与第二实施例不同，将检测信号S₁，...，S_M原样发送到目的地节点16，而在第二实施例2中使用变换矩阵A_k＝diag(P_k ^H)对检测信号执行进一步的变换。

将在目的地节点16处接收的信号表示为：

$Y_R=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(G_n\right)S+n_R---\left(54\right)$

其中n_R表示噪声分量。将信道矩阵G_k分解为∑G_k＝OP的形式，其中O是酉矩阵，P是三角矩阵。通过使用该关系，可以在等式(55)中重写等式(54)。

$\begin{array}{c}{O}^H{Y}_R=O^H(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{k}S+n_R)\\ =\mathrm{PS}+n\end{array}---\left(55\right)$

因为P是三角矩阵，所以可以使用上述的连续型信号检测方法在目的地节点处检测各个信号分量。

通过该实施例，因为可以忽略图6中所示的步骤712，所以可以在中继节点14处简化信号处理。然而，应当注意，必须在目的地节点处对接收信号执行酉变换(O^HY_R)。

(实施例6)

图10A是根据本发明第六实施例的中继信号生成器的功能框图。该结构可以应用于图2所示的中继信号生成器26。该中继信号生成器包括QR分解单元82、ZF处理单元83、加权因子计算单元84、和加权单元86。这些单元的功能与图8所示的相同；但是，要执行的算术运算不同。

QR分解单元82从信道估计器25接收与信道矩阵G_k(在第k中继节点和目的地节点之间)有关的信息。应该注意，在第四实施例中，将信道矩阵H_k提供给QR分解单元。QR分解单元82执行QR分解，以将信道矩阵G_k分解成酉矩阵O_k和三角矩阵P_k的乘积的形式。

G_k＝P_k ^HO_k ^H

ZF处理单元83从信道估计器25接收与信道矩阵H_k(在第k中继节点和源节点之间)有关的信息。应该注意，在第四实施例中，将信道矩阵G_k提供给ZF处理单元。ZF处理单元83执行迫零处理以生成信道矩阵H_k的Moore-Penrose逆矩阵。

J_k＝(H_k ^HH_k)^-1H_k ^H

加权因子计算单元84根据与矩阵H_k、G_k和P_k有关的信息来估计要赋予接收信号Y_k的加权因子。下面将结合操作来说明加权因子的细节。

加权单元86执行指定的矩阵运算，以将接收信号Y_k转换成中继信号X_k。

图10B是表示根据第六实施例的操作的流程图。如图9所示的操作流程，源节点12和目的地节点16分别发送导频信号L_k和Z_k。在步骤1001，中继节点14-k根据所接收的导频信号L_k和Z_k来执行信道估计，并估计源节点12和中继节点14-k之间的信道矩阵H_k和中继节点14-k和目的地节点之间的信道矩阵G_k。

在步骤1002，源节点12将由M个信号分量的集合组成的发送信号向量S从M个天线发送到周围的中继节点。

在步骤1004，在中继节点(例如，14-k)处接收来自源节点的信号。将所接收的信号表示为

Y_k＝H_kS+n_k

其中，H_k是源节点12和第k中继节点之间的信道矩阵，n_k表示噪声分量。

在步骤1006，对信道矩阵G_k执行QR分解，以将G_k分解为酉矩阵O_k和三角矩阵P_k的乘积的形式(G_k＝P_kO_k)。在该步骤中，ZF处理单元83估计信道矩阵H_k的Moore-Penrose逆矩阵J_k。

J_k＝(H_k ^HH)^-1H_k ^H

在步骤1008，估计变换矩阵B_k。变换矩阵B_k是对角矩阵，其非零元素是根据三角矩阵P_k的对角元素获得的。

在步骤1010，根据X_k＝E_kO_kB_kJ_kY_k估计中继信号X_k，其中，E_k是由等式(49)表示的标量。

在步骤1012，将中继信号X_k发送给目的地节点16。

在步骤1014，在目的地节点16接收来自相关中继节点的所有中继信号。将所接收的信号Y_R表示为

Y_R＝∑E_kP_k ^HB_kS+n_R，

其中n_R是噪声分量。

在步骤1016，检测发送信号S。因为包含在接收信号Y_R中的矩阵B_k是对角矩阵，并且因为P_k是三角矩阵，所以这些矩阵的乘积也是三角矩阵。因此，使用连续干扰消除法(用于连续消除非对角线元素)来执行信号检测。

