一种针对解码转发双向中继系统的多中继选择方法

摘要

本发明公开了一种针对解码转发双向中继系统的多中继选择方法。该方法包括：源点1和源点2利用若干中继点互传数据，将能够同时正确接收两个源点所发送数据的双向中继组成候选中继子集；分别计算源点1和源点2到候选中继子集中各中继的信道容量加权值，将所述信道容量加权值求和后，进行由大到小的降序排序；从排序后的候选中继子集中选择前N个信道容量加权值所对应的中继进入已选中继子集；根据归一化门限，从候选中继子集余下的中继中，继续选择中继进入已选中继子集；最后，已选中继子集中的中继点将接收到的源点数据分别发送至源点1和源点2，完成源点间的数据互传。本发明的特点在于有效提高了协同通信系统的分集阶数，特别适用于实际工程中信道状态信息过时的情况。

说明书

技术领域

本发明涉及解码转发双向中继系统的多中继选择方法。

背景技术

协同通信技术通过空间分集，能有效对抗信道的无线衰落。协同通信系统中的中继由于数据转发方式不同，分为放大转发中继(即对接收信号进行放大后转发)和解码转发中继(即对接收信号进行解码后再编码转发)。

传统协同通信系统中各节点通常以半双工的方式传输数据，这样导致了一个数据符号从源节点发送至目的节点需要占用两个信道。为了提高频谱利用率，双向中继协同通信系统应运而生。由于双向中继系统较单向中继系统有明显的优越性，因此受到了越来越多的关注。

为了降低双向中继系统的复杂性，协同中继选择技术被广泛采用。协同中继选择技术可分为单中继选择和多中继选择，其基本思想是在众多可用的中继里选择某个或某些中继节点参与数据转发，利用空间分集，能有效对抗信道的无线衰落，不仅能提高信息传输的可靠性，还能有效提高传输的安全性，目前的研究主要集中在单中继选择。由于单中继选择技术只选择一个最合适的中继用于数据转发，因此与多中继选择技术相比，单中继选择的计算复杂度较低。然而，单中继选择方法的主要缺点是没有充分利用空间分集，特别是在时变信道下，系统的分集增益仅为1。而实际信道几乎都是时变信道，由于其传输时延，在中继选择时刻的信道状态信息与中继转发数据时刻的信道状态信息往往不一致，即信道状态信息产生了过时，此时会极大影响中继选择方案的性能。因此，在实际工程应用中，需要对其进行改进，以提高系统的分集增益。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明根据解码转发双向中继系统的特点，提供一种针对解码转发双向中继系统的多中继选择方法，该方法有效提高了协同通信系统的分集阶数，特别适用于实际工程中信道状态信息过时的情况。

本发明的目的通过以下技术方案实现的：

一种针对解码转发双向中继系统的多中继选择方法，其特征在于，包括：

A、源点1和源点2利用若干中继点互传数据，将能够同时正确接收源点1和源点2所发送数据的双向中继组成候选中继子集；

B、计算源点1到候选中继子集中各中继点的信道容量加权值I_1k，k＝1,...,K；计算源点2到候选中继子集中各中继点的信道容量加权值I_2k；

C、信道容量加权值求和得到I_k＝I_1k+I_2k，并将I_k进行由大到小的降序排序；

D、根据排序后的信道容量加权值，从候选中继子集中选择前N个I_k所对应的N个中继点进入已选中继子集；

E、根据归一化门限，从所述候选中继子集余下的(K-N)个中继里，继续选择中继进入已选中继子集；

F、已选中继子集中的中继点将接收到的源点数据分别发送至源点1和源点2，完成源点间的数据互传。

所述步骤A进一步包括：

A1、设候选中继子集的中继个数为K；

A2、若K>N，则执行步骤B；若K≤N，则候选中继子集直接作为已选中继子集，执行步骤F。

所述步骤B进一步包括：

B1、计算源点1到候选中继子集中各中继的信道容量加权值，其计算公式为I_1k＝|h_2k|²log₂(1+SNR|h_1k|²)，其中，|h_1k|²和|h_2k|²分别表示源点1和源点2到候选中继子集中各中继点的信道系数，SNR表示信道的平均信噪比；

