WO2013000173A1

WO2013000173A1 - 一种上行多用户协同通信的方法

Info

Publication number: WO2013000173A1
Application number: PCT/CN2011/076739
Authority: WO
Inventors: 郑侃; 龙航; 王方向
Original assignee: 北京邮电大学
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-01-03
Also published as: US20140205033A1; US8976888B2

Abstract

本发明公开了一种上行多用户协同通信的方法，应用于至少包括第一源节点、第二源节点和目标节点的系统，第一源节点、第二源节点均存在到目标节点之间的直接传输链路；所述方法，包括如下步骤：第一源节点向目标节点发送信号时一并发送给第二源节点，第二源节点转换为第一源节点的中继节点，将所述信号转发至所述目标节点；所述目标节点根据第一源节点直接发来的信号和由第二源节点转发来的信号以采用最大比合并方式得到目标节点的接收信噪比，根据所述接收信噪比设置分布式预编码策略，并结合实时的信道条件选择最优的预编码作为第一源节点向目标节点发送信号时使用的预编码矢量。本发明可以有效提高系统容量、吞吐量，降低误块率。

Description

一种上行多用户协同通信的方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种上行多用户协同通信的方法。

背景技术

上行多用户协同通信提供了一种利用空间资源的手段，多个参与通信的实体之间通过协作方式共享有限资源以提高无线资源的利用率。上行多用户协同通信多见于传统移动通信蜂窝网络中。在单中继节点和多中继节点的上行多用户协同通信中，每个节点在整个信号传输过程中所承担的角色是固定且单一的，各类节点间进行传输和信号处理的分工明确，在实际系统中，这种明确的分工与各个节点的地理位置和节点配置等系统需求是紧密相联系的：

源节点，一般对应上行链路中的移动台（ Mobile Station, MS ) , 分布在小区中各个位置，还带有一定的移动性特征。移动台由于用户便携性和设备尺寸的限制，配置高阶天线具有一定的困难，因此天线单元数目较少，发射功率相对较小，源节点侧的信号处理复杂度也不能过高。由于移动台用户通信的信息保密性限制，多个源节点之间不能相互发射信号。

中继节点，对应于架设于传统移动通信蜂窝小区中的中继站（ Relay Node,

RN )。中继站点的位置相对固定，尤其需要架设在某些需要特定区域或者在用户密度较大发生接入拥塞问题时使用。中继节点需要具备一定的信号处理能力，其信号处理复杂度介于源节点和目标节点之间，由于中继节点多是进行信号处理操作，所以对于中继站点而言，高层协议的实现不如移动台和基站那样重要。

目标节点，对应于传统移动通信蜂窝网络中的基站（ Base Station, BS ) , 一般架设于小区中某一固定位置，受尺寸和发射功率的限制较小，可以装配高阶天线，并具有较高的信号处理复杂度。对于上行多用户协同系统而言，基站应具备较强的多流检测处理能力，以区分上行接入的多个移动台用户的多个数据流。

但是，目前协同通信蕴含的容量潜力迄今为止还没有被充分地开发使用，中继节点的相对固定占用了系统通信的有限的资源，如何解放中继节点成为了亟待解决的问题。而且，预编码技术通过利用信道状态信息也可以有效地提高系统的频谱效率，因此，如何通过设计合适的预编码来提高系统容量、吞吐量并降低误码率成为了又一亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供了一种上行多用户协同通信的方法，有效提高系统容量、吞吐量，降低误块率。

为达上述的目的，本发明的一种上行多用户协同通信的方法，应用于至少包括第一源节点、第二源节点和目标节点的系统，第一源节点、第二源节点均存在到目标节点之间的直接传输链路；所述方法，包括如下步骤：第一源节点向目标节点发送信号时一并发送给第二源节点，第二源节点转换为第一源节点的中继节点，将所述信号转发至所述目标节点；所述目标节点根据第一源节点直接发来的信号和由第二源节点转发来的信号以釆用最大比合并方式得到目标节点的接收信噪比，根据所述接收信噪比设置分布式预编码策略，并结合实时的信道条件选择最优的预编码作为第一源节点向目标节点发送信号时使用的预编码矢量。

