基于中继节点自信息广播的双向融合转发方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信领域，具体涉及一种双向融合转发方法，适用于由两个单天 线用户节点和一个双天线中继节点构成的双向中继协作通信系统。
【背景技术】
[0002] 中继通信已经成为扩大网络覆盖、提升网络容量和增强网络可靠性的主要研宄领 域。中继节点可以有效改善发射源与接收终端之间链路的误码性能，已经有许多经典的基 于中继协作的通信协议被提出来，如在2001年，Laneman等人在"Anefficientprotocol forrealizingcooperativediversityinwirelessnetworks" 提出的协作通信系统 中的中继放大转发AF方案，2004 年Sendonaris等人在"cooperativecommunicationin wirelesssystem"提出的译码转发DF方案。近些年，围绕中继节点自身具有传感信息或广 播信息的场景，一些研宄学者提出了实施方案，如在2011年IEEEVTC春季会议上发表的文 章"CooperativeRelayTransmissionwithRelay'sInformation''，2014 年IEEEBMSB 会议上发表的文章"ARotate-ForwardRelayingProtocolforRelayNodewithOwn BroadcastingInformation"中提出的旋转转发RF方案。
[0003] 然而，这些方案虽然考虑了中继节点自身的广播信息，但都只适用于单向的中继 通信场景，这导致了系统的整体吞吐率不高；另一方面，中继节点广播自信息的效率不高， 即平均每个符号周期内中继节点不能灵活配置需要广播的信息量，导致中继节点自身信息 传输能力有限。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对已有技术的不足，提出一种基于中继节点自信息广播的双 向融合转发方法，以降低中继节点信息广播的实现复杂度，提高系统的传输效率。
[0005] 实现本发明的技术思路是：两个源节点分别从唯一可分解星座对中选取发送符 号，并各自用两个符号周期通过单根天线同时将符号发送到中继节点；中继节点收到两源 节点的发送符号后，根据自己需要广播的信息进行融合并广播；每一个源节点接收到中继 节点广播的信号后，使用联合译码算法进行译码，同时得到另一源节点和中继节点的发送 符号。其实现步骤包括如下：
[0006] 1)源节点选择待发送符号并发送给中继节点：
[0007]la)从唯一可分解星座对集合S中选取一个子集合作为星座集合X;
[0008]lb)两个源节点均从星座集合X中选取两个星座符号作为自己的两个待发送符 号，即第一源节点1\选取第一个待发送符号sn和第二个待发送符号s12，第二源节点1~2选 取第一个待发送符号s21和第二个待发送符号S22;
[0009]lc)两个源节点分别利用两个符号周期同时将自己的待发送符号发送至中继节 占.
[0010] 2)中继节点通过两根天线在两个符号周期内接收信号，即在第一个符号周期内中 继节点获得第一根天线接收的信号rn和第二根天线接收的信号r12，在第二个符号周期内 中继节点获得第一根天线接收的信号r21和第二根天线接收的信号r22;
[0011] 3)中继节点根据接收的信号得到两个组合接收信号向量，即第一个组合接收向量 6=[rnr12]T，第二个组合接收向量1"2= [r21r22]T，其中，上标T表示转置运算；
[0012] 4)中继节点从协作星座集合Y中选取两个星座符号作为待广播的符号，即第一待 广播符号第二待广播符号\2;
[0013] 5)中继节点根据选取的两个待广播符号s^Ps,2，联合两个接收信号向量i^Pr2， 获得中继节点的融合信号向量x:
[0014]
[0015] 其中，Xi为融合信号向量的第一个分向量，表不为xfsrtr1;x2为融合信号向量的 第二个分向量，表示为x2=srtr2;
[0016] 6)中继节点根据融合信号向量x，得到两个待广播信号向量&和12:
[0017] t:=[tnt12]T=AiX+BiX*,
[0018] t2=[t21t22]T=A2x+B2x*，
[0019]其中，上标*为取共轭操作，心和Bi为用于生成广播信号向量ti的两个编码矩阵， 八2和B2为用于生成广播信号向量12的两个编码矩阵，表示为：
