專利名稱：基于mmse的mimo中繼選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，具體是基于MMSE(minimum mean squared error，最小均方誤差)的ΜΙΜΟ (multiple-input multiple-put，多進(jìn)多出)中繼協(xié)作通信中的一種中
繼選擇方案。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對傳輸速率、傳輸可靠性、資源利用率以及通信安全等性能要求越來越高。在無線網(wǎng)絡(luò)通信中，中繼協(xié)作通信，是對抗多徑衰落，提高通信質(zhì)量的重要手段之一。在中繼網(wǎng)絡(luò)中，信源向信宿發(fā)送消息，中繼節(jié)點(diǎn)也同時(shí)接收到這個(gè)消息，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給信宿(或者是經(jīng)過一定處理之后再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā))。然后信宿再利用收到的所有消息，進(jìn)行解碼。在這樣的傳輸模型下，中繼節(jié)點(diǎn)對信源-信宿之間的通信起到了一定的協(xié)助作用，等同于在不需要配置多天線的條件下，提供了一定的空間分集，提高了通信質(zhì)量。但是多中繼協(xié)作，帶來的是高功耗和高復(fù)雜度，這是無線網(wǎng)絡(luò)通信，特別是移動(dòng)通信中所不能接受的負(fù)擔(dān)。中繼選擇，是解決這一問題的一種簡單的方法。通過一定的選擇策略，在一簇中繼中，選出符合條件的一個(gè)或者多個(gè)中繼，來協(xié)助此次通信。其余的中繼節(jié)點(diǎn)處于待機(jī)狀態(tài)。顯然，這種做法能較大的節(jié)省能耗。A. Bletsas, A. Khisi等人于2006 年發(fā)表在 IEEE J. Select. Areas. Commun 上的文章"A simple cooperative diversity method based on network path selection，，，較早地提出了中繼選擇的基本協(xié)議。Yindi Jing, H. Jafarkhani 于 2009 年在 IEEE Trans, on Wireless Commun.上發(fā)表的"Single and multiple relay selection schemes and their achievable diversity orders"一文，則總結(jié)提出了幾種中繼選擇的方案，并證明，通過適當(dāng)?shù)闹欣^選擇策略，單中繼通信能夠達(dá)到與全中繼協(xié)作同樣的滿分集增益。這就為單中繼選擇的研究前景和實(shí)用性奠定了理論基礎(chǔ)。另外，隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，研究人員不再將目光只放在單天線中繼網(wǎng)絡(luò)上，而是進(jìn)一步地拓展到了多天線的配置，即MIMO中繼網(wǎng)絡(luò)。在MIMO中繼網(wǎng)絡(luò)中，信源、 信宿以及中繼節(jié)點(diǎn)都具備多天線。B. Wang等人于2005年發(fā)表在IEEE Trans. Inf. Theory 上的"On the capacity of MIMO relay channels”，分析了 MMO中繼信道的容量，為后人對ΜΙΜΟ中繼信道的研究提供了信息論基礎(chǔ)。Μ. A. Torabi和J. F. Frigon在2008年 Proc. IEEE Wireless Communications and Networking 會(huì)議上提出了一種半正交的中繼選擇方案，利用SVD (singular value decomposition，奇異值分解)方法得出信道矩陣的特征模，然后對特征模進(jìn)行處理，選擇最優(yōu)中繼。丁銘和陳文等人于2010年發(fā)表于IEEE Signal Processing Letter上的"MMSE based greedy antenna selection scheme for AF MIMO relay systems” 一文，提出了一種基于MMSE的迭代天線選擇策略。但是文中限制中繼節(jié)點(diǎn)只能夠使用一對天線進(jìn)行工作，即單天線選擇，并不是真正的MIMO中繼選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于MMSE的MIMO中繼選擇方法，利用SVD方法對信道矩陣進(jìn)行分解，將MIMO中繼信道化成獨(dú)立的特征模。然后利用已有的單天線選擇算法，進(jìn)行信道特征模的選擇，以完成中繼選擇。本發(fā)明的應(yīng)用場景，網(wǎng)絡(luò)中包含有1個(gè)信源，N個(gè)中繼和K個(gè)信宿。信源、信宿和中繼的天線數(shù)分別為WyiVl^PiVp本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種基于MMSE的MIMO中繼選擇方法，包括以下步驟
