CN103095412A - 基于中继协作的广播信道中的联合信源中继的预编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于中继协作的广播信道中联合预编码方法，包括信源的预编码、中继处理以及信宿的接收方法。首先，信源初始化信源预编码矩阵和中继处理矩阵，然后信源根据前面两个初始矩阵建立各个信宿的接收矩阵；然后，假定中继矩阵和信宿群的接收矩阵不变,优化信源预编码矩阵；接着，假定已优化的信源预编码矩阵和各个信宿接收矩阵不变，优化中继处理矩阵；同理，假定已优化的信源和中继矩阵不变，优化各个信宿的接收矩阵；迭代上述过程直至收敛。最后信源把中继处理矩阵传输给中继并把信源的预编码矩阵和中继处理矩阵广播给信宿群。本方法创新地利用了信源到信宿群的直接链路以及信源-中继-信宿群之间的中继链路以提高***的总容量。

Description

基于中继协作的广播信道中的联合信源中继的预编码方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体是一种基于中继协作传输的下行广播信道中的联合信源与中继节点的线性预编码方法。

背景技术

随着通信技术的不断发展，人们对传输速率、传输可靠性、资源利用率以及通信安全等性能要求越来越高。van der Meulen等人于1971年提出了三终端中继协作通信的概念，其核心思想是允许中继节点对来自信源端的信息经过简单放大或者是压缩编码或者是解码再编码后再虚传给信宿，目的是帮助信源传输信息给信宿。但是，到了上世纪八十年代，有关协作中继***的研究逐渐减少，直到本世纪初才再次引起研究者的广泛关注。因为中继协作通信，可以对抗多径衰落，是提高通信质量的重要手段之一。在中继网络中，信源向信宿发送消息，中继节点也同时接收到这个消息，并将其转发给信宿（或者是经过一定处理之后再进行转发）。最后信宿再利用收到的所有消息，进行解码。在这样的传输模型下，中继节点对信源-信宿之间的通信起到了一定的协助作用，等同于在不需要配置多天线的条件下，提供了一定的空间分集，提高了通信质量。

但是单信源单中继单信宿的协作通信方式与现在的蜂窝网络中的拓扑结构不太相符。单个多天线信源（基站）和单个多天线中继站同时服务于多个单天线移动用户的情形，是一种最为实用的协作通信模式。通过一定预编码策略，可以抑制由于同信道传输所造成的干扰给不同用户造成的解码困难问题。显然，这种做法能让一个多天线基站和一个多天线中继同时服务于多个单天线移动用户。Chan-ByoungChae等人于2008年发表在IEEE Trans.Sig.Proc.上的文章“MIMO Relaying WithLinear Processing for Multiuser Transmission in Fixed Relay Networks”，较早考虑了一个基站通过一个中继站同时服用于多个用户的模型。Rui Zhang等人于2009年在IEEE Trans.Sig.Proc.上发表的“Joint Beamforming and PowerControl for Multi-antenna Relay Broadcast Channel with QoS Constraints”一文，给出来一种能满足QoS服务的预编码算法。Wei Xu等人于2011年在IEEETrans.Commun.上发表的“Joint Precoding Optimization for MultiuserMulti-Antenna Relaying Downlinks Using Quadratic Programming”一文，给出一种基于二次优化的预编码算法。这就为一个基站通过一个中继站同时服务多个移动用户的研究奠定了理论基础。但是，以上的研究都只是考虑了基站到中继站再到移动用户之间的链路信息，并没有考虑基站到移动用户之间的直接链路信息。

