專利名稱：雙向多中繼系統中繼端波束成形的魯棒性信號處理方法
技術領域：
本發明涉及的是一種無線通信領域的信號處理方法，具體是一種雙向中繼系統中基于概率約束的中繼端波束成形的魯棒性信號處理方法。
背景技術：
自從認知無線電概念的出現，它就受到了研究者的廣泛關注。然而，在一些情況下，直接的點對點通信由于傳輸范圍和干擾的限制而很難實現，因此引入了中繼技術。首先，研究者關注于單向中繼場景的研究，經對現有文獻檢索發現，ff.Guanand H.Luo, “Joint MMSE Transceiver Design in Non-Regenerative MIMO RelaySystems, ^IEEE Communications Letters, July 2008(非再生MIMO 中繼系統中的聯合MMSE接收機設計，IEEE通信期刊，2008年7月)，而且得到了在單向中繼下相關的研究結果。隨后，研究者證明了與單向中繼網絡相比，雙向中繼網絡可以獲得更高的頻譜利用率。經對現有文獻檢索發現，R.Wang, M.Tao and Y.Liu, “Optimal linear transceiverdesigns for cognitive two-way relay networks，，，IEEE Transactions on SignalProcessing,(雙向中繼網絡中最優線性接收機設計，IEEE信號處理學報，將要發表，電子版可見http://arxiv.0rg/abs/1210.5752)中對于雙向中繼網絡中前向放大中繼和前向譯碼中繼的情況，作者分別提出了最優的接收機設計。又經檢索發現，S.H.Safavi，R.A.S.Zadeh，V.Jamali，andS.Salari, “Interference minimization approach for distributed beamforming incognitive two-way relay networks, ” IEEE Communications, Computers and SignalProcessing, 20 11 (雙向中繼系 統中干擾最小化的分布式波束成形設計，IEEE計算機與信號處理，2011年)中，作者研究了次級用戶在多個單天線中繼的幫助下進行通信的情況，提出了分布式中繼波束成形策略，這種策略可以最小化中繼的功率消耗同時不會給主級用戶帶來太多的干擾。然而，上面提到的這些研究都是假設完美的信道狀態信息是已知的，而這種假設是和實際情況相反的。事實上，完美的信道狀態信息是很難獲得的，它通常存在信道估計誤差，這種誤差很大程度上取決于接受者的處理能力和估計算法的性能。經檢索發現，在
S.H.Safavi, M.Ardebilipour and S.Salari, “Relay Beamforming in Cognitive Two-WayNetworks with Imperfect Channel State Information, ，，IEEE Wireless CommunicationsLetters, August 2012 (非完美信道狀態信息的雙向中繼網絡中的中繼波束成形設計，IEEE無線通信期刊，2012年8月)中，它提出了一種分布式的波束成形方案，而且研究了服從高斯分布的非完美信道狀態信息的系統的性能。現有技術對解決主級用戶和次級用戶分別通過多個中繼節點進行無線信息交互場景下的魯棒性信號處理方法并沒有進行過多研究。如何在一個更加普遍的多對用戶通過多個中繼節點進行無線信息交互且次級用戶對主級用戶的干擾約束在一定范圍內的的魯棒性信號處理方法具有十分重要的意義。發明內容
本發明針對上述現有技術中存在的技術問題，提供一種雙向中繼系統中繼端波束成形的魯棒性信號處理方法，對于主級用戶之間和次級用戶之間在多個單天線的雙向中繼的幫助下進行通信的場景進行中繼端波束成形的魯棒性信號處理方法。本發明對下行信道采用了高斯分布的誤差模型，而且目標是控制主級用戶受到的干擾，同時最大化次級用戶的信干噪比，并且滿足中繼端的功率約束。本發明中，沒有將對主級用戶的干擾嚴格約束為小于一定的閾值，而是采用了概率約束來得到更好的解，該方案能夠有效地提高系統的性倉泛。
為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下:
一種雙向中繼系統中繼端波束成形的魯棒性信號處理方法，包括以下步驟:
