存在反饋延遲的放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼選擇的優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種存在反饋延遲的放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼選擇的方法，具體地涉及一種在過 時信道信息下提出優(yōu)化的中繼選擇方法，以適用在有反饋延遲的單源、多中繼、單目的節(jié)點 的放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)場景。
【背景技術(shù)】
[0002] 在實際的蜂窩通信系統(tǒng)中，傳輸信道存在反饋延遲，在無延遲假設下推導的性能 分析結(jié)果無法直接應用于實際的蜂窩通信系統(tǒng)。如何在非理想信道條件下提高中繼系統(tǒng)的 性能是目前的一個研宄熱點。
[0003] 目前中繼技術(shù)的研宄多數(shù)是基于理想信道條件假設或是只考慮非理想因素對中 繼選擇的影響。在傳統(tǒng)的中繼選擇策略中，中繼節(jié)點根據(jù)反饋的信道狀態(tài)信息，計算每個 中繼對應的鏈路信噪比，選擇信噪比最大的中繼進行協(xié)作傳輸。然而，在實際協(xié)作通信系 統(tǒng)中，受反饋延遲非理想因素的影響，估計得到的源節(jié)點到轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點以及轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點到目的 節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息會存在一定的誤差，這一誤差會給協(xié)作通信系統(tǒng)性能帶來一定損 失。我們基于最小均方誤差提出了一種優(yōu)化了的中繼選擇方法，優(yōu)化機會中繼選擇下的系 統(tǒng)平均誤碼率越低，系統(tǒng)的信道容量越高，系統(tǒng)性能越好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明目的是：提供一種存在反饋延遲的放大 轉(zhuǎn)發(fā)中繼選擇的優(yōu)化方法，在過時信道信息下提出優(yōu)化的中繼選擇方法，以適用在有反饋 延遲的單源、多中繼、單目的節(jié)點的放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)場景。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] 一種存在反饋延遲的放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼選擇的優(yōu)化方法，包括以下步驟：
[0007] Sll :選出最佳協(xié)作節(jié)點，采用基于最小均方誤差貝葉斯估計準則來估計信噪比， 采用部分中繼選擇估計得到最大信噪比，選擇部分中繼選擇的協(xié)作節(jié)點；
[0008] S12 :源節(jié)點S發(fā)送信息到中繼節(jié)點；
[0009] S13 :中繼節(jié)點采用放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)接收到的信號給目的節(jié)點D。
[0010] 優(yōu)選的，步驟Sll包括采用基于最小均方誤差貝葉斯估計準則來估計真正的信噪
[0012] 采用部分中繼選擇估計得到的最大信噪比，最終優(yōu)化的部分中繼選擇的協(xié)作節(jié) 占.
[0014] 其中K為候選中繼數(shù)，P為相關(guān)系數(shù)。
[0015] 優(yōu)選的，步驟S12中繼節(jié)點接收到的信號表示為：
[0017]其中，Ps是源節(jié)點的發(fā)送功率，代表源節(jié)點到中繼節(jié)點鏈路S-R之間的信道增 益，x(n)是源節(jié)點第n個發(fā)送符號，:?是均值為0、方差為1的加性白高斯噪聲。
[0018] 優(yōu)選的，步驟S13中目的節(jié)點D接收來自中繼節(jié)點的信號可以表示為：
[0020] 其中，乙是中繼節(jié)點的發(fā)送功率，/代表中繼節(jié)點到目的節(jié)點鏈路R-D之間的 信道增益，G是放大轉(zhuǎn)發(fā)因子，是均值為0、方差為1的加性白高斯噪聲。
[0021] 本發(fā)明的優(yōu)點是：
[0022] 1.該中繼選擇方法基于最小均方誤差，優(yōu)化機會中繼選擇下的系統(tǒng)平均誤碼率越 低，系統(tǒng)的信道容量越高，系統(tǒng)性能越好。
[0023] 2.部分中繼選擇算法只需要獲取源節(jié)點到中繼節(jié)點的信道狀態(tài)信息，實現(xiàn)復雜 度較低。
【附圖說明】
[0024] 下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述：
