採用協作中繼進行聯合MIMO傳輸和壓縮來降低幹擾的系統和方法與流程

2023-05-30 08:10:41

本申請要求seyedarvinayoughi等人於2014年9月29日遞交的發明名稱為「採用協作中繼進行聯合最優mimo傳輸和壓縮來降低幹擾」的第62/057122號美國臨時專利申請案的在先申請優先權，該在先申請的內容以引入的方式併入本文。

本發明涉及組網和無線通信，尤其在特定實施例中，涉及一種採用協作中繼進行聯合多輸入多輸出(multipleinputmultipleoutput，簡稱mimo)傳輸和壓縮來降低幹擾的系統和方法。

背景技術：

在mimo系統中，通過多根收發天線增加無線鏈路的容量以利用在各個方向的多徑傳播。基站或用戶終端可以通過多徑傳播同時在相同的無線信道上發送和/或接收一個以上數據信號。所述用戶終端是能夠與網絡進行無線傳輸的任何用戶或行動裝置，如智慧型手機、平板電腦、筆記本電腦或傳感器設備。當前和演進中的無線通信網絡，包括mimo系統，面臨的挑戰之一是向遠端或小區邊緣用戶提供高速率下行傳輸。位於小區邊緣的用戶終端不僅必須對來自自己基站的較弱直接信號負責，也必須對來自鄰基站的強幹擾負責。然而，例如，當終端之間的距離足夠接近時，現代的用戶終端能夠建立高容量帶外設備到設備鏈路(如使用wifi、藍牙或其他無線鏈路技術)。所述用戶終端的物理接近也表示多個終端上的幹擾是高度相關的。這使利用設備到設備通信來實現幹擾降低和信號增強變得可能。需要一種能夠利用設備到設備通信來降低mimo傳輸幹擾以及增強接收信號的方案。

技術實現要素：

根據另一實施例，一種用於通過設備到設備通信接收多輸入多輸出(multipleinputmultipleoutput，簡稱mimo)傳輸和中繼信道的方法包括：在目的終端從基站接收用於mimo傳輸的傳輸信號，其中根據傳輸協方差對所述傳輸信號進行波束成形，所述傳輸協方差是對所述傳輸協方差以及用於壓縮和中繼從中繼終端到所述目的終端的所述傳輸信號的量化噪聲協方差進行聯合優化得到的，其中根據已知信道狀態信息以及傳輸和中繼信道的噪聲與幹擾統計對所述傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行聯合優化。所述方法還包括：在所述目的終端通過所述設備到設備通信從所述中繼終端接收壓縮用於mimo傳輸的所述傳輸信號得到的中繼信號，其中所述中繼信號是根據所述量化噪聲協方差量化壓縮的。所述目的節點根據所述接收到的傳輸信號和中繼信號的相關噪聲去除所述接收到的傳輸信號和中繼信號上的任何幹擾。

根據另一實施例，一種用於通過設備到設備通信建立mimo傳輸和中繼信道的方法包括：在網絡控制器初始化傳輸協方差，其中所述傳輸協方差用於將從基站到目的終端和中繼終端的mimo傳輸的傳輸信號進行波束成形；並初始化量化噪聲協方差，其中所述量化噪聲協方差用於將從所述中繼終端到所述目的終端的中繼信號進行壓縮，其中根據已知信道狀態信息以及傳輸和中繼信道的噪聲與幹擾統計對所述傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行初始化。所述方法還包括：根據所述中繼終端和所述目的終端之間的中繼鏈路上的容量約束以及所述基站的傳輸信號功率約束使用迭代算法對所述傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行聯合優化。

根據另一實施例，一種用於通過設備到設備通信接收mimo傳輸和中繼信道的終端包括：與存儲器耦合的處理器；非瞬時性計算機可讀存儲介質，用於存儲所述處理器執行的程序，其中所述程序包括指令，用於：從基站接收用於mimo傳輸的傳輸信號，其中根據傳輸協方差對所述傳輸信號進行波束成形，所述傳輸協方差是對所述傳輸協方差以及用於壓縮和中繼從中繼終端到所述終端的所述傳輸信號的量化噪聲協方差進行聯合優化得到的，其中根據已知信道狀態信息以及傳輸和中繼信道的噪聲與幹擾統計對所述傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行聯合優化。所述程序還包括指令，用於：通過所述設備到設備通信從所述中繼終端接收壓縮用於mimo傳輸的所述傳輸信號得到的中繼信號，其中所述中繼信號是根據所述量化噪聲協方差量化壓縮的。根據所述程序，所述終端還用於根據所述接收到的傳輸信號和中繼信號的相關噪聲去除所述接收到的傳輸信號和中繼信號上的任何幹擾。