矩阵P_k和B_k中的支配矩阵元素是对角线元素，并且这些元素是正实数。因此，从中继节点获取的信号向量的信号分量S₁至S_M中的每一个都与实数相乘，在目的地节点16组合所获得的这些信号分量。因为在信号组合中使用的系数不包括虚分量(相位分量)，所以几乎不需要在信号组合期间消除分量，因此可以最大比率地实现同相信号组合。在该实施例中，目的地节点16可以同相并相干地组合来自各个中继节点的中继信号。另外，从三角矩阵R_k的矩阵元素直接导出对角矩阵B_k。因此，对于在中继节点处执行迫零来说，该实施例的算术运算的工作量与传统技术中的基本相同。

(实施例7)

在第七实施例中，以适当的方式对第一、第四和第六实施例中所述的方法进行了修改。可以根据信道状态的质量来选择修改。

例如，中继节点14估计源节点12和中继节点14之间的信道状态SNR_H，以及中继节点14和目的地节点16之间的信道状态SNR_G。

如果SNR_H＞＞SNR_G，则由于源节点12和中继节点14之间的信道状态非常好，所以可以高度精确地估计信道矩阵H和根据信道矩阵H导出的其他矩阵。因此，即使在中继节点14处执行迫零，中继节点的噪声分量的增加也不会很大。在这种情况下，优选地执行第六实施例中所述的方法。

相反，如果SNR_H＜＜SNR_G，则由于在中继节点14和目的地节点16之间的信道条件非常好，所以可以高度精确地估计信道矩阵G和根据信道矩阵G导出的其他矩阵。因此，即使在目的地节点16处执行迫零，在目的地节点处的噪声的增加也不会很大。在这种情况下，优选地选择第四实施例中所述的方法。在除了上述两种情况之外的情况下，可以采用第一实施例的方法。

通过使用酉矩阵和变换矩阵生成中继信号，可以在多跳传输期间防止信号损失和信号衰减。

例如，根据第一酉矩阵、可交换矩阵、和第二酉矩阵的共扼转置矩阵的乘积来计算变换矩阵。通过这种设置，可以在目的地节点处同相地组合来自多个中继节点的多个中继信号。

通过在中继节点处检测发送信号，可以防止在每一跳的噪声累积。在这种情况下，在目的地节点处不需要酉变换，因此，可以减少在目的地节点处的信号处理的工作量。

尽管在这些实施例中，通过QR分解将信道矩阵分解为酉矩阵Q和三角矩阵R，但是本发明并不限于该示例，而是还可以使用能够增加信道容量的其他变换。例如，发明人发现即使R不是完全三角矩阵，即，即使上三角矩阵和下三角矩阵的零分量不全是零，与全部为零的情况相比，仍存在能够增加信道容量的矩阵R。可以独立地或组合地来使用在图11的表格中列出的方法。

该专利申请基于2004年8月31日提交的日本专利申请No.2004-252879、2004年10月20日提交的No.2004-306171，和2005年8月30提交的No.2005-248824，并要求其较早提交日期的优先权，在此通过引用并入其全部内容。

Claims (15)

