存在反馈延迟的放大转发中继选择的优化方法

摘要

本发明公开了一种存在反馈延迟的放大转发中继选择的优化方法，包括以下步骤：选出最佳协作节点，采用基于最小均方误差贝叶斯估计准则来估计信噪比，采用部分中继选择估计得到最大信噪比，选择部分中继选择的协作节点；源节点S发送信息到中继节点；中继节点采用放大转发协议转发接收到的信号给目的节点D。在过时信道信息下提出优化的中继选择方法，以适用在有反馈延迟的单源、多中继、单目的节点的放大转发中继系统场景。优化机会中继选择下的系统平均误码率越低，系统的信道容量越高，系统性能越好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种存在反馈延迟的放大转发中继选择的方法，具体地涉及 一种在过时信道信息下提出优化的中继选择方法，以适用在有反馈延迟的单 源、多中继、单目的节点的放大转发中继系统场景。

背景技术

在实际的蜂窝通信系统中,传输信道存在反馈延迟，在无延迟假设下推 导的性能分析结果无法直接应用于实际的蜂窝通信系统。如何在非理想信道 条件下提高中继系统的性能是目前的一个研究热点。

目前中继技术的研究多数是基于理想信道条件假设或是只考虑非理想 因素对中继选择的影响。在传统的中继选择策略中,中继节点根据反馈的信 道状态信息，计算每个中继对应的链路信噪比，选择信噪比最大的中继进行 协作传输。然而，在实际协作通信系统中，受反馈延迟非理想因素的影响， 估计得到的源节点到转发节点以及转发节点到目的节点之间的信道状态信 息会存在一定的误差，这一误差会给协作通信系统性能带来一定损失。我们 基于最小均方误差提出了一种优化了的中继选择方法，优化机会中继选择下 的系统平均误码率越低，系统的信道容量越高，系统性能越好。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明目的是：提供一种存在反馈延 迟的放大转发中继选择的优化方法，在过时信道信息下提出优化的中继选择 方法，以适用在有反馈延迟的单源、多中继、单目的节点的放大转发中继系 统场景。

本发明的技术方案是：

一种存在反馈延迟的放大转发中继选择的优化方法，包括以下步骤：

S11：选出最佳协作节点，采用基于最小均方误差贝叶斯估计准则来估 计信噪比，采用部分中继选择估计得到最大信噪比，选择部分中继选择的协 作节点；

S12：源节点S发送信息到中继节点；

S13：中继节点采用放大转发协议转发接收到的信号给目的节点D。

优选的，步骤S11包括采用基于最小均方误差贝叶斯估计准则来估计真 正的信噪比

其中，是的过时版本，是源节点S到中 继节点之间的信噪比，表示源节点S到中继节点链 路之间的平均信噪比；

采用部分中继选择估计得到的最大信噪比，最终优化的部分中继选择的 协作节点：

其中K为候选中继数，ρ为相关系数。

优选的，步骤S12中继节点接收到的信号表示为：

其中，P_S是源节点的发送功率，代表源节点到中继节点链路S-R之 间的信道增益，x(n)是源节点第n个发送符号，是均值为0、方差为 1的加性白高斯噪声。

优选的，步骤S13中目的节点D接收来自中继节点的信号可以表示为：

其中，P_r是中继节点的发送功率，代表中继节点到目的节点链路 R-D之间的信道增益，G是放大转发因子，是均值为0、方差为1的加 性白高斯噪声。

本发明的优点是：

1.该中继选择方法基于最小均方误差，优化机会中继选择下的系统平 均误码率越低，系统的信道容量越高，系统性能越好。

2.部分中继选择算法只需要获取源节点到中继节点的信道状态信息, 实现复杂度较低。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明过时信道下放大转发协同通信系统框图；

图2为本发明相互系数为0.5时采用本发明中继选择方案与传统方案的 信道容量性能比较曲线图；

图3为本发明相互系数为0.5时采用本发明中继选择方案与传统方案的 系统平均误码率性能比较曲线图；

图4为不同相关系数下采用本发明中继选择方案与传统方案的误码率 性能比较。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施 方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例 性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结 构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例：

如图1给出了本发明存在反馈延迟时放大转发中继选择方法适用的多 中继协作通信系统框图。仿真环境的设置如下：任意两节点之间的信道为平 坦瑞利衰落信道，且各信道均为独立不相关；源节点与中继节点的发射功率 相等，即P_s＝P_r；假设发送端到各个中继间的信道参数一致，中继端到目的 端的信道参数一致，设为不考虑直传链路；源信号是BPSK 调制，基于AF协作协议，候选中继数K＝5，发送数据数目N＝10000。

为了尽可能的降低系统平均误码率，部分中继选择旨在选择链路S-R_K最大信噪比。本文我们假设链路S-R_K过时，一旦获得链路S-R_K过时信道状 态信息，那么选出的最佳转发中继节点K^*满足：

其中，是的过时版本，是源节点S到中 继节点之间的信噪比。

本发明包括如下步骤：

第一步，选出最佳协作节点。

我们知道过时信道会给协作通信系统性能带来一定损失，恶化系统性 能。为了能在过时信道下提高放大转发协作通信系统平均误码率和信道容量 性能，我们提出了一种新的中继选择方法，我们采用了基于最小均方误差贝 叶斯估计准则来估计真正的信噪比：

其中，为基于最小均方误差贝叶斯估计准则估计的源节点S到中继 节点之间的信噪比。

公式(2)可以进一步被表示为：

其中，表示源节点S到中继节点链路之间的平 均信噪比，ρ为相关系数。

提出的优化中继选择策略采用部分中继选择估计得到的最大信噪比，那 么选出的中继满足部分中继选择策略条件：

将公式(3)代入公式(4)，最终优化的部分中继选择的协作节点的选择准 则可描述为：

第二步，源节点S发送信息到中继节点。

中继节点接收到的第n个发送符号可以表示为：

其中，P_S是源节点的发送功率，代表源节点到中继节点链路S-R之 间的信道增益，x(n)是源节点第n个发送符号。是均值为0，方差为1的 加性白高斯噪声。

第三步，中继节点采用放大转发协议转发接收到的信号。

目的节点D接收来自中继节点的信号可以表示为：

其中，P_r是中继节点的发送功率，固定增益 代表中继节点到目的节点链路R-D之 间的信道增益，G是放大转发因子。是均值为0，方差为1的加性白高 斯噪声。

图2为候选中继数为5的场景下的采用本发明方案与传统方案的信道容 量仿真比较结果。其中圆圈线和方格线分别是在过时信道下采用传统方案和 本发明方案的系统信道容量性能的仿真曲线。从图2可以看出，随着信噪比 的增大，本发明的继选择方案信道容量得到一定的提升。

图3中的仿真场景设置与图2中的相同，我们设定相关系数ρ＝0.5。星 线代表信道不存在过时情况下的误码率；圆圈线和方格线分别代表过时信道 下采用部分中继方案和优化中继选择的误码率仿真曲线。可以看到，过时信 道会严重恶化协作通信系统性能，而优化中继选择方案下的误码率取得了明 显优化。

图4比较了不同相关系数下、采用本发明方案与传统部分中继选择方案 误码率性能。从图4中可以看出，在相关系数不同时，本发明方案相比于传 统方法在误码率性能上有明显的提升，说明本发明方法对信道延时有较高的 鲁棒性。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释 本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和 范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和 边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。