放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇與功率分配方法
【專利摘要】放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇與功率分配方法，建立放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)，放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)包含一個(gè)源節(jié)點(diǎn)S，一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)D以及N個(gè)備選中繼R1,R2,...,RN；傳輸過程分為兩個(gè)階段，第一階段：源節(jié)點(diǎn)S向所有備選中繼廣播信號(hào)x；第二階段：進(jìn)行最佳中繼選擇和功率分配，被選擇的最佳中繼向目的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息。本發(fā)明無需源節(jié)點(diǎn)已知所有信道的瞬時(shí)信道狀態(tài)信息，僅需各備選中繼向源節(jié)點(diǎn)反饋?zhàn)陨硭趦商溌分心骋惶乃矔r(shí)信道狀態(tài)信息即可進(jìn)行備選中繼選擇，反饋開銷小，易于實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇與功率分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，涉及一種中繼選擇與功率分配方法，特別涉及一種放大轉(zhuǎn)發(fā)(Amplify-and-Forward, AF)協(xié)議下的,基于部分信道狀態(tài)信息的中繼選擇與功率分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]協(xié)作通信技術(shù)通過多個(gè)獨(dú)立分布于無線網(wǎng)絡(luò)中的單天線用戶共享頻譜等資源引入空間分集，從而獲得與多輸入多輸出系統(tǒng)相同的系統(tǒng)性能，是對(duì)抗多徑衰落，提高通信質(zhì)量的重要手段之一。然而，其系統(tǒng)性能的提高是以增加系統(tǒng)復(fù)雜度和反饋負(fù)荷為代價(jià)的。t匕如，為了使各中繼可以有效合作，中心節(jié)點(diǎn)可能需要分布于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)中繼的信道狀態(tài)信息(Channel State Information, CSI)。對(duì)于半雙工通信系統(tǒng)而言,源節(jié)點(diǎn)以及各個(gè)中繼需要在相互正交的信道上進(jìn)行信息傳輸，因而大大制約了頻譜利用率，并且傳輸方案的復(fù)雜度也較高。
[0003]中繼選擇技術(shù)在有效避免上述問題的同時(shí)，仍能獲得節(jié)點(diǎn)間協(xié)作傳輸所帶來的好處，因而受到廣泛關(guān)注。有研究表明，選擇單個(gè)最優(yōu)中繼進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)同樣可以獲得滿分集增益，并且有效降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，提高了頻譜利用率。
[0004]然而為了進(jìn)行中繼選擇，一方面，傳統(tǒng)方法往往要求某中心節(jié)點(diǎn)(如源節(jié)點(diǎn))已知網(wǎng)絡(luò)中所有中繼信道的實(shí)時(shí)信道狀態(tài)信息。隨著網(wǎng)絡(luò)中中繼數(shù)量的增加，該方法會(huì)給通信系統(tǒng)帶來沉重的反饋負(fù)擔(dān)，所要求的反饋負(fù)荷往往難以承受，因此很難應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中。另一方面，現(xiàn)有一些中繼選擇方法僅利用有限的信道狀態(tài)信息(如僅已知“源-中繼”鏈路的CSI)進(jìn)行中繼選擇，缺少對(duì)信道條件的充分利用，所獲得的系統(tǒng)性能與已知全部CSI所獲得的系統(tǒng)性能之間存在顯著差距。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇與功率分配方法，該方法反饋開銷小，中斷概率低。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是，放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇與功率分配方法，建立放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)，放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)包含一個(gè)源節(jié)點(diǎn)S，一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)D以及N個(gè)備選中繼Rk ;傳輸過程分為兩個(gè)階段，第一階段:源節(jié)點(diǎn)S向所有備選中繼廣播信號(hào)X ;第二階段:進(jìn)行最佳中繼選擇和功率分配，被選擇的最佳中繼向目的節(jié)點(diǎn)D轉(zhuǎn)發(fā)信息。
[0007]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于:
[0008]第二階段包括備選中繼自主向源節(jié)點(diǎn)S反饋信息的過程、源節(jié)點(diǎn)S進(jìn)行備選中繼選擇和功率分配的過程。
[0009]備選中繼自主向源節(jié)點(diǎn)反饋信息的過程包括如下兩個(gè)步驟:
[0010]第一步:平均信道狀態(tài)信息的比較