1、一种用于通过一个或更多个中继节点将发送信号从源节点向目的地节点发送的无线通信系统，

其中所述中继节点中的每一个包括：

QR分解单元，其被构造用来对所述源节点和所述中继节点之间的第一信道矩阵和/或所述中继节点和所述目的地节点之间的第二信道矩阵执行QR分解；

变换矩阵计算单元，其被构造用来根据所述第一和第二信道矩阵中的至少一个的QR来计算一个或更多个变换矩阵；

中继信号生成器，其被构造用来通过将接收信号与由所述变换矩阵中的至少一个组成的规定信号相乘来生成中继信号；以及

发送单元，其被构造用来将所述中继信号发送给所述目的地节点；并且

其中所述目的地节点接收所述中继信号作为接收信号，并且从该接收信号中检测所希望的信号。

2、根据权利要求1所述的无线通信系统，其中所述目的地节点使用连续干扰消除法从所述接收信号中检测所希望的信号。

3、根据权利要求1所述的无线通信系统，还包括：

从所述目的地节点经由所述中继节点到所述源节点的反馈信道；

其中所述目的地节点根据信道估计值来估计包括发送信号的数据速率和功率电平在内的值，并且通过所述反馈信道将这些值反馈给所述源节点。

4、根据权利要求1所述的无线通信系统，其中所述源节点还包括：

信号检测单元，其被构造用来根据从所述源节点接收的信号和表示所述源节点和所述中继节点之间的信道的第一信道矩阵来检测所述发送信号；

其中所述中继信号生成器通过将所述检测信号与所述变换矩阵和根据所述第二信道矩阵导出的酉矩阵中的至少一个相乘来生成所述中继信号。

5、一种通信节点，用于在源节点和目的地节点之间对信号进行中继，其包括：

第一酉矩阵计算单元，其被构造用来根据所述源节点和所述中继节点之间的第一信道矩阵来计算第一酉矩阵；

第二酉矩阵计算单元，其被构造用来根据所述中继节点和所述目的地节点之间的第二信道矩阵来计算第二酉矩阵；

变换矩阵估计单元，其被构造用来根据通过所述第一和/或第二信道矩阵的QR分解导出的三角矩阵来估计变换矩阵；

中继信号生成器，其被构造用来通过将接收信号与所述第一酉矩阵、所述第二酉矩阵和所述变换矩阵中的至少一个相乘来生成中继信号；以及

发送单元，其被构造用来将所述中继信号发送给所述目的地节点。

6、根据权利要求5所述的通信节点，还包括：

信号检测器，其被构造用来根据所述接收信号，使用所述第一酉矩阵来检测从所述源节点发送的发送信号；

其中所述中继信号生成器通过将所检测的发送信号与所述变换矩阵和所述第二酉矩阵中的至少一个相乘来生成所述中继信号。

7、根据权利要求5所述的通信节点，其中：

所述第一酉矩阵计算单元通过将所述第一信道矩阵分解为包含第一三角矩阵的乘积的形式来计算所述第一酉矩阵，并且

所述第二酉矩阵计算单元通过将所述第二信道矩阵分解为包含第二三角矩阵的乘积的形式来计算所述第二酉矩阵。

8、根据权利要求5所述的通信节点，其中如果i+j不是预定值，则所述变换矩阵的第i行第j列中的矩阵元素为0。

9、一种通信节点，用于在源节点和目的地节点之间对信号进行中继，其包括：

第一矩阵计算单元，其被构造用来根据所述目的地节点和所述中继节点之间的第一信道矩阵来计算酉矩阵；

第二矩阵计算单元，其被构造用来根据所述源节点和所述中继节点之间的第二信道矩阵来计算Moore-Penrose逆矩阵；

变换矩阵计算单元，其被构造用来根据从所述第二矩阵的QR分解导出的三角矩阵来计算变换矩阵；

中继信号生成器，其被构造用来通过将接收信号与所述酉矩阵、Moore-Penrose逆矩阵和所述变换矩阵相乘来生成中继信号；以及

发送单元，其被构造用来发送所述中继信号。

10、一种通信节点，用于在源节点和目的地节点之间对信号进行中继，其包括：

第一矩阵计算单元，其被构造用来根据所述源节点和所述中继节点之间的第一信道矩阵来计算酉矩阵；

第二矩阵计算单元，其被构造用来根据所述目的地节点和所述中继节点之间的第二信道矩阵来计算Moore-Penrose逆矩阵；

