下行信号加权处理方法、 装置和通信系统 【技术领域】
本发明涉及通信技术领域， 特别是涉及一种下行信号加权处理方法、 装置和通信系统。 背景技术 下一代网络 (Next Generation Network， 简称 NGN) 对频谱有效性和功率有效性提 出了更高的要求。 中继式移动网络与传统蜂窝网相比， 可有效改善网络覆盖质量， 为在高频 段实现宽带无线接入提供了一种高性价比的解决方案。
中继式移动网络可以由多个中继器组成一个虚拟阵列相互协同工作。在中继式 移动网络中， 移动台 (Mobile Station， 简称 MS) 可在多个中继器的协作下通过基站 (Base Station， 简称 BS) 接入无线网络。在中继式移动网络中， 现有技术通常是由基站对其下行 发射向量进行优化处理， 根据优化处理后的下行发射向量发送下行信号， 以满足各移动台 接收信号所需的下行信噪比 (Signal to Noise Ratio， 简称 SINR)。
发明人在实现本发明实施例过程中发现， 现有技术没有对中继器的发射信号进行 优化处理， 以优化网络容量和保证通信质量的技术手段。
发明内容 本发明提供了一种下行信号加权处理方法、 装置和通信系统， 有利于提高网络容 量和改善通信质量。
本发明实施例提供了一种下行信号加权处理方法， 包括 ：
获取基站到中继器的第一信道冲击响应和中继器到移动台的第二信道冲击响 应；
根据所述第一信道冲击响应和第二信道冲击响应， 确定预编码权值和中继权值 ；
向所述基站和所述中继器分别发送所述预编码权值和所述中继权值， 以供所述基 站根据所述预编码权值对下行信号进行加权处理得到下行预编码加权信号， 并向所述中继 器发送所述下行预编码加权信号， 以及以供所述中继器根据所述中继权值对中继器接收到 的基站发射信号进行加权处理得到下行中继加权信号， 向所述移动台发送所述下行中继加 权信号。
本发明实施例还提供了一种下行信号加权处理装置， 包括 ：
获取模块， 用于获取基站到中继器的第一信道冲击响应和中继器到移动台的第二 信道冲击响应 ；
权值确定模块， 用于根据所述第一信道冲击响应和第二信道冲击响应， 确定预编 码权值和中继权值 ；
加权处理模块， 用于向所述基站和所述中继器分别发送所述预编码权值和所述中 继权值， 以供所述基站根据所述预编码权值对下行信号进行加权处理得到下行预编码加权 信号， 并向所述中继器发送所述下行预编码加权信号， 以及以供所述中继器根据所述中继
权值对中继器接收到的基站发射信号进行加权处理得到下行中继加权信号， 向所述移动台 发送所述下行中继加权信号。
本发明实施例还提供了一种通信系统， 包括基站、 中继器和移动台， 还包括 ：
下行信号加权处理装置， 用于获取基站到中继器的第一信道冲击响应和中继器到 移动台的第二信道冲击响应 ； 根据所述第一信道冲击响应和第二信道冲击响应， 确定预编 码权值和中继权值 ； 向所述基站和所述中继器分别发送所述预编码权值和所述中继权值 ；
所述基站用于根据所述预编码权值对所述下行信号进行加权处理得到下行预编 码加权信号， 并向所述中继器发送所述下行预编码加权信号 ；
所述中继器用于根据所述中继权值对中继器接收到的基站发射信号进行加权处 理得到下行中继加权信号， 向所述移动台发送所述下行中继加权信号。
本发明实施例通过为基站确定用于对基站需要向移动台发送的下行信号进行预 编码加权处理的预编码权值， 为中继器确定用于对中继器接收的基站下行信号进行加权处 理的中继权值， 即在基站端和中继端分别对下行信号进行优化处理， 从而有利于优化网络 容量并提高通信质量。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下， 还可 以根据这些附图获得其他的附图。
图 1 为本发明提供的下行信号加权处理方法实施例流程图 ；
图 2 为本发明提供的预编码权值和中继权值确定方法实施例流程图 ；
图 3 为本发明实施例应用场景中继式通信系统结构示意图 ；
图 4 为本发明实施例多次迭代导致功率的变化趋势示意图 ；
图 5a 为本发明信噪比与中继器最小发射总功率关系实施例示意图 ；
图 5b 为本发明一种信噪比与基站最小发射总功率关系实施例示意图 ；