[0025] 圖1為本發(fā)明過時信道下放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)同通信系統(tǒng)框圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明相互系數(shù)為0. 5時采用本發(fā)明中繼選擇方案與傳統(tǒng)方案的信道容量 性能比較曲線圖；
[0027] 圖3為本發(fā)明相互系數(shù)為0. 5時采用本發(fā)明中繼選擇方案與傳統(tǒng)方案的系統(tǒng)平均 誤碼率性能比較曲線圖；
[0028] 圖4為不同相關(guān)系數(shù)下采用本發(fā)明中繼選擇方案與傳統(tǒng)方案的誤碼率性能比較。
【具體實施方式】
[0029] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實施方式】并參 照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā) 明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本 發(fā)明的概念。
[0030] 實施例：
[0031]如圖1給出了本發(fā)明存在反饋延遲時放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼選擇方法適用的多中繼協(xié)作 通信系統(tǒng)框圖。仿真環(huán)境的設置如下：任意兩節(jié)點之間的信道為平坦瑞利衰落信道，且各信 道均為獨立不相關(guān)；源節(jié)點與中繼節(jié)點的發(fā)射功率相等，即P s= Py假設發(fā)送端到各個中繼 間的信道參數(shù)一致，中繼端到目的端的信道參數(shù)一致，設為= 15不考慮直傳鏈 路；源信號是BPSK調(diào)制，基于AF協(xié)作協(xié)議，候選中繼數(shù)K = 5,發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)目N = 10000。 [0032] 為了盡可能的降低系統(tǒng)平均誤碼率，部分中繼選擇旨在選擇鏈路S-I^t大信噪 比。本文我們假設鏈路S-Rk過時，一旦獲得鏈路S-Rk過時信道狀態(tài)信息，那么選出的最佳 轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點茜足：
間的信噪比。
[0035] 本發(fā)明包括如下步驟：
[0036] 第一步，選出最佳協(xié)作節(jié)點。
[0037] 我們知道過時信道會給協(xié)作通信系統(tǒng)性能帶來一定損失，惡化系統(tǒng)性能。為了能 在過時信道下提高放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作通信系統(tǒng)平均誤碼率和信道容量性能，我們提出了一種新 的中繼選擇方法，我們采用了基于最小均方誤差貝葉斯估計準則來估計真正的信噪比：
[0039] 其中，元&為基于最小均方誤差貝葉斯估計準則估計的源節(jié)點S到中繼節(jié)點之間 的信噪比。
[0040] 公式（2)可以進一步被表示為：
比，P為相關(guān)系數(shù)。
[0043] 提出的優(yōu)化中繼選擇策略采用部分中繼選擇估計得到的最大信噪比，那么選出的 中繼滿足部分中繼選擇策略條件：
[0045] 將公式（3)代入公式（4)，最終優(yōu)化的部分中繼選擇的協(xié)作節(jié)點的選擇準則可描 述為：
[0047] 第二步，源節(jié)點S發(fā)送信息到中繼節(jié)點。
[0048] 中繼節(jié)點接收到的第n個發(fā)送符號可以表示為：
[0050] 其中，Ps是源節(jié)點的發(fā)送功率，Ik代表源節(jié)點到中繼節(jié)點鏈路S-R之間的信道增 益，x(n)是源節(jié)點第n個發(fā)送符號。"％是均值為0,方差為1的加性白高斯噪聲。
[0051] 第三步，中繼節(jié)點采用放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)接收到的信號。
[0052] 目的節(jié)點D接收來自中繼節(jié)點的信號可以表示為：
代表中繼節(jié)點到目的節(jié)點鏈路R-D之間的信道增益，G是放大轉(zhuǎn)發(fā)因子。是均值 為〇,方差為1的加性白高斯噪聲。
[0055] 圖2為候選中繼數(shù)為5的場景下的采用本發(fā)明方案與傳統(tǒng)方案的信道容量仿真比 較結(jié)果。其中圓圈線和方格線分別是在過時信道下采用傳統(tǒng)方案和本發(fā)明方案的系統(tǒng)信道 容量性能的仿真曲線。從圖2可以看出，隨著信噪比的增大，本發(fā)明的繼選擇方案信道容量 得到一定的提升。
[0056] 圖3中的仿真場景設置與圖2中的相同，我們設定相關(guān)系數(shù)P = 0. 5。星線代表 信道不存在過時情況下的誤碼率；圓圈線和方格線分別代表過時信道下采用部分中繼方案 和優(yōu)化中繼選擇的誤碼率仿真曲線?？梢钥吹?，過時信道會嚴重惡化協(xié)作通信系統(tǒng)性能，而 優(yōu)化中繼選擇方案下的誤碼率取得了明顯優(yōu)化。