2004年3GPP的多伦多会议，提出了著名的LTE（Long Term Evolution）项目。这是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准。它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准，在20MHz频谱带宽下能够提供下行326Mbit/s与上行86Mbit/s的峰值速率，改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低***延迟。Type-II中继是LTE项目中关于中继的一种重要的提案，该类中继没有小区ID，其应用目的是提供对主eNB信号的分集，或者和主eNB一起进行协作传送，以增加小区容量。Type-II中继与Type-I中继在理论研究上的最大区别在于，在Type-II中继场景中，信源（eNB）与信宿（UE）之间存在着直接的通信链路。因此，按照这样的网络拓扑结构，利用直接链路信息进行预编码的方案在多信源Type-II中继场景中的应用便顺理成章。而目前对于信源（eNB）预编码的研究都是基于Type-I模型，直接链路的信道信息比没有得到有效的利用。是否能利用直接链路的信息进行相关的预编码设计，来提升这个***的性能，在这方面并没有相关的研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术忽略信源到信宿群的直接链路的不足，信源根据信源到信宿群之间的直接信道信息、信源到中继节点之间的信道信息、以及中继节点到信宿群之间的信道信息和各自的功率控制以及权衡因子，初始化信源与中继节点的编码矩阵，然后生成信宿群的接收矩阵。在此基础上，假设中继节点处理矩阵和信宿群接收矩阵不变，根据最优化方法去优化信源矩阵；然后假设信源预编码矩阵和信宿群接收矩阵不变，优化中继节点处理矩阵，再假定信源编码矩阵与中继节点的处理矩阵不变更新信宿群的接收矩阵，迭代上述过程直至收敛为止，从而获得最优的信源预编码矩阵和中继节点的收发处理矩阵。本方法创新地综合权衡了信源到信宿群之间的直接链路信息与信源进过中继节点到信宿群之间的中继链路信息，以求***容量最大化，提供了一种基于中继协作传输的下行广播信道中联合信源与中继节点的线性预编码方法。

根据本发明的一个方面，提供一种基于中继协作传输的下行广播信道中的联合信源与中继节点的线性预编码方法，包括以下步骤：

步骤1：信源BS根据已获得的信源自身到信宿群MU₁,MU₂，…,MU_K之间的信道信息、信源与中继节点之间信道信息H_rb、中继节点与信宿群之间的信道信息H_1r,H_2r，…,H_Kr、信源的发射功率P_s、中继节点的发射功率P_r、信源的天线个数M_s、中继节点的天线个数M_r、信宿个数K、各个信宿的天线个数N_k个数、以及归一化后的噪声的估计方差1，初始化信源端的初始线性预编码矩阵

中继节点初始处理矩阵F＝ρI，并根据初始线性预编码矩阵P和中继节点初始处理矩阵F推算出的各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K，其中：

I为单位矩阵；P_i为第i个用户的预编码矩阵；ρ为功率控制因子，满足中继节点的功率控制方程

其中，Tr(A)表示求矩阵A的迹； $A_k=P_k^H{H}_k^H{(H_k{\mathrm{PP}}^H{H}_k^H+G_k{G}_k^H)}^{-1},$ 其中， $H_k=\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{kb}}\\ H_{\mathrm{kr}}{\mathrm{FH}}_{\mathrm{rb}}\end{array}\right],$ 代式 $G_k{G}_k^H=\mathrm{diag}(I,I+H_{\mathrm{kr}}{\mathrm{FF}}^H{H}_{\mathrm{kr}}^H),$ diag(a,b)表示对角元素为a,b的对角矩阵；信源自身到信宿群MU₁,MU₂,…,MU_K之间的信道信息包括信源与信宿群之间的直接信道信息H_1b,H_2b,…,H_Kb；

步骤2：假设固定中继节点初始处理矩阵F、以及各个信宿接收矩阵A₁,A₂，…,A_K，优化信源BS的初始线性预编码矩阵P；

步骤3：假设固定信源BS的初始线性预编码矩阵P、以及各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K，优化中继节点初始处理矩阵F；

步骤4：假设固定信源BS的初始线性预编码矩阵P、以及中继节点初始处理矩阵F，优化各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K；

步骤5：迭代所述步骤2至步骤4直至收敛为止，得到最优的中继节点初始处理矩阵F、最优的信源初始线性预编码矩阵P，然后，信源BS把获得的最优的中继节点初始处理矩阵F传输给中继节点，并把获得的最优的信源初始线性预编码矩阵P以及最优的中继节点初始处理矩阵F一起广播给各个信宿，至此，编码过程结束，开始进行数据信息传输。

优选地，所述步骤2，具体为：假设固定中继节点初始处理矩阵F、以及各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K，优化信源BS的初始线性预编码矩阵P＝[P_l,…,P_k…,P_K]，其中的第k个P_k为关于功率控制因子λ的函数：