变换矩阵计算单元，其被构造用来根据从所述第二矩阵的QR分解导出的三角矩阵来计算变换矩阵；

中继信号生成器，其被构造用来通过将接收信号与所述酉矩阵、Moore-Penrose逆矩阵和所述变换矩阵相乘来生成中继信号；以及

发送单元，其被构造用来发送所述中继信号。

11、根据权利要求9或10所述的通信节点，其中所述通信节点将与在所述目的地节点处测量的发送信号的速率和发送功率有关的信息反馈给所述源节点。

12、一种通信方法，用于将从源节点发送的发送信号通过中继节点中继到目的地节点，包括以下步骤：

对所述源节点和所述中继节点之间的第一信道矩阵和/或者所述中继节点和所述目的地节点之间的第二信道矩阵执行QR分解；

根据所述第一和第二信道矩阵中的至少一个的QR分解来计算一个或更多个变换矩阵；

通过将规定信号与所述变换矩阵中的至少一个相乘来生成中继信号；

将所述中继信号从所述中继节点发送给所述目的地节点；以及

在所述目的地节点接收所述中继信号，并且从所接收的信号中检测所希望的信号。

13、一种通信方法，用于将从源节点发送的发送信号通过中继节点中继到目的地节点，包括以下步骤：

根据所述源节点和所述中继节点之间的第一信道矩阵来估计第一酉矩阵；

根据所述中继节点和所述目的地节点之间的第二信道矩阵来估计第二酉矩阵；

根据通过所述第一和/或第二信道矩阵的QR分解导出的三角矩阵来估计变换矩阵；

通过将接收信号与所述第一酉矩阵、所述第二酉矩阵和所述变换矩阵中的至少一个相乘来生成中继信号；

将所述中继信号从所述中继节点发送给所述目的地节点；以及

在所述目的地节点接收所述中继信号，并且从所接收的信号中检测所希望的信号。

14、一种通信方法，用于将从源节点发送的发送信号通过中继节点中继到目的地节点，包括以下步骤：

根据多个无线传输信道的多个信道矩阵来计算酉矩阵和Moore-Penrose逆矩阵；

根据通过所述信道矩阵中的至少一个的QR分解导出的三角矩阵来计算变换矩阵；

通过将接收信号与所述酉矩阵、所述Moore-Penrose逆矩阵和所述变换矩阵相乘来生成中继信号；

将所述中继信号从所述中继节点发送到目的地节点；以及

在所述目的地节点接收所述中继信号，并且从所接收的信号中检测所希望的信号。

15、一种通信节点，用于在源节点和目的地节点之间对信号进行中继，其包括：

中继信号生成器，其被构造用来根据接收信号来生成中继信号；以及

发送单元，其被构造用来将所述中继信号发送给所述目的地节点，

其中所述中继信号生成器自适应地选择第一至第三信号生成模式之一，

在所述第一模式中，所述信号生成器根据所述源节点和所述中继节点之间的第一信道矩阵来计算第一酉矩阵，根据所述目的地节点和所述中继节点之间的第二信道矩阵来计算第二酉矩阵，并根据通过所述第一和/或第二矩阵的QR分解导出的三角矩阵来计算变换矩阵，以通过将所述接收信号与所述第一酉矩阵、所述第二酉矩阵和所述变换矩阵中的至少一个相乘来生成所述中继信号；

在所述第二模式中，所述信号生成器根据所述源节点和所述中继节点之间的第一信道矩阵来计算Moore-Penrose逆矩阵，根据所述目的地节点和所述中继节点之间的第二信道矩阵来计算酉矩阵，并根据通过所述第一和/或第二信道矩阵的QR分解导出的三角矩阵来计算变换矩阵，以通过乘以所述酉矩阵、所述Moore-Penrose逆矩阵和所述变换矩阵来生成所述中继信号；

在所述第三模式中，所述信号生成器根据所述源节点和所述中继节点之间的第一信道矩阵来计算酉矩阵，根据所述目的地节点和所述中继节点之间的第二信道矩阵来计算Moore-Penrose逆矩阵，并根据通过所述第一和/或第二信道矩阵的QR分解导出的三角矩阵来计算变换矩阵，以通过乘以所述酉矩阵、所述Moore-Penrose逆矩阵和所述变换矩阵来生成所述中继信号。

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