根據又一實施例，一種用於通過設備到設備通信建立mimo傳輸和中繼信道的網絡控制器包括：與存儲器耦合的處理器；非瞬時性計算機可讀存儲介質，用於存儲所述處理器執行的程序，其中所述程序包括指令，用於：初始化傳輸協方差，其中所述傳輸協方差用於將從基站到目的終端和中繼終端的mimo傳輸的傳輸信號進行波束成形；並初始化量化噪聲協方差，其中所述量化噪聲協方差用於將從所述中繼終端到所述目的終端的中繼信號進行壓縮，其中根據已知信道狀態信息以及傳輸和中繼信道的噪聲與幹擾統計對所述傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行初始化。所述程序包括指令，用於：根據所述中繼終端和所述目的終端之間的中繼鏈路上的容量約束以及所述基站的傳輸信號功率約束使用迭代算法對所述傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行聯合優化。

上述寬泛地概括了本發明實施例的特徵，以便能夠更好理解以下本發明的詳細描述。下面將對本發明實施例的其他特徵和優勢進行說明，其也構成了本發明權利要求的主題。本領域的技術人員應當理解，所公開的概念和特定實施例易被用作修改或設計其他實現與本發明相同的目的的結構或過程的基礎。本領域的技術人員還應當意識到，這種等同構造不脫離所附權利要求書所闡述的本發明的精神和範圍。

附圖說明

為了更完整地理解本發明及其優點，現在參考下文結合附圖進行的描述，其中：

圖1示出一種無線mimo蜂窩系統的實施例；

圖2示出一種進行聯合傳輸以及量化噪聲協方差優化的方法的另一實施例；

圖3示出一種通過聯合傳輸和量化噪聲協方差優化進行聯合mimo傳輸的壓縮和轉發中繼方案的方法的實施例；

圖4示出一種通過聯合傳輸和量化噪聲協方差優化進行聯合mimo傳輸的壓縮和轉發中繼方案的方法的另一實施例；

圖5示出不同優化算法的仿真結果的圖表；

圖6示出不同優化算法的另一仿真結果的圖表；

圖7示出不同優化算法的又一仿真結果的圖表；

圖8示出用於實現各實施例的計算平臺的實施例的方框圖。

除非另有指示，否則不同圖中的對應標號和符號通常指代對應部分。繪製各圖是為了清楚地說明實施例的相關方面，因此未必是按比例繪製的。

具體實施方式

下文將詳細論述當前優選實施例的製作和使用。然而，應了解，本發明提供可在各種具體上下文中體現的許多適用的發明性概念。所論述的具體實施例僅僅說明用以實施和使用本發明的具體方式，而不限制本發明的範圍。

提供了在mimo系統的下行無線通信中實現幹擾降低和信號增強的系統和方法實施例。通過設備到設備通信的mimo多天線聯合接收方案用於跨協作用戶終端增強目標信號的檢測以及降低幹擾，如小區外幹擾(來自多個小區或基站)。因此，遠端或小區邊緣用戶的下行傳輸可以得到明顯改善。所述協作終端包括用於從基站接收信號的目的終端，以及對通過設備到設備通信從所述基站到所述目的終端的信號進行壓縮和轉發的中繼終端。所述壓縮是根據中繼鏈路的有限容量通過量化所述信號實現的。依照天線池化技術，使用所述目的和中繼終端的多天線來實現對來自所述基站的傳輸信號的聯合接收。所述中繼鏈路允許兩個用戶有效地將他們的天線組成天線池。這可以增大接收器的規模，因此可以實現所述基站的額外自由度傳輸。天線池化也可以實現跨多個用戶終端的聯合幹擾抑制，因此直接傳輸將有更大的無幹擾規模。