$P_k\left(\mathrm{\λ}\right)=w_k{(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{H}_k^H{A}_k^H{W}_k{A}_k{H}_k+\mathrm{\λI})}^{-1}{H}_k^H{A}_k^H{W}_k,$

其中，A^H代表A的共轭转置，Tr(A)表示求矩阵A的迹，w_k表示第k个信宿的权重因子，若各个信宿的权重一样则w₁＝w₂＝…＝w_K＝1；I代表单位矩阵；λ为功率控制因子使得Tr(P(λ)P^H(λ))≤P_s；

而

$E_k=(I-A_k{H}_k{P}_k){(I-A_k{H}_k{P}_k)}^H+\underset{i\≠k}{\mathrm{\Σ}}{A}_k{H}_k{P}_i{P_i}^H{H}_k^H{A}_k^H+A_k{G}_k{G}_k^H{A}_k^H.$

优选地，所述步骤3，具体为：假设固定信源BS的初始线性预编码矩阵P、以及各个信宿接收矩阵A_l,A₂,…,A_K，优化中继节点初始处理矩阵F，其中F为关于功率控制因子μ的函数：

$F\left(\mathrm{\μ}\right)={(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{H}_{\mathrm{kr}}^H{A}_{2k}^H{W}_k{A}_{2k}{H}_{\mathrm{kr}}+\mathrm{\μI})}^{-1}(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}-w_k{\mathrm{\Δ}}_k){(H_{\mathrm{rb}}{\mathrm{PP}}^H{H}_{\mathrm{rb}}^H+I)}^{-1}$ ,其中， ${\mathrm{\Δ}}_k=H_{\mathrm{kr}}^H{A}_{2k}^H{W}_k{A}_{1k}{H}_{\mathrm{kb}}{\mathrm{PP}}^H{H}_{\mathrm{rb}}^H-H_{\mathrm{kr}}^H{A}_{2k}^H{W}_k{P}_k^H{H}_{\mathrm{rb}}^H,$ A_1k为用户k在第一时隙的接收矩阵，A_2k为用户k在第二时隙的接收矩阵，功率控制因子μ满足 $\mathrm{Tr}\left(F\left(\mathrm{\μ}\right)(H_{\mathrm{rb}}{\mathrm{PP}}^H{H}_{\mathrm{rb}}^H+I)F{\left(\mathrm{\μ}\right)}^H\right)\≤P_r.$

本发明的工作原理如下：

包括直接链路的预编码机制：以往的预编码机制，都仅仅是考虑信源-中继-信宿群之间的信道信息，而信源-信宿群之间的直接链路信息被忽略，从而造成直接链路容量的损失。本发明提出一种迭代设计方法，信源首先根据信源-信宿群之间的直接链路信息以及信源-中继-信宿群之间的信道信息初始化信源预编码矩阵和中继节点的处理接收矩阵，然后根据初始化的信源预编码矩阵和中继节点收发处理矩阵建立初始的信宿群接收矩阵；然后建立迭代过程：首先假定中继节点的处理矩阵和信宿群接收矩阵不变，优化信源的预编码矩阵，然后假定信源的预编码矩阵和信宿群的接收矩阵不变，优化中继节点的收发处理矩阵，最后更新信宿群的接收矩阵，迭代上述过程直到收敛为止。

策略上，综合权衡了信源-信宿群之间的直接链路信息以及信源-中继-信宿群之间的信道信息来设计信源预编码矩阵和中继节点接收处理矩阵，使得***容量最大化。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为1-1-K中继广播网络抽象图。

图2为1-1-K中继广播网络的具体实施范例。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例的应用场景为“1-1-K”中继广播网络，即网络中包含有1个多天线信源节点BS、1个多天线中继节点RS和K个多天线信宿MU₁,MU₂，…,MU_K。

如图2所示，本实施例采用该图所示信道模型。1个信源（BS）用Base Station（基站）表示，中继节点RS用Relay Station（中继站）表示，信宿群用MU₁,MU₂,…,MU_K（用户）表示。其中基站有M_s个天线，中继站有M_r个天线，K个用户，第k个用户只有N_k个天线。我们进一步假设

这个完整的信号传输过程分两个正交信道，可以是时分正交信道，或者是频分正交信道。假设在同一次传输中，两个短暂正交信道保持不变。在信号传输之前进行预编码设计。每次按以下步骤进行：