进一步地，第一源节点向目标节点发送信号时，也一并发送给第二源节点的步骤，包括：第一源节点以初始设定的第一预编码矢量对信号进行预编码处理后向目标节点及第二源节点发送，第一预编码矢量釆用第一源节点与目标节点间的直接传输链路的信道转移矩阵的第一右奇异矢量。

进一步地，通过对第一源节点与目标节点间的直接传输链路的信道转移矩阵进行分解奇异值分解得到所述信道转移矩阵的第一右奇异矢量。

进一步地，目标节点及第二源节点均釆用匹配滤波方式对第一源节点发来的信号进行接收。进一步地，第一源节点和第二源节点均釆用闭环发送方式进行信号发送。进一步地，第二源节点转换为第一源节点的中继节点，将所述信号转发至所述目标节点的步骤，包括：第二源节点对所接收的信号进行归一化，并以初始设定的第二预编码矢量进行预编码处理后向目标节点转发，第二预编码矢量釆用第二源节点与目标节点间的直接传输链路的信道转移矩阵的第一右奇异矢量。

进一步地，通过对第二源节点与目标节点间的直接传输链路的信道转移矩阵进行分解奇异值分解得到所述信道转移矩阵的第一右奇异矢量。

进一步地，第二源节点对所接收的信号进行归一化的操作，包括：设置放大转发系数，使得由第二源节点转发的信号满足归一化条件。

进一步地，第二源节点转换为第一源节点的中继节点，将所述信号转发至所述目标节点的步骤，还包括：第二源节点与目标节点间的直接传输链路的信道转移矩阵经奇异值分解后得到 U阵，目标节点釆用所述 U阵的第一列的共轭转置矢量接收由第二源节点转发来的信号。

进一步地，选择最优的预编码作为第一源节点发送信号时使用的预编码矢量的步骤，包括：选择最优的预编码作为第一预编码矢量；选择最优的预编码作为第一源节点发送信号时使用的预编码矢量的步骤之后，还包括：根据所述最优的预编码获取当前信道条件下所述目标节点的接收信噪比。

与现有的方案相比，本发明所获得的技术效果：

在传输过程之前，网络中不需要设置固定的中继节点，两个源节点之间关系等同，均需要传送各自信息给目标节点；在传输过程中，源节点之间可以形成协作关系，互相承担对方源节点信号的中继传输任务，源节点之间可以互通信息；由于源节点存在协作关系，本发明的源节点的传输角色不固定，在某些特定传输阶段，源节点可以充当临时的中继节点，通过这种方式可以有效地提高系统容量、吞吐量并降低误码率。

附图概述

图 1是本发明适用的无线通信系统示意图。图 2为本发明实施例的整体方案的方法流程图；

图 3给出了在两个源节点到目标节点的平均信噪比进行一致性变化的过程中，协同接入方案与直接接入方案的误块率性能对比示意图。

图 4给出了在两个源节点到目标节点的平均信噪比进行一致性变化的过程中，协同接入方案与直接接入方案的吞吐量性能对比示意图。

图 5给出了在两个源节点到目标节点的平均信噪比进行一致性变化的过程中，协同接入方案与直接接入方案的容量性能对比示意图。

图 6给出了固定第一个源节点到目标节点的信道平均信噪比为 5dB , 逐渐增大第二个源节点到目标节点的信道平均信噪比时，协同接入方案与直接接入方案的吞吐量性能对比示意图。