假設兩個協作終端之間足夠接近，則認為所述中繼終端和所述目的終端上的噪聲高度相關。當從所述源(基站)接收信號並從所述中繼終端接收壓縮信號時，可以利用這種相關性來提高所述目的終端上的信噪比。可以利用噪聲相關性來去除所述目的終端上的信號幹擾並提高信噪比。通過高斯統計(高斯噪聲)來表示有噪聲的傳輸信號和中繼量化噪聲。可以優化所述源(基站)上的傳輸波束成形和所述中繼終端上的信號量化來降低幹擾，並通過對傳輸協方差矩陣(對於所述傳輸信號)和中繼量化噪聲協方差矩陣(對於所述中繼終端上的量化噪聲)進行聯合優化來改善所述目的終端上的信號接收。

在一實施例中，所述傳輸協方差和所述中繼量化噪聲協方差的聯合優化問題可以通過先固定所述傳輸協方差矩陣並求解閉合數學形式中的所述中繼量化協方差矩陣得到解決。然後通過固定第一個固定步驟中的所述量化噪聲協方差矩陣來求所述傳輸協方差矩陣。這兩個步驟可以重複，從而實現交替這兩個步驟的迭代優化直到達成所述傳輸和量化噪聲協方差矩陣的最佳方案。如上所述，該方案中假設了所述中繼和目的終端之間的噪聲相關性來利用設備到設備的協作鏈路。該方案可以通過跨多天線中繼和目的終端的聯合接收和幹擾抑制來優化所述中繼鏈路並極大提高吞吐量。考慮到在所述目的和中繼終端上有相關噪聲的mimo中繼信道，所述可交替優化方法包括對兩個協方差矩陣進行同時對角化。

根據本發明的示例，公開了一種用於通過設備到設備通信建立mimo傳輸和中繼信道的方法。所述方法包括從基站向目的終端和中繼終端發送用於所述mimo傳輸的傳輸信號。根據傳輸協方差對所述傳輸信號進行波束成形，其中所述傳輸協方差是對所述傳輸協方差以及用於壓縮和中繼通過設備到設備通信從中繼終端到所述目的終端的所述傳輸信號的量化噪聲協方差進行聯合優化得到的。根據已知信道狀態信息以及傳輸和中繼信道的噪聲與幹擾統計對所述傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行聯合優化。所述方法還包括從網絡控制器接收所述傳輸協方差，其中所述網絡控制器用於根據已知信道狀態信息以及傳輸和中繼信道的噪聲與幹擾統計對所述傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行聯合優化。

根據本發明的另一示例，公開了一種用於通過設備到設備通信建立mimo傳輸和中繼信道的網絡組件。所述網絡組件包括處理器，用於向目的終端和中繼終端發送用於mimo傳輸的傳輸信號。根據傳輸協方差對所述傳輸信號進行波束成形，其中所述傳輸協方差是對所述傳輸協方差以及用於壓縮和中繼通過設備到設備通信從中繼終端到所述目的終端的所述傳輸信號的量化噪聲協方差進行聯合優化得到的。根據已知信道狀態信息以及傳輸和中繼信道的噪聲與幹擾統計對所述傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行聯合優化。所述網絡組件是基站。所述網絡組件還用於從網絡控制器接收所述傳輸協方差，其中所述網絡控制器用於根據已知信道狀態信息以及傳輸和中繼信道的噪聲與幹擾統計對所述傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行聯合優化。

根據本發明另一示例，公開了一種用於通過設備到設備通信支持mimo傳輸和中繼信道的方法。所述方法包括：通過設備到設備通信從中繼設備向目的終端發送中繼信號，其中所述中繼信號是通過壓縮來自基站的mimo傳輸的傳輸信號得到的。根據量化噪聲協方差對所述中繼信號進行量化壓縮，其中所述量化噪聲協方差是對傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行聯合優化得到的。根據已知信道狀態信息以及傳輸和中繼信道的噪聲與幹擾統計對所述傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行聯合優化。所述方法還包括從網絡控制器接收所述量化噪聲協方差，其中所述網絡控制器用於根據已知信道狀態信息以及傳輸和中繼信道的噪聲與幹擾統計對所述傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行聯合優化。