B2、计算源点2到候选中继子集中各中继的信道容量加权值，其计算公式为I_2k＝|h_1k|²log₂(1+SNR|h_2k|²)。

所述步骤E进一步包括：

E1、排序后的第N个信道容量加权值乘以参数μ∈[0,1]，得到归一化门限I^(N)；

E2、候选中继子集中余下的(K-N)个中继的信道容量加权值依次与I^(N)比较，若大于或等于I(^N)，则该信道容量加权值所对应的中继进入已选中继子集；若小于I(^N)，则该中继不能进入已选中继子集。

附图说明

图1为本发明所述方法的示意图

图2为本发明所述方法的基本流程图

具体实施方式

本发明提供了一种针对解码转发双向中继系统的多中继选择方法。

本发明的基本思路是：源点1和源点2利用若干中继点互传数据，将能够同时正确接收两个源点所发送数据的双向中继组成候选中继子集；分别计算源点1和源点2到候选中继子集中各中继的信道容量加权值，将所述信道容量加权值求和后，进行由大到小的降序排序；从排序后的候选中继子集中选择前N个信道容量加权值所对应的中继进入已选中继子集；根据归一化门限，从候选中继子集余下的中继中，继续选择中继进入已选中继子集；最后，已选中继子集中的中继点将接收到的源点数据分别发送至源点1和源点2，完成源点间的数据互传。该方法有效提高了协同通信系统的分集阶数，特别适用于实际工程中信道状态信息过时的情况。

本发明的基本原理如下：

假设双向中继系统中包含源点1，源点2和M个中继节点，记为R_m，m＝0,1,...,M-1.假设源点1和源点2之间需要相互发送数据，并从M个中继节点中选择多个中继节点，用于数据的转发.由于实际信道阴影衰落严重，故假设源点1和源点2之间没有直接传输链路。

源点1和源点2之间的数据交换需要两个时隙。第一个时隙，源点1和源点2分别发送信号x₁和x₂至M个中继节点，于是任意中继点R_m收到的信号可以表示为：其中，P₁和P₂分别表示源点1和源点2的数据发射功率；h_1m表示源点1和R_m之间的信道，h_2m表示源点2和R_m之间的信道；w_m表示均值为零，方差为N₀的加性复高斯白噪声。假设信道满足互易性，且源点1和源点2已将自干扰消除，于是在第二个时隙，源点1和源点2接收到中继转发的信号。

本发明所述多中继选择方法的基本流程图如图2所示，包括如下步骤：

步骤20：源点1和源点2利用若干中继点互传数据，将能够同时正确接收源点1和源点2所发送数据的双向中继组成候选中继子集，执行步骤21；

步骤21：设候选中继子集的中继个数为K，执行步骤22；

步骤22：若K>N，执行步骤23；若K≤N，执行步骤29；

步骤23：计算源点1到候选中继子集中各中继的信道容量加权值，其计算公式为I_1k＝|h_2k|²log₂(1+SNR|h_1k|²)，其中，|h_1k|²和|h_2k|²分别表示源点1和源点2到候选中继子集中各中继点的信道系数，k＝1,...,K，SNR表示信道的平均信噪比，执行步骤24；

步骤24：计算源点2到候选中继子集中各中继的信道容量加权值，其计算公式为I_2k＝|h_1k|²log₂(1+SNR|h_2k|²)，执行步骤25；

步骤25：信道容量加权值求和得到I_k＝I_1k+I_2k，并将I_k进行由大到小的降序排序，执行步骤26；

步骤26：根据排序后的信道容量加权值，从候选中继子集中选择前N个I_k所对应的N个中继进入已选中继子集，执行步骤27；

步骤27：排序后的第N个信道容量加权值乘以参数μ∈[0,1]，得到归一化门限I^(N)，执行步骤28；

步骤28：候选中继子集中余下的(K-N)个中继的信道容量加权值依次与I^(N)比较，若大于或等于I(^N)，则该信道容量加权值所对应的中继进入已选中继子集；若小于I(^N)，则不能进入已选中继子集；执行步骤210；

步骤29：候选中继子集直接作为已选中继子集；

步骤210：已选中继子集中的中继点将接收到的源点数据分别发送至源点1和源点2，完成源点间的数据互传。