图 7给出了固定第一个源节点到目标节点的信道平均信噪比为 5dB , 逐渐增大第二个源节点到目标节点的信道平均信噪比时，协同接入方案与直接接入方案的容量性能对比示意图。本发明的较佳实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明的核心构思在于：第一源节点向目标节点发送信号时一并发送给第二源节点，第二源节点转换为第一源节点的中继节点，将所述信号转发至所述目标节点；所述目标节点根据第一源节点直接发来的信号和由第二源节点转发来的信号以釆用最大比合并方式得到目标节点的接收信噪比，根据所述接收信噪比设置预编码策略，并结合实时的信道条件选择最优的预编码作为第一源节点向目标节点发送信号时使用的预编码矢量。

第一源节点、第二源节点均存在到目标节点之间的直接传输链路。

首先，参照图 1 , 对本发明的发明场景进行说明。本发明的方法应用于至少包括第一源节点 S、第二源节点和目标节点的系统，、均存在到目标节点 /)之间的直接传输链路 H,、 H₂ , 标记源节点 S到源节点的信道转移矩阵为 Η。，源节点到源节点 S的信道转移矩阵为。源节点和目标节点的节点数量分别为 2和 1。每个节点相应的天线数分为 N_S , N_D 。如果假设源节点的发射信号为 χ , 源节点的发射信号功率满足 £( ·_½) = Λ^。

如图 2所示，为本发明整体方案的方法流程图，执行如下操作：步骤 10 , 第一源节点釆用闭环方式向目标节点发送符号，目标节点对接收信号釆用匹配滤波方式接收；

第一源节点以初始设定的第一预编码矢量对信号进行预编码处理，第一预编码矢量釆用第一源节点与目标节点间的直接传输链路的信道转移矩阵的第一右奇异矢量；可以通过对所述信道转移矩阵进行分解奇异值分解得到所述信道转移矩阵的第一右奇异矢量；

步骤 20 , 由无线传播环境的广播特性，第一源节点的发射符号发送至目标节点时，也同样可以被第二源节点接收到，第二源节点同样釆用匹配滤波方式接收；

步骤 30 , 第二源节点对所接收的发射信号进行功率归一化后，向目标节点转发；

第二源节点的转发过程釆用闭环发送方式，以初始设定的第二预编码矢量进行预编码处理后向目标节点转发，第二预编码矢量釆用第二源节点与目标节点间的直接传输链路的信道转移矩阵的第一右奇异矢量；

所述信道矩阵经过 SVD (奇异值）分解后得到 U阵，目标节点釆用此 U 阵的第一列的共轭转置矢量来接收由第二源节点转发来的信号；

步骤 40 , 目标节点现在拥有两份第一源节点的发射符号，一份是步骤 10 中第一源节点直接向目标节点传输的，另一份是步骤 30中由第二源节点向目标节点转发的；目标节点对这两份发射符号釆用最大比合并方式后，根据信号的接收信噪比，设计第一源节点处的分布式预编码设计策略，依据该策略并结合实时的信道条件，设置最优的预编码作为第一源节点向目标节点发送信号时使用的第一预编码矢量以提高系统容量、吞吐量，并降低误块率。

步骤 40之后，还可以包括：根据所述最优的预编码获取当前信道条件下所述目标节点的精确的接收信噪比。

在上述流程中，如对照图 1 的应用场景，当 S作为上述流程中的第一源节点时，则作为上述流程中的第二源节点，转换为中继节点；当作为上述流程中的第一源节点时，则 S作为上述流程中的第二源节点，转换为中继节点。

以下以一实施例对本发明的整体方案进行说明。

考虑一个最简单的多用户互协同上行多用户协同系统，含有三个节点，其中两个源节点需要发送各自数据至目标节点。两个源节点之间在必要时可以进行信息互通，并可以在必要时从源节点转换为对方源节点的中继节点，中继转发另一源节点的发送信号至目标节点。两个源节点均存在到目标节点之间的直接传输链路。为了便于应用多天线技术，每个网络节点均装配 2根天线。

本发明所设计的源节点互协同方案的协议分为四个传输阶段：

传输阶段 I: S釆用闭环方式向和 /)发送符号 χ, ;

