CN1983863B - 通信节点、无线通信系统和数据中继方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了通信节点、无线通信系统和数据中继方法，本发明的目的是在使用MIMO方式的多跳方式或中继方式中，可以改善通信容量。本发明的通信节点具有中继信号生成单元，其对于接收信号进行降低来自其他通信节点的干扰信号，使所发送的信号不被其他中继节点作为干扰信号而接收到的处理，由此实现上述目的。

Description

通信节点、无线通信系统和数据中继方法

技术领域

本发明一般地涉及无线通信的技术领域，特别涉及使用多跳（multi-hop）方式和中继方式及多输入多输出（MIMO：MultiInput MultiOutput）方式的通信节点、无线通信系统和数据中继方法。

背景技术

在以往的中继方法中，分时地进行发送接收，以使发送信号和接收信号在中继节点中互不干扰。但是，由于分时，导致通信容量大幅下降，限制了中继系统的通信容量。

参照图1说明以往的中继方法。此处，示出通信容量受到较大限制的原因。

在图1中，定义以下的参数。

s:来自发送节点的发送信号向量

r：接收信号向量

K：可以使用的中继节点数量

H_k：第k发送节点－中继节点间信道（后方信道）1≦k≦K

G_k：第k中继节点－接收节点间信道（前方信道）1≦k≦K

W_k：第k中继节点的权重矩阵1≦k≦K

E_k：第k中继节点的功率限制系数1≦k≦K（限制各个中继节点的最大功率）

n_k：第k中继节点的噪声成分

z：接收节点的噪声成分

E（·）：变量的集合平均值

如图1所示，使用多个发送天线从发送节点（源节点）1发送的信号在各个中继节点2处的接收信号可以用式（1）表示。

y_k＝H_ks+n_k         (1)

在中继节点2中，对该信号乘以功率限制系数E_k和权重矩阵W_k，生成中继发送信号。

X_k＝E_kW_ky_k        (2)

结果，目的地节点3处的接收信号成为式（3）。

$r=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{G}_k{x}_k+z---\left(3\right)$

其中，在中继节点2中同时进行发送和接收时，从某个中继节点发送的信号在其他中继节点中被接收并成为干扰。其结果，中继节点不能正确接收从源节点1发送的信号。

因此，在以往的中继方法中，如图1所示，分开使用用于源节点1发送而中继节点接收的时隙，和用于中继节点发送而目的地节点3接收的时隙。为此，从源节点1发送的信息在到达目的地节点3之前，使用两个时隙。此时的通信容量用下面的式（4）表示。

C_upper＝E_{Hk,Gk}{(1/2)I(s;y₁,…，y_K,r∣X₁,…,X_k)}         （4）

式（4）所示的1/2的项起因于使用两个时隙。因此，限制了总体的通信容量。

非专利文献1：Rohit U.Nabar,et al.,”Capacity Scaling Laws in MIMOWireless networks”,Allerton Conference on Communication,Control,andComputing,Monticello,IL.pp.378-389,Oct.2003

非专利文献2：Hui Shi,et al.,”A Relaying Scheme using QRDecomposion with Phase Control for MIMO Wireless Networks”,IEEEInternational Conference on Communications,Volume4,16-20May2005Page(s):2705-2711

非专利文献3：G.D.Golden,G.J.Foschini,R.A.Valenzuela,andP.W.Wolniansky,“Detection Algorithm and Initial Laboratory Results usingthe V-Blast Space-Time Communication Architecture”,ElectronicLetters,Vol.35,No.1,Jan.7,1999.

但是，上述的背景技术存在以下问题。

如上所述，在以往的中继系统中，分开使用用于源节点1发送中继节点接收用的时隙，和用于中继节点发送目的地节点3接收的时隙。这样，通过分开中继节点发送的时间和中继节点接收的时间，可以避免中继节点的多个天线间的干扰和中继节点之间的干扰。但是，在表示通信容量的式（4）中，如1/2的乘法运算所示，存在通信容量降低的问题。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供在使用MIMO方式的多跳方式或中继方式中可以改善通信容量的中继节点、目的地节点和通信方法。

为了解决上述问题，本发明的通信节点是一种在无线通信系统中被用作各中继节点的通信节点，所述无线通信系统包括多个中继节点、源节点以及目的地节点，利用相同的时隙由某个中继节点从源节点接收信号，并且由其他中继节点向目的地节点发送信号，其特征在于，该通信节点具有：信道估计单元，其估计该通信节点与所述源节点之间的信道信息、该通信节点与其他中继节点之间的信道信息、以及该通信节点与所述目的地节点之间的信道信息；干扰去除矩阵计算单元，其根据该通信节点与所述源节点之间的信道信息以及该通信节点与其他中继节点之间的信道信息，求出用于去除来自其他中继节点的干扰信号的干扰去除矩阵；施加干扰抑制矩阵计算单元，其通过对中继节点间信道进行奇异值分解，求出用于抑制从本中继节点发送的信号在其他中继节点中引起的干扰的施加干扰抑制矩阵；以及加权乘法单元，其对所述接收信号乘以所述干扰去除矩阵和所述施加干扰抑制矩阵。

此外，本发明的通信节点是一种在无线通信系统中被用作各中继节点的通信节点，所述无线通信系统包括多个中继节点、源节点以及目的地节点，利用相同的时隙由某个中继节点从源节点接收信号，并且由其他中继节点向目的地节点发送信号，其特征在于，该通信节点具有：信道估计单元，其估计该通信节点与所述源节点之间的信道信息和该通信节点与其他中继节点之间的信道信息；干扰去除单元，其根据该通信节点与所述源节点之间的信道信息和该通信节点与其他中继节点之间的信道信息，从所述接收信号中去除来自其他中继节点的干扰信号；以及信号检测单元，其从去除了干扰信号的接收信号中检测从源节点发送的信号。

此外，本发明的通信节点是一种在无线通信系统中被用作各中继节点的通信节点，所述无线通信系统包括多个中继节点、源节点以及目的地节点，利用相同的时隙由某个中继节点从源节点接收信号，并且由其他中继节点向目的地节点发送信号，其特征在于，该通信节点是在源节点和目的地节点之间对信号进行中继的多个中继节点中的一个，这多个中继节点被划分为具有两个以上中继节点的第一中继组、和具有两个以上中继节点的第二中继组，该通信节点属于所述第一中继组或所述第二中继组，该通信节点具有：信道估计单元，在该通信节点属于所述第一中继组的情况下，其估计该通信节点与源节点之间的信道信息、以及该通信节点与第二中继组中的中继节点之间的信道信息，在该通信节点属于所述第二中继组的情况下，其估计该通信节点与源节点之间的信道信息、以及该通信节点与第一中继组中的中继节点之间的信道信息；干扰去除单元，其根据通过所述信道估计单元估计出的信道信息，去除来自另一个中继组中的中继节点的干扰信号；以及源信号检测单元，其根据去除了干扰信号后的信号，检测从源节点发送的信号。

通过形成这种结构，可以去除进行发送和接收的中继节点之间的干扰，可以使进行接收的中继节点和进行发送的中继节点共存。因此，与以往的中继方法相比，可以增大通信容量。

此外，本发明的无线通信系统包括多个中继节点、源节点以及目的地节点，利用相同的时隙由某个中继节点从源节点接收信号，并且由其他中继节点向目的地节点发送信号，其特征在于，所述中继节点具有：信道估计单元，其估计所述中继节点与所述源节点之间的信道信息、所述中继节点与其他中继节点之间的信道信息、以及所述中继节点与所述目的地节点之间的信道信息；干扰去除矩阵计算单元，其根据所述中继节点与所述源节点之间的信道信息以及所述中继节点与其他中继节点之间的信道信息，求出用于去除来自其他中继节点的干扰信号的干扰去除矩阵；施加干扰抑制矩阵计算单元，其通过对中继节点间信道进行奇异值分解，求出用于抑制从本中继节点发送的信号在其他中继节点中引起的干扰的施加干扰抑制矩阵；以及加权乘法单元，其对所述接收信号乘以所述干扰去除矩阵和所述施加干扰抑制矩阵。