[0011 ] 假設(shè)源節(jié)點(diǎn)S與各備選中繼發(fā)射功率相等，則S-Rk和Rk-D鏈路的瞬時(shí)接收信噪比Ysk = Ps I hsk 12/N0 Yko = Pk I hkD 12/N0 的相對(duì)大小僅與 I hsk 12 和 I hkD 12 有關(guān)；ps 和 Pk 分別表示源節(jié)點(diǎn)和備選中繼Rk的發(fā)射功率，Ihsk12和IhkD 12分別表示S-Rk和Rk-D鏈路的瞬時(shí)信道狀態(tài)信息，其均值即平均信道狀態(tài)信息分別為Psk和β ω，k = 1，2，...，N, Ntl為噪聲功率；由于系統(tǒng)中所有信道的平均信道狀態(tài)信息均已知，因此各備選中繼Rk(k = I, 2,..., N)首先對(duì)自己所在S-Rk和Rk-D鏈路的平均信道狀態(tài)信息β sk和β ω進(jìn)行比較；
[0012]第二步:瞬時(shí)信道狀態(tài)信息的反饋
[0013]Α、若比較結(jié)果為βsk≤βkD，則備選中繼Rk將S-Rk鏈路的瞬時(shí)信道狀態(tài)信息|hsk|2反饋給源節(jié)點(diǎn)S ；
[0014]B、若比較結(jié)果為β sk > β kD，則Rk向目的節(jié)點(diǎn)D發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)，令其反饋Rk-D鏈路的瞬時(shí)信道狀態(tài)信息Ih1J2 ;由于備選中繼Rk本身已知S-Rk鏈路的瞬時(shí)信道狀態(tài)信息IhskI2，因此備選中繼Rk將IhskI2與IhkD12再進(jìn)行比較，然后向源節(jié)點(diǎn)S反饋二者中的較小值。
[0015]源節(jié)點(diǎn)S進(jìn)行備選中繼選擇和功率分配的過程包括如下兩個(gè)步驟:
[0016]第一步:最佳備選中繼的挑選
[0017]源節(jié)點(diǎn)S根據(jù)各備選中繼反饋的瞬時(shí)信道狀態(tài)信息，選擇其中最大值所對(duì)應(yīng)的備選中繼做為最佳備選中繼，即
[0018]
【權(quán)利要求】
1.放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇與功率分配方法，其特征在于，建立放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)，所述放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)包含一個(gè)源節(jié)點(diǎn)S，一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)D以及N個(gè)備選中繼Rk ;傳輸過程分為兩個(gè)階段，第一階段:源節(jié)點(diǎn)S向所有備選中繼廣播信號(hào)X ;第二階段:進(jìn)行最佳中繼選擇和功率分配，被選擇的最佳中組目的節(jié)點(diǎn)D轉(zhuǎn)發(fā)信息。
2.如權(quán)利要求1所述的放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇與功率分配方法，其特征在于，第二階段包括備選中繼自主向源節(jié)點(diǎn)S反饋信息的過程、源節(jié)點(diǎn)S進(jìn)行備選中繼選擇和功率分配的過程。
3.如權(quán)利要求2所述的放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇與功率分配方法，其特征在于，所述備選中繼自主向源節(jié)點(diǎn)S反饋信息的過程包括如下兩個(gè)步驟: 第一步，平均信道狀態(tài)信息的比較 假設(shè)源節(jié)點(diǎn)S與各備選中繼發(fā)射功率相等，則S-Rk和Rk-D鏈路的瞬時(shí)接收信噪比Y sk=Ps I hsk 12/N0和Y kD = Pk I hkD 12/N0的相對(duì)大小僅與I hsk 12和I hkD 12有關(guān)；ps和Pk分別表示源節(jié)點(diǎn)和備選中繼Rk的發(fā)射功率，I hsk 12和I hkD 12分別表示S-Rk和Rk-D鏈路的瞬時(shí)信道狀態(tài)信息，其均值即平均信道狀態(tài)信息分別為β sk和β ω，k = 1，2，...，N，Ntl為噪聲功率；由于系統(tǒng)中所有信道的平均信道狀態(tài)信息均已知，因此各備選中繼Rk(k = 1，2，...，N)首先對(duì)自己所在S-Rk和Rk-D鏈路的平均信道狀態(tài)信息β sk和β ω進(jìn)行比較； 第二步，瞬時(shí)信道狀態(tài)信息的反饋 Α、若比較結(jié)果為i3sk≤，則備選中繼Rk將S-Rk鏈路的瞬時(shí)信道狀態(tài)信息|hsk|2反饋給源節(jié)點(diǎn)S ； B、若比較結(jié)果為β sk > β kD，則Rk向目的節(jié)點(diǎn)D發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)，令其反饋Rk-D鏈路的瞬時(shí)信道狀態(tài)信息Ih1J2 ;由于備選中繼Rk本身已知S-Rk鏈路的瞬時(shí)信道狀態(tài)信息|hsk|2,因此備選中繼Rk將IhskI2與IhklJ2再進(jìn)行比較，然后向源節(jié)點(diǎn)S反饋二者中的較小值。
4.如權(quán)利要求2所述的放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇與功率分配方法，其特征在于，所述源節(jié)點(diǎn)S進(jìn)行備選中繼選擇和功率分配的過程包括如下兩個(gè)步驟: 第一步，最佳備選中繼的挑選 源節(jié)點(diǎn)S根據(jù)各備選中繼反饋的瞬時(shí)信道狀態(tài)信息，選擇其中最大值所對(duì)應(yīng)的備選中繼做為最佳備選中繼，即
【文檔編號(hào)】H04W72/04GK103906198SQ201410110948
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】惠鏸, 張瑤, 李琦 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)