传输阶段 II：釆用闭环方式向 S和/)发送符号 x₂ ;

传输阶段 III: 闭环向/)转发 S的发射符号；

传输阶段 IV： S,闭环向 /)转发的发射符号。

传输阶段 I

在第一个传输阶段中，源节点 S釆用闭环方式向目标节点发送符号，发送预编码为对应信道转移矩阵的第一右奇异矢量，目标节点对接收信号釆用匹配滤波方式接收。

由无线传播环境的广播特性，源节点 S的发射符号经过预编码处理后发送至目标节点时，同样被源节点接收到，源节点同样釆用匹配滤波方式接收。

传输阶段 π

在第二个传输阶段中，源节点向目标节点闭环发送符号，其预编码矩阵釆用相应信道转移矩阵的第一右奇异矢量。目标节点对接收信号釆用匹配接收滤波。

由无线传播环境的广播特性，源节点的发射符号 χ₂经过预编码处理后发送至目标节点时，同样被源节点 S接收到。源节点 S同样釆用匹配滤波方式接收。

传输阶段 III

在第三阶段传输过程中，源节点向目标节点转发经过功率归一化的对

S的发射信号估计值。的转发过程釆用闭环发送方式，以到目标节点的信道转移矩阵的第一右奇异矢量作为转发 S的发射信号所使用的预编码矢量。目标节点釆用对应信道矩阵 SVD分解后的 U阵的第一列的共轭转置矢量进行接收。

目标节点处现在拥有两份对源节点 S发射符号的估计，一份是在传输阶段 I中，源节点 s直接向目标节点传输的；另一份是在传输阶段 III中，由源节点向目标节点转发的。目标节点对所述两份发射符号的估计釆用最大比合并方式后，根据信号的接收信噪比，设计源节点 s处的传输阶段 I 中的分布式预编码设计策略。

传输阶段 IV

与第三个传输阶段类似，第四阶段的传输过程中，源节点 S转发在第二阶段所接收到的来自的发射信号 ^的估计值至目标节点。 S的转发过程釆用闭环发送方式，以 S到目标节点的信道转移矩阵的第一右奇异矢量作为 S 转发的发射信号所使用的预编码矩阵，目标节点釆用对应信道矩阵 SVD分解后的 U阵的第一列的共轭转置进行接收。目标节点处现在拥有两份对源节点发射符号 χ₂的估计 , 一份是在传输阶段 II中，源节点直接向目标节点传输的；另一份是在传输阶段 IV中，由源节点 S向目标节点转发的。目标节点对所述两份发射符号的估计釆用最大比合并方式后，根据信号的接收信噪比，设计源节点处的传输阶段 II中的分布式预编码设计策略。

以下以一应用实例对本发明进行说明。

如上述系统场景，如图 1所示，本发明的方法应用于至少包括第一源节点、第二源节点和目标节点 /)的系统，源节点和目标节点的节点数量分别为 2和 1。每个节点相应的天线数分别为 N_S , N_D。如果假设源节点的发射信号为 _½ , 源节点的发射信号功率满足 « ·_½) = Λ^。假设两个源节点到目标节点之间均存在直接传输链路（ link ) , 第 i G {1, 2})个源节点到目标节点的直接传输链路的信道转移矩阵称为 H,.。为了区别，标记源节点 S到源节点的信道转移矩阵为 H。，才艮据信道对偶性，源节点到源节点 S的信道转移矩阵为。

两个源节点各自利用到目标节点的直接传输链路进行闭环接入的方案称为直接接入方案，本发明的协同通信方法称为协同接入方案。为了对比显示本发明的协同接入方案的技术优势，以下分别对直接接入方案和协同接入方案进行说明，并结合图 3-7来比较本发明协同通信方法的技术优势：

1 )直接接入方案

作为对比方案，两个源节点独立发送各自的发送符号，不进行信息互通和协同传输。源节点 S和分别发送符号和^ , 釆用闭环发送方式，利用信道矩阵的第一右奇异矢量集中发射能量，发送单个数据流给目标节点。