根據本發明另一示例，公開了一種用於通過設備到設備通信支持mimo傳輸和中繼信道的終端。所述終端包括處理器，用於通過所述設備到設備通信向目的終端發送中繼信號，其中所述中繼信號是通過壓縮來自基站的mimo傳輸的傳輸信號得到的。根據量化噪聲協方差對所述中繼信號進行量化壓縮，其中所述量化噪聲協方差是對傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行聯合優化得到的。根據已知信道狀態信息以及傳輸和中繼信道的噪聲與幹擾統計對所述傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行聯合優化。所述終端是中繼終端，用於對從所述基站到所述目的終端的所述傳輸信號進行轉發、壓縮和中繼。所述終端還用於從網絡控制器接收所述量化噪聲協方差，其中所述網絡控制器用於根據已知信道狀態信息以及傳輸和中繼信道的噪聲與幹擾統計對所述傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行聯合優化。

圖1示出了根據本發明實施例提供的一種無線mimo蜂窩系統100。所述系統100包括任何數量的基站110和用戶終端120。例如，示出兩個小區邊緣用戶終端120。中繼用戶終端120與目的用戶終端120協作，通過所述兩個用戶終端120之間的中繼鏈路中繼來自基站110的信息。所述中繼鏈路可以有不同於所述用戶終端120和所述基站110之間直接鏈路的頻段。所述兩個用戶終端120從鄰基站110接收幹擾源，得到所述中繼和目的用戶終端120上噪聲的相關程度。

在數學上，所述通信場景中考慮了包含固定容量c0比特/信道利用的帶外中繼-目的鏈路的高斯mimo中繼信道。所述源(基站110)、中繼(用戶終端120)以及目的(用戶終端120)分別有s、r和d根天線。假定t是所有結合的幹擾基站110的天線總數。所述中繼和目的終端上接收到的信號分別為：

yr＝hsrx+nr和(1)

yd＝hsdx+nd(2)

其中由於共同的幹擾源，所述中繼和目的終端上的高斯噪聲是相互關聯的，即分別為：

nr＝htrxt+n1和(3)

nd＝htdxt+n2。(4)

矩陣hsr∈cr×s和hsd∈cd×s分別是源-中繼信道矩陣和源-目的信道矩陣。矩陣htr∈cr×t和htd∈cd×t分別是幹擾-中繼信道矩陣和幹擾-目的信道矩陣。噪聲函數n1～cn(0r×1,σ2ir)和n2～cn(0d×1,σ2id)分別是所述中繼和目的終端上的加性背景噪聲和獨立背景噪聲。向量x∈cs×1是功率約束p下來自所述源基站的傳輸向量。向量xt∈ct×1是含的幹擾信號，假設是高斯信號且獨立於其他信號。

所述中繼用戶終端120實現壓縮和轉發策略，其中所述中繼量化了自己的觀察結果(即含來自所述源基站的噪聲的傳輸信號)，並通過所述中繼鏈路將所述量化指標發送至所述目的終端。所述量化過程可能涉及wyner-ziv編碼，其解釋了由於所述信號和所述相關噪聲使得所述目的終端接收到的信號與中繼觀察結果互相關。壓縮和轉發的可達速率是：

s.t.i(yr；yr|yd)≤c0和

其中表示共軛轉置。

假設所述含源基站上噪聲的傳輸信號有高斯分布，如x～cn(0s×1,sx)。所述中繼上的高斯量化噪聲可以建模為：

其中，q～cn(0r×1,sq)。此時，聯合傳輸和壓縮優化的問題為：

maxfo(sx,sq)

s.t.fc(sx,sq)≤c0和

sx≥0，sq≥0,tr(sx)≤p。(7)

目標函數表示為：

所述約束表示為：

是總信道矩陣。所述幹擾協方差矩陣表示為：

以上優化問題的解決方案確定了所述源(基站)上的優化傳輸波束成形以及所述中繼上的信號量化，以降低幹擾並改善所述目的終端上的信號接收。在所述中繼上的鏈路容量約束和終端信號的傳輸功率約束下，所述優化發現所述源基站的最優傳輸信號向量和所述中繼上的最優量化中繼信道向量。所述優化問題可以在了解信道狀態信息以及噪聲與幹擾統計情況下在集中位置得到解決。由於所述目標函數和所述約束在sx中是凹的且在sq中是凸的，該問題並不是凸優化問題。採用迭代優化方法來找到所述優化問題的拉格朗日的最佳條件。為解決該問題，使用迭代優化方法可最大化所述拉格朗日。所述優化問題的拉格朗日可以表示為：

l(sx,sq,μ)＝fo(sx,sq)-μ(fc(sx,sq)-c0)。(11)