通过形成这种结构，可以去除进行发送和接收的中继节点间的干扰，可以使进行接收的中继节点和进行发送的中继节点共存。因此，与以往的中继方法相比，可以增大通信容量。

并且，本发明的数据中继方法是一种无线通信系统中的数据中继方法，所述无线通信系统包括多个中继节点、源节点以及目的地节点，利用相同的时隙由某个中继节点从源节点接收信号，并且由其他中继节点向目的地节点发送信号，其特征在于，该数据中继方法包括以下步骤：信道估计步骤，估计所述中继节点与所述源节点之间的信道信息、所述中继节点与其他中继节点之间的信道信息、以及所述中继节点与所述目的地节点之间的信道信息；干扰去除矩阵计算步骤，根据所述中继节点与所述源节点之间的信道信息以及所述中继节点与其他中继节点之间的信道信息，求出用于去除来自其他中继节点的干扰信号的干扰去除矩阵；施加干扰抑制矩阵计算步骤，通过对中继节点间信道进行奇异值分解，求出用于抑制从所述中继节点发出的发送信号在其他中继节点中引起的干扰的施加干扰抑制矩阵；中继信号生成步骤，对接收信号乘以所述干扰去除矩阵和所述施加干扰抑制矩阵，生成中继信号；以及中继信号发送步骤，发送所述中继信号。

如此，可以去除进行发送和接收的中继节点间的干扰，可以使进行接收的中继节点和进行发送的中继节点共存。因此，与以往的中继方法相比，可以增大通信容量。

根据本发明的实施例，可以实现能够在使用MIMO方式的多跳方式或中继方式中改善通信容量的通信节点、无线通信系统和数据中继方法。

附图说明

图1是表示无线通信系统的说明图。

图2是表示本发明的一个实施例的无线通信系统的说明图。

图3是表示本发明的一个实施例的中继节点的方框图。

图4是表示本发明的一个实施例的数据中继方法的流程图。

图5是表示本发明的一个实施例的目的地节点的方框图。

图6是表示本发明的一个实施例的数据中继方法的流程图。

图7是表示本发明的一个实施例的中继节点的方框图。

图8是表示本发明的一个实施例的数据中继方法的流程图。

图9是表示本发明的一个实施例的无线通信系统的说明图。

图10是表示本发明的一个实施例的数据中继方法的流程图。

图11是表示本发明的一个实施例的目的地节点的方框图。

图12是表示本发明的一个实施例的数据中继方法的流程图。

图13是表示本发明的一个实施例的中继节点的方框图。

图14是表示本发明的一个实施例的数据中继方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施例。另外，在用于说明实施例的所有附图中，具有相同功能的部分使用相同标号，并省略重复说明。

在本发明的实施例中，干扰去除是指去除作为干扰而接收到的来自其他通信节点的信号。另外，施加干扰抑制是指抑制从某个中继节点发送的信号作为干扰而给其他中继节点带来的影响。

此外，在本发明的实施例中，通过使用与源节点之间的信道信息（后方信道）和与其他中继节点之间的信道信息（中继节点间信道），求出Moor－Penrose逆矩阵而得到去除来自其他中继节点的信号的矩阵（干扰去除矩阵）。

此外，在本发明的实施例中，通过对中继节点间信道进行奇异值分解而得到抑制从某个中继节点发送的信号作为干扰而给其他中继节点带来的影响的矩阵（施加干扰抑制矩阵）。

此外，在本发明的实施例中，通过对接收信号乘以与中继节点之间的信道信息（前方信道）的Moor－Penrose逆矩阵而实现目的地节点的中继信号检测。

此外，在本发明的实施例中，通过从接收信号中减去所述存储的估计中继信号乘以中继节点间信道和后方信道后的结果而实现目的地节点的干扰去除。

此外，在本发明的实施例中，通过对中继接收信号乘以后方信道与中继节点间信道之积的Moor－Penrose逆矩阵而实现中继节点的干扰去除。

此外，在本发明的实施例中，目的地节点的信号检测例如可以使用逐次型干扰去除法来进行检测（例如，参照非专利文献3）。

在说明本实施例的无线通信系统时，定义以下参数。

[n]：赋予各个变量的时间变量，表示第n个时隙。

s:来自发送节点的发送信号向量

r：接收信号向量

K：可以使用的中继节点数量

H_k：第k发送节点－中继节点间信道（后方信道）1≦k≦K

G_k：第k中继节点－接收节点间信道（前方信道）1≦k≦K

A：中继节点间信道矩阵

W_k：第k中继节点的权重矩阵1≦k≦K

n_k：第k中继节点的噪声成分

z：接收节点的噪声成分

σr²：中继节点的噪声功率（所有中继节点相同）

σd²：接收节点的噪声功率

P：发送功率

E（·）：变量的集合平均值

B_-kM：干扰去除矩阵

C_k：干扰抑制矩阵

L_k：发送给第k中继节点的导频信号

Z_k1：从第k中继节点发送给第l中继节点的导频信号

参照图2说明本实施例的无线通信系统。

本实施例的无线通信系统具有多个通信节点，该多个通信节点被分类为源节点（发送节点）、中继节点和目的地节点（接收节点）。此外，从源节点发送的发送信号经由一个或多个中继节点传送到目标节点。

本实施例的无线通信系统具有源节点100、中继节点（200₁、200₂）和目的地节点300。

在本实施例中，作为一例，说明把中继节点数量K设为2、把源节点100和目的地节点300的天线数量设为M、把中继节点200₁的天线数量N₁设为2M、把中继节点200₂的天线数量N₂设为M时的情况，但中继节点数量K也可以为1或3以上。

如图2所示，在时隙n（Time slotn）中，在中继节点200₁接收从源节点100发送的信号的同时，中继节点200₂向目的地节点300发送信号。

然后，在时隙n＋1（Time slotn＋1）中，在中继节点200₁向目的地节点300发送信号的同时，中继节点200₂接收从源节点100发送的信号。

即，在各个时隙中，多个中继节点中的至少一个以上的中继节点接收来自源节点的发送信号，与接收来自源节点的发送信号的中继节点不同的至少一个以上的中继节点在同一时隙中向目的地节点发送信号。

在中继节点中不进行干扰去除和施加干扰抑制的情况下，在时隙n中，中继节点200₁受到作为干扰信号成分而从中继节点200₂发送的信号的影响。

此外，在时隙n＋1中，中继节点200₂受到作为干扰信号成分而从中继节点200₁发送的信号的影响。

在本实施例的无线通信系统中，中继节点200具有干扰去除功能和施加干扰抑制功能，从而降低干扰的影响。

在本实施例中，说明中继节点200₁具有干扰去除功能和施加干扰抑制功能，中继节点200₂不需要干扰去除和施加干扰抑制功能的结构，但也可以是中继节点200₁不需要干扰去除功能和施加干扰抑制功能，而中继节点200₂具有干扰去除功能和施加干扰抑制功能，还可以是中继节点200₁和中继节点200₂具有干扰去除功能和施加干扰抑制功能。

参照图3说明本实施例的中继节点200的结构。

本实施例的作为在源节点和目的地节点之间对信号进行中继的通信节点的中继节点200具有：干扰去除部202，其被输入从源节点100发送的信号；施加干扰抑制部204，其被输入干扰去除部202的输出信号；加权乘法部206，其被输入施加干扰抑制部204的输出信号，而输出发送信号；以及信道估计部208，其被输入从源节点100发送的信号。信道估计部208的输出信号被输入给干扰去除部202和施加干扰抑制部204。

信道估计部208根据从源节点100发送的信号（中继接收信号），估计与目的地节点300之间的信道信息（前方信道）、与源节点100之间的信道信息（后方信道）、以及与其他中继节点之间的信道信息（中继节点间信道）。并且，信道估计部208把后方信道和中继节点间信道输入给干扰去除部202，把中继节点间信道输入给施加干扰抑制部204。

干扰去除部202使用所输入的后方信道和中继节点间信道，求出去除来自其他节点的信号的矩阵（干扰去除矩阵B_-kM）。干扰去除部202把干扰去除矩阵B_-kM和中继接收信号输入给施加干扰抑制部204。

施加干扰抑制部204使用所输入的中继节点间信道，求出抑制施加干扰、使得从本中继节点发送的信号不被其他中继节点作为干扰信号而接收到的矩阵（施加干扰抑制矩阵C_k）。此外，施加干扰抑制部204把干扰去除矩阵B_-kM、施加干扰抑制矩阵C_k和中继接收信号输入给加权乘法部206。