节点的空间信道转移矩阵进行 SVD分解：

则 S和的发射预编码矩阵 _Pl、 p₂分别为相应的信道转移矩阵的第一右奇异矢量：

,

P₂ = V₂ (:, 1),

由此，目标节点的接收信号可以表征为： y_D =

为了消除两个流之间的干扰，目标节点釆用迫零（ZF ) 均衡。也即在目标节

其中， G_D表示目的节点的均衡矩阵， H_eg表征源节点的等效发射符号所经历的等效信道， n_D表示目的节点的接收噪声。

两个源节点所发射的数据流的后处理信噪比可以由上式推出：

其中， H_f表示范数，表示噪声功率。

2 )协同接入方案

下面讨论的，源节点互协同方案进行区分，两个源节点各自利用到目标节点的直接传输链路进行闭环接入的方案称为直接接入方案。下面在各个传输阶段信号处理的探讨过程中，逐步分析源节点 S和的分布式预编码方案设计策略。

传输阶段 I

在第一个传输阶段中 , 源节点 S釆用闭环方式向目标节点发送符号 ^χι。发送预编码为对应信道转移矩阵的第一右奇异矢量：

P^ Y C, 1),

目标节点对发射符号的接收信号为：

A = H₁p₁x₁ +n_A (7) 其中，表示目的节点对于直接发来的符号 ^χι的接收噪声。目收信号釆用匹配滤波方式接收：

的发射符号的接收信噪比为:

其中， H_f表示范数，表示噪声功率。由无线传播环境的广播特性，源节点 S的发射符号 X,经过预编码处理发送至目标节点时，也同样可以被源节点接收到。对 s发射符号的接收信号为：

其中， _n 表示源节点对于 S发来的符号 X,的接收噪声。源节点同样釆用匹配滤波方式接收：

s₂ =(H₀P,†y_S2

(11)

= p H H_oPlx_{1 +}p H _; 则源节点对 S发射信号的接收信噪比为：

其中， H_f表示范数，表示噪声功率。传输阶段 II

在第二个传输阶段中，源节点向目标节点闭环发送符号 χ₂ , 其预编码矩阵釆用相应信道转移矩阵 H₂的第一右奇异矢量。 P₂=V₂(:,1),

目标节点对发射信号的接收信号为：

其中， 11 表示目的节点对于直接发来的符号 χ₂的接收噪声。目滤波：

号 x₂的接收信噪比为:

其中， H_f表示范数，表示噪声功率。由无线传播环境的广播特性，源节点的发射符号 χ₂经过预编码处理发送至目标节点时，也同样可以被源节点 s接收到。 s对发射符号的接收信号为：

其中， η 表示源节点 S对于发来的符号 χ₂的接收噪声。波方式接收：

源为：

其中， H_f表示范数，表示噪声功率。传输阶段 m

在第三个传输阶段中 , 将向目标节点转发第一阶段所接收到的来自 s 的发射信号估计值。为了满足发射节点的发射功率限制，需要设置放大转发系数 A, ,使得转 ^信号的功率满足归一化条件 |Α, Λ_¾ | = Ι。由于之前分析所得，在源节点的接收信号中，信号噪声比为则在转发信号中，信号部分的功率为^ 噪声部分的功率为 _^。在第三阶段传输过程中，源节点向目标节点转发经过功率归一化的对 S的发射信号估计值。的转发过程釆用闭环发送方式，以到目标节点的信道转移矩阵的第一右奇异矢量作为转发 s的发射信号所使用的预编码矢量，目标节点釆用对应信道矩阵 SVD分解后的 u阵的第一列的共轭转置矢量进行接收。也即，目标节点的接收信号为：

= S₂(HA +U (:,l)n_D (20)