图 5c 为本发明另一种信噪比与中继器最小发射总功率关系实施例示意图 ；
图 6 为本发明提供的下行信号加权处理装置实施例的结构示意图 ；
图 7 为本发明提供的通信系统实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例， 都属于本发明保护的范围。
图 1 为本发明提供的下行信号加权处理方法实施例流程图。如图 1 所示， 本实施 例下行信号加权处理方法包括 ：
步骤 11、 获取基站到中继器的第一信道冲击响应和中继器到移动台的第二信道冲 击响应。第一信道冲击响应可由中继器检测获取。 中继器到移动台的第二信道冲击响应可 由移动台检测获取并发送给中继器 ； 或者， 对于上行通信和下行通信工作在相同频点等时 分通信系统中， 中继器到移动台的信道冲击响应与移动台到中继器的信道冲击响应相等， 因此， 也可根据中继器在上行通信过程中检测到的移动台到中继器的信道冲击响应作为上 述第二信道冲击响应。
步骤 12、 根据第一信道冲击响应和第二信道冲击响应， 确定预编码权值和中继权 值。
预编码权值用于基站对需要向移动台发送的下行信号进行预编码加权处理， 中继 权值用于中继器对接收到的基站发射信号进行中继加权处理。 中继权值和预编码权值可根 据实际需要设置更新周期， 以更新周期为时间间隔进行动态更新。
步骤 13、 向基站和中继器分别发送预编码权值和中继权值， 以供基站根据预编码 权值对下行信号进行加权处理得到下行预编码加权信号， 并向中继器发送下行预编码加权 信号， 以及以供中继器根据中继权值对中继器接收到的基站发射信号进行加权处理得到下 行中继加权信号， 向移动台发送下行中继加权信号。
本实施例下行加权处理方法通过为基站确定用于对基站需要向移动台发送的下 行信号进行预编码加权处理的预编码权值， 为中继器确定用于对中继器接收的基站下行信 号进行加权处理的中继权值， 即在基站端和中继端分别对下行信号进行优化处理， 从而有 利于优化网络容量并提高通信质量。
图 2 为本发明提供的预编码权值和中继权值确定方法实施例流程图。 如图 2 所示， 本实施例预编码权值和中继权值确定方法包括 ：
步骤 21、 确定中继权值迭代初始值以及下行信噪比阈值。
步骤 22、 根据中继权值迭代初始值、 下行信噪比阈值、 第一信道冲击响应和第二信 道冲击响应， 确定达到下行信噪比阈值且基站的发射总功率为最小值时对应的预编码权值 迭代初始值。
步骤 23、 根据预编码权值迭代初始值， 确定达到下行信噪比阈值且中继器的发射 总功率为最小值时对应的中继权值迭代值。
可选的， 本步骤还可根据所述预编码权值迭代初始值， 确定达到下行信噪比阈值、 中继器的发射总功率为最小值且任一中继器的发射功率小于或等于预设门限值时对应的 中继权值迭代值。
步骤 24、 根据中继权值迭代值、 下行信噪比阈值和第二信道冲击响应， 确定达到下 行信噪比阈值且基站的发射总功率为最小值时对应的预编码权值迭代值。
步骤 25、 根据预编码权值迭代值， 重新确定达到下行信噪比阈值且中继器的发射 总功率为最小值时对应的中继权值迭代值 ； 并根据重新确定的中继权值迭代值、 下行信噪 比阈值和第二信道冲击响应， 重新确定达到下行信噪比阈值且基站的发射总功率为最小值 时对应的预编码权值迭代值 ； 重复迭代直至中继器的发射总功率的最小值收敛为某一固定 值。
可选的， 本步骤还可根据重新确定的所述预编码权值迭代值， 重新确定达到所述 下行信噪比阈值、 所述中继器的发射总功率为最小值且任一所述中继器的发射功率小于或 等于预设门限值时对应的中继权值迭代值。由于每个中继器发射功率不可能无限制的增大， 受到其物理条件的限制。该方案综合考虑了各中继器发射的总功率和单个中继器发射 送的功率， 在达到下行信噪比阈值的同时使得各中继器发射总功率最小、 且单个中继器发 射的功率不超过某个门限值， 因此提高了方案的可行性。
步骤 26、 确定中继器的发射总功率的最小值收敛为某一固定值时对应的预编码权 值迭代值和中继权值迭代值， 分别为预编码权值和中继权值。