解決該問題的所述總優化方法是為固定拉格朗日對偶變量μ找到最大化拉格朗日的最優具體地，對於固定變量μ，首先為最優解決以下優化問題：

隨後，在外環中發現使得以下公式成立的最優值μ*：

在一些實施例中，最優μ*是在0與1之間。當μ＝0時(例如，當所述目標是在沒有中繼鏈路容量約束情況下最大化總速率)，所述最優是零矩陣，使得當μ≥1，所述總目標是使得中繼鏈路速率與所述可達速率比值超出1:1，所述最優可以是無窮大，使得所述拉格朗日最大化問題通過使用固定的μ∈(0,1)求解。查找所述最優μ*的外環是一維求根問題，可以使用如二分等數值方法得到解決。

等式(12)中的所述拉格朗日最大化問題可以使用迭代坐標上升方法得到解決。所述解決方法是為固定sx找到最大化l(sx,sq,μ)的最優sq，然後為固定sq找到最優化l(sx,sq,μ)的最優sx，並在這兩個步驟間進行迭代。對於固定μ∈(0,1)，可以解決sx和sq個體優化達到最佳。所述迭代優化過程提供了拉格朗日目標的非遞減順序，使得迭代過程聚合。聚合點是平穩點。以下表1總結了實現聯合傳輸和量化的解決算法。以下還進一步描述了為固定sx優化sq以及為固定sq優化sx的算法細節。

表1：聯合輸入和量化算法

圖2是一種以上算法提供的用於聯合傳輸和量化協方差優化的方法200的實施例的流程圖。所述方法200可以由網絡控制器執行，所述網絡控制器用於對來自所述源(基站)的傳輸波束成形信號和從所述中繼終端到所述目的終端的壓縮信號進行聯合優化。所述網絡控制器可以位於所述傳輸基站或網絡中單獨的實體。在步驟210，將含高斯噪聲的所述源基站的傳輸協方差初始化至某個合適的值。所述傳輸協方差決定了所述源基站波束成形的傳輸向量。這是表1中算法的步驟1。在步驟220，為聯合傳輸協方差和中繼量化噪聲協方差的拉格朗日函數的優化變量(拉格朗日乘數)μ選擇合適的值。這是以上算法中的步驟3。所述量化噪聲協方差決定了所述中繼終端接收並中繼到所述目的終端的信號的量化。在步驟230，得到所在中繼上的所述量化噪聲協方差，並固定所述傳輸協方差。這在所述算法的步驟5中示出。在步驟240，得到最佳傳輸協方差，並固定所述得到的量化噪聲協方差。在決策步驟245中，所述方法檢查是否所述傳輸協方差和量化噪聲協方差的值已經聚合。如果所述值已聚合，則所述方法200進入步驟250。否則，所述方法返回步驟230。這在所述算法的步驟6中示出。在步驟250，通過平分和最後計算出的所述協方差矩陣的值更新所述優化變量μ的值。在決策步驟260，所述方法根據量化檢查所述中繼鏈路上的速率是否滿足所述中繼鏈路上的固定容量。如果所述量化信號速率滿足所述中繼鏈路上的容量，則所述方法200結束。否則，所述方法返回步驟220。使用得到的所述優化傳輸協方差和量化噪聲協方差分別確定所述源基站的最佳傳輸信號波束成形和從所述中繼到所述目的終端的量化信號，以降低幹擾並改善在用於mimo傳輸的目的終端接收來自源基站的信號。

為固定sx優化sq，採用閉合解來找到使給定的的拉格朗日最大化的sq，即最優方法是使

該方法使為了尋找所述問題的平穩點。一種使閉合解有可能實現的技術是同餘下的同時對角化。對於優化sq，當sx固定時，公式(8)和(9)中的目標函數和約束函數可以重新寫為：

和(15)

