[发明专利]多用户双向MIMO中继系统下包含直传链路的预编码方法

说明书

一种多用户双向MIMO中继系统下包含直传链路的预编码方法，属于无线中继通信技术领域。本发明针对半双工模式下的双向中继通信系统，提出了一种基于完全信道下包含信源与多用户之间直传链路的预编码设计方案，中继预编码矩阵采用QR分解进行优化；用户预编码矩阵的优化是以MSMSE为准则，建立优化目标方程，并将优化问题转化成一个QCQP问题进行优化处理；用户端接收滤波矩阵的优化则通过对信源端和用户端分别求偏导方法求解直接求解最优化表达式；最后将用户预编码矩阵和接收滤波矩阵联合迭代至收敛，得到最优的预编码矩阵。该方法考虑直传链路对系统的贡献，可以有效提高系统的性能。

技术领域

本发明属于无线中继通信技术领域，具体涉及一种多用户双向MIMO中继系统下包含直传链路的预编码方法。

背景技术

由于多输入多输出(MIMO)系统潜在的高速率、大容量而受到广泛关注，成为未来移动通信的系统的关键技术。在欧盟启动“5G NOW”课题计划以来，世界各国都加大了5G通信技术的研究力度。我国也将5G通信技术的研究工作加入到了“863”计划当中，其中的关键技术就是MIMO技术。MIMO技术是一种不需要增加无线频率带宽，但是又能提供类似于增加带宽一样带来同样增益效果的通信技术方法，而中继通信技术能提高频谱利用效率。MIMO技术与中继通信技术的结合是近代无线通信发展的趋势，它能充分发挥MIMO技术提供的空间复用增益与中继通信提供的分集增益。在未来移动网络中，基站和用户均采用多天线的收发信号，在双方均已知信道状态信息时，预编码不仅可以消除多天线、多用户间的干扰，同时可以减少移动台处理的复杂度，因此，学术界专注于研究多用户MIMO中继系统的预编码问题。

目前已发表的关于点对多点的MIMO中继通信的文献大多都忽略了信源到所有用户的直接链路，然而在实际系统中，不管是上行链路还是下行链路，直接链路往往是存在的，其贡献也是不可忽略不计的。文献Sun Q,Li L.Weighted Sum Rate Maximization forDownlink Multiuser Relay Network with Direct Link[J].Wireless PersonalCommunications,2014,75(1):369-384.研究了单向传输下包含直传链路的联合预编码，但是其研究只是单纯的下行链路，同时实现复杂度高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多用户双向MIMO中继系统下包含直传链路的预编码方法，考虑一个包含直传链路的多用户MIMO双向中继通信系统模型，模型由一个发射端用户、K个接收端用户和一个中继节点组成。发射端用户和接收端用户配备相同的天线数为N_k，中继节点配备N_r个天线。为简化分析，假设中继节点采用AF中继协议。

本发明的目的是这样实现的：

多用户双向MIMO中继系统下包含直传链路的预编码方法，包括如下步骤：

步骤1：分别计算第一时隙内发射端和接收端在直传链路下接收的信号以及中继接收到的信号；

步骤2：分别计算第二时隙内信源和第k个接收端用户通过中继转发接收到的信号；

步骤3：分别计算信源和第k个用户在两个时隙内接收的总信号；

步骤4：分别计算信源和第k个用户处的信号波形均方误差表达式，并以系统和均方误差最小化为目标，构建直传链路下MIMO中继系统的收发预编码方法的优化问题表示式；

步骤5：对中继转发矩阵F采用QR分解的方法进行优化；

步骤6：固定给定中继转发矩阵F和第k个用户预编码B_2,k直接通过对MSE₁和MSE_2,k分别求偏导方法求解信源接收滤波矩阵W₁和第k个用户接收滤波矩阵W_2,k；