其中 U₂、 S₂、 ¼由11₂进行 SVD分解得到，也即满足 (13); 此8₂的第一个对角线元素，即为 H₂最大的奇异值为^ n_D表示目的节点的接收噪声。则目标节点的接收信号如上式所示。若 ^中不含噪声部分，则目标节点的接收信噪比为 ^=^^,其中，

' ¹ σ

表示噪声功率。由此可以推导出目标节点在第三阶段传输过程中对于转发的 S发射符号的接收信噪比为：

而

Ϊ2ΪΙ 目标节点处现在拥有两份对源节点 S发射符号的估计，一份是在传输阶段 I中，源节点 s直接向目标节点传输的；另一份是在传输阶段 III中，由源节点向目标节点转发的。目标节点对两份发射符号 X,的估计釆用最大比合并

其中， H_f表示范数，表示噪声功率。一般而言，满足 ≤||H_Pl|X。其中皿和^分别信道转移矩阵 H。的最小和最大的奇异值。基于此，可以对 (23)进一步化简：若^ ~ <^，则 (23)式可简化为 _:

σ σ σ 若 Λ² (²³)式可筒化为

σ一> 则 -E σ^L+，；若 ~^<y₂< Λ₀ , 则应根据实时信道情况对 (23)式进行化简。

' σ σ

由上述判断分支，可以推知的设计方法。 _Pl的设计原则应是使源节点 S 的发射符号 X,在目标节点处接收信噪比最大。因此结合上述对 ?。的化简分析， _Pl的设计原则可以进一步简化为：

若 ^^〈^, 则 ₁的设计原则为：

在此情形下，源节点 s处的预编码可以进一步设计为：

令

W = H _{1 +}H H （25)

并对其进行 SVD分解：

u_ws_wy = W (26)

由于 W是共轭对称阵，也即\^=\¥，因此 (26)中， U_W = V_W

此时，为了最大化^^+ 。!^, 可令：

=U_w(:,l) (27)

然而由于在给定信道条件下， ^是定值，因此的设计原则可以进一步筒化

则在此情形下，源节点 S,处的预编码可以进一步设计为：令

W = Η¾ (30)

并对其进行 SVD分解：

υ» = W" (31)

由于 W' '同样为共轭对称矩阵，因此为了最大化 iHji , 可令：

_Pl = U'_w(:,l) (32) 若 ^〈^〈^ ^ , 则应根据实时的信道条件，由 (23)判断的设计策 σ σ

略应遵从 (24)还是应遵从 (28), 由此可相应得到的设计方案（应选取的最优的预编码）应为 (27)还是 (32)。

在得到具体信道条件下的设计策略后，选取的最优的预编码 _Pl带回到

(23), 便可以精确计算目标节点对源节点 S发射信号的接收信噪比。以上给出了源节点 S处的传输阶段 I中的分布式预编码设计策略。

传输阶段 IV

与第三个传输阶段类似，第四阶段的传输过程中，源节点 S转发在第二阶段所接收到的来自的发射信号 ^的估计值至目标节点。同样，发射时所设置的放大转发系数 β_ΐΑ应使转发信号的功率满足功率归一化条件 ·¾| = ΐ ο 在源节点 S的接收信号中，信号噪声比为。则在转发信号中，信号部分的功率为」 , 噪声部分的功率为^ ~。在第四阶段传输过程中，源节点 s向目标节点转发经过功率归一化的对的发射信号估计值 , 。 S的转发过程釆用闭环发送方式，以 S到目标节点的信道转移矩阵的第一右奇异矢量作为 S转发的发射信号所使用的预编码矩阵，目标节点釆用对应信道矩阵 SVD分解后的 U阵的第一列的共轭转置进行接收。也即，目标节点的接收信号为：

= S₁ (l,l)^₁¾ +U₁ ^ff (:,l)n_D (33)

= Α_Λ ^2_Λ + u,^ff (:,1) 其中 U,、 S,、 γ由！!,进行 SVD分解得到，也即满足 (6)。此 ^的第一个对角线元素，也即最大的奇异值为 , n_D表示目的节点的接收噪声。则目标节点的接收信号如上式所示。