加权乘法部206对中继接收信号乘以通过干扰去除部202求出的干扰去除矩阵、和通过施加干扰抑制部204求出的施加干扰抑制矩阵。

下面，参照图4说明本实施例的无线通信系统的信号处理。

在本实施例中，生成干扰去除矩阵和施加干扰抑制矩阵的只是中继节点200₁，所以省略说明B_-kM、C_k中的k。

首先，源节点100发送导频信号L₁（步骤S402）。并且，中继节点200₂发送导频信号Z₂₁（步骤S404）。

中继节点200₁的信道估计部210根据从源节点100和中继节点200₂发送的导频信号L₁和Z₂₁，进行信道估计（步骤S406）。

然后，在第n个时隙中，源节点100向中继节点200₁发送信号s[n]（步骤S408）。与此同时，中继节点200₂向目的地节点300发送具有s[n-1]信息的信号X₂[n]（步骤S410）。

中继节点200₁接收从源节点100发送的信号s[n]。并且，中继节点200₁接收从中继节点200₂发送的信号X₂[n]（步骤S412）。因此，在时隙n中，在中继节点200₁中接收到的信号y₁[n]是从源节点100发送的信号和从中继节点200₂发送的信号之和，用下面的式（5）表示。

y₁[n]＝H₁[n]s[n]+n₁[n]+A[n]X₂[n]      (5)其中，n₁[n]表示在中继节点200₁的接收放大器所附加的白噪声成分。

然后，在中继节点200₁的干扰去除部202中，使用后方信道和中继节点间信道，进行干扰去除矩阵B_-kM的计算（步骤S414）。中继节点200₁的干扰去除部202把干扰去除矩阵B_-kM和中继接收信号输入给施加干扰抑制部204。

然后，在中继节点200₁的施加干扰抑制部204中，使用中继节点间信道进行施加干扰抑制矩阵C_k的计算（步骤S416）。施加干扰抑制部204把干扰去除矩阵B_-kM、施加干扰抑制矩阵C_k和中继接收信号输入给加权乘法部206。

然后，在中继节点200₁的加权乘法部206中，通过对中继接收信号乘以所输入的干扰去除矩阵和施加干扰抑制矩阵，而生成中继信号X₁[n＋1]。此外，向目的地节点300发送所生成的中继信号（步骤S418）。与此同时，源节点100向中继节点200₂发送s[n＋1]（步骤S420）。

具体地讲，中继节点200₁的加权乘法部206按照式（6）所示，对接收信号y₁[n]乘以干扰去除矩阵，去除作为干扰从中继节点200₂接收到的信号成分。

$B{\left[n\right]}_{-M}^{+}{y}_1\left[n\right]---\left(6\right)$

其中，B[n]＝（H₁[n]A[n]），矩阵的元素数为2M×2M。此外，式7表示将矩阵B[n]进行Moor-Penrose逆矩阵变换后，把从第M＋1行到第2M行的元素变换为0后的矩阵。

$B{\left[n\right]}_{-M}^{+}---\left(7\right)$

其结果，乘以干扰去除矩阵后的接收信号由下式表示。

$B{\left[n\right]}_{-M}^{+}{y}_1\left[n\right]$

$={\{\left(s\right[n]+{B\left[n\right]}_{-M}^{+}{n}_1[n\left]\right)}^T,0_{1\×M}{\}}^T---\left(8\right)$

其中，T表示转置矩阵。

然后，中继节点200₁的加权乘法部206在生成来自中继节点200₁的发送信号后，为了不作为干扰而给中继节点200₂带来影响，按照式（9）所示，对乘以干扰去除矩阵后的接收信号乘以施加干扰抑制矩阵C[n]。

$C\left[n\right]{B\left[n\right]}_{-M}^{+}{y}_1\left[n\right]---\left(9\right)$

其中，C[n]用式（10）表示。

C[n]＝V[n]^H      (10)

并且，C[n]如式（11）所示，由表示中继节点间信道A[n＋1]的信号部分空间的矩阵定义。此外，C[n]可以通过对中继节点间信道A[n＋1]进行奇异值分解而得到。

$A[n+1]=\left[\tilde{U}\right[n],U[n\left]\right]\left[\begin{array}{cc}\mathrm{\Σ}\left[n\right]& 0\\ 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\tilde{V}\left[n\right]}^H\\ {V\left[n\right]}^H\end{array}\right]---\left(11\right)$

其中，A[n＋1]是中继节点200₁在时隙n＋1中发送信号时的中继节点间信道。但是，在信道的时间变动较小时，可以使用A[n]代替。

如上所述，中继节点200₁的下一时隙中的发送信号X₁[n＋1]用式（12）表示。

$x_1[n+1]=C\left[n\right]{B\left[n\right]}_{-M}^{+}{y}_1\left[n\right]---\left(12\right)$

另一方面，目的地节点300接收由中继节点200₂发送来的具有s[n-1]信息的信号X₂[n]（步骤S422）。该接收信号由式（13）表示。

r[n]＝G₂[n]X₂[n]+z[n]         (13)

目的地节点300根据接收信号检测s[n-1]（步骤S424）。

另一方面，在步骤S420中，从源节点100发送的信号被中继节点200₂接收（步骤S426）。时隙n＋1中的中继节点200₂的接收信号由式（14）表示。

y₂[n+1]＝H₂[n+1]s[n+1]+n₂[n+1]       (14)

其中，H₂[n＋1]是表示源节点100和中继节点200₂之间的后方信道的信道状态的矩阵。在中继节点200₂中，把接收到的信号y₂[n＋1]作为X₂[n＋2]发送（步骤S428）。

另一方面，目的地节点300在步骤S418中接收到从中继节点200₁发送的中继信号X₁[n＋1]（步骤S430）。该接收信号由式（15）表示。

r[n+1]＝G₁[n+1]X₁[n+1]+z[n+1]         (15)

目的地节点300从接收信号检测S[n]（步骤S432）。

然后，目的地节点300在步骤S428中接收从中继节点200₂发送的中继信号（步骤S434）。该接收信号由式（16）表示。

r[n+2]＝G₂[n+2]X₂[n+2]+z[n+2]         (16)

目的地节点300从接收信号检测s[n＋1]（步骤S436）。

如上所述，在时隙n、n＋1中，从源节点100发送的信号中的在目的地节点300处的接收信号分别由式（15）、式（16）表示。

r[n+1]＝G₁[n+1]X₁[n+1]+z[n+1]         (15)

r[n+2]＝G₂[n+2]X₂[n+2]+z[n+2]        (16)

其中，z表示在目的地节点300的接收放大器所附加的噪声成分。在目的地节点300中，根据式（15）和式（16）检测信号s[n]、s[n＋1]。

如上所述，通过使中继节点200₁具有去除（降低）来自中继节点200₂的信号干扰的功能、和施加给中继节点200₂的干扰的施加干扰去除功能，可以同时进行中继节点200₁的接收和中继节点200₂的发送。

并且，由于可以同时进行中继节点200₁的接收和中继节点200₂的发送，所以与中继节点分时进行发送和接收的以往方法相比，可以增大通信容量。

本实施例的具有干扰去除功能和施加干扰抑制功能的中继节点所具有的天线数量，优选尽量多。

例如，在把源节点100和不具有干扰去除功能和施加干扰抑制功能的中继节点的天线数量设为M时，在具有干扰去除功能和施加干扰抑制功能的中继节点实现干扰去除功能和施加干扰抑制功能的基础上进行迫零（zero-forcing）式信号处理的情况下，天线数量需要在（M×不具有干扰去除功能和施加干扰抑制功能的中继节点数量）以上。

下面，说明本发明的第2实施例的无线通信系统。

在本实施例的无线通信系统中，中继节点200直接发送接收到的信号。并且，在本实施例的无线通信系统中，在一部分中继节点进行接收处理的同时，剩余的其他中继节点进行发送处理。

在这种情况下，本实施例的目的地节点300去除在中继节点之间产生的干扰。

本实施例的无线通信系统的结构与参照图2说明的无线通信系统的结构系统相同，所以省略其说明。

参照图5说明本实施例的目的地节点300的结构。

本实施例的作为通过中继节点接收从源节点发送的信号的通信节点的目的地节点300具有：发送信号估计部302，其被输入从中继节点200发送的信号；估计信号保存部304，其被输入发送信号估计部302的输出信号；干扰去除部306，其被输入估计信号保存部304的输出信号；源节点信号检测部308，其被输入来自干扰去除部306的输出信号；以及信道估计部310，其被输入从中继节点200发送的信号。信道估计部310的输出信号被输入发送信号估计部302、干扰去除部306和源节点信号检测部308。