現在等式(14)中的拉格朗日寫為：

其中使用schur的補充公式和得到條件協方差和其中(.)+表示摩爾－彭若斯廣義逆。

目標是基於sq最大化等式(17)。約束條件sq≥0是多餘的，因為在域中已經是隱式的(例如，如果|sq|＝0，則所述中繼鏈路速率無窮大)。最大化等式(18)中主要步驟是和的同時對角化。該方案基於輔助定理，其中存在非奇異矩陣c∈cr×r使得和其中λ是對角矩陣。對角元素λi叫做廣義特徵值。此外，對於i＝1,…,r，λi∈(0,1]。作為證明，和都是正定矩陣。假定是柯列斯基分解。考慮特徵分解同時滿足和此外，由於c是非奇異的，意味著λ≥ir。對於普通的相關噪聲情況，以上同時對角化用於解決矩陣優化問題以實現標量優化。

為解決mimo傳輸問題達到標量並且解決接下來的標量量化噪聲優化問題，等式(17)中的拉格朗日可以寫為：

其中(a)隨著變量變化而變化，c是以上的輔助定理，(b)中的∑q隨著特徵分解改變。當u＝ir時等式(b)成立。因此，不會損失最優性來限制使其對角。

假定是∑q的對角元素。考慮以下變量變化：

其中且ci≥0。ci可解釋為是指定給壓縮cyr的第i個元素的變量的一部分。使用等式(19)，所述拉格朗日可以寫為：

當λi≥1時，可以檢查到等式(20)在ci中是凹的。最佳ci由以下等式給出：

最佳由以下等式給出：

最佳sq由給出。

為固定sq優化sx，以下優化問題：

可以使用凸優化中採用的方式解決，其中對於固定如果μ∈(0,1)，則等式(11)中拉格朗日是sx的凹函數。為了證實所述凸性，當時，需要注意的是等式(11)中的拉格朗日可以寫為sx(對於固定)的函數。對於μ∈(0,1)，所述公式是對數取行列式優化問題，其是凸的且可以通過使用matlab的cvx等數值軟體包解決。

圖3是一種通過聯合傳輸和量化噪聲協方差優化進行聯合mimo傳輸的壓縮和轉發中繼方案的方法300的實施例的流程圖。在步驟310，根據已知信道狀態信息以及傳輸和中繼信道的噪聲與幹擾統計對用於基站到目的終端上的mimo波束成形的傳輸協方差矩陣、函數或值以及用於壓縮從中繼終端到所述目的終端的中繼信號的量化噪聲協方差矩陣、函數或值進行初始化。在步驟320，採用迭代算法和中繼鏈路容量和傳輸信號功率約束對所述傳輸協方差和所述量化噪聲協方差進行聯合優化。所述方案包括最大化有最優拉格朗日變量的兩個協方差矩陣的拉格朗日函數。所述優化可以使用所述方法200或表1中的算法解決。可以在所述網絡控制器或基站上執行步驟310和320。在步驟330，根據所述最優傳輸協方差對從所述基站到所述目的終端的傳輸信號進行波束成形。這個步驟可以在所述基站或所述網絡控制器上執行。例如，所述網絡控制器可以將所述最優傳輸協方差發送到所述基站。在步驟340，根據所述最優量化噪聲協方差對從所述中繼終端到所述目的終端的中繼信號進行壓縮或量化。這個步驟可以在所述中繼終端上執行。例如，所述網絡控制器可以將所述優化量化噪聲協方差發送至所述中繼終端。

圖4是一種通過聯合傳輸和量化噪聲協方差優化進行聯合mimo傳輸的壓縮和轉發中繼方案的方法400的另一實施例的流程圖。所述方法可以由目的終端執行，其中所述目的終端從基站接收傳輸信號並從中繼終端接收壓縮的中繼信號。在步驟410，從所述基站接收用於mimo傳輸的傳輸信號。根據聯合優化傳輸協方差得到的傳輸協方差矩陣、函數或值以及量化噪聲協方差矩陣、函數或值對所述傳輸信號進行波束成形。使用所述量化噪聲協方差對從所述中繼終端到所述目的終端的傳輸信號進行壓縮和中繼。在步驟420，從所述中繼終端接收所述壓縮的中繼信號。所述中繼終端從所述基站接收所述傳輸信號然後根據所述量化噪聲協方差量化所述信號來建立所述中繼信號。在步驟430，根據所述接收到的傳輸信號和傳輸信號的相關噪聲去除所述接收到的傳輸信號和中繼信號上的任何幹擾。