^，其中， _σ 若中不含噪声部分，则目标节点的接收信噪比为 _Ά

σ

表示噪声功率。由此可以推导出目标节点在第四阶段传输过程中对于 S转发的发射符号的接收信噪比为：

而 mini (Ά, (35) 目标节点处现在拥有两份对源节点发射符号 ^的估计，一份是在传输阶段 II中，源节点直接向目标节点传输的；另一份是在传输阶段 IV中，由源节点 S向目标节点转发的。目标节点对所述两份发射符号的估计釆用最大比合并方式后信号的接收信噪比为：

Η₀Ρ

|Η₂Ρ σ

σ Ho

η + + 1 (36)

其中， H_f表示范数，表示噪声功率。一般而言，满足 ≤|Η ρ₂£≤λΙ,。其中皿和分别信道转移矩阵 Η。的最小和最大的奇异值。由此可对 (36)进一步化简：若^ , 则 (36)式可简化为 - - + Ρ

σ σ

Η₂Ρ:

若 > ，则 (36)式可简化为 _D 若 , 则应根据实时信道情况对 (³⁶)式进行化简

由上述判断分支，可以推知 ₂的设计方法。 p₂的设计原则应是使源节点的发射符号 x₂在目标节点处接收信噪比最大。因此结合上述对 ^。的化简析， p₂的设计原则可以进一步简化为：

若 ^ 则 ₂的设计原则为：

'

在此情形下，源节点 S₂的预编码矢量可进一步设计为：令

W = HfH₂+H H （38)

并对其进行 SVD分解：

U_wS_wV =W (39)

由于 W是共轭对称阵，也即 W^ff =W, 因此 (39)中， U_W = V_W

此时，为了最大化 |H_{2P2 +}|Hp₂ ,可令：

P₂=u_w(- 1) (40)

然而由于在给定信道条件下， ^是定值，因此 ₂的设计原则可以进一步简化为： σ

则在此情形下，源节点 s₂处的预编码可以进一步设计为：

令

并对其进行 SVD分解：

由于 W' '同样为共轭对称矩阵，因此为了最大化 |H₂p₂ ，可令: p₂ = U'_w(:,l) (45)

若 <^<^ , 则应根据实时的信道条件，由 (36)判断 p₂的设计策略应遵从 (37)还是应遵从 (41), 进而得到 ₂的设计方案（应选取的最优的预编码）应该遵从 (40)还是 (45)。

在得到具体信道条件下 ₂的设计策略后，选取的最优的预编码 p₂带回到

(36),便可以精确计算目标节点对源节点发射信号 ^的接收信噪比。以上给出了源节点处的传输阶段 II中的分布式预编码设计策略。

以下为上述直接接入方案和协同接入方案实现后得到的一系列仿真结果：

图 3给出了在两个源节点到目标节点的平均信噪比（SNR ) 进行一致性变化的过程中，协同接入方案与直接接入方案的误块率性能（ BLER ) 对比。

图 4给出了在两个源节点到目标节点的平均信噪比（SNR ) 进行一致性变化的过程中，协同接入方案与直接接入方案的吞吐量性能 ( Throughput ) 对比。

图 5给出了在两个源节点到目标节点的平均信噪比（SNR ) 进行一致性变化的过程中，协同接入方案与直接接入方案的容量性能（ Capacity ) 对比。

图 6给出了固定第一个源节点到目标节点的信道平均信噪比为 5dB , 逐渐增大第二个源节点到目标节点的信道平均信噪比 ( S₂-D link SNR ) 时，协同接入方案与直接接入方案的吞吐量性能（Throughput ) 对比。

图 7给出了固定第一个源节点到目标节点的信道平均信噪比为 5dB , 逐渐增大第二个源节点到目标节点的信道平均信噪比 ( S₂-D link SNR ) 时，协同接入方案与直接接入方案的容量性能（Capacity ) 对比。