基站根据预编码权值对需要向移动台发送的下行信号进行预编码加权处理， 得到 下行预编码加权信号。基站向中继器发送下行预编码加权信号。中继器在接收到下行预编 码加权信号之后， 根据中继权值对下行预编码加权信号进行中继加权处理， 得到下行中继 加权信号。中继器向移动台发送下行中继加权信号。
本实施例通过迭代方法联合确定预编码权值和中继权值， 根据确定的预编码权值 和中继权值分别对下行信号进行加权处理， 使得基站在向移动台发送的下行信号达到预设 下行信噪比阈值时， 基站发射总功率最小且各中继器发射总功率最小， 从而有利于优化网 络容量并提高通信质量。 如果结合考虑单个中继器发射功率的上界联合确定预编码权值和 中继权值， 还有利于进一步提高方案可行性以及实现的可靠性。
下面结合具体应用场景， 对本发明实施例预编码权值和中继权值确定方法的理论 基础进行说明。 图 3 为本发明实施例应用场景中继式通信系统结构示意图。如图 3 所示的中继式 通信系统包括 ： N 个天线的基站、 R 个单天线的中继器和 M 个单天线的移动台。N 个天线的 基站通过 R 个单天线的中继器， 将信号发送给 M 个单天线的移动台， 基站向移动台方向发送 的信号即为下行信号。
如图 3 所示的应用场景中， 中继器接收到的基站发射的下行信号 Xr 可表示如下 ： T
Xr ＝ [x1， x2...xr...xR]
任一中继器接收到的基站发射的下行信号可表示如下 ：
上述 (1) 式中， xr 表示第 r 个中继器接收到的基站发射的下行信号， 1≤r≤R； si 表示基站需要发送给第 i 个移动台的下行信号， 1 ≤ i ≤ M， ti 表示基站对第 i 个移动台进
行下行信号发射加权处理的预编码权值 ； 表示基站的每个天线和第 r 个中继器之间的信 道冲击响应， 即本发明实施例所述的第一信道冲击响应， vr 表示第 r 个中继器引入的噪声。
各中继器接收到基站发射的下行信号之后， 对接收的下行信号进行加权处理， 并 向移动台发送加权处理后的下行信号。 本发明实施例将中继器加权处理后的下行信号称为 下行中继加权信号， 下行中继加权信号可表示如下 ： H
u ＝ W Xr (2)
上述 (2) 式中， u 表示中继器对接收的基站下行信号进行中继加权处理后的下行 中继加权信号， W 为中继器对接收的基站下行信号进行中继加权处理的中继权值的矢量表 达， 在实际计算过程中可为中继权值初始值或中继权值迭代值， 具体可表示如下 ：
W ＝ diag(w1， w2...wr...wR)
其中， wr 为第 r 个中继器的中继权值， 且 1 ≤ r ≤ R。
移动台接收到的下行中继加权信号可表示如下 ：通过对 yi 进行分解可得 ：上述 (3) 式中， gi 表示第 i 个中继器到移动台之间的信道冲击响应， 即本发明实施 例所述的第二信道冲击响应。通过 (3) 式分析可知， 移动台接收到的下行信号主要包括三 个部分 ： 所需的信号 (Desired Signal)、 干扰信号 (Interference) 和噪声 (Noise)。则第 k 个移动台接收到下行信号的信噪比为 ：
上述 (5) 式中， 为第 k 个移动台的接收到的下行信号的信号功率， 且 可通过下式确定 ：
其中， 表示中继器到第 k 个移动台信道冲击响应的自相关矩阵， 即本发明实施 为第 k 个移动台接收到的下行信号的干扰功率， 且 可通过下式确定 ：例所述的中继器到第 k 个移动台的第二信道冲击响应的自相关矩阵。
为基站第 k 个移动台接收到下行信号时的噪声功率， 且 可通过下式确定 ：( 一 ) 确定基站下行信号处理的优化条件
本发明实施例中继器对接收的下行信号进行加权处理的中继权值不是固定值， 而 是需要优化的对象。为了增加网络容量， 可在任一移动台接收到基站的下行信号的信噪比 满足预设要求时， 尽可能降低基站和中继器的发射总功率。
如果考虑在达到下行信噪比要求的同时最小化基站的总发射功率， 则可满足如下 条件 ：
(9)s.t. SINRk ≥ γk， for k ＝ 1， 2， ...， M
上述 (9) 式表示的优化条件一为 ： 使任一移动台接收到的基站下行信号达到预设 的信噪比要求值， 且使基站发射总功率最小化。其中， γk 表示第 k 个移动台接收到的基站 下行信号时的信噪比要求值， 即本发明实施例所述的下行信噪比阈值， 下角标 k 表示移动 台的序号且 1 ≤ k ≤ M。PT 表示基站的发射总功率， 可采用下式确定 ：
