一种基于仿射预编码的干扰抵消和双向协作的信道估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于仿射预编码的干扰抵消和双向协作的信道估计方法，该方法包括如下步骤：S1、构造预编码矩阵和解码分离矩阵；S2、分别组合信息序列和训练序列构造数据帧并且进行预编码处理；S3、发射数据信号，在中继叠加数据后进行放大转发。S4、进行解码分离操作，提取训练数据，进行双向平行信道的信道估计；S5、从目标信号中提取信息数据，对其进行符号检测，输出检测序列。按照本发明专利技术提供的方法将双向中继转化为两个平行互不干扰的单向中继网信道，结合少量训练，对“两个”单向中继信道进行估计，使得信道估计不受自干扰消除的影响，预编码能够将信号能量扩展到整个频带，克服时变信道环境下的衰落并提供时间分集增益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿射预编码的干扰抵消和双向协作的信道估计方法
本专利技术属于无线通信
，更具体地，涉及一种基于仿射预编码的干扰抵消和双向协作的信道估计技术。
技术介绍
双向中继协作网络(TWRN)相比单向中继协作网络(OWRN)减少了必须的传输时隙，提高了频谱利用率，具有很高的潜力与价值。目前的TWRN中，大部分假定在第二时隙接收端能完全消除自身发送数据干扰。但是，这种完美的自干扰抵消是基于完美信道估计的前提下的，实际环境中由于延迟反馈和信道估计误差，要得到完美的CSI是非常困难甚至是不可能的。对于TWRN中，通常利用时分或频分等训练序列获取信道估计信息，然后利用估计信道信息完成自干扰抵消和对端信息的检测，信道估计误差直接影响到干扰抵消效果，进而直接影响到符号检测和系统性能。受系统(功率、带宽等)资源开销约束及统计估计理论，信道估计误差往往较大。如何完美地消除自干扰项并且在获取目标信道参数的同时估计单跳信道是双向中继网络的研究重点。目前，AF模式下针对自干扰消除主要有两种方式：第一种是依赖自干扰信道(往复级联信道)估计的自干扰消除方案，其主要思想是根据估计自干扰信道参数对自干扰项进行计算，从而实现目标信号中的自干扰消除。但是上述方案是采用“先估计信道后抵消干扰”的思想，意味着信道估计存在误差，而在实际的自干扰消除过程中，微小的信道估计误差会产生相对较大的冗余自干扰项，严重影响了符号检测的性能。第二种是盲已知干扰消除(BKIC)方案，即在未知信道参数的情况下，利用已知符号的干扰项来消除其相邻符号的干扰项。基于信道参数对于连续的符号是恒定不变的事实，采用毗邻符号组合的方式实现自干扰消除。盲已知干扰消除方案优点是避免了在自干扰环境下进行不精确地自干扰信道估计，信号处理复杂度低，干扰消除的性能具有相当的优势，其缺点是刻意回避了信道估计精确度差的问题，导致TWRN中未知各链路CSI情况下的难以深入研究最佳功率分配、最佳中继选择等问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于仿射预编码的干扰抵消和双向协作信道估计技术，针对双向中继网络中，自干扰误差导致双向中继网络性能的下降的问题，将“右乘”仿射预编码理论引入双向中继网络中，对发送数据进行预编码，接收端首先利用预编码矩阵完成自身信息的消除和对端信息的分离，从而将双向中继转化为两个平行互不干扰的单向中继网信道，然后对“两个”单向中继信道进行估计，从而使得自干扰消除不受信道估计误差的影响。仿射预编码在解决信号分离的同时，结合少量训练的半盲估计方案有望得到高精度的全部信道信息，在消除自干扰的同时大大降低训练开销，同时右乘预编码方案无需信道先验信息，可以简单方便实现最佳功率分配，估计并且大大降低符号检测的复杂度。虽然，采用冗余预编码会带来频谱效率降低，但预编码通过将信号能量扩展到整个频带，相比传统的时分复用方式，可以克服时变信道环境下的衰落并且提供时间分集增益。本技术方案所基于的技术原理如下：仿射预编码方案可以应用于“左乘”和“右乘”两种仿射预编码模型，从信号矢量空间角度进行分析，“左乘”预编码方案将信息数据映射到预编码矩阵各列张成的子空间，且与训练矩阵各列张成的子空间相互正交。“左乘”方案中预编码矩阵在信道矩阵和数据之间，使得仿射预编码中预编码矩阵的设计和干扰抵消受到未知信道矩阵制约，经信道传输后接收信号中双向的数据承载项对应子空间依赖于未知信道矩阵。因此，为了实现不依赖于未知信道的正交分离，在CSI未知条件下构造一种“右乘”预编码。将接收信号映射到与信道矩阵无关的正交子空间，接收信号中信号子空间与干扰子空间与信道矩阵无关，可以在未知信道情况下通过矩阵相乘完全消除自干扰信号，同时正交矩阵构造非常灵活、简单，同时干扰抵消和信号处理复杂度非常低。“右乘”预编码方案中资源分配不受信道约束，可以使得功率分配和优化设计更加灵活。