[发明专利]两跳半双工MIMO中继网络分布式波束形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域方法，具体是两跳半双工MIMO中继网络的分布式波束形成方法。

背景技术

移动通信中，多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)无线传输技术利用空间资源增加传输速率和可靠性，在近十多年来得到充分发展。对于点对点MIMO通信系统，当通信终端完全获知信道状态信息(Channel State Information，CSI)时，在发送端采用波束形成(Beam Forming，BF)，接收端采用最大比合并(Maximal Ratio Combining，MRC)技术可以有效地克服信道衰落带来的负面影响。同时，近年来的研究工作表明，中继协作的增强型通信可大大提高系统频谱利用率和网络覆盖面。所以结合MIMO技术与协作中继技术能更加充分利用协作分集提高频谱有效性、链路可靠性和功率效率。

对现有文献检索发现，相关文献如下：

R.U.Nabar等人在《Proc.Allerton Conf.Commun.，Control and Comput.，Monticello，IL，October 2003，pp.378-389.》上发表了题为“Capacity scaling laws in MIMO wireless networks(无线MIMO网络的信道容量分析准则)”的文章，该文章中提出了基于迫零(Zero Forcing，ZF)准则的分布式中继波束形成方法，它通过对每个中继节点的后向信道进行ZF均衡和对前向信道进行ZF预编码，从而使得目的节点来自不同中继的接收信号可以方向一致地进行合并。

Krishna R.等人在《IEEE Signal Process.Lett.，2008，15，pp.549-552.》上发表了题为“A cooperative MMSE relay strategy for wireless sensor networks(无线传感器网络中一种协同最小均方误差中继转发方法)”的文章，文中提出了基于最小均方误差(Minimizing Mean-Squared Error，MMSE)准则的分布式中继波束形成方法。然而，由于针对后向信道以及前向信道的ZF变换或MMSE变换，会损失后向信道以及前向信道因多天线而带来的自由度优势，因此，无论是基于ZF准则还是基于MMSE准则的中继波束形成方法，都只能获得分布式阵列增益(Distributed Array Gain，DAG)，而不能同时获得节点内阵列增益(Intra-node Array Gain，IAG)。

Hui Shi等人在《Proc.IEEE ICC 2005，Seoul，Korea，May 2005，vol.4，pp.2705-2711.》上发表了题为“A relaying scheme using QR decomposition with phase control for MIMO wireless networks(无线MIMO网络中一种使用QR分解和相位控制方法的中继转发方法)”的文章，该文章中提出了基于QR分解的分布式中继波束形成方法QR-P-QR，该方法对每个中继节点的后向信道和前向信道分别进行QR分解，利用分解所得酉矩阵以及设计好的相位控制矩阵(Phase Control Matrix，PCM)进行中继波束形成，最终使得源节点和目的节点间的等效信道转化为下三角形式，从而在目的节点可以利用连续干扰消除(Successive Interference Cancellation，SIC)检测以获得最大的系统性能增益。理论分析表明QR-P-QR方法可以同时获得DAG和IAG，但由于QR-P-QR方法对中继节点的噪声有明显的放大作用，因此该方法获得的IAG相对较小。

Hui Shi等人在《IEEE Trans.Commun.，2007，55，(9)，pp.1683-1688.》上发表了题为“Relaying schemes using matrix triangularization for MIMO wireless networks(无线MIMO网络中一中利用矩阵三角化的中继转发方法)”的文章，文中提出了两种结合QR-P-QR方法以及ZF方法的混合QRD-ZF分布式中继传输方法法QR-P-ZF和ZF-P-QR。仿真结果显示QR-P-ZF方法性能好于QR-P-QR方法，但距离系统容量上界仍然有较大的距离。