一種多中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種多中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇方法，屬于多中繼放大轉(zhuǎn)發(fā) 協(xié)作通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸性能也提出了更高的 要求。而現(xiàn)有的可用頻譜資源也越來(lái)越趨于緊張，為了滿足人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸性 能的要求，同時(shí)節(jié)約有限的頻譜資源，出現(xiàn)了分集技術(shù)和多輸入多輸出（Muliti-IWUt-Muilti-Output, MIMO)技術(shù)。MIMO是一種能有效提高傳輸速率且很好地利用多徑效應(yīng)實(shí)現(xiàn) 空間分集增益而不占用多余頻譜資源的技術(shù)。但由于受終端尺寸，功耗和復(fù)雜度W及成本 等諸多因素的限制，在移動(dòng)終端上安裝多個(gè)天線有一定的困難。因此，一種新的協(xié)作通信 (Cooperative Communication)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。協(xié)作通信是一種廣義的MIM0,融合了中繼技 術(shù)和分集技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，能有效對(duì)抗信道的多徑衰落，提高傳輸速度，從而獲得空間分集。然 而在協(xié)作通信技術(shù)中，往往存在多個(gè)潛在的中繼節(jié)點(diǎn)，使用不同的中繼節(jié)點(diǎn)將極大地影響 協(xié)作通信的最終性能，則需要考慮"與誰(shuí)協(xié)作"，即中繼選擇。如何合理、有效地從運(yùn)些潛在 中繼節(jié)點(diǎn)中選擇協(xié)同節(jié)點(diǎn)，制定協(xié)同策略是協(xié)作通信的研究重點(diǎn)。
[0003] 傳統(tǒng)中繼選擇算法不僅需要準(zhǔn)確信道信息，而且需要額外的信令進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的 反饋，且系統(tǒng)采用全分集發(fā)送方式。對(duì)于資源受限的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。 W下介紹幾種傳統(tǒng)中繼選擇算法：
[0004] (1)最佳SNR中繼選擇
[000引從所有中繼中選擇SNR最大的為最佳中繼，數(shù)學(xué)表達(dá)式：
[0007] (2)Maxmin 中繼選擇
[0008] 先選擇兩跳鏈路的差者，再?gòu)乃兄欣^中選出最佳的中繼，數(shù)學(xué)表達(dá)式：
[0010] (3)最佳調(diào)和平均中繼選擇
[0011] 對(duì)所有中繼的兩跳鏈路求調(diào)和平均值，選出最佳的中繼。數(shù)學(xué)表達(dá)式：
[0013] (4)SR 口限中繼選擇
[0014] 該方法通過在中繼節(jié)點(diǎn)設(shè)置合適的信噪比口限，將源節(jié)點(diǎn)和多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的信噪 比與口限值比較，選擇出最優(yōu)中繼進(jìn)行傳輸。
[0015] 在W上四種方法中，前=種都綜合考慮了兩條鏈路的瞬時(shí)信噪比，其中，最佳調(diào)和 平均中繼選擇算法系統(tǒng)性能最好，但復(fù)雜度高。SRn限算法，由于只考慮了部分鏈路的瞬時(shí) 信道信息，復(fù)雜度低，但是總體性能卻沒有傳統(tǒng)的最佳調(diào)和平均算法性能好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的目的是提供一種多中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇方法，W解決目前 中繼選擇方法運(yùn)算量大、復(fù)雜度高W及性能差的問題。
[0017] 本發(fā)明的技術(shù)方案:一種多中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇方法，該中繼選擇 方法包括W下步驟：
[0018] 1)計(jì)算源節(jié)點(diǎn)到各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的瞬時(shí)信噪比，判斷各瞬時(shí)信噪比是否大于信噪比 口限值，并選取大于信噪比口限值的中繼節(jié)點(diǎn)為待選中繼節(jié)點(diǎn)；
[0019] 2)計(jì)算源節(jié)點(diǎn)與待選中繼節(jié)點(diǎn)的信道幅度值和待選中繼節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的 信道功率的期望，確定部分信道的表達(dá)式；
[0020] 3)在待選中繼節(jié)點(diǎn)集合中選擇使部分信道表達(dá)式最大的中繼化est，所選取的中繼 節(jié)點(diǎn)即為滿足要求的中繼節(jié)點(diǎn)。
[0021] 所述步驟2)中部分信道的表達(dá)式為：
[0022] bi= (( I hsi 12廠1+化（I hid 12)廠 1)-1
[002引其中Ihsi P為源節(jié)點(diǎn)巧I忡繼節(jié)點(diǎn)i的信道幅度值，E(IhidI)2為中繼節(jié)點(diǎn)i到目的節(jié) 點(diǎn)D的信道功率，Ihidl2 S E(IhidI2)D [0024] 所述步驟3)中化est為：
[0026] 其中arg為定義域中的一個(gè)子集，即所有滿足使部分信道最大的中繼節(jié)點(diǎn)的集合。