为实现上述目的，本专利技术提出了一种基于仿射预编码的干扰抵消和双向协作的信道估计方法，其特征在于，该方法主要包括如下步骤：S1、构造预编码矩阵和解码分离矩阵；S2、分别组合信息序列和训练序列构造数据帧并且进行预编码处理；S3、在第一时隙，发射数据信号，在中继叠加数据后进行放大转发；S4、进行解码分离操作，提取训练数据，进行双向平行信道的信道估计；S5、从目标信号中提取信息数据，对其进行符号检测，输出检测序列；其中，所述步骤S1包括以下子步骤：S11、构造幅值为1，长度为G的FZC序列a，对a进行K倍插值，得到长度为P＝KG的序列其中S12、构造矩阵对该矩阵进行IDFT后得到其中函数circ(x,A)表示对矢量x进行A次的循环移位构成循环矩阵，F矩阵为傅里叶变换矩阵，序列集中的变换域序列相互正交，其中0≤m，n≤KG-1；S13、令矩阵其中因此，为满秩列正交方阵，O′HO′＝IKG，为单位矩阵，令行正交方阵矩阵集也具有类似于上式的正交特性，因此，其中，K＝K1+K2，K1对应为节点数据的并行数量，K2对应为节点数据的并行数量，获得对应的解码预处理矩阵为进一步地，所述步骤S2包括以下子步骤：S21、在和节点对源信息符号进行调制得到信息序列d1、d2；S22、在和节点分别以时分复用方式构造数据帧包含长度为的信息序列d1、d2和长度为的训练序列c1和c2，中间添加长度为NZP的零前缀；S23、对数据帧进行串并转换，分别获取长度为M的并行数据S24、在和节点分别对所述步骤S23获得的并行数据进行预编码，获得并发送。进一步地，所述步骤S3包括以下子步骤：S31、在中继节点同时接收到来自和节点的信号，接收信号表示为R＝H1X1+G1X2+NR，其中NR为有效高斯白噪声，每个元素服从H1和G1分别表示首列为和向下循环移位M-1次后形成的M×M维循环矩阵，h1＝[h1，1,h1，2...h1,L]T表示第1时隙从到中继的信道参数，L为信道阶数；g1＝[g1,1,g1,2...g1,J]T表示第1时隙从到中继的信道参数，J为信道阶数，I表示单位矩阵；S32、然后对接收数据进行放大，放大因子为β，最后对放大后的信号进行转发。进一步地，所述步骤S4包括以下子步骤：S41、在节点分别接收中继广播的数据Y，通过对接收数据右乘所述解码矩阵Q1，Q2，实现各个节点的自干扰信号和目标信号的解码分离；S42、在节点分别对所述解码分离后的数据进行并串转换，获得来自对端消除自干扰的串行数据以及自身回传数据；S43、分别提取所述串行数据及所述自身回传数据矢量中的训练数据，采用基于最小二乘时域信道估计方法获得估计信号；S44、对所述步骤S43中的估计信号进行解卷积获取信道参数；S45、提取所述自身回传数据矢量中的信息数据，采用基于线性最小均方误差的时域信道估计方法获得信道估计。进一步地，所述步骤S5包括以下子步骤：S51、提取所述串行数据矢量中的信息数据，对所述信息数据进行基于线性最小均方误差准则的时域均衡表示；S52、对所述均衡后的信息矢量进行解调，然后进行硬判决，输出检测序列。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：本专利技术提出一种基于仿射预编码的干扰抵消和双向协作信道估计技术，将仿射预编码理论引入双向中继网络中，将双向中继转化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于仿射预编码的干扰抵消和双向协作的信道估计方法，其特征在于，该方法主要包括如下步骤：S1、构造预编码矩阵和解码分离矩阵；S2、分别组合信息序列和训练序列构造数据帧并且进行预编码处理；S3、在第一时隙，发射数据信号，在中继叠加数据后进行放大转发；S4、进行解码分离操作，提取训练数据，进行双向平行信道的信道估计；S5、从目标信号中提取信息数据，对其进行符号检测，输出检测序列；其中，所述步骤S1包括以下子步骤：S11、构造幅值为1，长度为G的FZC序列a，对a进行K倍插值，得到长度为P＝KG的序列

【技术特征摘要】
1.一种基于仿射预编码的干扰抵消和双向协作的信道估计方法，其特征在于，该方法主要包括如下步骤：S1、构造预编码矩阵和解码分离矩阵；S2、分别组合信息序列和训练序列构造数据帧并且进行预编码处理；S3、在第一时隙，发射数据信号，在中继叠加数据后进行放大转发；S4、进行解码分离操作，提取训练数据，进行双向平行信道的信道估计；S5、从目标信号中提取信息数据，对其进行符号检测，输出检测序列；其中，所述步骤S1包括以下子步骤：S11、构造幅值为1，长度为G的FZC序列a，对a进行K倍插值，得到长度为P＝KG的序列其中S12、构造矩阵对该矩阵进行IDFT后得到其中函数circ(x,A)表示对矢量x进行A次的循环移位构成循环矩阵，F矩阵为傅里叶变换矩阵，序列集中的变换域序列相互正交，其中0≤m,n≤KG-1；S13、令矩阵其中因此，为满秩列正交方阵，O′HO′＝IKG，为单位矩阵，令行正交方阵矩阵集也具有类似于上式的正交特性，因此，其中，K＝K1+K2，K1对应为节点数据的并行数量，K2对应为节点数据的并行数量，获得对应的解码预处理矩阵为2.如权利要求1所述的基于仿射预编码的干扰抵消和双向协作的信道估计方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：S21、在和节点对源信息符号进行调制得到信息序列d1、d2；S22、在和节点分别以时分复用方式构造数据帧包含长度为的信息序列d1、d2和长度为的训练序列c1和c2，中间添加长度为NZP的零前缀；S23、对数据帧进行串并转换，分别获取长度为M的并行数据S24、在和节点分别对所述步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦高奇，何宪文，邓冉，高俊，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42