发送信号估计部302使用前方信道估计来自中继节点200的信号，并向估计信号保存部304输入所估计的信号。

估计信号保存部304保存由发送信号估计部302估计的信号。

干扰去除部306使用存储在估计信号保存部304中的信号以及将中继节点间信道和后方信道相乘后的信道信息，去除干扰。例如，干扰去除部306使用在前一时隙中保存在估计信号保存部304中的信号，去除当前时隙的干扰。

源节点信号检测部308检测来自源节点100的信号。

信道估计部310估计将前方信道以及中继节点间信道和后方信道相乘后的信道信息。例如，信道估计部310估计中继节点间信道和中继节点的信道相乘后的信道信息、以及与中继节点之间的信道信息。

下面，参照图6说明本实施例的无线通信系统的信号处理。

在本实施例中，中继节点200调整接收到的信号的功率后，不进行干扰去除和施加干扰抑制等，而发送给目的地节点300。

在时隙n中，源节点100把发送信号s[n]发送给中继节点200₁（步骤S602）。与此同时，中继节点200₂向目的地节点300发送中继信号X₂[n]（步骤S604）。

中继节点200₁接收发送信号s[n]和中继信号X₂[n]（步骤S606）。此时，中继节点200₁的接收信号如式（17）所示。

y₁[n]＝H₁[n]s[n]+n₁[n]+A[n]X₂[n]         (17)

中继节点200₁进行该接收信号的功率调整后，把发送信号X₁[n＋1]＝y₁[n]发送给目的地节点300（步骤S608）。与此同时，源节点100把发送信号s[n＋1]发送给中继节点200₂（步骤S610）。

另一方面，目的地节点300在步骤S604中，接收从中继节点200₂发送的中继信号（步骤S612）。

该接收信号由式（18）表示。

r[n]＝G₂[n]X₂[n]+z[n]         (18)

目的地节点300的发送信号估计部302由接收信号r[n]来检测中继信号X₂[n]，并保存在估计信号保存部304中（步骤S613）。

然后，目的地节点300利用前一时隙中的接收信号，去除中继节点间产生的干扰（步骤S614）。例如，相对于式（18），前一个时隙n中的接收信号由式（19）表示。

$\stackrel{\‾}{r}[n-1]=G_1[n-1]X_1[n-1]+z[n-1]---\left(19\right)$

此处，利用信道信息G₁[n-1]，估计X₁[n-1]。

利用该估计值，可以去除时隙n的接收信号中包含的产生于中继节点间的干扰。具体地讲，从接收信号中去除干扰信号成分X₁[n-1]。

然后，检测来自源节点100的发送信号s[n-1]（步骤S616）。

另一方面，在步骤S608发送的中继信号X₁[n＋1]在时刻n＋1被目的地节点300接收到（步骤S618）。该接收信号由式（20）表示。

r[n+1]＝G₁[n+1]X₁[n+1]+z[n+1]＝G₁[n+1](H₁[n]s[n]+n1[n]+A[n]X₂[n])+z[n+1]      (20)

目的地节点300的发送信号估计部302从接收信号r[n＋1]中检测中继信号X₁[n＋1]，保存在估计信号保存部304中（步骤S619）。

然后，目的地节点300使用前一时隙中的接收信号，去除中继节点间产生的干扰（步骤S620）。例如，相对于式（20），前一个时隙n中的接收信号由式（21）表示。

r[n]＝G₁[n]X₂[n]+z[n]         (21)

此处，利用信道信息G₁[n]，估计X₂[n]。例如在进行迫零式信号检测的情况下，X₂[n]的估计值可以由式（22）表示。

$\widetilde{x_2}\left[n\right]=G_1{\left[n\right]}^{+}r\left[n\right]$

$={G_1\left[n\right]}^{+}{G}_1\left[n\right]x_2\left[n\right]+G_1{\left[n\right]}^{+}z\left[n\right]$

$=x_2\left[n\right]+{G_1\left[n\right]}^{+}z\left[n\right]---\left(22\right)$

利用该估计值，可以去除时隙n＋1的接收信号中包含的产生于中继节点间的干扰。具体地讲，使用式（20）和式（22），如下所述从接收信号中去除干扰信号成分X₂[n]。

$r[n+1]-G_1[n+1]E_1\left[n\right]A\left[n\right]{\tilde{x}}_2\left[n\right]$

$=G_1[n+1]E_1\left[n\right]\left(H_1\right[n\left]s\right[n]+n_1[n\left]\right)+z[n+1]+n_{\mathrm{err}}---\left(23\right)$

根据式（23），检测来自源节点100的发送信号s[n]（步骤S622）。n_err是X₂[n]的真值与估计值之间的误差。

中继节点200₂接收在步骤S610发送的s[n＋1]和在步骤S608中发送的X₁[n＋1]（步骤S624）。此时，中继节点200₂的接收信号如式（24）所示。

y₂[n+1]＝H₂[n+1]s[n+1]+n₂[n+1]+A[n+1]X₁[n+1]     (24)

中继节点200₂在进行该接收信号的功率调整后，把发送信号X₂[n＋2]＝y₂[n＋1]发送给目的地节点300（步骤S626）。

并且，该发送信号X₂[n＋2]也被中继节点200₁接收到。

如上所述，通过在目的地节点300中去除产生于中继节点间的干扰，可以同时进行中继节点200₁的接收和中继节点200₂的发送。

并且，也可以同时进行中继节点200₁的发送和中继节点200₂的接收。

因此，与中继节点200分时进行发送和接收的以往方法相比，可以增大通信容量。

在本实施例的无线通信系统中，与第1实施例不同，对天线数量N和M没有限制。

下面，说明本发明的第3实施例的无线通信系统。

在本实施例的无线通信系统中，通过各个中继节点进行信号检测，来去除中继节点间的干扰。这样，在中继节点中可以发送去除干扰后的信号，而不需要进行施加干扰抑制等。并且，不需要在目的地节点300中去除中继节点间的干扰。

本实施例的无线通信系统的结构与参照图2说明的无线通信系统的结构相同，所以省略其说明。

参照图7说明本实施例的中继节点200的结构。

本实施例的作为在源节点和目的地节点之间对信号进行中继的通信节点的中继节点200具有：被输入接收信号的干扰去除部202；被输入干扰去除部202的输出信号的信号检测部210；被输入信号检测部210的输出信号的加权乘法部206；以及被输入接收信号的信道估计部208。信道估计部208的输出信号被输入给干扰去除部202和信号检测部210。

干扰去除部202使用源节点100和中继节点200之间的信道信息（后方信道）、和与其他中继节点之间的信道信息（中继节点间信道），在接收来自源节点的信号时，去除来自其他节点的信号。并且，干扰去除部202把去除干扰后的接收信号输入给信号检测部210。

信号检测部210使用去除干扰后的信号进行信号判定，由此检测从源节点100发送的信号。例如，信号检测部210使用后方信道的信道信息检测所期望的信号。

加权乘法部206对信号检测部210的输出乘以权重，以生成发送信号。

信道估计部208估计后方信道和中继节点间信道的信道信息。

下面，参照图8说明本实施例的无线通信系统的信号处理。

在上述第1和第2实施例中说明了非再生中继，但在本实施例中说明再生中继。

把各个中继节点200的天线数量设为N（N＝2M）。

首先，源节点100发送导频信号L₁（步骤S802）。中继节点200₂发送导频信号Z₂₁（步骤S804）。

中继节点200₁的信道估计部210根据从源节点100和中继节点200₂发送的导频信号L₁和Z₂₁，进行信道估计（步骤S806）。

然后，中继节点200₁发送导频信号Z₁₂（步骤S807）。另外，中继节点200₁也可以在步骤S806的信道估计之前发送该导频信号Z₁₂。

然后，源节点100发送导频信号L₂（步骤S808）。该导频信号L₂可以是与导频信号L₁相同的信号。

中继节点200₂的信道估计部210根据从源节点100和中继节点200₁发送的导频信号L₂和Z₁₂，进行信道估计（步骤S809）。

然后，与第1实施例相同，在时隙n中，源节点100向中继节点200₁发送信号s[n]（步骤S810）。与此同时，中继节点200₂向目的地节点300发送具有s[n-1]信息的信号X₂[n]（步骤S812）。

中继节点200₁接收从源节点100发送的信号s[n]。并且，中继节点200₁接收从中继节点200₂发送的信号X₂[n]（步骤S814）。因此，在时隙n中，被中继节点200₁接收的信号y₁[n]为从源节点100发送的信号和从中继节点200₂发送的信号之和，由下式（25）表示。