可以看到，无论是容量性能、吞吐量性能还是误块率性能，本发明的协同接入方案的表现都远远优于现有的直接接入方案，本发明的协同接入方案可以有效提高系统的容量、吞吐量，并且能够有效降低误块率。上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

工业实用性

在传输过程之前，网络中不设置固定的中继节点，两个源节点之间关系等同，均需要传送各自信息给目标节点；在传输过程中，源节点之间可以形成协作关系，互相承担对方源节点信号的中继传输任务，源节点之间是可以互通信息的；由于源节点存在协作关系，本发明的源节点的传输角色不固定，在某些特定传输阶段，源节点可以充当临时的中继节点；通过这种方式可以有效地提高系统容量、吞吐量并降低误码率。

Claims

权利要求书

1、一种上行多用户协同通信的方法，其特征在于，应用于至少包括第一源节点、第二源节点和目标节点的系统，第一源节点、第二源节点均存在到目标节点之间的直接传输链路；所述方法，包括如下步骤：

第一源节点向目标节点发送信号时一并发送给第二源节点，第二源节点转换为第一源节点的中继节点，将所述信号转发至所述目标节点；

所述目标节点根据第一源节点直接发来的信号和由第二源节点转发来的信号以釆用最大比合并方式估算目标节点的接收信噪比，根据所述估算的接收信噪比设置分布式预编码策略，并结合实时的信道条件选择最优的预编码作为第一源节点发送信号时使用的预编码矢量。

2、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，第一源节点向目标节点发送信号时，也一并发送给第二源节点的步骤，进一步包括：

第一源节点以初始设定的第一预编码矢量对信号进行预编码处理后向目标节点及第二源节点发送，第一预编码矢量釆用第一源节点与目标节点间的直接传输链路的信道转移矩阵的第一右奇异矢量。

3、如权利要求 2所述的方法，其特征在于，

通过对第一源节点与目标节点间的直接传输链路的信道转移矩阵进行分解奇异值分解得到所述信道转移矩阵的第一右奇异矢量。

4、如权利要求 1或 2所述的方法，其特征在于，

目标节点及第二源节点均釆用匹配滤波方式对第一源节点发来的信号进行接收。

5、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，

第一源节点和第二源节点均釆用闭环发送方式进行信号发送。

6、如权利要求 1 所述的方法，其特征在于，第二源节点转换为第一源节点的中继节点，将所述信号转发至所述目标节点的步骤，进一步包括：第二源节点对所接收的信号进行归一化，并以初始设定的第二预编码矢量进行预编码处理后向目标节点转发，第二预编码矢量釆用第二源节点与目标节点间的直接传输链路的信道转移矩阵的第一右奇异矢量。

7、如权利要求 6所述的方法，其特征在于，

通过对第二源节点与目标节点间的直接传输链路的信道转移矩阵进行分解奇异值分解得到所述信道转移矩阵的第一右奇异矢量。

8、如权利要求 6 所述的方法，其特征在于，第二源节点对所接收的信号进行归一化的操作，进一步包括：

设置放大转发系数，使得由第二源节点转发的信号满足归一化条件。

9、如权利要求 6 所述的方法，其特征在于，第二源节点转换为第一源节点的中继节点，将所述信号转发至所述目标节点的步骤，还包括：

第二源节点与目标节点间的直接传输链路的信道转移矩阵经奇异值分解后得到 U阵，目标节点釆用所述 U阵的第一列的共轭转置矢量接收由第二源节点转发来的信号。

10、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，

选择最优的预编码作为第一源节点发送信号时使用的预编码矢量的步骤，包括：选择最优的预编码作为第一预编码矢量；

选择最优的预编码作为第一源节点发送信号时使用的预编码矢量的步骤之后，还包括：根据所述最优的预编码获取当前信道条件下所述目标节点的接收信噪比。