根据 (5)、 (6)、 (7)、 (8) 和 (10) 式， 则可将 (9) 式所示的优化条件表示如下 ：
for k ＝ 1 ， 2 ，... ，M(11)
为简化计算过程， 定义如下 ： H Ti ＝ ti ti， i ＝ 1， 2...M (12) 则 (11) 式可相应表示如下 ：
Tk ≥ 0 for k ＝ 1， 2， ...， M 其中， Tk ＝ tkHtk， k ＝ 1， 2， ...， M W ＝ diag(w1， w2...wr...wR) γ 表示移动台的下行信噪比阈值 ； t 表示预编码权值迭代初始值或预编码权值迭代值 ； gk 表示中继器到移动台的第二信道冲击响应 ； 表示 gk 的自相关矩阵， 上角标或下角标 k 表示移动台的序号， 且 1 ≤ k ≤ M， M表 表示下行干扰信号功率， 表示下行噪声功率 ；示移动台的总数量 ；
w 表 示 中 继 权 值 初 始 值 或 中 继 权 值 迭 代 值， 下 角 标 r 表 示 中 继 器 的 序 号， 且 1 ≤ r ≤ R， R 表示中继器的总数量 ；H 表示基站到中继器的第一信道冲击响应。
( 二 ) 在单移动台情形下确定中继器对移动台的下行信号处理的优化条件
接下来进一步考虑任一移动台 ( 即单移动台 ) 在达到下行信噪比要求的同时最小 化中继器的总发射功率的优化条件。
任一移动台接收到的加权后的下行信号可表示如下 ：
则任一移动台在达到下行信噪比要求的同时最小化中继器的总发射功率的优化 条件， 可表示如下 ：
minw wHDw
上述 (15) 式表示的优化条件二为 ： 使任一移动台接收到的基站下行信号达到预 设的信噪比要求值， 且使中继器发射总功率最小化。其中， γ 表示该移动台接收到下行信 号时的信噪比要求值， D 为自定义矩阵， 定义如下 ：
其中， Rx 表示经预编码的基站到中继器的下行信道冲击响应的自相关矩阵和干扰 的能量和， 即本发明实施例所述经预编码的第一下行信道响应的自相关矩阵和干扰的能量 和， [Rx]1， 以此类推， [Rx]R，R 表示 Rx 的第 R 行第 R 列， R 表示中继 1 表示 Rx 的第 1 行第 1 列， 器的总数量， 具体的， Rx 满足下式 ：
令 则 (15) 式所示的优化条件可表示如下 ： (18) 其中 ： C ＝ diag(gT)HttHHHdiag(g*)。上述 (18) 式中的 可采用拉格朗日 (Lagrangian) 方程求解的方法进行求解， 拉 格朗日方程如下
令偏导为零， 可得 ：将 (20) 式的两边分别乘以可得 ：
对 (21) 式进行变换， 可得 ：
其中，表示求主特征向量。根据 (22) 式求解出的 即为使得移动台接收的下行信号达到下行信噪比要求值 且中继器的发射总功率最小情形下对应的优化的中继权值。
( 三 ) 在多移动台情形下确定中继器对移动台的下行信号处理的优化条件
如果通信系统中存在多个移动台， 多个移动台在接收下行信号的同时， 彼此之间 会产生干扰。该情形下， 第 k 个移动台接收到的下行信号可表示如下 ：
则第 k 个移动台在达到自身下行信噪比要求的同时最小化中继器的总发射功率 的优化条件， 可表示如下 ：
minw PR
(24)
s.t. SINRk ≥ γk， for k ＝ 1， 2， ...， M
上述 (24) 式表示的优化条件三为 ： 使任一移动台接收到的基站下行信号达到预 设的信噪比要求值， 且使中继器发射总功率最小化。其中， γk 表示第 k 个移动台接收到的 下行信号时的信噪比要求值， 下角标 k 表示移动台的序号且 1 ≤ k ≤ M。PR 表示中继器的 发射总功率， 可采用下式确定 ：
PR ＝ E{uHu}
＝ Tr{WHE{xxH}W} (25) H
＝ w Dw
其中， x 表示中继器接收到的基站下行信号， D 为自定义矩阵， 其定义详见 (16) 式。
将 (24) 式所示的信噪比条件 SINRk ≥ γk 根据 (23) 和 (25) 式展开， 可得 ：