進行仿真研究來證實以上描述的用於設備到設備鏈路的所述壓縮和轉發中繼方案的有效性，以增強下行無線蜂窩環境中小區邊緣吞吐量。所述方案採用聯合輸入和以上的量化協方差優化，如使用方法200。微微小區部署被認為是以最大功率1瓦特/10兆赫(mhz)向離開100米(m)的用戶傳輸的微微基站。鄰近的第二用戶是圖1示出的中繼。假設背景噪聲功率頻譜密度是-170分貝-毫瓦特/赫茲(dbm/hz)。使用路徑損耗指數為3.76和8分貝(db)的信道模型陰影。

作為參考，mimo中繼信道的容量的割集上限是：

割集範圍的評估涉及解決優化問題。對於高斯mimo中繼信道，等式(37)的最大化問題中的最優輸入分布是多元高斯。對輸入協方差矩陣的優化是凸優化問題，其可以通過使用如cvx等標準優化包解決。

圖5是展示用於增強基站和用戶之間直接通信的天線池化效果的圖表。所述圖表示出使用中繼鏈路提高總傳輸速率的場景，其中所述傳輸基站有兩根天線(s＝3)，中繼和目的終端各有兩根天線(r＝2和d＝2)，且沒有小區間幹擾(t＝0)。在這種場景中，由於總傳輸自由度受到所述目的終端天線數的限制，所述天線池化的優勢在於增加直接信號維度。因此，來自所述中繼的池化天線可以顯著提高總吞吐量。如圖5所示，在c0＝100兆比特/秒(mbps)下，最優壓縮和轉發中繼方案中提高的吞吐量大約為95mbps，對於每個中繼比特在直接傳輸速率方面實現了大約1:1的提高。在c0＝250mbps情況下實現的最大可能提高大約是165mbps。如果c0取較小值，所述最優壓縮和轉發方案中可達速率幾乎滿足割集範圍。

所述圖表還展示了在總可達速率下最優化輸入協方差矩陣的效果。作為輸入協方差的次優選擇，若不考慮中繼的影響，在將所述傳輸協方差設置為源-目的和源-中繼-目的點到點信道的注水協方差情況中，繪製所述可達速率。對於該固定的輸入協方差矩陣，最優化所述量化噪聲協方差。根據c0的值，嚴格說來其中的各個協方差可以是次優的。對於c0取較小值，將優化源-目的信道的輸入協方差設置為接近最優。然而，隨著c0增加，該sx可能無法實現最優性能。對於c0取較大值，將優化源-中繼-目的信道的輸入協方差設置為接近最優，但是當c0取低值時，存在差距。

圖6是展示與上述場景類似設置的結果的圖表，除了所述傳輸基站現有有兩根天線，所述中繼和目的各有三根天線，且也沒有幹擾(即s＝2、r＝3、d＝3和t＝0)。在這種場景中，中繼並沒有顯著增加總吞吐量，因為所述總自由度受到基站天線數而不是所述目的設備天線數的約束。此時，當c0＝100mbps，吞吐量提供了僅大約17mbps。

圖7是展示與圖6場景相同設置的結果的圖表。然而，圖7的場景還考慮了另外四個幹擾單天線微微基站，如圖1所示(即s＝2、r＝3、d＝3和t＝4)。所述幹擾基站置於離中心基站六角網格200m遠的位置。由於幹擾，沒有中繼(即c0＝0)的吞吐量現在大大降低，但是所述中繼鏈路的最大利用可以大幅度提高所述吞吐量。這是因為所述共同小區間幹擾使得所述中繼和目的終端上的噪聲高度相關。通過使用所述中繼鏈路利用該噪聲相關性，所述目的終端可以有效地將三根中繼天線與自己已有的三根天線聯合，以形成2×6總mimo信道(即s＝2和r+d＝6)。這使得四級幹擾(即t＝4)被徹底消除，形成有效的2×2無幹擾總信道。如圖7圖表所示，在大約c0＝100mbps情況下，所述壓縮和轉發中繼鏈路的優化利用提高的吞吐量大約是85mbps。在c0較小時，對於每個中繼比特在直接傳輸速率方面中繼實現了大約1:1的提高。值得注意的是，圖7中c0較大下的總吞吐量接近圖5和圖6中c0＝0場景下的可達速率，說明了優化壓縮和轉發中繼的近完整的幹擾抑制能力。

