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高速铁路车地间多跳协作通信技术的非完美信道下信号传输模型

【摘要】:在非完美毫米波信道下,基于全双工中继转发通信的单向传输系统如图6.1所示,其中轨旁源节点部署Ns根全连接的天线阵列传输个数据流。传输信号经由源节点预编码矩阵进行波束成形处理后发送到中继接收端,则中继节点接收到的第n个传输信号表示为其中,Hsr是源节点到中继节点的毫米波信道矩阵。中继节点同样受到传输功率的约束,其中Pr表示中继节点的发射功率。

在非完美毫米波信道下,基于全双工中继转发通信的单向传输系统如图6.1所示,其中轨旁源节点部署Ns根全连接的天线阵列传输个数据流。

图6.1 基于全双工中继的毫米波中继混合预编码结构

全双工中继节点采用混合预编码分别进行接收和发送,其中发送端与接收端均采用Nr根天线和根RF链进行数据转发。为了保证在第n个传输过程中能够进行多流传输,假设传输信号并满足。传输信号经由源节点预编码矩阵进行波束成形处理后发送到中继接收端,则中继节点接收到的第n个传输信号表示为

其中,Hsr是源节点到中继节点的毫米波信道矩阵。在发送信号时由于总功率有限,因此轨旁基站源节点受到的传输功率约束,其中,FRF是由一组可变精度移相器组成的模拟预编码矩阵,FBB为数字基带预编码矩阵。Hli为全双工中继节点发送端到接收端的自干扰信道矩阵,为满足的源节点到中继接收端的加性信道干扰噪声矩阵。

在全双工中继节点,由于信号处理延迟,第n-1个数据流中接收的信号矢量yr(n-1)在第一个时隙进行放大处理,并在第二个时隙通过另一个毫米波信道Hrd转发到目的端。则中继发送的信号xr(n)可以表示为

其中,表示中继节点的混合预编码矩阵,GBB为数字基带预编码矩阵,GT和GR分别表示发送模拟预编码矩阵和接收模拟预编码矩阵。中继节点同样受到传输功率的约束,其中Pr表示中继节点的发射功率。

与源节点的结构相同,在目的端同样利用混合组合器W=WRFWBB接收中继节点发送的信号,其中WRF和WBB分别表示接收端模拟组合矩阵和基带数字组合矩阵。在目标节点处对接收到的信号矢量进行预编码后,信号转变为

其中,nrd表示满足的中继发送端至目的端的信道加性高斯噪声矩阵。

通过将式(6.1)和式(6.2)代入式(6.3),信号y在目标节点被合并。省略对混合预编码设计影响较小的时间索引n,则在目的端恢复的传输信号可以表示为

其中第一项是目的端所接收到的主传输信号,第二项为应用自干扰消除技术后剩余的噪声项,第三项为经过中继放大后的第一段信道噪声,第四项为中继至目的端信道噪声。