14其中， Ek 和 Fk 分别满足以下关系 ：102055509 A CN 102055516
说明书9/13 页根据 (25)、 (26)、 (27) 和 (28) 式， 则可将 (24) 式表示的优化条件进一步表示如 minw wHDw (29) for k ＝ 1， 2， ...， M下：
令 Z ＝ wwH， 且假设矩阵 Z 的秩等于 1 即 Rank(Z) ＝ 1， 则 (29) 式表示的优化条件 可进一步表示如下 ：
minZ Tr(ZD)
(30)
and Z ≥ 0 for k ＝ 1， 2， ...， M 求解中当 Rank(Z) ＝ 1 时 (30) 式的最优解 Z， 该最优解 Z 对应的 w 即为所需的中继权值。 如果 (30) 式不存在 Rank(Z) ＝ 1 的最优解， 则可采用随机化算法求解 (30) 式中 当 Z 的秩不为 1 时的次优值， 其原理是通过单位矢量随机初始化选择的方法进行计算， 具体 如下 ：
1、 将 Z 矩 阵 Zopt 进 行 特 征 值 分 解 可 得 ： Zopt ＝ U ∑ UH， 确 定 随 机 变 量 wl ＝ -1/2 -1/2 D U ∑ el， 其中 U 为 Z 矩阵的特征向量排列成的矩阵， ∑为 Z 矩阵的特征值矩阵， wl 是 独立随机变量， 均匀分布在复平面的单位圆上， 其中 θl， 2π) 之间的均匀 i 是 [0，分布的随机变量。
可以证明即单个中继器的功率以及各中继器的功率之和是固定的， 因此 el 的选取对单个中继器的功率以及各中继器的功率不会产生影响。在实际应 用过程中， 可随机选取某一 el 的值并与该 el 对应的 wl 作为独立随机变量的初始值。
2、 改变 θl， 得到 wl 集合， 判断 wl 集合中的每个独立随机变量对应的 Z 是否 i 取值， 满足 (30) 式， 如果不满足， 则对不满足 (30) 式的独立随机变量进行缩放处理 ( 例如 ： 以某 一常数相乘等 )， 如果缩放后的独立随机变量满足 (30) 式， 则将满足限制条件的 wl 作为下 一随机迭代的候选值。
3、 如果 wl 集合中存在多个满足限制条件的 wl， 则确定满足限制条件的 wl 中取值为最小值的 wl 候选值对应的 Z 作为次优解， 该次优解对应的 w 即为所需的中继权值。 上述 (30) 式表示的优化条件是以各中继器尽量小的发射总功率， 达到尽量大的 下行信噪比， 即是将各中继器作为一个整体进行考虑。由于每个中继器的发射功率都不可 能无限制的增加， 存在最大功率的上限。因此， 如果在 (30) 式表示的优化条件的基础上， 进 一步考虑单个中继器的发射功率， 使得每个中继器的发射功率都不超过某一预设门限值， 则可得到优化条件四 ： 使任一移动台接收到的基站下行信号达到预设的信噪比要求值， 使 中继器发射总功率最小化且每个中继器的发射功率小于预设门限值 PRi。优化条件可表示 如下 ：
minZ Tr(ZD)
for k ＝ 1， 2， ...， M Zi.i ≤ PRi/[D]i， for i ＝ 1， 2， ...， R and dZ ≥ 0 i，15(31)102055509 A CN 102055516
说明书10/13 页上述 (31) 式如果存在当 Rank(Z) ＝ 1 时的最优解 Z， 该最优解 Z 对应的 w 即为所 需的中继权值 ； 如果不存在当 Rank(Z) ＝ 1 时的最优解， 则可采用上述随机化算法确定次优 解， 该次优解对应的 w 即为所需的中继权值。
基于上述理论基础， 下面结合图 3 所示的应用场景， 说明本发明实施例联合确定 预编码权值 t 和中继权值 w 方法、 以及基站根据预编码权值 t 进行下行信号的加权发射， 中 继器根据中继权值 w 进行下行信号的加权发射的实现技术方案。具体的， 可包括如下步骤 ：
步骤 41、 确定中继权值迭代初始值以及为移动台设置下行信噪比要求值 γk。
初始化中继器接收到的下行信号波束矢量 w ＝ c×vec(v)， 其中，θi 是[0， 2π) 之间的均匀分布的随机变量， c 为常数， 其取值等于或稍大于基站接收下行中继信 号的天线引入的噪声功率 步骤 42、 确定预编码权值迭代初始值 ： 根据中继权值迭代值以及信噪比要求值 γk， 因此可根据 (13) 式计算 Ti， 根据 Ti 的定义 (12) 式即可求得相应的预编码权值 ti。