[0027] 所述信噪比口限值可根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行調(diào)整。
[0028] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明首先在中繼節(jié)點(diǎn)處設(shè)置信噪比口限值，然后將源節(jié) 點(diǎn)S到中繼R鏈路的瞬時(shí)信噪比大于口限值的中繼作為待選中繼，最后在待選中繼集合中通 過最佳部分信道方法選出最佳中繼，與傳統(tǒng)的中繼選擇方法相比，本發(fā)明不僅降低了系統(tǒng) 的復(fù)雜度，而且，在高信噪比和中繼個(gè)數(shù)較多時(shí)均可逼近傳統(tǒng)最佳調(diào)和平均算法，本發(fā)明的 中繼選擇方法使用了口限值和部分信道信息，可通過對(duì)口限值的選擇和控制使系統(tǒng)在復(fù)雜 度和性能之間取得折中。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中AF單向協(xié)作系統(tǒng)模型示意圖；
[0030] 圖2是本發(fā)明的中繼選擇方法與傳統(tǒng)中繼選擇方法B邸性能仿真比較圖；
[0031] 圖3是本發(fā)明的中繼選擇方法與傳統(tǒng)中繼選擇方法信道容量性能比較圖；
[0032] 圖4是本發(fā)明的中繼選擇方法與傳統(tǒng)中繼選擇方法在不同中繼個(gè)數(shù)下肥R性能比 較圖；
[0033] 圖5是本發(fā)明的中繼選擇方法與傳統(tǒng)中繼選擇方法在不同功率限制下肥R性能比 較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0035] 本發(fā)明針對(duì)目前傳統(tǒng)中繼選擇方法存在的缺陷，提出了一種多中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作 網(wǎng)絡(luò)AHMT(Apprc)Ximate 化rmonic Mean with T虹eshold,AHMT)中繼選擇方法，該方法首 先在中繼節(jié)點(diǎn)處設(shè)置信噪比口限值，然后將源節(jié)點(diǎn)S到中繼R鏈路的瞬時(shí)信噪比大于口限值 的中繼作為待選中繼，最后在待選中繼集合中通過最佳部分信道方法選出最佳中繼。下面 W單向協(xié)作系統(tǒng)模型為例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施過程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0036] 本實(shí)施例中的AF單向協(xié)作系統(tǒng)模型如圖1所示，包括一個(gè)源節(jié)點(diǎn)S，一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)D 和N個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)ia = l，2, . . .，N)。系統(tǒng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備單天線，且工作在半雙工模式下。假 設(shè)節(jié)點(diǎn)間信道為獨(dú)立瑞利平坦衰落信道，并存在S到D的直傳鏈路。
[0037] 整個(gè)傳輸過程分為兩個(gè)階段。第一階段:源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送廣播信號(hào)到中繼節(jié)點(diǎn)和目的 節(jié)點(diǎn)。中繼節(jié)點(diǎn)i(i = 1，2，. . .，N)和目的節(jié)點(diǎn)D的接收信號(hào)分別為：
[0038] 口)
[0039] 3? + Hm (2)
[0040] 式中，X為源節(jié)點(diǎn)S的發(fā)送信號(hào)，服從均值為0,方差為1的隨機(jī)變量，Ps為源節(jié)點(diǎn)S的 發(fā)送功率，hsd和hsi分別表示節(jié)點(diǎn)S到節(jié)點(diǎn)DW及節(jié)點(diǎn)S到第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)之間的信道系數(shù)，hsd 服從均值為零、方差為O志的復(fù)高斯分布，hsi服從均值為零、方差為的的復(fù)高斯分布，即 Aw~GV(()，cr;山.~，nsd和nsi分別表示源節(jié)點(diǎn)巧Ij目的節(jié)點(diǎn)D和中繼節(jié)點(diǎn)i(i = 1，2,. . .，N)的加性高斯白噪聲，且nsd~CN(0,化d)，nsi~CN(0,化0。
[0041] 第二階段：中繼節(jié)點(diǎn)ia = l，2，...，N)把來(lái)自源節(jié)點(diǎn)S的信號(hào)進(jìn)行放大，并轉(zhuǎn)發(fā)給 目的節(jié)點(diǎn)D，則第i個(gè)中繼到節(jié)點(diǎn)D接收的信號(hào)為：
[004引'%=斬機(jī)+?: 妨
[004引式中，Xi =的Si是第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)，峽J放大倍數(shù)
(斗)
[0045] P 1為中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率；h 1 d為第i個(gè)中繼到節(jié)點(diǎn)D的信道系數(shù)，且 Aw~CA卿，誠(chéng)）；md表示第i個(gè)中繼到節(jié)點(diǎn)D的加性高斯白噪聲，且rud~CN(0，Nid)。同時(shí)，假 設(shè)噪聲方差 Nsd = Nsi = Nid = No= 1。
[0046] 節(jié)點(diǎn)S到目的節(jié)點(diǎn)D、節(jié)點(diǎn)S到中繼節(jié)點(diǎn)Ui = I，2, ...，N) W及中繼節(jié)點(diǎn)Ui = I， 2，