專利名稱：面向分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多跳中繼ofdm信息傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多跳中繼OFDM信息傳輸方法。
背景技術(shù)：
在無線通信中，多徑衰落是影響通信質(zhì)量的重要因素，而分集技術(shù)可以用來克服多徑衰落。分集技術(shù)主要包括時(shí)間分集、頻率分集、空間分集和極化分集。MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)的出現(xiàn)為信號提供了空間分集，消除多徑效應(yīng)、克服信號衰落從而降低信號的誤比特率、增強(qiáng)信號的可靠性。分布式傳感網(wǎng)絡(luò)WSN (Wireless Sensor Network)能夠提升對于較遠(yuǎn)物理環(huán)境的監(jiān)控功能，正受到越來越廣泛的關(guān)注，在其他領(lǐng)域如智能空間、醫(yī)療系統(tǒng)以及機(jī)器探尋等也都有潛在的應(yīng)用價(jià)值。WSN由很多分布式傳感節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，運(yùn)用多跳中繼技術(shù)，通過傳感節(jié)點(diǎn)之間的合作，以及信息的各節(jié)點(diǎn)處的在線處理，WSN能夠極大的提升傳輸信息的準(zhǔn)確性
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing),即正交頻分復(fù)用技術(shù)，是一種并行數(shù)字調(diào)制技術(shù)，通過將高速數(shù)據(jù)流串并轉(zhuǎn)換成多條慢速數(shù)據(jù)流，并調(diào)制到多個(gè)正交子載波上進(jìn)行數(shù)據(jù)的高速傳輸。OFDM技術(shù)擁有較強(qiáng)的抗多徑衰落能力和較高的頻譜利用率。MIM0-0FDM技術(shù)的多跳中繼無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為無線通信領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，作為下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)將普遍采用的物理層技術(shù)，MIM0-0FDM多跳中繼技術(shù)的研究將極有意義。將OFDM技術(shù)應(yīng)用于MIMO系統(tǒng)中，能夠在基本消除ISianter Symbol Interference) 的前提下極大提高信道容量，同時(shí)也降低了接收機(jī)在多徑環(huán)境下的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。影響多跳中繼系統(tǒng)端到端吞吐量的一個(gè)重要因素是功率。如何有效分配有限功率于系統(tǒng)從而達(dá)到端到端吞吐量最大化是目前重要的研究方向。本發(fā)明提出了一種應(yīng)用注水算法的多跳MIM0-0FDM方法，利用注水算法對子載波和子信道進(jìn)行功率分配，相較于傳統(tǒng)的平均功率分配的方法，能夠獲得更優(yōu)的端到端系統(tǒng)吞吐量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種應(yīng)用注水算法的多跳MIM0-0FDM方法，對子載波和子信道進(jìn)行功率分配，優(yōu)于傳統(tǒng)的平均功率分配的方法，并獲得更優(yōu)的端到端系統(tǒng)吞吐量。本發(fā)明提出的應(yīng)用注水算法的多跳MIM0-0FDM方法，采用多跳MIM0-0FDM中繼系統(tǒng)模型，使用天線陣列作為中繼節(jié)點(diǎn)，采用雙時(shí)隙傳輸帶的方式，根據(jù)中繼時(shí)奇偶跳數(shù)不同而在不同時(shí)隙就行傳輸；并使用注水算法，對所有子載波對應(yīng)的子信道功率進(jìn)行功率分配， 使MIM0-0FDM中繼系統(tǒng)的端到端吞吐量達(dá)到最大。

圖1所示為一種典型的基于MIM0-0FDM技術(shù)的多跳中繼系統(tǒng)模型，其中有三種類型的模塊。BS代表基站，作為信號的源端。天線陣列作為中繼節(jié)點(diǎn)，具有接收信號并轉(zhuǎn)發(fā)的功能。MS代表移動(dòng)站，作為信號的終點(diǎn)。設(shè)該系統(tǒng)一共有 K跳，經(jīng)過1個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，將信號從BS傳輸?shù)組S。每一跳都是一個(gè)MIMO系
統(tǒng)，而且在整個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)用了 OFDM技術(shù)，利用Arc個(gè)正交子載波承載信號。這些組成一個(gè) MIM0-0FDM多跳中繼系統(tǒng)。(1)多跳中繼系統(tǒng)的傳輸
采用雙時(shí)隙傳輸?shù)姆绞?，即在第一個(gè)時(shí)隙F1，所有的奇數(shù)跳進(jìn)行信號傳輸，而在第二