第一步，一對主級用戶和一對次級用戶向所有R個中繼節點分別發射訓練序列，所有中繼節點根據收到的信號進行信道估計，得到用戶端收發機到中繼節點的信道；
第二步，所有R個中繼節點同時向所有用戶端發射訓練序列，用戶端收發機根據接收到的信號進行信道估計，得到中繼節點到用戶端收發機的信道，同時也存在信道估計誤差，
第三步，中央處理器根據得到的信道信息，計算所有R個中繼端的預編碼矩陣W ;
第四步，所有用戶端同時向R個中繼發送信號，中繼接收到來自各個用戶端的信號;
第五步，每個中繼節點對接收到的信號進行線性處理，得到R個中繼的發射信號，并將其廣播給所用的用戶端；
第六步，所有用戶端對接收到的信號進行檢測處理，得到估計的發射信號。
優選的，所述第一步的具體處理方法為:
主級用戶和次級用戶分別向R個中繼節點發送訓練序列Pp P2、Sp S2,中繼節點根據接收到的信號對信道進行估計，得到中繼與用戶端的信道信息
權利要求
1.一種雙向多中繼系統中繼波束成形的魯棒性信號處理方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，一對主級用戶和一對次級用戶向所有R個中繼節點分別發射訓練序列，所有中繼節點根據收到的信號進行信道估計，得到用戶端收發機到中繼節點的信道； 第二步，所有R個中繼節點同時向所有用戶端發射訓練序列，用戶端收發機根據接收到的信號進行信道估計，得到中繼節點到用戶端收發機的信道，同時也存在信道估計誤差； 第三步，中央處理器根據得到的信道信息，計算所有R個中繼端的預編碼矩陣W ； 第四步，所有用戶端同時向R個中繼節點發送信號，中繼節點接收到來自各個用戶端的信號； 第五步，每個中繼節點對接收到的信號進行線性處理，得到R個中繼節點的發射信號，并將其廣播給所用的用戶端； 第六步，所有用戶端對接收到的信號進行檢測處理，得到估計的發射信號。
2.根據權利要求1所述的雙向多中繼系統中繼端波束成形的魯棒性信號處理方法，其特征在于，第一步的處理方法為: 主級用戶和次級用戶分別向R個中繼節點發送訓練序列Pl、P2 > S1, s2,中繼節點根據接收到的信號對信道進行估計，得到中繼節點與用戶端的信道信息
3.根據權利要求2所述的雙向多中繼系統中繼端波束成形的魯棒性信號處理方法，其特征在于，第二步的處理方法為: R個中繼節點分別向主級用戶和次級用戶發送訓練序列5；,孓:...,叉，用戶端根據接收到的信號對信道進行估計，并且存在信道估計誤差，其中，和￡ € Cm是估計信道，Λ gpi和Δ gsi是信道估計誤差，并且分別滿足
4.根據權利要求3所述的雙向多中繼系統中繼端波束成形的魯棒性信號處理方法，其特征在于，第三步的處理方法為: 中央處理器根據信道信息
5.根據權利要求4所述的雙向多中繼系統中繼端波束成形的魯棒性信號處理方法，其特征在于，第四步的處理方法具體為: 主級用戶和次級用戶分別向中繼發送信號Pl、P2、S1、S2，那么，第k個中繼接收到的信號可以表示為:
6.根據權利要求5所述的雙向多中繼系統中繼端波束成形的魯棒性信號處理方法，其特征在于，第五步的處理方法具體為: R個中繼對接收到的信號進行線性處理，得到中繼的發射信號，并將其廣播給所有的用戶端，具體線性處理是
7.根據權利要求6所述的雙向多中繼系統中繼端波束成形的魯棒性信號處理方法，其特征在于，第六步的處理方法具體為: 主級用戶和次級用戶分別進行自干擾消除以及檢測處理，得到的估計信號，具體檢測處理為: 經過自干擾消除以后，可以得到:
全文摘要
一種雙向多中繼系統中繼端波束成形的魯棒性信號處理方法，包括一對主級用戶和一對次級用戶通過多個中繼進行信息的交互，所有用戶端向中繼發射訓練序列，中繼進行信道估計得到用戶端與中繼的估計信道；中繼向用戶端發射訓練序列，用戶端進行信道估計得到中繼與用戶端的估計信道；中央處理器根據得到的信道狀態信息計算中繼端的預編碼；所有用戶端同時向中繼發送信號，中繼接收該信號；每個中繼節點對接收到的信號進行線性處理，得到中繼的發射信號，并將其廣播給所用的用戶端；所有用戶端對接收到的信號進行檢測處理，得到估計的發射信號。本發明提高了信道容量，控制了主級用戶受到的干擾，同時最大化次級用戶的信干噪比。
文檔編號H04B7/06GK103152086SQ201310046309
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月5日 優先權日2013年2月5日
發明者張萌, 凡新雷, 薛瑞琦, 秦熠, 俞暉, 羅漢文 申請人:上海交通大學