基于最小均方的中继系统的大规模MIMO预编码方法与流程

本发明涉及一种在大规模mimo中继系统中的预编码方案，属于通信技术领域。

背景技术：

中继技术能够最大限度的提高无线通信系统的传输能力与覆盖面积。同时，研究表明，通过在基站、中继和终端配置多根天线，并结合大规模mimo信号处理技术可以进一步提高系统的传输能力和容量中继系统分为两个阶段，在第一阶段，基站向中继发射信号，中继接收到信号后，可以使用放大转发(amplify-and-forward,af)或者译码转发(decode-and-forward,df),其中放大转发的复杂度最低，且受到更多关注(sanguinettil,d'amicoaa,rongy.atutorialontheoptimizationofamplify-and-forwardmimorelaysystems[j].ieeejournalonselectedareasincommunications,2013,30(8):1331-1346)在第二阶段，中继将处理好的信号发射给终端用户。针对中继系统中的预编码技术，文献guanw,luoh.jointmmsetransceiverdesigninnon-regenerativemimorelaysystems[j].ieeecommunicationsletters,2011,10(1):290-294.

zhangb,wangx,niuk,etal.jointlineartransceiverdesignfornon-regenerativemimorelaysystems[j].electronicsletters,2009,45(24):1254-1256.

wangr,taom.jointsourceandrelayprecodingdesignsformimotwo-wayrelayingbasedonmsecriterion[j].ieeetransactionsonsignalprocessing,2012,60(3):1352-1365.

millarap,weisss,stewartrw.tomlinsonharashimaprecodingdesignfornon-regenerativemimorelaynetworks[j].2011:1-5.)在基站完全已知csi的情况下，分别提出了在中继端的线性预编码方法。文献(邹俊,刘伟,罗汉文,等.多进多出中继系统中基于失真信道估计的线性预编码[j].上海交通大学学报,2011(7):1050-1053.

zhangl,caiy,zhaom,etal.robusttomlinson-harashimaprecodingdesigninamplify-and-forwardmimorelaysystemsviammsecriterion[c]//wirelesscommunicationsandnetworkingconference.ieee,2013:2727-2732.

millarap,weisss,stewartrw.robusttransceiverdesignformimorelaysystemswithtomlinsonharashimaprecoding[c]//signalprocessingconference.ieee,2012:1374-1378.)

研究在基站不完全已知csi的情况下，提出了基站和中继联合预编码的方案，但其未考虑基站天线间的相关性问题。文献(wagnerj,rankovb,wittnebena.large,analysisofamplify-and-forwardmimorelaychannelswithcorrelatedrayleighfading[j].ieeetransactionsoninformationtheory,2008,54(12):5735--5746.

louierhy,liy,suraweeraha,etal.performanceanalysisofbeamformingintwohopsamplifyandforwardrelaynetworkswithantennacorrelation[j].ieeetransactionsonwirelesscommunications,2009,8(6):3132-314)弥补了前序文献中存在的问题，把基站天线间的相关性考虑进来，提出联合预编码方案，但是其未考虑非完美csi的情况。

技术实现要素：

本发明考虑单小区中继系统，系统中有一个中心基站，一个中继和k位用户，基站侧的天线数为n1根，中继侧天线数为n2根，第k个用户配置mk根天线，则总的接收天线数另外，我们假设n1＝n2≥m。

本发明假设基站到用户之间没有直接链路，中继采用译码转发方式，每个周期可以分为两个阶段。另外，因为只有一个基站和中继，所以在基站和中继的通信相当于点到点的通信。则在第一个阶段，基站把信号发送给中继，则中继接收到的信号为

yr＝h1s+nr(1)

其中，是基站到中继的信道矩阵，其元素服从均值为0，方差为1的高斯复随机变量；是用户的信号，l为信号长度；为中继侧噪声向量，其元素服从均值为0，方差为的高斯随机变量。

在第二阶段，中继将接受到的信号经过编码发送给用户，则用户接收到的信号

y＝gh2w(h1s+nr)+gn(2)

其中，是中继侧检测信号；是中继到用户的信道矩阵，其元素服从均值为0，方差为1的高斯复随机变量；是基站侧预编码矩阵；是用户侧的噪声向量，其元素服从均值为0，方差为的高斯随机变量。另外，中继侧预编码矩阵满足条件

pr为中继发送功率。

由(2)式，我们可以得出关于g和w的代价函数

由上式可知，代价函数中包含两个未知变量，带来了较高的复杂度。为了降低运算复杂度，我们将会消除一个未知变量，简化代价函数，在保证性能的基础上降低复杂度。我们设θ＝h1s+nr，把(2)式代入上式得

由于所以(4)式可重写为

另

我们对f(g,w)求关于g的偏导数得

另上式等于0，得

将(6)式代入(2)得

从而，我们能够将(3)式转化为

我们设将(7)式代入(8)式得

对上式求关于w的导数，我们就可以得出预编码矩阵，同时结合(6)式就可以计算出检测矩阵。

有益效果

本发明减少了代价函数中的未知变量的个数，从而降低了计算复杂度，相比较传统预编码算法，其在吞吐量和误码率上都有着很好的性能。

附图说明

图1是中继系统的系统模型。

具体实施方式

以下结合附图具体说明本发明技术方案。

在图1中，基站数和中继数都为1，且天线数为100，用户数为50，每位用户配有两根天线，噪声方差信噪比定义为

首先，由基站向中继发送信号，接收信号为

yr＝h1s+nr

然后，中继会将接收到的信号发送给用户。为了计算预编码矩阵，我们对下式求关于w的导数

通过上面的步骤，我们就可以得到预编码矩阵w，最后我们利用

可以求出检测矩阵g。

那么，用户收到的信号为

y＝gh2w(h1s+nr)+gn。