個(gè)時(shí)隙F2，所有的偶數(shù)跳進(jìn)行信號傳輸，由此可以增強(qiáng)系統(tǒng)的傳輸性能，尤其對于跳數(shù)較多的系統(tǒng)而言。假設(shè)系統(tǒng)中存在‘個(gè)正交子載波用于承載信號，則在兩個(gè)時(shí)隙中所有的子載波分別分配給所有的奇數(shù)跳或偶數(shù)跳進(jìn)行傳輸，滿足條件如下
K-I
K
Ar= 2,4,6 ,-- (2)多跳MIM0-0FDM中繼系統(tǒng)的端到端吞吐量
在第跳中，有:根發(fā)送天線、根接收天線，可供調(diào)制信號的子載波
數(shù)為況⑷個(gè)，則每一個(gè)子載波對應(yīng)一 AgWx7^)維度的MIMO信道衰落矩陣 η m ，町㈨，由附錄可得子載波所承載的容量為
r ,L , η rl 一 I7 丄？ — J iν矜
Cf) =^log2 +(3)
所以第r跳的信道容量為
ΛΠ1⑷
其中，j(k)是對ΜΙΜΟ信道衰落矩陣進(jìn)行SVD分解后所得特征值的個(gè)數(shù)，即一個(gè)子載
4波在MIMO系統(tǒng)中傳輸相當(dāng)于在jW個(gè)并行SISO子信道中進(jìn)行傳輸。Ρκη表示分配給子
載波β對應(yīng)的第個(gè)子信道的功率，為該子信道的噪聲功率，\η則為表征該子信道的特征值。 第fc跳的信道吞吐量為
權(quán)利要求
1.一種面向分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多跳中繼OFDM信息傳輸方法，其特征在于采用多跳MIM0-0FDM中繼系統(tǒng)模型，使用天線陣列作為中繼節(jié)點(diǎn)，采用雙時(shí)隙傳輸帶的方式，根據(jù)中繼時(shí)奇偶跳數(shù)不同而在不同時(shí)隙就行傳輸；使用注水算法，對所有子載波對應(yīng)的子信道功率進(jìn)行功率分配，使MIM0-0FDM中繼系統(tǒng)的端到端吞吐量達(dá)到最大。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的多跳MIM0-0FDM中繼系統(tǒng)模型， 其中有三種類型的模塊BS代表基站，作為信號的源端；天線陣列作為中繼節(jié)點(diǎn)， 具有接收信號并轉(zhuǎn)發(fā)的功能；MS代表移動(dòng)站，作為信號的終點(diǎn)；設(shè)該系統(tǒng)一共有跳，經(jīng)過Γ-1個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，將信號從BS傳輸?shù)組S ；每一跳都是一個(gè)MIMO系統(tǒng)，而且在整個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)用了 OFDM技術(shù)，利用Wc個(gè)正交子載波承載信號；這些組成一個(gè) MIM0-0FDM多跳中繼系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述采用雙時(shí)隙傳輸?shù)姆绞剑丛诘谝粋€(gè)時(shí)隙F1，所有的奇數(shù)跳進(jìn)行信號傳輸，而在第二個(gè)時(shí)隙F2，所有的偶數(shù)跳進(jìn)行信號傳輸；假設(shè)系統(tǒng)中存在3/個(gè)正交子載波用于承載信號，則在兩個(gè)時(shí)隙中所有的子載波分別分配給所有的奇數(shù)跳或偶數(shù)跳進(jìn)行傳輸，滿足條件如下 Z-ItL Tlf-ψ'·Σ n^ = Ν⑴Ar=I,3,5,-· KΣ Nk =Ν⑵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述對所有子載波對應(yīng)的子信道功率進(jìn)行功率分配，具體步驟為首先，已知各個(gè)子信道的噪聲功率為，總功率為ρ，爻^n為各個(gè)子信道的特征值，對其進(jìn)行由大到小的排列得到個(gè)If ；然后，初始化，引入作為迭代參數(shù)，令r2m =1,隨后計(jì)算的值，ν - σ I Am > O 時(shí)，將 ν —/ Am Pm，反之，則置& = 0 ,并且，，繼續(xù)統(tǒng)計(jì)公式(8)的依次類推，直到計(jì)算得到所有的ρ坑m — m + 1y瀏為止；最后，將Pra分配給對應(yīng)的子信道。
全文摘要
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種面向分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多跳中繼OFDM信息傳輸方法。本發(fā)明采用多跳MIMO-OFDM中繼系統(tǒng)模型，使用天線陣列作為中繼節(jié)點(diǎn)，采用雙時(shí)隙傳輸帶的方式，根據(jù)中繼時(shí)的奇偶跳數(shù)不同而在不同時(shí)隙就行傳輸；并使用注水算法，對所有子載波對應(yīng)的子信道功率進(jìn)行功率分配，使MIMO-OFDM中繼系統(tǒng)的端到端吞吐量達(dá)到最大。本發(fā)明能夠在基本消除ISI的前提下極大提高信道容量，降低接收機(jī)在多徑環(huán)境下的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。
文檔編號H04L27/26GK102387114SQ201110385849
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者劉俊, 周小林 申請人:復(fù)旦大學(xué)