一种车载通信网络中的低复杂度中继选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，涉及一种车载通信网络中的低复杂度中继选择方 法。
【背景技术】
[0002] 车载通信网络（又称车联网）是物联网的一种重要应用形式，它通过在交通工具 上配备具有通信能力的智能终端，使得交通工具在行驶过程中可相互连接而实现信息交 互。车联网能够有效增强行车安全性、提升交通管理效率、提供实时信息服务，因此在近年 来深受学术界和工业界关注。在车联网中，车辆之间的通信通常以多跳的方式完成，需要发 送消息和需要接收消息的车辆分别被称为源节点和目的节点，而道路上的其余车辆则被视 为中继节点，它们能够形成虚拟的多天线阵列并帮助源节点和目的节点完成信息传输。为 了充分利用多中继所提供的分集增益和复用增益，协作通信的概念应运而生。经过多年的 深入研宄，已经涌现出大量的协作传输协议，例如，网络编码、分布式空时码、分布式波束成 形j等等°
[0003] 上述协作协议的共同特点在于，它们均要求各个中继节点之间在传输信息时必须 保持严格同步，这在实际中是难以实现的。为此，Bletsas等人提出了一种"机会中继"策略， 该策略在每个协作周期内仅选择一个最佳的中继节点，由该节点完成源节点和目的节点之 间的协作传输，而选择"最佳"中继的依据是：各中继链路的瞬时信道状态信息（channel state information, CSI)。可以通过严格的数学分析证明，该策略在系统总功率一定的条 件下具有最低的中断概率。
[0004] 然而，"机会中继"策略在工程实现方面存在一定的困难。这主要是基于如下 两点原因：首先，分布式的实现方案会导致数据冲突的问题，从而引起中继选择过程失 败；第二，集中式的实现方案要求连续的信道反馈，从而造成传输效率的下降并带来传 输功耗的激增。为此，Krikidis等人提出了一种"部分中继选择"方案（partial relay selection, PRS)，该方案仅利用源节点和中继节点间的信道状态信息选出"最佳"中继，而 不考虑中继节点和目的节点之间的信道质量，从而极大地降低了系统所需要的信道估计量 和CSI反馈开销。
[0005] 尽管PRS方案具有较低的实现复杂度，但大量文献研宄表明，该方案所能获得的 分集阶数仅为1，并且这一结果并不会随着中继节点数的增加而改变，这就意味着在实际系 统中PRS方案将体现出非常差的误码性能。而在车联网应用中，所传输的业务往往都具有 较为严格的服务质量（quality of service, QoS)需求，因此PRS方案无法直接应用于车载 通信网络。
[0006] 针对上述问题，本发明提出了一种新的低复杂度中继选择方案，该方案仅基于源 节点和中继节点之间的信道功率增益（而非完整的信道信息）进行中继选择，保持了 PRS 方案低复杂度的优势；同时，通过引入非正交传输机制来提供额外的衰落路径，从而为系统 带来分集增益并改善误码性能。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种车载通信网络中的低复 杂度中继选择方法，该方法的复杂度低，并且能够有效的改善误码性能。
[0008] 为达到上述目的，本发明所述的车载通信网络中的低复杂度中继选择方法包括如 下步骤：
[0009] 1)在车载通信网络中，每次源节点到目的节点的信息传输由M个协作周期构成， 将各协作周期分为中继选择阶段及数据传输阶段，并将所述数据传输阶段分为传输间隙1 及传输间隙2 ;
[0010] 2)在中继选择阶段中，源节点根据各条S - Rk链路的信道信息及对应中继节点 Rk在前一协作周期内的解码情况选择出当前协作周期的转发中继节点及重传中继节点，其 中，1彡k彡N，中继节点的数量为N ;
[0011] 3)在传输时隙1时，源节点将需要传输的信息发送至步骤2)选择出来的转发中 继节点中，同时重传中继节点将上一个协作周期内源节点需要传送的信息转发至目的节点 中，目的节点合并前一个协作周期的转发中继节点转发的需要传输的信息以及当前协作周 期的重传中继节点转发的需要传输的信息，然后再对合并后的信息进行译码；
[0012] 在传输时隙2时，当前协作周期的转发中继节点采用译码转发协议将所述当前协 作周期内需要传输的信息发送至目的节点，同时源节点将当前协作周期需要传输的信息转 发至各中继节点中。
[0013] 步骤2)中源节点根据各条S - Rk链路的信道信息和对应中继节点Rk在前一协作 周期内的解码情况选择出当前协作周期的转发中继节点的具体操作为：