步驟1 信宿D(zhuǎn)根據(jù)已知的所有信道矩陣，通過迭代算法選擇最優(yōu)中繼以及相應(yīng)的中繼處理矩陣即將前向信道和后向信道進(jìn)行奇異值分解(SVD)，得出各信道矩陣的相應(yīng)特征模，以所有信道特征模作為等效的信道參數(shù)，計(jì)算出信宿處信號檢測的均方誤差(MSE)，通過迭代的貪婪算法，求得滿足最小均方誤差的信道特征模；然后將這些信息通知到通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)；
步驟2 信源S發(fā)送出信號序列，步驟1中被選出的中繼接收信號序列，并根據(jù)步驟1中信宿返還的處理矩陣，對接收信號進(jìn)行處理，然后轉(zhuǎn)發(fā)至信宿D(zhuǎn) ； 步驟3 信宿D(zhuǎn)以Wiener濾波器進(jìn)行解碼。所述通過迭代算法選擇最優(yōu)中繼以及相應(yīng)的中繼處理矩陣，具體如下
A(I = 1,2,…,夂)代表第k個(gè)前向信道矩陣，伏=1，2,…，尤)代表第k個(gè)后向信
道矩陣。對所有信道矩陣作SVD分解
權(quán)利要求
1.一種基于MMSE的MIMO中繼選擇方法，其特征在于包括以下步驟步驟1 信宿D(zhuǎn)根據(jù)已知的所有信道矩陣，通過迭代算法選擇最優(yōu)中繼以及相應(yīng)的中繼處理矩陣即將前向信道和后向信道進(jìn)行奇異值分解，得出各信道矩陣的相應(yīng)特征模，以所有信道特征模作為等效的信道參數(shù)，計(jì)算出信宿處信號檢測的均方誤差，通過迭代的貪婪算法，求得滿足最小均方誤差的信道特征模；然后將這些信息通知到通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)；步驟2 信源S發(fā)送出信號序列，步驟1中被選出的中繼接收信號序列，并根據(jù)步驟1中信宿返還的處理矩陣，對接收信號進(jìn)行處理，然后轉(zhuǎn)發(fā)至信宿D(zhuǎn) ； 步驟3 信宿D(zhuǎn)以Wiener濾波器進(jìn)行解碼。
2.如權(quán)利要求1所述的基于匪SE的MIMO中繼選擇方法，其特征在于步驟1所述的通過迭代算法選擇最優(yōu)中繼以及相應(yīng)的中繼處理矩陣，具體如下//Jl= 1,2，..·，夂)代表第k個(gè)前向信道矩陣，(^伏=1,2,…,尤)代表第k個(gè)后向信道矩陣，對所有信道矩陣作SVD分解假設(shè)選擇出L個(gè)中繼，記為/^(/ = 1,2,…,Γ),/、義記相應(yīng)選出的前向特征模和后向特征模，以H、G記選擇出的等效矩陣其中u為SVD分解中得到各U矩陣的列向量，ν為SVD分解中得到各V矩陣的列向量， 對應(yīng)關(guān)系由腳標(biāo)標(biāo)明；以(m，η, k)記第k個(gè)中繼的第m個(gè)前向特征模及第η個(gè)后向特征模，根據(jù)遞推迭代定理，中繼迭代選擇算法如下1)初始化，令 1=0， G: r 0.4 Φ;, = Ix^previous ^ MSE = ，設(shè)置選擇門限 Ki = IogK,定義備選特征值集為 Ω,2)迭代開始對于在中的每一對特征模對，都計(jì)算的值，然后根據(jù)下式選出第 1+1對特征模對，
3.如權(quán)利要求2所述的基于MMSE的MIMO中繼選擇方法，其特征在于所述的遞推迭代定理如下網(wǎng)絡(luò)中包含有1個(gè)信源，N個(gè)中繼和K個(gè)信宿，信源、信宿和中繼的天線數(shù)分別為Λ·Ρ Λ、和,在通信系統(tǒng)中，每增加第1+1對信道特征模，所帶來的MSE值的更新為
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于MMSE的MIMO中繼選擇方法，步驟為步驟1信宿D(zhuǎn)根據(jù)已知的所有信道矩陣，通過迭代算法選擇最優(yōu)中繼以及相應(yīng)的中繼處理矩陣即將前向信道和后向信道進(jìn)行奇異值分解(SVD)，得出各信道矩陣的相應(yīng)特征模，以所有信道特征模作為等效的信道參數(shù)，計(jì)算出信宿處信號檢測的均方誤差(MSE)，通過迭代的貪婪算法，求得滿足最小均方誤差的信道特征模；然后將這些信息通知到通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)；步驟2信源S發(fā)送出信號序列，步驟1中被選出的中繼接收信號序列，并根據(jù)步驟1中信宿返還的處理矩陣，對接收信號進(jìn)行處理，然后轉(zhuǎn)發(fā)至信宿D(zhuǎn)；步驟3信宿D(zhuǎn)以Wiener濾波器進(jìn)行解碼。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方案的誤碼性能優(yōu)于已有方案。
文檔編號H04B7/04GK102332943SQ20111028592
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者宋沈煜, 陳文元 申請人:上海交通大學(xué)