[发明专利]一种基于放大转发的多流双向中继传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于物理层网络编码的空间复用的信号传输方法，确切地说，涉及一种基于放大转发的多流双向中继传输方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

双向通信要求通信两端都能够发送和接收信息，也是一种常见的通信手段；比如，用户之间的实时文件交互、视频通话和专用监控系统等都需要可靠的双向通信。由于地理位置的间隔或直传信道的质量恶劣，期望实现双向通信的用户往往无法自行组网，实现可靠通信，这时通常利用中继来协助完成双向通信。物理层网络编码是利用无线信号传输的广播和叠加特性和先进的信号检测方法，以便为这些期望交互信息的用户对能够提供高速、可靠的信息传递。同时，采用物理层网络编码的中继网络只需要两个时隙就能完成用户对的信息交互，有效地提高了网络整体的频谱利用率、能量利用率和吞吐量，从而实现高效、环保的双向通信，也符合未来绿色通信的需求。

目前，物理层网络编码已经逐渐受到学术界和产业界的关注，其中应用于双向通信中的物理层网络编码，主要包括：基于译码转发DNF(decode and forward)的物理层网络编码PLNC(physical-layer network coding)和基于放大转发ANF(amplify and forward)的模拟网络编码ANC(analogue network coding)。其中，PLNC的通信协议规定：两个希望进行双向通信的用户对利用相同的时频资源完成其上行传输，中继端将重叠的或相互干扰的信号直接映射为网络编码的符号，然后利用一定的时频率资源将该网络编码后的符号广播到该用户对；用户接收到网络编码的符号后，利用自己已有的信息通过一些非线性运算消除干扰后，获得来自对方用户的有用信息。另外，模拟网络编码ANC的通信协议规定：两个希望进行双向通信的用户对利用相同的时频资源完成其上行传输，中继端将重叠的或相互干扰的信号直接放大后，再广播到该用户对；用户接收到网络编码的符号后，利用自己已有的信息通过一些线性运算消除干扰后，获得来自对方用户的有用信息。在这两种物理层网络编码协议中，PLNC协议在中继端对接收的重叠的或相互干扰的信号进行解调映射和相应的调制映射，重新生成网络编码符号后，再广播到用户对。其信息交互过程涉及的运算是非线性的，运算较为复杂，尤其在采用高阶调制方式时，这个缺点更为明显。相比之下，模拟网络编码ANC协议只需要进行简单的线性运算，容易实现，也是物理层网络编码中普遍应用的协议。

在多天线信道中，采用空间复用技术可以有效利用空间自由度来实现多流传输，以提高频谱利用率。然而，在中继和用户终端都具有多天线的双向中继网络场景中，针对ANC的中继端天线选择和空间复用的方法，目前还鲜有报道。实用的空分复用方法通常是使用线性的接收机。虽然线性接收机的结构比较简单、实现复杂度低；但是，基于线性接收机的空分复用系统往往无法利用多天线接收机的潜在分集增益，这就使得系统抗信道衰落能力较弱。

现在，传统双向中继系统的通信过程主要包括两个阶段：多路接入阶段MAC(multiple-access)和广播阶段BC(broadcast)。在MAC阶段，由希望进行双向通信的两个用户同时向中继传输信息，中继接收来自不同用户的叠加信号；在BC阶段，中继对接收到的信号进行放大后，直接广播回送给用户，用户利用本地的自信息将其中另一个用户的信息抽取出来。

目前，针对基于ANC的双向中继系统的研究，主要集中于所有节点都配置单天线(参见图1(A)所示)和仅有中继端配置多天线(参见图1(B)所示)的两种场景，这两种场景都仅能支持单流的双向中继传输。此外，目前实用的空分复用方法通常使用线性的接收机，无法利用多天线接收机潜在的分集增益，使得系统抗信道衰落能力较弱。

在中继和用户终端都具有多天线的双向中继网络场景中，通常专属的中继节点都会配备比用户接收机更多的天线，而用户支持的最大传输流数目不会超过用户的天线数目，即中继不需要使用全部天线就可以支持用户之间的多流双向通行。并且，对于中继而言，射频单元的硬件投入相对昂贵，而天线单元相对价廉，所以天线选择无疑是一个既降低通信成本、又有望提高传输性能的好方法。然而，目前多天线系统中的天线选择方法主要是针对点对点通信网络或者单向中继通信网络提出的，不能直接应用于双向中继的多天线系统中。如何解决这个天线选择问题，就成为业内科技人员关注的一个焦点课题。

发明内容