[0014] 源节点S向各中继节点Rk广播导频序列，中继节点Rk基于接收到的导频序列估计 出链路S - Rk的信道增益，再将估计出的链路S - Rk的信道增益反馈给源节点S，源节点S 根据估计出的链路S - Rk的信道增益判断各条S - R k链路的SNR，并选择最大SNR对应的 中继节点4乍为转发中继节点。
[0015] 步骤2)中源节点根据各条S - Rk链路的信道信息和对应中继节点Rk在前一协作 周期内的解码情况选择出当前协作周期的重转中继节点的具体操作为：
[0016] 将在前一协作周期内成功译码源节点转发的需要传输的消息的中继节点组成译 码集，当前一协作周期内的转发中继节点属于所述译码集，并且该前一协作周期的转发中 继节点不是当前协作周期的转发中继节点时，则将该前一协作周期的转发中继节点作为当 前协作周期的重传中继节点，否则，源节点从译码集中随机选择除当前协作周期的转发中 继节点之外的任意一个中继节点作为重传中继节点。
[0017] 本发明具有以下有益效果：
[0018] 本发明所述的车载通信网络中的低复杂度中继选择方法在操作过程中，源节点根 据各条S - Rk链路的信道信息及对应中继节点Rk在前一协作周期内的解码情况选择出当 前协作周期的转发中继节点及重传中继节点，而非根据完整的信道信息，从而有效的降低 中继节点选择的复杂度，同时目的节点在进行译码时，先合并前一个协作周期的转发中继 节点转发的需要传输的信息以及当前协作周期的重转中继节点转发的需要传输的信息，然 后根据合并后的结果进行译码，有效的改善误码性能，从而能够为车载通信网络中的数据 传输提供可靠的QoS保障。经检测，传统的PRS策略的分集阶数仅为1，然而本发明能够获 得的分集阶数为2,因此与传统的PRS策略相比，本发明具有更为优越的中断性能及误码性 能。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的系统模型示意图；
[0020] 图2 (a)为本发明中传输时隙1的示意图；
[0021] 图2(b)为本发明中传输时隙2的示意图；
[0022] 图3为采用传统策略和本发明的中断概率随平均信噪比变化的关系曲线；
[0023] 图4为采用传统策略和本发明中误比特率随平均信噪比变化的关系曲线；
[0024] 图5为本发明在不同中继节点数时系统的中断概率曲线。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0026] 参考图1，本发明所述的车载通信网络中的低复杂度中继选择方法包括如下步 骤：
[0027] 1)在车载通信网络中，每次源节点到目的节点的信息传输由M个协作周期构成， 将各协作周期分为中继选择阶段及数据传输阶段，并将所述数据传输阶段分为传输间隙1 及传输间隙2 ;
[0028] 2)在中继选择阶段中，源节点根据各条S - Rk链路的信道信息及对应中继节点 Rk在前一协作周期内的解码情况选择出当前协作周期的转发中继节点及重传中继节点，其 中，1彡k彡N，中继节点的数量为N ;
[0029] 3)在传输时隙1时，源节点将需要传输的信息发送至步骤2)选择出来的转发中 继节点中，同时重传中继节点将上一个协作周期内源节点需要传送的信息转发至目的节点 中，目的节点合并前一个协作周期的转发中继节点转发的需要传输的信息以及当前协作周 期的重传中继节点转发的需要传输的信息，然后再对合并后的信息进行译码；
[0030] 在传输时隙2时，当前协作周期的转发中继节点采用译码转发协议将所述当前协 作周期内需要传输的信息发送至目的节点，同时源节点将当前协作周期需要传输的信息转 发至各中继节点中。
[0031] 步骤2)中源节点根据各条S - Rk链路的信道信息和对应中继节点Rk在前一协作 周期内的解码情况选择出当前协作周期的转发中继节点的具体操作为：
[0032] 源节点S向各中继节点Rk广播导频序列，中继节点Rk基于接收到的导频序列估计 出链路S - Rk的信道增益，再将估计出的链路S - Rk的信道增益反馈给源节点S，源节点S 根据估计出的链路S - Rk的信道增益判断各条S - R k链路的SNR，并选择最大SNR对应的 中继节点作为转发中继节点。
[0033] 步骤2)中源节点根据各条S - Rk链路的信道信息和对应中继节点Rk在前一协作 周期内的解码情况选择出当前协作周期的重转中继节点的具体操作为：
[0034] 将在前一协作周期内成功译码源节点转发的需要传输的消息的中继节点组成译 码集，当前一协作周期内的转发中继节点属于所述译码集，并且该前一