步骤1：信源BS根据已获得的信源自身到信宿群MU₁,MU₂,…,MU_K之间的直接信道信息矩阵H_1b,H_2b,…,H_Kb、信源与中继节点之间信道信息H_rb、中继节点与信宿群之间的信道信息H_1r，H_2r,…,H_Kr，初始化信源初始线性预编码矩阵

中继节点初始处理矩阵F＝ρI以及各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K；

其中：I为单位矩阵；P_i为第i个用户的预编码矩阵；ρ为功率控制因子满足中继节点的功率控制方程

其中，Tr(A)表示求矩阵A的迹。

步骤2：假设固定中继节点初始处理矩阵F、以及各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K，优化信源BS的初始线性预编码矩阵P；

步骤3：假设固定信源BS的初始线性预编码矩阵P、以及各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K，优化中继节点初始处理矩阵F；

步骤4：假设固定信源BS的初始线性预编码矩阵P、以及中继节点初始处理矩阵F，优化各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K；

步骤5：迭代所述步骤2至步骤4直至收敛为止，得到最优的中继节点初始处理矩阵F、最优的信源初始线性预编码矩阵P。然后，信源BS把获得的最优的中继节点初始处理矩阵F传输给中继节点，并把获得的最优的信源初始线性预编码矩阵P以及最优的中继节点初始处理矩阵F一起广播给各个信宿，至此，编码过程结束，开始进行数据信息传输。

更为具体地：

步骤1：信道估计。基站估计基站到用户群之间的信道信息，得到直接链路的信道信息矩阵H_SB＝H_1b,H_2b,…,H_Kb。中继站估计基站到中继站之间的信道信息矩阵和中继站到用户群之间的信道信息矩阵，从而得到H_rb和H_SR=H_1r,H_2r,…,H_Kr

基站根据信源与信宿群之间的直接信道信息H_1b,H_2b,…,H_Kb、信源与中继节点之间信道信息H_rb、中继节点与信宿群之间的信道信息H_1r,H_2r，…,H_Kr，初始化信源端的初始线性预编码矩阵P、中继节点初始处理矩阵F以及各个信宿接收矩阵A_l,A₂,…,A_K，也就是：

中继节点初始处理矩阵F＝ρI(ρ满足中继节点的功率控制方程，也就是：I为单位矩阵)，以及根据初始P和F推算出的各个信宿的接收矩阵A₁,A₂,…,A_K，其中 $A_k=P_k^H{H}_k^H{(H_k{\mathrm{PP}}^H{H}_k^H+G_k{G}_k^H)}^{-1},$ 其中 $H_k=\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{kb}}\\ H_{\mathrm{kr}}{\mathrm{FH}}_{\mathrm{rb}}\end{array}\right],$ 代式

diag(a,b)表示对角元素为a，b的对角矩阵；

步骤2：假设固定中继节点初始处理矩阵F、以及各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K，优化信源BS的初始线性预编码矩阵P＝[P_l,…,P_k…,P_K]，其中的第k个P_k为关于功率控制因子λ的函数：

$P_k\left(\mathrm{\λ}\right)=w_k{(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{H}_k^H{A}_k^H{W}_k{A}_k{H}_k+\mathrm{\λI})}^{-1}{H}_k^H{A}_k^H{W}_k,$

其中，A^H代表A的共轭转置，Tr(A)表示求矩阵A的迹，w_k表示第k个信宿的权重因子（如果各个信宿的权重一样w₁＝w₂＝…＝w_K＝1），I代表单位矩阵，λ为功率控制因子使得Tr(P(λ)P^H(λ))≤P_s，

而

$E_k=(I-A_k{H}_k{P}_k){(I-A_k{H}_k{P}_k)}^H+\underset{i\≠k}{\mathrm{\Σ}}{A}_k{H}_k{P}_i{P_i}^H{H}_k^H{A}_k^H+A_k{G}_k{G}_k^H{A}_k^H.$

步骤3：假设固定信源BS的初始线性预编码矩阵P、以及各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K，优化中继节点初始处理矩阵F，其中F为关于功率控制因子μ的函数：