$\stackrel{\‾}{y_1}\left[n\right]=H_1\left[n\right]s\left[n\right]+n_1\left[n\right]+A\left[n\right]X_2\left[n\right]---\left(25\right)$

其中，n₁[n]表示在中继节点200₁的接收放大器中附加的白噪声成分。

然后，在中继节点200₁的干扰去除部202中，使用后方信道和中继节点间信道，去除来自其他节点的信号。干扰去除部202把去除干扰后的中继接收信号输入给信号检测部210（步骤S816）。

然后，在信号检测部210中，通过使用去除干扰后的信号进行信号判定，检测从源节点100发送的信号s[n]（步骤S818）。

然后，在加权乘法部206中，为了生成发送信号，对信号检测部210的输出乘以权重，进行信号X₁[n＋1]的生成。并且，向目的地节点300发送所生成的中继信号（步骤S820）。与此同时，源节点100向中继节点200₂发送s[n＋1]（步骤S822）。

具体地讲，时隙n中来自中继节点200₂的发送信号X₂[n]可以由式（26）表示。

$x_2\left[n\right]=w_2[n-1]\tilde{s}[n-1]---\left(26\right)$

w₂[n]是中继节点200₂的发送权重。另外，式（27）是s[n-1]的判定值。

$\tilde{s}[n-1]---\left(27\right)$

中继节点200₁和200₂的发送权重w₁和w₂可以由式（28）定义。

$\begin{array}{cc}{w}_2\left[i\right]=w_1\left[i\right]=\left[\begin{array}{c}{I}_M\\ I_M\end{array}\right]& i=\mathrm{0,1,2}...---\left(28\right)\end{array}$

通过使用式（26）将式（25）变形，中继节点2001的接收信号可以由式（29）表示。

$y_1\left[n\right]=H_1\left[n\right]s\left[n\right]+n_1\left[n\right]+A\left[n\right]\left(w_2\right[n-1\left]\tilde{s}\right[n-1\left]\right)$

$=\begin{array}{}\end{array}\left(\begin{array}{cc}{H}_1\left[n\right]& A\left[n\right]w_2[n-1]\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}s\left[n\right]\\ \tilde{s}[n-1]\end{array}\right)n_1\left[n\right]---\left(29\right)$

这样，通过对式（26）使用逐次型干扰去除法等，可以检测出s[n]。然后，在中继节点2001中，对所检测出的s[n]乘以权重矩阵w1[n]，生成发送信号X1[n＋1]。其结果，可以得到式（30）。

$x_1[n+1]=w_1\left[n\right]\tilde{s}\left[n\right]---\left(30\right)$

另一方面，目的地节点300接收在步骤S812由中继节点200₂发送的具有s[n-1]信息的信号X₂[n]（步骤S824）。该接收信号由式（31）表示。

r[n]＝G₂[n]X₂[n]+z[n]         (31)

目的地节点300由接收信号检测S[n-1]（步骤S826）。

另一方面，中继节点200₂接收从源节点100发送的信号s[n＋1]。此外，中继节点200₂接收从中继节点200₁发送的信号X₁[n＋1]（步骤S828）。因此，在时隙n＋1中，被中继节点200₂接收的信号y₂[n＋1]为从源节点100发送的信号和从中继节点200₁发送的信号之和，由下式（32）表示。

y₂[n+1]＝H₂[n+1]s[n+1]+n₂[n+1]+A[n+1]X₁[n+1]         (32)

其中，n₂[n＋1]表示在中继节点200₂的接收放大器中附加的白噪声成分。

然后，在中继节点200₂的干扰去除部202中，使用后方信道和中继节点间信道，去除来自其他节点的信号。另外，干扰去除部202把去除干扰后的中继接收信号输入给信号检测部210（步骤S830）。

然后，在信号检测部210中，通过使用去除干扰后的信号进行信号判定，从而检测从源节点100发送的信号s[n＋1]（步骤S832）。

然后，在加权乘法部206中，为了生成发送信号，对信号检测部210的输出乘以权重，从而生成信号X₂[n＋2]。并且，向目的地节点300发送所生成的中继信号（步骤S834）。与此同时，源节点100向中继节点200₂发送s[n＋2]。

另一方面，目的地节点300接收从中继节点200₁发送的中继信号X₁[n＋1]（步骤S836）。该接收信号由式（33）表示。

r[n+1]＝G₁[n+1]X₁[n+1]+z[n+1]       (33)

目的地节点300从接收信号中检测S[n]（步骤S838）。

然后，目的地节点300接收从中继节点200₂发送的中继信号（步骤S840）。以后，进行相同的处理。

在本实施例中，优选具有干扰去除功能的中继节点的天线数量尽量多。作为一例，在把源节点和目的地节点的天线数量设为M时，在中继节点实现干扰去除功能的基础上使用迫零式信号处理的情况下，天线数量需要是源节点的2倍以上。

下面，说明本发明的第4实施例的无线通信系统。

在本实施例的无线通信系统中，中继节点被划分为两个中继组1、2，各个组具有两个以上的中继节点。各个中继节点将所接收的信号直接发送或进行放大后发送。此外，在本实施例的无线通信系统中，在一方的中继组进行接收处理的同时，另一方的中继组进行发送处理。

在说明本实施例的无线通信系统时，定义以下参数。

[n]：赋予各个变量的时间变量，表示第n个时隙。

s:来自发送节点的发送信号向量

r：接收信号向量

K：在中继组1中可以使用的中继节点数量

L：在中继组2中可以使用的中继节点数量

H_ij：源节点和第i中继组的第j中继节点之间的信道（后方信道），1≦i≦2，i＝1时1≦j≦K，i＝2时1≦j≦L

G_ij：目的地节点和第i中继组的第j中继节点之间的信道（前方信道），1≦i≦2，i＝1时1≦j≦K，i＝2时1≦j≦L

A_ij：中继组1的第i中继节点和中继组2的第j中继节点之间的信道矩阵

n_ij：第i中继组的第j中继节点的噪声成分

z：目的地节点的噪声成分

σr²：中继节点的噪声功率（所有中继节点相同）

σd²：目的地节点的噪声功率

P：发送功率

E（·）：变量的集合平均值

参照图9说明本实施例的无线通信系统。

本实施例的无线通信系统具有多个通信节点，该多个通信节点被分类为源节点（发送节点）100、中继节点和目的地节点（接收节点）300。此外，从源节点100发送的发送信号经由一个或多个中继节点而传送到目的地节点300。

本实施例的无线通信系统具有源节点100、包括多个中继节点（两个以上）的中继组1、包括多个中继节点（两个以上）的中继组2和目的地节点300。

在本实施例中，作为一例，说明把中继组1和2的中继节点数量设为2、把源节点的天线数量设为M、把中继节点的天线数量设为N、把目的地节点的天线数量设为2×N时的情况，但各个中继组的中继节点数量K、L也可以是两个以上。

该情况时，目的地节点300的天线数量需要是MAX（K、L）×N。其中，MAX（K、L）是返回K、L中较大一方的值的函数。两个中继组的中继节点数量也可以不同。

如图9所示，在时隙n（Time slot n）中，在属于中继组1的中继节点11、12接收从源节点100发送的信号的同时，属于中继组2的中继节点21、22向目的地节点300发送信号。

然后，在时隙n＋1（Time slot n＋1）中，在属于中继组1的中继节点11、12向目的地节点300发送信号的同时，属于中继组2的中继节点21、22接收从源节点100发送的信号。

即，在各个时隙中，属于一方中继组的多个中继节点中的至少两个以上的中继节点接收来自源节点100的发送信号，属于另一方中继组的至少两个以上的中继节点在同一时隙中向目的地节点300发送信号。

在时隙n中，属于中继组1的中继节点11、12受到作为干扰信号成分而从属于中继组2的中继节点21、22发送的信号的影响。

此外，在时隙n＋1中，属于中继组2的中继节点21、22受到作为干扰信号成分而从属于中继组1的中继节点11、12发送的信号的影响。

本实施例的目的地节点300的结构与参照图5说明的目的地节点相同，具有：发送信号估计部302，其被输入从属于中继组1的中继节点（11、12）、或从属于中继组2的中继节点（21、22）发送的信号；估计信号保存部304，其被输入发送信号估计部302的输出信号；干扰去除部306，其被输入估计信号保存部304的输出信号；源节点信号检测部308，其被输入来自干扰去除部306的输出信号；以及信道估计部310，其被输入从中继节点发送的信号。信道估计部310的输出信号被输入给发送信号估计部302、干扰去除部306和源节点信号检测部308。