步骤 42 中中继权值的迭代值 w 为步骤 41 确定的中继权值迭代初始值或步骤 43 计算得到的中继权值。当步骤 42 中中继权值的迭代值 w 为步骤 41 确定的中继权值迭代初 始值时， 需要将步骤 41 确定的中继权值迭代初始值和信噪比要求值 γk 代入 (13) 式， 验证 (13) 式是否存在 Ti 的解， 如果有， 执行步骤 43 ； 否则说明实际网络环境无发达到已设置好 的信噪比要求值， 需要降低信噪比要求即减小信噪比要求值。将减小后的信噪比要求值代 入 (13) 式验证是否有解， 可反复调整， 直至得到 (13) 式中的 Ti 的解， 执行步骤 44。
如果多次减小信噪比要求值后， (13) 式还是不存在 Ti 的解， 则可根据步骤 41 所示 的方法重新确定中继权值迭代初始值， 将重新确定的中继权值迭代初始值以及减小后的信 噪比要求值 γk 代入 (13) 式， 反复调整中继权值迭代初始值以及信噪比要求值 γk， 直至得 到 (13) 式中的 Ti 的解， 执行步骤 43。
步骤 43、 单移动台情况时根据计算得到的预编码权值 ti 以及 (22) 式计算各中继 器的发射总功率为最小值时对应的中继权值 w， 或者多移动台情况时根据计算得到的预编 码权值 ti 以及用 (30) 式计算各中继器的发射总功率为最小值时对应的中继权值 w， 或者， 多移动台情况时根据计算得到的预编码权值 ti 以及 (31) 式计算各中继器的发射总功率为 最小值且每个中继器的发射功率都小于或等于预设功率门限值时对应的中继权值 w。
在根据 (30) 式或 (31) 式求解中继权值时， 可通过求解上述 (30) 式或 (31) 式在 Rank(Z) ＝ 1 时的最优解 Z， 该最优解 Z 对应的 w 即为所需的中继权值。如果上述 (30) 式 或 (31) 式不存在 Rank(Z) ＝ 1 时的最优解， 则采用上述随机算法求取非凸优化问题的次优
解， 该次优解对应的 w 即为所需的中继权值。
步骤 44、 交替执行步骤 42 和步骤 43， 直至迭代过程中中继器的发射总功率的最小 值趋于某一固定值， 确定该固定值对应的中继权值 w 和预编码权值 t， 为所需的中继权值和 预编码权值。
如果中继器的发射总功率存在某一下界 ( 即中继器的发射总功率存在最小值 )， 则每次交替进行步骤 42 和步骤 43 迭代之后， 中继器的发射总功率就会下降， 通过上述算法 可确定多次迭代之后中继器的发射总功率收敛为某一固定值， 该固定值该固定值对应的中 继权值 w 和预编码权值 t， 为所需的中继权值和预编码权值。
步骤 45、 基站根据步骤 44 中确定的预编码权值对需要向移动台发送的下行信号进行预编码加权处理， 得到下行编码加权信号向中继器发送下行编码加权信号步骤 46、 中继器接收到基站发送信号后， 根据步骤 44 确定的中继权值对基站发射 信号进行中继加权处理 ( 参见 (2) 式 )， 得到下行中继加权信号， 向移动台发送下行中继加 权信号 u。
移动台接收中继器发送的下行中继加权信号， 其信号满足 (4) 式。采用本发明实 施例进行下行信号加权处理过程中， 有利于使得移动台达到所需的下行信噪比要求且中继 器发射总功率最小化， 从而有利于提高网络容量和保证通信质量。
发明人在实现本发明实施例过程中采用模拟仿真的技术手段， 对本发明实施例下 行信号加权处理的实验数据进行仿真分析。图 4 为本发明实施例多次迭代导致功率的变化 趋势示意图。如图 4 所示， 在采样上述迭代方法联合确定预编码权值和中继权值的过程中， 对于移动台达到某一相同的下行信噪比要求值， 随着迭代的次数中继器所需的最小发射总 功率不断下降并逐渐收敛为某一固定值。