$F\left(\mathrm{\μ}\right)={(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{H}_{\mathrm{kr}}^H{A}_{2k}^H{W}_k{A}_{2k}{H}_{\mathrm{kr}}+\mathrm{\μI})}^{-1}(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}-w_k{\mathrm{\Δ}}_k){(H_{\mathrm{rb}}{\mathrm{PP}}^H{H}_{\mathrm{rb}}^H+I)}^{-1}$ ,其中 ${\mathrm{\Δ}}_k=H_{\mathrm{kr}}^H{A}_{2k}^H{W}_k{A}_{1k}{H}_{\mathrm{kb}}{\mathrm{PP}}^H{H}_{\mathrm{rb}}^H-H_{\mathrm{kr}}^H{A}_{2k}^H{W}_k{P}_k^H{H}_{\mathrm{rb}}^H,$ A_1k为用户k在第一时隙的接收矩阵，A_2k为用户k在第二时隙的接收矩阵，μ为功率控制因子，满足 $\mathrm{Tr}\left(F\left(\mathrm{\μ}\right)(H_{\mathrm{rb}}{\mathrm{PP}}^H{H}_{\mathrm{rb}}^H+I)F{\left(\mathrm{\μ}\right)}^H\right)\≤P_r.$

步骤4：假设固定信源BS的初始线性预编码矩阵P、以及中继节点初始处理矩阵F，优化各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K，

其中 $H_k=\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{kb}}\\ H_{\mathrm{kr}}{\mathrm{FH}}_{\mathrm{rb}}\end{array}\right],$ 代式 $G_k{G}_k^H=\mathrm{diag}(I,I+H_{\mathrm{kr}}{\mathrm{FF}}^H{H}_{\mathrm{kr}}^H),$ diag(a,b)表示对角元素为a，b的对角矩阵。步骤5：迭代所述步骤2至步骤4直至收敛为止，得到最优的中继节点初始处理矩阵F、最优的信源初始线性预编码矩阵P。然后，信源BS把获得的最优的中继节点初始处理矩阵F传输给中继节点，并把获得的最优的信源初始线性预编码矩阵P以及中继节点初始处理矩阵F一起广播给各个信宿，至此，编码过程结束，开始进行数据信息传输。

中继站把在第一正交信道内接收到的数据信号和噪声乘与一个中继节点初始处理矩阵F后，在第二个正交信道内广播给用户。

各个用户用接收矩阵(第k个用户对应的接收矩阵为A_k)接收第一正交信道内和第二正交信道内的数据后，进行解密操作。一次传输通信过程结束。

本实施例中，设定了两个正交信道，在第一正交信道内，基站把预编码的数据广播给中继节点和信宿群。在第二个正交信道内，中继节点把接收到的数据经过F处理后转发给用户。本发明提出的联合信源与中继节点的预编码方案，综合利用了基站到用户的直接链路信息以及基站经过中继节点到用户之间的中继链路信息，相比较原有的方案，充分平衡了基站到用户之间的直接链路与基站经过中继到用户之间的中继链路贡献，所以容量有较大的提高。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种基于中继协作的广播信道中的联合信源中继的预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：信源BS根据已获得的信源自身到信宿群MU₁,MU₂,…,MU_K之间的信道信息、信源与中继节点之间信道信息H_rb、中继节点与信宿群之间的信道信息H_1r,H_2r，…,H_Kr、信源的发射功率P_s、中继节点的发射功率P_r、信源的天线个数M_s、中继节点的天线个数M_r、信宿个数K、各个信宿的天线个数N_k个数、以及归一化后的噪声的估计方差1，初始化信源端的初始线性预编码矩阵

中继节点初始处理矩阵F＝ρI，并根据初始线性预编码矩阵P和中继节点初始处理矩阵F推算出的各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K，其中：