发送信号估计部302使用目的地节点300和各个中继节点之间的前方信道来估计来自各个中继节点（11、12、21、22）的发送信号，把所估计的发送信号输入给估计信号保存部304。

估计信号保存部304保存由发送信号估计部302估计的信号。

干扰去除部306利用按照每个中继节点存储在估计信号保存部304中的信号，以及各个中继节点和另一方中继组的各个中继节点之间的信道与该中继节点和目的地节点之间的信道之积，从接收信号中减去存储在各个中继节点的估计信号保存部304中的信号乘以复合信道后的信号之和（估计值），从而实现干扰去除。

源节点信号检测部308使用通过干扰去除部306从接收信号中去除了干扰后的信号，检测来自源节点100的信号。

信道估计部310估计各个中继节点的前方信道、各个中继节点和另一方中继组的各个中继节点之间的信道、另一方中继组的各个中继节点与目的地节点之间的信道之积。例如，作为关于中继节点11的复合信道信息的估计，估计中继节点11和中继节点21之间的信道、中继节点21和目的地节点之间的前方信道之积，以及中继节点11和中继节点22之间的信道与中继节点22和目的地节点之间的前方信道之积。

下面，参照图10说明本实施例的无线通信系统的信号处理。

在本实施例中，中继节点11、12、21、22在调整接收到的信号的功率之后，发送给目的地节点。

在时隙n中，源节点把发送信号s[n]发送给属于中继组1的中继节点11、12。与此同时，属于中继组2的中继节点21、22向目的地节点发送中继信号X₂₁[n]、X₂₂[n]。

此时，属于中继组1的中继节点11、12均接收到发送信号s[n]和来自中继组2的中继信号X₂₁[n]、X₂₂[n]。此时，中继节点11的接收信号如式（34）所示。

$y_{11}\left[n\right]=H_{11}s\left[n\right]+n_{11}+\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{l1}\left[n\right]x_{2l}\left[n\right]---\left(34\right)$

此外，中继节点12的接收信号如式（35）所示。

$y_{12}\left[n\right]=H_{12}s\left[n\right]+n_{12}+\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{l1}\left[n\right]x_{2l}\left[n\right]---\left(35\right)$

以下，中继节点11和12进行相同的操作，所以下面只叙述中继节点11的处理过程。

中继节点11为了调整功率，对接收信号乘以E₁₁[n＋1]后，在时隙n＋1中发送给目的地节点300。此时，发送信号为X₁₁[n＋1]＝E₁₁[n＋1]y₁₁[n]。与此同时，源节点100在时隙n＋1中把发送信号s[n＋1]发送给中继节点21、22。

另一方面，目的地节点在时隙n、n＋1、n＋2中的接收信号由下式（36）、式（37）、式（38）表示。

$r\left[n\right]=\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{2l}\left[n\right]x_{2l}\left[n\right]+z---\left(36\right)$

$r[n+1]=\underset{k=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{1k}[n+1]x_{1k}[n+1]+z---\left(37\right)$

$r[n+2]=\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{2l}[n+2]x_{2l}[n+2]+z---\left(38\right)$

然后，目的地节点的发送信号估计部302根据接收信号r[n]估计中继信号X₂₁[n]、X₂₂[n]，保存在估计信号保存部304中。作为一例，中继信号X₂₁[n]、X₂₂[n]的估计如式（39）所示，可以利用中继组2的前方信道的Moore-Penrose逆矩阵来进行估计。

$\left(\begin{array}{c}{\tilde{x}}_{21}\left[n\right]\\ {\tilde{x}}_{22}\left[n\right]\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{G}_{21}^{+}\left[n\right]\\ G_{22}^{+}\left[n\right]\end{array}\right)r\left[n\right]---\left(39\right)$

然后，目的地节点300利用前一时隙中来自中继节点的接收信号，去除产生于中继节点之间的干扰。例如，相对于式（37），使用从式（39）估计出的X₂₁[n]、X₂₂[n]，可以去除时隙n＋1的接收信号中包含的产生于中继节点之间的干扰。

具体地讲，按照下面所示，从接收信号中去除干扰信号成分X₂₁[n]、X₂₂[n]。

$r[n+1]-\underset{k=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{1k}{E}_{1k}\left[n\right]\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{2l}[n-1]A_{l1}[n-1]H_{2l}s[n-1]$

$=\underset{k=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{1k}{E}_{1k}\left[n\right]\left(H_{1k}s\right[n]+n_{1k}+\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{l1}[n\left]x_{2l}\right[n\left]\right)+z-\underset{k=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{1k}{E}_{1k}\left[n\right]\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{l1}\left[n\right]{\tilde{x}}_{2l}\left[n\right]---\left(40\right)$

通过进行式（40）所示的处理，可以去除与X₂₁[n]、X₂₂[n]相关的信号成分，因此去除了干扰。然后，使用去除干扰后的信号，检测来自源节点100的发送信号s[n]。

下面，说明本发明的第5实施例的无线通信系统。

在本实施例的无线通信系统中，中继节点被划分为两个中继组1、2，各个组具有两个以上的中继节点。各个中继节点将所接收的信号直接发送或放大后发送。此外，在本实施例的无线通信系统中，在一方的中继组进行接收处理的同时，另一方的中继组进行发送处理。

在说明本实施例的无线通信系统时，定义以下参数。

[n]：赋予各个变量的时间变量，表示第n个时隙。

s:来自发送节点的发送信号向量

r：接收信号向量

K：在中继组1中可以使用的中继节点数量

L：在中继组2中可以使用的中继节点数量

H_ij：源节点和第i中继组的第j中继节点之间的信道（后方信道），1≦i≦2，i＝1时1≦j≦K，i＝2时1≦j≦L

G_ij：目的地节点和第i中继组的第j中继节点之间的信道（前方信道），1≦i≦2，i＝1时1≦j≦K，i＝2时1≦j≦L

A_ij：中继组1的第i中继节点和中继组2的第j中继节点之间的信道矩阵

n_ij：第i中继组的第j中继节点的噪声成分

z：目的地节点的噪声成分

σr²：中继节点的噪声功率（所有中继节点相同）

σd²：目的地节点的噪声功率

P：发送功率

E（·）：变量的集合平均值

参照图9说明本实施例的无线通信系统。

本实施例的无线通信系统具有多个通信节点，该多个通信节点被分类为源节点（发送节点）100、中继节点和目的地节点（接收节点）300。此外，从源节点100发送的发送信号经由一个或多个中继节点传送到目的地节点300。

本实施例的无线通信系统具有源节点100、包括多个中继节点（两个以上）的中继组1、包括多个中继节点（两个以上）的中继组2、和目的地节点300。

在本实施例中，作为一例，说明把中继组1和2的中继节点数量设为2、把源节点100和目的地节点300的天线数量设为M、把中继节点的天线数量设为N时的情况，但各个中继组的中继节点数量K、L也可以是两个以上。

如图9所示，在时隙n（Time slot n）中，在属于中继组1的中继节点11、12接收从源节点100发送的信号的同时，属于中继组2的中继节点21、22向目的地节点300发送信号。

然后，在时隙n＋1（Time slot n＋1）中，在属于中继组1的中继节点11、12向目的地节点300发送信号的同时，属于中继组2的中继节点21、22接收从源节点100发送的信号。

即，在各个时隙中，属于一方中继组的多个中继节点中的至少两个以上的中继节点接收来自源节点100的发送信号，属于另一方中继组的至少两个以上的中继节点在同一时隙中向目的地节点300发送信号。

在时隙n中，属于中继组1的中继节点11、12受到作为干扰信号成分而从属于中继组2的中继节点21、22发送的信号的影响。

此外，在时隙n＋1中，属于中继组2的中继节点21、22受到作为干扰信号成分而从属于中继组1的中继节点11、12发送的信号的影响。

图11表示本实施例的目的地节点的结构。该目的地节点具有：信道估计部318，其被输入从中继节点发送的信号；源节点信号检测部312，其被输入信道估计部318的输出和从中继节点发送的信号；估计信号保存部314，其被输入源节点信号检测部312的输出信号；以及干扰去除部316，其被输入估计信号保存部314的输出和信道估计部318的输出。干扰去除部316的输出信号被输入给源节点信号检测部312。

源节点信号检测部312使用利用各个中继节点的前方信道从各个中继节点（11、12、21、22）发送的信号，检测从源节点100发送的信号，把检测到的信号输入给估计信号保存部314。