此外， 发明人还针对不同基站天线数量 s， 中继器的数量 r 以及移动台的数量 d 构 成的通信系统中， 对下行信噪比要求值与中继器所需最小发射总功率之间的对应关系进行 了比较。图 5a 为本发明信噪比与中继器最小发射总功率关系实施例示意图 ； 图 5b 为本发 明一种信噪比与基站最小发射总功率关系实施例示意图 ； 图 5c 为本发明另一种信噪比与 中继器最小发射总功率关系实施例示意图。 从图 5a、 图 5b 和图 5c 所示的变化趋势可见， 本 发明实施例在通信系统中存在多中继器的情况下， 基站发射总功率和中继器发射总功率并 没有随着中继器的数量的增加而增大， 相反的， 应用了本发明实施例对下行信号进行加权 处理之后， 可以较小的基站发射总功率和较小的中继器总功率达到移动台所需的信噪比要 求值， 可见， 本发明实施例有利于优化网络容量并提高通信质量。
图 6 为本发明提供的下行信号加权处理装置实施例的结构示意图。如图 6 所示， 本实施例下行信号加权处理装置包括 ： 获取模块 61、 权值确定模块 62 和加权处理模块 63。
获取模块 61 用于获取基站到中继器的第一信道冲击响应和中继器到移动台的第 二信道冲击响应。
权值确定模块 62 用于根据第一信道冲击响应和第二信道冲击响应， 确定预编码 权值和中继权值。
加权处理模块 63 用于向基站和中继器分别发送预编码权值和中继权值， 以供基 站根据预编码权值对下行信号进行加权处理得到下行预编码加权信号， 并向中继器发送所 述下行预编码加权信号， 以及以供所述中继器根据中继权值对中继器接收到的基站发射信 号进行加权处理得到下行中继加权信号， 向移动台发送所述下行中继加权信号。
在上述技术方案的基础上， 可选的， 权值确定模块 62 可包括 ： 中继权值及信噪比 初始化单元 621、 预编码权值初始值确定单元 622、 迭代单元 623 和权值确定单元 624。
中继权值及信噪比初始化单元 621 用于确定中继权值迭代初始值以及下行信噪 比阈值。
预编码权值初始值确定单元 622 用于根据中继权值迭代初始值、 下行信噪比阈
值、 第一信道冲击响应和第二信道冲击响应， 确定达到下行信噪比阈值且基站的发射总功 率为最小值时对应的预编码权值迭代初始值。
迭代单元 623 用于根据预编码权值迭代初始值， 确定达到下行信噪比阈值且中继 器的发射总功率为最小值时对应的中继权值迭代值 ； 根据中继权值迭代值、 下行信噪比阈 值和第二信道冲击响应， 确定达到下行信噪比阈值且基站的发射总功率为最小值时对应的 预编码权值迭代值 ； 根据预编码权值迭代值， 重新确定达到下行信噪比阈值且中继器的发 射总功率为最小值时对应的中继权值迭代值 ； 并根据重新确定的中继权值迭代值、 下行信 噪比阈值和第二信道冲击响应， 重新确定达到下行信噪比阈值且基站的发射总功率为最小 值时对应的预编码权值迭代值 ； 重复迭代直至所述中继器的发射总功率的最小值收敛为某 一固定值。
权值确定单元 624 用于确定中继器的发射总功率的最小值收敛为某一固定值时 对应的预编码权值迭代值和中继权值迭代值， 分别为上述预编码权值和上述中继权值。
在上述技术方案的基础上， 如果在确定中继权值的过程中， 也考虑单个中继器发 射送的功率的上限以提高方案的可行性， 该情形下， 可选的， 迭代单元 623 还可用于根据预 编码权值迭代初始值， 确定达到下行信噪比阈值、 中继器的发射总功率为最小值且任一中 继器的发射功率小于或等于预设门限值时对应的中继权值迭代值时对应的中继权值迭代 值； 根据中继权值迭代值、 下行信噪比阈值和第二信道冲击响应， 确定达到下行信噪比阈值 且基站的发射总功率为最小值时对应的预编码权值迭代值 ； 根据预编码权值迭代值， 重新 确定达到下行信噪比阈值、 中继器的发射总功率为最小值且任一中继器的发射功率小于或 等于预设门限值时对应的中继权值迭代值时对应的中继权值迭代值 ； 并根据重新确定的中 继权值迭代值、 下行信噪比阈值和第二信道冲击响应， 重新确定达到下行信噪比阈值且基 站的发射总功率为最小值时对应的预编码权值迭代值 ； 重复迭代直至中继器的发射总功率 的最小值收敛为某一固定值。