[0057] 圖4比較了不同相關(guān)系數(shù)下、采用本發(fā)明方案與傳統(tǒng)部分中繼選擇方案誤碼率性 能。從圖4中可以看出，在相關(guān)系數(shù)不同時，本發(fā)明方案相比于傳統(tǒng)方法在誤碼率性能上有 明顯的提升，說明本發(fā)明方法對信道延時有較高的魯棒性。
[0058] 應當理解的是，本發(fā)明的上述【具體實施方式】僅僅用于示例性說明或解釋本發(fā)明的 原理，而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何 修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨 在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修 改例。
【主權(quán)項】
1. 一種存在反饋延遲的放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼選擇的優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟： 511 :選出最佳協(xié)作節(jié)點，采用基于最小均方誤差貝葉斯估計準則來估計信噪比，采用 部分中繼選擇估計得到最大信噪比，選擇部分中繼選擇的協(xié)作節(jié)點； 512 :源節(jié)點S發(fā)送信息到中繼節(jié)點； 513 :中繼節(jié)點采用放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)接收到的信號給目的節(jié)點D。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存在反饋延遲的放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼選擇的優(yōu)化方法，其特征在 于，步驟S11包括采用基于最小均方誤差貝葉斯估計準則來估計真正的信噪比：其中，是尸&的過時版本，，&是源節(jié)點S到中繼節(jié)點之間 的信噪比，表示源節(jié)點S到中繼節(jié)點鏈路之間的平均信噪比； 采用部分中繼選擇估計得到的最大信噪比，最終優(yōu)化的部分中繼選擇的協(xié)作節(jié)點：其中K為候選中繼數(shù)，P為相關(guān)系數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存在反饋延遲的放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼選擇的優(yōu)化方法，其特征在 于，步驟S12中繼節(jié)點接收到的信號表示為：其中，己是源節(jié)點的發(fā)送功率，代表源節(jié)點到中繼節(jié)點鏈路S-R之間的信道增益， x(n)是源節(jié)點第n個發(fā)送符號，是均值為0、方差為1的加性白高斯噪聲。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存在反饋延遲的放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼選擇的優(yōu)化方法，其特征在 于，步驟S13中目的節(jié)點D接收來自中繼節(jié)點的信號可以表示為：其中，已是中繼節(jié)點的發(fā)送功率，表中繼節(jié)點到目的節(jié)點鏈路R-D之間的信道 增益，G是放大轉(zhuǎn)發(fā)因子，％W是均值為0、方差為1的加性白高斯噪聲。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種存在反饋延遲的放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼選擇的優(yōu)化方法，包括以下步驟：選出最佳協(xié)作節(jié)點，采用基于最小均方誤差貝葉斯估計準則來估計信噪比，采用部分中繼選擇估計得到最大信噪比，選擇部分中繼選擇的協(xié)作節(jié)點；源節(jié)點S發(fā)送信息到中繼節(jié)點；中繼節(jié)點采用放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)接收到的信號給目的節(jié)點D。在過時信道信息下提出優(yōu)化的中繼選擇方法，以適用在有反饋延遲的單源、多中繼、單目的節(jié)點的放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)場景。優(yōu)化機會中繼選擇下的系統(tǒng)平均誤碼率越低，系統(tǒng)的信道容量越高，系統(tǒng)性能越好。
【IPC分類】H04L25/02, H04W48/20
【公開號】CN104994564
【申請?zhí)枴緾N201510357819
【發(fā)明人】芮賢義, 徐菲
【申請人】蘇州大學
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年6月25日