估计信号保存部314保存由源节点信号检测部312估计的信号。

干扰去除部316使用由源节点信号检测部312估计的估计源节点发送信号、以及将中继节点间信道和前方信道相乘后的信道信息，估计作为干扰的信号，输入到源节点信号检测部312。干扰去除部316从接收信号中除去作为干扰的所有中继信号之和（估计值），从而实现干扰去除。

源节点信号检测部312使用去除干扰后的信号，检测来自源节点的信号。

信道估计部318估计中继组1具有的所有中继节点和中继组2具有的各个中继节点之间的信道、和与中继组2具有的各个中继节点之间的信道之积，以及源节点100和中继组2具有的所有中继节点之间的信道、中继组2具有的所有中继节点和中继组1具有的各个中继节点之间的信道、和与中继组1具有的各个中继节点之间的信道之积，以及源节点100和各个中继节点之间的信道、和与各个中继节点之间的信道之积，以及源节点100和各个中继节点之间的信道、与各个中继节点和目的地节点之间的信道之积。

例如，作为关于中继节点11的信道信息的估计，估计中继节点11和中继节点21之间的信道与中继节点11和中继节点22之间的信道之和与中继节点11和目的地节点之间的前方信道之积，以及中继节点11和源节点之间的信道与中继节点11和目的地节点之间的前方信道之积。

下面，参照图12说明本实施例的无线通信系统的信号处理。

在本实施例中，中继节点11、12、21、22在调整接收到的信号的功率后，发送给目的地节点300。

在时隙n中，源节点100把发送信号s[n]发送给属于中继组1的中继节点11、12。与此同时，属于中继组2的中继节点21、22向目的地节点300发送中继信号X₂₁[n]、X₂₂[n]。

此时，属于中继组1的中继节点11、12均接收到发送信号s[n]和来自中继组2的中继信号X₂₁[n]、X₂₂[n]。此时，中继节点11的接收信号如式（41）所示。

$y_{11}\left[n\right]=H_{11}s\left[n\right]+n_{11}+\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{l1}\left[n\right]x_{2l}\left[n\right]---\left(41\right)$

此外，中继节点12的接收信号如式（42）所示。

$y_{12}\left[n\right]=H_{12}s\left[n\right]+n_{12}+\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{l1}\left[n\right]x_{2l}\left[n\right]---\left(42\right)$

以下，中继节点11和12进行相同的操作，所以下面只叙述中继节点11的处理过程。

中继节点11为了调整功率，对接收信号乘以E₁₁[n＋1]后，在时隙n＋1中发送给目的地节点。此时，发送信号为X₁₁[n＋1]＝E₁₁[n＋1]y₁₁[n]。与此同时，源节点100在时隙n＋1中把发送信号s[n＋1]发送给中继节点21、22。

另一方面，目的地节点300在时隙n、n＋1、n＋2中的接收信号由下式（43）、式（44）、式（45）表示。

$r\left[n\right]=\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{2l}\left[n\right]x_{2l}\left[n\right]+z---\left(43\right)$

$r[n+1]=\underset{k=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{1k}[n+1]x_{1k}[n+1]+z---\left(44\right)$

$r[n+2]=\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{2l}[n+2]x_{2l}[n+2]+z---\left(45\right)$

然后，目的地节点300利用所保存的前一时隙的估计源节点发送信号，去除产生于中继节点之间的干扰。

例如，对式（44），使用根据式（43）估计的s[n-1]，可以去除在时隙n＋1的接收信号中包含的产生于中继节点之间的干扰。具体地讲，按

照下面所示，从接收信号中去除干扰信号成分。

$r[n+1]-\underset{k=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{1k}{E}_{1k}\left[n\right]\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{2l}[n-1]A_{l1}[n-1]H_{2l}s[n-1]$

$=\underset{k=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{1k}{E}_{1k}\left[n\right]\left(H_{1k}s\right[n]+n_{1k}+\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{l1}[n\left]x_{2l}\right[n\left]\right)+z-\underset{k=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{1k}\left[n\right]\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{2l}[n-1]A_{l1}[n-1]H_{2l}s[n-1]$

$=\underset{k=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{1k}{E}_{1k}\left[n\right]\left(H_{1k}s\right[n]+n_{1k}+\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{l1}[n\left]n_{2l}\right)---\left(46\right)$

通过进行式（46）所示的处理，去除了干扰信号成分。然后，检测来自源节点的发送信号s[n]。该结果可以在检测信号s[n＋1]时使用。

下面，说明本发明的第6实施例的无线通信系统。

在本实施例的无线通信系统中，中继节点被划分为两个中继组1、2，各个组具有两个以上的中继节点。各个中继节点将接收到的信号直接发送或放大后发送。并且，在本实施例的无线通信系统中，在一方的中继组进行接收处理的同时，另一方的中继组进行发送处理。

在说明本实施例的无线通信系统时，定义以下参数。

[n]：赋予各个变量的时间变量，表示第n个时隙。

s:来自发送节点的发送信号向量

r：接收信号向量

K：在中继组1中可以使用的中继节点数量

L：在中继组2中可以使用的中继节点数量

H_ij：源节点和第i中继组的第j中继节点之间的信道（后方信道），1≦i≦2，i＝1时1≦j≦K，i＝2时1≦j≦L

G_ij：目的地节点和第i中继组的第j中继节点之间的信道（前方信道），1≦i≦2，i＝1时1≦j≦K，i＝2时1≦j≦L

A_ij：中继组1的第i中继节点和中继组2的第j中继节点之间的信道矩阵

n_ij：第i中继组的第j中继节点的噪声成分

z：目的地节点的噪声成分

σr²：中继节点的噪声功率（所有中继节点相同）

σd²：目的地节点的噪声功率

P：发送功率

E（·）：变量的集合平均值

参照图9说明本实施例的无线通信系统。

本实施例的无线通信系统具有多个通信节点，该多个通信节点被分类为源节点（发送节点）100、中继节点和目的地节点（接收节点）300。此外，从源节点100发送的发送信号经由一个或多个中继节点传送到目的地节点300。

本实施例的无线通信系统具有源节点100、包括多个中继节点（两个以上）的中继组1、包括多个中继节点（两个以上）的中继组2和目的地节点300。

在本实施例中，作为一例，说明把中继组1和2的中继节点数量设为2、把源节点100和目的地节点300的天线数量设为M、把中继节点的天线数量设为N时的情况，其中，N为M的2倍以上，但各个中继组的中继节点数量K、L也可以是2以上。

如图9所示，在时隙n（Time slot n）中，在属于中继组1的中继节点11、12接收从源节点100发送的信号的同时，属于中继组2的中继节点21、22向目的地节点300发送信号。

然后，在时隙n＋1（Time slot n＋1）中，在属于中继组1的中继节点11、12向目的地节点300发送信号的同时，属于中继组2的中继节点21、22接收从源节点100发送的信号。

即，在各个时隙中，属于一方中继组的多个中继节点中的至少两个以上的中继节点接收来自源节点100的发送信号，属于另一方中继组的至少两个以上的中继节点在同一时隙中向目的地节点300发送信号。

在时隙n中，属于中继组1的中继节点11、12到受作为干扰信号成分而从属于中继组2的中继节点21、22发送的信号的影响。

并且，在时隙n＋1中，属于中继组2的中继节点21、22受到作为干扰信号成分而从属于中继组1的中继节点11、12发送的信号的影响。

图13表示本发明的中继节点的结构。中继节点由以下部分构成：信道估计部218，其估计源节点100和中继节点之间的信道、中继组的不同中继节点之间的信道；干扰去除部210，其使用所估计的信道，对来自源节点100的信号进行干扰去除；源节点信号检测部（源信号检测部）212，其被输入干扰去除部210的输出信号，并检测源节点信号；发送功率控制部214，其被输入源节点信号检测部212的输出信号；以及权重计算部216，其被输入信道估计部218的输出信号。权重计算部216的输出信号被输入到干扰去除部、源节点信号检测部212和发送功率控制部214。

作为一例，说明多个中继节点被划分为具有两个以上中继节点的中继组1、和具有两个以上中继节点的中继组2的情况。该情况时，中继节点属于中继组1或中继组2。

信道估计部218在本中继节点属于中继组1的情况下，估计与源节点之间的信道信息、和与中继组2具有的所有中继节点之间的信道信息，在本中继节点属于中继组1的情况下，估计与源节点之间的信道信息、和与中继组1具有的所有中继节点之间的信道信息。