圖6和圖7也表明了優化所述量化噪聲協方差矩陣的重要性。為便於比較，也示出了簡單的次優sq的可達速率，其中sq＝qir，對於從表1中的聯合輸入和量化算法得到的最優sx，將q設置為滿足等式的中繼速率約束。sq結果的簡單選擇得到了如圖6和圖7所示的次優性能。

圖8為可用於實施各種實施例的處理系統800的方框圖。例如，所述系統可以是網絡實體或組件的一部分，如基站、用戶終端或任何用於實現此處描述的對於壓縮和轉發中繼的優化技術的網絡控制器。特定裝置可利用所有所示的組件或所述組件的僅一子集，且裝置之間的集成程度可能不同。此外，設備可以包括組件的多個實例，例如多個處理單元、處理器、存儲器、發射器、接收器等。處理系統800可以包括配備一個或多個輸入/輸出設備，例如揚聲器、麥克風、滑鼠、觸控螢幕、按鍵、鍵盤、印表機、顯示器等的處理單元801。處理單元801可包括中央處理器(cpu)810、存儲器820、大容量存儲設備830、視頻適配器840，以及連接到總線的i/o接口860。所述總線可以為任何類型的若干總線架構中的一個或多個，包括存儲總線或者存儲控制器、外設總線等等。

所述cpu810可包括任何類型的電子數據處理器。存儲器820可包括任意類型的系統存儲器，例如靜態隨機存取存儲器(staticrandomaccessmemory，簡稱sram)、動態隨機存取存儲器(dynamicrandomaccessmemory，簡稱dram)、同步dram(synchronousdram，簡稱sdram)、只讀存儲器(read-onlymemory，簡稱rom)或其組合等等。在實施例中，存儲器820可包括在開機時使用的rom以及在執行程序時使用的存儲程序和數據的dram。在實施例中，存儲器820是非瞬時的。大容量存儲設備830可包括任意類型的存儲設備，其用於存儲數據、程序和其它信息，並使這些數據、程序和其它信息通過總線訪問。大容量存儲設備830可包括如下項中的一種或多種：固態磁碟、硬碟驅動器、磁碟驅動器、光碟驅動器等等。

視頻適配器840以及i/o接口860提供接口以將外部輸入以及輸出裝置耦合到處理單元上。如圖所示，輸入輸出設備的示例包括耦合至視頻適配器840的顯示器890和耦合至i/o接口870的滑鼠/鍵盤/印表機860的任意組合。其它設備可以耦合至處理單元801，可以利用附加的或更少的接口卡。舉例來說，串行接口卡(未圖示)可以用於為印表機提供串行接口。

處理單元801還包括一個或多個網絡接口850，網絡接口850可包括乙太網電纜等有線鏈路，和/或到接入節點或者一個或多個網絡880的無線鏈路。網絡接口850允許處理單元801通過網絡880與遠程單元通信。例如，網絡接口850可以通過一個或多個發射器/發射天線以及一個或多個接收器/接收天線提供無線通信。在一實施例中，處理單元801耦合到區域網或廣域網上以用於數據處理以及與遠程裝置通信，所述遠程裝置例如其它處理單元、網際網路、遠程存儲設施等。

雖然本發明中已提供若干實施例，但應理解，在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，本發明所公開的系統和方法可以以許多其他特定形式來體現。本發明的實例應被視為說明性而非限制性的，且本發明並不限於本文本所給出的細節。例如，各種元件或組件可以在另一系統中組合或合併，或者某些特徵可以省略或不實施。

此外，在不脫離本發明的範圍的情況下，各種實施例中描述和說明為離散或單獨的技術、系統、子系統和方法可以與其它系統、模塊、技術或方法進行組合或合併。展示或論述為彼此耦合或直接耦合或通信的其它項也可以採用電方式、機械方式或其它方式通過某一接口、設備或中間組件間接地耦合或通信。其他變化、替代和改變的示例可以由本領域的技術人員在不脫離本文精神和所公開的範圍的情況下確定。