[0020]
[0021]
[0022] 7)中继节点在两个符号周期内，通过两根天线将两个待广播信号向量tJPt2广 播到两个源节点，即在第一个符号周期内中继节点的第一根天线和第二根天线分别广播待 广播信号向量h的第一个分量tn和第二个分量t12;在第二个符号周期内中继节点的第一 根天线和第二根天线分别广播待广播信号向量t2的第一个分量121和第二个分量122;
[0023] 8)两个源节点在两个符号周期内各自通过一根天线接收中继节点广播的信号，即 源节点获得第一个符号周期内的接收信号zn和第二个符号周期内的接收信号z12，源节 点T2获得第一个符号周期内的接收信号z21和第二个符号周期内的接收信号z22;
[0024]9)源节点对接收信号进行联合译码：
[0025] 9a)第一源节点对接收到的两个信号zn和z12进行联合译码，同时得到第二源 节点1~2发送的星座符号的估计值和中继节点的广播符号的估计值，即得到第二源节点1~ 2发 送的星座符号s21的估计值^和星座符号s22的估计值t，以及中继节点的广播符号~的 估计值4和广播符号\2的估计值;
[0026] 9b)第二源节点T2对接收到的两个信号z21和z22进行联合译码，同时得到第一源 节点1\发送的星座符号的估计值和中继节点的广播符号的估计值，即得到第一源节点!\发 送的星座符号sn的估计值§"和星座符号s12的估计值§12，以及中继节点的广播符号&的 估计值$和广播符号h的估计值A。
[0027] 本发明具有如下优点：
[0028] 1)本发明由于采用唯一可分解星座对，使得中继节点可以在不需要额外时频资源 的情况下广播自己的信息，提高了系统的传输效率；
[0029] 2)本发明由于采用融合转发方法，中继节点不需要进行译码或者解调源节点的信 号，保证了转发信息的安全性；
[0030] 3)本发明由于采用双向通信机制，增加通信系统整体的传输吞吐量，进一步提升 了系统的传输效率。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明的实现流程图；
[0032] 图2为唯一可分解星座对示意图；
[0033] 图3为本发明仿真使用的场景图；
[0034] 图4本发明的系统平均传输速率性能仿真图；
【具体实施方式】
[0035] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述。
[0036] 参照图3,本发明使用的通信系统由两个源节点和一个中继节点构成；其中，第一 源节点和第二源节点T2分别配置一根天线，中继节点配置两根天线；第一源节点Ti和第 二源节点1均可以与中继节点进行通信；第一源节点Ti和第二源节点T2之间不存在直接 通信链路。
[0037]参照图1，本发明的具体实现步骤包括：
[0038] 步骤1 :源节点选择待发送符号并发送给中继节点
[0039] la)从唯一可分解星座对集合S中选取一个子集合作为星座集合X:
[0040] 所述的唯一可分解星座对集合S如图2所示，其中图2(a)是4QAM的星座图的唯 一可分解星座对集合，图2(b)是16QAM星座图的唯一可分解星座对集合，图2(c)是64QAM 星座图的唯一可分解星座对集合；
[0041] 选取图2中的圆点构成的集合作为星座集合X;圆点与星号点构成了完整QAM星 座图，星号点为圆点乘以lj后得到的，j表示复数的虚数单位；
[0042] lb)两个源节点均从星座集合X中选取两个星座符号作为自己的两个待发送符 号，即第一源节点1\选取第一个待发送符号sn和第二个待发送符号s12，第二源节点1~2选 取第一个待发送符号S21和第二个待发送符号s22;
[0043] lc)两个源节点分别利用两个符号周期同时将自己的待发送符号发送至中继节 点，即在第一个符号周期内，第一源节点和第二源节点T2分别发送待发送符号sn和待发 送符号s21至中继节点；在第二个符号周期内，第一源节点Ti和第二源节点T2分别发送待 发送符号*4和待发送符号*4至中继节点，其中，第一源节点L和第二源节点T2的发射功率 均归一化为1。
[0044] 步骤2 :中继节点接收信号
[0045] 中继节点接收信号是通过两根天线在两个符号周期内接收，即在第一个符号周期 内中继节点获得第一根天线接收的信号rn和第二根天线接收的信号r12;在第二个符号周 期内中继节点获得第一根天线接收的信号r21和第二