干扰去除部210根据通过信道估计部218估计的信道信息，去除来自其他中继节点的干扰信号。

源节点信号检测部212根据已去除干扰信号后的信号，检测从源节点发送的信号。

下面，参照图14说明本实施例的无线通信系统的信号处理。

在本实施例中，中继节点11、12、21、22从接收到的信号中，将源节点发送信号复原，把复原后的信号发送给目的地节点。

在时隙n中，源节点100把发送信号s[n]发送给中继节点11、12。与此同时，中继节点21、22向目的地节点300发送功率调整后的中继信号X₂₁[n]、X₂₂[n]。此处，按照式（47）、式（48）所示，中继节点进行发送。

X₂₁[n]＝E₂₁[n](s[n-1]，s[n-1])^H     (47)

X₂₂[n]＝E₂₂[n](s[n-1]，s[n-1])^H     (48)

即，对于在中继节点中保存的前一个时隙的估计源节点发送信号s[n-1]，天线数量N为源节点100具有的天线数量M的2倍以上的中继节点复制以天线数量M发送的估计源节点发送信号s[n-1]，使用天线数量N进行发送。

中继节点11、12均接收到发送信号s[n]和中继组2的中继信号X₂₁[n]、X₂₂[n]。此时，中继节点11的接收信号如式（49）所示。

$y_{11}\left[n\right]=H_{11}s\left[n\right]+n_{11}+\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{l1}\left[n\right]x_{2l}\left[n\right]---\left(49\right)$

中继节点12的接收信号如式（50）所示。

$y_{12}\left[n\right]=H_{12}s\left[n\right]+n_{12}+\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{l1}\left[n\right]x_{2l}\left[n\right]---\left(50\right)$

以后，中继节点11、12进行相同的操作，所以在本实施例中只叙述中继节点11的处理过程。

中继节点11在调整该接收信号的功率后，把发送信号X₁₁[n＋1]＝E₁₁[n＋1]（s[n]，s[n]）^H发送给目的地节点300。与此同时，源节点100把发送信号s[n＋1]发送给中继节点21、22。

根据式（47）、式（48），式（49）可以表示如下。

$y_{11}\left[n\right]=H_{11}s\left[n\right]+n_{11}+\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{l1}\left[n\right]E_{2l}\left(\begin{array}{c}s[n-1]\\ s[n-1]\end{array}\right)---\left(51\right)$

$=H_{11}s\left[n\right]+n_{11}+B_{l1}\left[n\right]E_{2l}s[n-1]$

其中，B₁₁表示N×M的信道矩阵，第i（1≦i≦M）列表示A₁₂（N×N）的第i列和第i＋M列之和。

然后，对B₁₁[n]进行奇异值分解（SVD），成为以下的形式。

$B_{11}\left[n\right]=\left(\tilde{U}\right[n],U[n\left]\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Σ}\left[n\right]\\ 0\end{array}\right){\tilde{V}}^H\left[n\right]---\left(52\right)$

${\tilde{U}\left[n\right]}^H---\left(53\right)$

通过对接收信号（51）乘以式（53），可以消除干扰成分。

另一方面，时隙n中的目的地节点300的接收信号由式（54）表示。

$r\left[n\right]=\underset{l=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{2l}\left[n\right]s[n-1]+z---\left(54\right)$

在目的地节点300中使用由式（54）表示的接收信号，检测来自源节点100的发送信号s[n-1]。

本发明的通信节点、无线通信系统和数据中继方法可以应用于无线通信系统。

Claims (6)

1.一种在无线通信系统中被用作各中继节点的通信节点，所述无线通信系统包括多个中继节点、源节点以及目的地节点，利用相同的时隙由某个中继节点从源节点接收信号，并且由其他中继节点向目的地节点发送信号，其特征在于，该通信节点具有：

信道估计单元，其估计该通信节点与所述源节点之间的信道信息、该通信节点与其他中继节点之间的信道信息、以及该通信节点与所述目的地节点之间的信道信息；

干扰去除矩阵计算单元，其根据该通信节点与所述源节点之间的信道信息以及该通信节点与其他中继节点之间的信道信息，求出用于去除来自其他中继节点的干扰信号的干扰去除矩阵；

施加干扰抑制矩阵计算单元，其通过对中继节点间信道进行奇异值分解，求出用于抑制从本中继节点发送的信号在其他中继节点中引起的干扰的施加干扰抑制矩阵；以及

加权乘法单元，其对所述接收信号乘以所述干扰去除矩阵和所述施加干扰抑制矩阵。

2.一种在无线通信系统中被用作各中继节点的通信节点，所述无线通信系统包括多个中继节点、源节点以及目的地节点，利用相同的时隙由某个中继节点从源节点接收信号，并且由其他中继节点向目的地节点发送信号，其特征在于，该通信节点具有：

信道估计单元，其估计该通信节点与所述源节点之间的信道信息和该通信节点与其他中继节点之间的信道信息；

干扰去除单元，其根据该通信节点与所述源节点之间的信道信息和该通信节点与其他中继节点之间的信道信息，从所述接收信号中去除来自其他中继节点的干扰信号；以及

信号检测单元，其从去除了干扰信号的接收信号中检测从源节点发送的信号。

3.根据权利要求2所述的通信节点，其特征在于，所述通信节点还具有加权乘法单元，该加权乘法单元对检测出的从源节点发送的信号乘以权重。

4.一种在无线通信系统中被用作各中继节点的通信节点，所述无线通信系统包括多个中继节点、源节点以及目的地节点，利用相同的时隙由某个中继节点从源节点接收信号，并且由其他中继节点向目的地节点发送信号，其特征在于，

该通信节点是在源节点和目的地节点之间对信号进行中继的多个中继节点中的一个，这多个中继节点被划分为具有两个以上中继节点的第一中继组、和具有两个以上中继节点的第二中继组，该通信节点属于所述第一中继组或所述第二中继组，

该通信节点具有：

信道估计单元，在该通信节点属于所述第一中继组的情况下，其估计该通信节点与源节点之间的信道信息、以及该通信节点与第二中继组中的中继节点之间的信道信息，在该通信节点属于所述第二中继组的情况下，其估计该通信节点与源节点之间的信道信息、以及该通信节点与第一中继组中的中继节点之间的信道信息；

干扰去除单元，其根据通过所述信道估计单元估计出的信道信息，去除来自另一个中继组中的中继节点的干扰信号；以及

源信号检测单元，其根据去除了干扰信号后的信号，检测从源节点发送的信号。

5.一种无线通信系统，所述无线通信系统包括多个中继节点、源节点以及目的地节点，利用相同的时隙由某个中继节点从源节点接收信号，并且由其他中继节点向目的地节点发送信号，其特征在于，

所述中继节点具有：

信道估计单元，其估计所述中继节点与所述源节点之间的信道信息、所述中继节点与其他中继节点之间的信道信息、以及所述中继节点与所述目的地节点之间的信道信息；

干扰去除矩阵计算单元，其根据所述中继节点与所述源节点之间的信道信息以及所述中继节点与其他中继节点之间的信道信息，求出用于去除来自其他中继节点的干扰信号的干扰去除矩阵；

施加干扰抑制矩阵计算单元，其通过对中继节点间信道进行奇异值分解，求出用于抑制从本中继节点发送的信号在其他中继节点中引起的干扰的施加干扰抑制矩阵；以及

加权乘法单元，其对所述接收信号乘以所述干扰去除矩阵和所述施加干扰抑制矩阵。

6.一种无线通信系统中的数据中继方法，所述无线通信系统包括多个中继节点、源节点以及目的地节点，利用相同的时隙由某个中继节点从源节点接收信号，并且由其他中继节点向目的地节点发送信号，其特征在于，该数据中继方法包括以下步骤：

信道估计步骤，估计所述中继节点与所述源节点之间的信道信息、所述中继节点与其他中继节点之间的信道信息、以及所述中继节点与所述目的地节点之间的信道信息；

干扰去除矩阵计算步骤，根据所述中继节点与所述源节点之间的信道信息以及所述中继节点与其他中继节点之间的信道信息，求出用于去除来自其他中继节点的干扰信号的干扰去除矩阵；

施加干扰抑制矩阵计算步骤，通过对中继节点间信道进行奇异值分解，求出用于抑制从所述中继节点发出的发送信号在其他中继节点中引起的干扰的施加干扰抑制矩阵；

中继信号生成步骤，对接收信号乘以所述干扰去除矩阵和所述施加干扰抑制矩阵，生成中继信号；以及

中继信号发送步骤，发送所述中继信号。

Images