I为单位矩阵；P_i为第i个用户的预编码矩阵；ρ为功率控制因子，满足中继节点的功率控制方程

其中，Tr(A)表示求矩阵A的迹； $A_k=P_k^H{H}_k^H{(H_k{\mathrm{PP}}^H{H}_k^H+G_k{G}_k^H)}^{-1},$ 其中， $H_k=\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{kb}}\\ H_{\mathrm{kr}}{\mathrm{FH}}_{\mathrm{rb}}\end{array}\right],$ 代式 $G_k{G}_k^H=\mathrm{diag}(I,I+H_{\mathrm{kr}}{\mathrm{FF}}^H{H}_{\mathrm{kr}}^H),$ diag(a,b)表示对角元素为a,b的对角矩阵；信源自身到信宿群MU₁,MU₂,…,MU_K之间的信道信息包括信源与信宿群之间的直接信道信息H_1b,H_2b,…,H_Kb；

步骤2：假设固定中继节点初始处理矩阵F、以及各个信宿接收矩阵A₁,A₂，…,A_K，优化信源BS的初始线性预编码矩阵P；

步骤3：假设固定信源BS的初始线性预编码矩阵P、以及各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K，优化中继节点初始处理矩阵F；

步骤4：假设固定信源BS的初始线性预编码矩阵P、以及中继节点初始处理矩阵F，优化各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K；

步骤5：迭代所述步骤2至步骤4直至收敛为止，得到最优的中继节点初始处理矩阵F、最优的信源初始线性预编码矩阵P，然后，信源BS把获得的最优的中继节点初始处理矩阵F传输给中继节点，并把获得的最优的信源初始线性预编码矩阵P以及最优的中继节点初始处理矩阵F一起广播给各个信宿，至此，编码过程结束，开始进行数据信息传输。

2.根据权利要求1所述的基于中继协作的广播信道中的联合信源中继的预编码方法，其特征在于，所述步骤2，具体为：假设固定中继节点初始处理矩阵F、以及各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K，优化信源BS的初始线性预编码矩阵P＝[P_l,…,P_k…,P_K]，其中的第k个P_k为关于功率控制因子λ的函数：

$P_k\left(\mathrm{\λ}\right)=w_k{(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{H}_k^H{A}_k^H{W}_k{A}_k{H}_k+\mathrm{\λI})}^{-1}{H}_k^H{A}_k^H{W}_k,$

其中，A^H代表A的共轭转置，Tr(A)表示求矩阵A的迹，w_k表示第k个信宿的权重因子，若各个信宿的权重一样则w₁＝w₂＝…＝w_K＝1；I代表单位矩阵；λ为功率控制因子使得Tr(P(λ)P^H(λ))≤P_s；

而 $E_k=(I-A_k{H}_k{P}_k){(I-A_k{H}_k{P}_k)}^H+\underset{i\≠k}{\mathrm{\Σ}}{A}_k{H}_k{P}_i{P_i}^H{H}_k^H{A}_k^H+A_k{G}_k{G}_k^H{A}_k^H.$

3.根据权利要求2所述的基于中继协作的广播信道中的联合信源中继的预编码方法，其特征在于，所述步骤3，具体为：假设固定信源BS的初始线性预编码矩阵P、以及各个信宿接收矩阵A₁,A₂,…,A_K，优化中继节点初始处理矩阵F，其中F为关于功率控制因子μ的函数：

$F\left(\mathrm{\μ}\right)={(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{H}_{\mathrm{kr}}^H{A}_{2k}^H{W}_k{A}_{2k}{H}_{\mathrm{kr}}+\mathrm{\μI})}^{-1}(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}-w_k{\mathrm{\Δ}}_k){(H_{\mathrm{rb}}{\mathrm{PP}}^H{H}_{\mathrm{rb}}^H+I)}^{-1}$ ,其中， ${\mathrm{\Δ}}_k=H_{\mathrm{kr}}^H{A}_{2k}^H{W}_k{A}_{1k}{H}_{\mathrm{kb}}{\mathrm{PP}}^H{H}_{\mathrm{rb}}^H-H_{\mathrm{kr}}^H{A}_{2k}^H{W}_k{P}_k^H{H}_{\mathrm{rb}}^H,$ A_1k为用户k在第一时隙的接收矩阵，A_2k为用户k在第二时隙的接收矩阵，功率控制因子μ满足 $\mathrm{Tr}\left(F\left(\mathrm{\μ}\right)(H_{\mathrm{rb}}{\mathrm{PP}}^H{H}_{\mathrm{rb}}^H+I)F{\left(\mathrm{\μ}\right)}^H\right)\≤P_r.$

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