本实施例下行信号加权处理装置通过为基站确定用于对基站需要向移动台发送 的下行信号进行预编码加权处理的预编码权值， 为中继器确定用于对中继器接收的基站下 行信号进行加权处理的中继权值， 即在基站端和中继端分别对下行信号进行优化处理， 从 而有利于优化网络容量并提高通信质量。 本实施例下行信号加权处理装置的表现实体不受 限制， 例如该下行信号加权处理装置可独立设置， 或者， 该下行信号加权处理装置还可与中 继器或者与基站一体设置， 其具体实现下行信号加权处理的机理可参见图 1- 图 5c 以及本 发明下行信号加权处理方法实施例的文字记载， 在此不再赘述。
图 7 为本发明提供的通信系统实施例的结构示意图。如图 7 所示， 本实施例通信 系统包括 ： 下行信号加权处理装置 71、 基站 72、 中继器 73 和移动台 74。
下行信号加权处理装置 71 用于获取基站到中继器的第一信道冲击响应和中继器 到移动台的第二信道冲击响应 ； 根据第一信道冲击响应和第二信道冲击响应， 确定预编码 权值和中继权值 ； 向基站和中继器分别发送上述预编码权值和中继权值。
基站 72 用于根据预编码权值对下行信号进行加权处理得到下行预编码加权信 号， 并向中继器发送下行预编码加权信号。
中继器 73 用于根据中继权值对中继器接收到的基站发射信号进行加权处理得到 下行中继加权信号， 向移动台发送下行中继加权信号。移动台 74 用于通过中继器 73 接收经预编码权值和中继权值分别加权处理后的下 行信号。
上述技术方案中， 下行信号加权处理装置的表现实体不受限制， 可选的， 下行信号 加权处理装置可独立设置， 或者下行信号加权处理装置可作为中继器的一个功能模块， 与 中继器一体设置， 或者， 下行信号加权处理装置可作为基站的一个功能模块， 与基站一体设 置。有关下行信号加权处理装置的细
上述技术方案中， 通信系统中移动台、 中继器和基站的数量根据实际需要部署， 可 选的， 移动台可为单天线移动台， 中继器为单天线中继器， 基站为多天线基站。通信系统中 各节点交互实现下行信号加权处理的机理可参见图 1- 图 5c 以及本发明下行信号加权处理 方法实施例的文字记载， 在此不再赘述。
本实施例通信系统中下行信号加权处理装置通过为基站确定用于对基站需要向 移动台发送的下行信号进行预编码加权处理的预编码权值， 为中继器确定用于对中继器接 收的基站下行信号进行加权处理的中继权值， 即在基站端和中继端分别对下行信号进行优 化处理， 从而有利于优化网络容量并提高通信质量。
本领域普通技术人员可以理解 ： 附图只是一个实施例的示意图， 附图中的模块或 流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解 ： 实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分 布于实施例的装置中， 也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上 述实施例的模块可以合并为一个模块， 也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述， 不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解 ： 实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过 程序指令相关的硬件来完成， 前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中， 该程序 在执行时， 执行包括上述方法实施例的步骤 ； 而前述的存储介质包括 ： ROM、 RAM、 磁碟或者 光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是 ： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制 ； 尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解 ： 其依然 可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等同替换 ； 而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范 围。