异构协作网络中的无线接入模式及中继选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种无线异构网络中的接入模式选择以及协 作中继选择方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的不断发展，通信系统致力于支持更高速率、更多类型的数据 业务，同时需要进一步扩大网络覆盖范围、高效利用无线资源。协作中继技术的提出及引入 能够提供分集增益、克服多径衰落，确保用户业务需求，并扩大通信范围。另一方面，随着无 线移动网络的快速发展，多种网络（如LTE、WLANs、WMANS等）的覆盖范围相互重叠，构成异 构网络，处于异构网络覆盖范围内的用户可作为多模终端，采用不同的无线接入技术，充分 利用这些网络资源，从而进一步提升用户的服务质量。由于无线环境的复杂现状，研究异构 网络背景下的协作中继技术成为亟待解决的热点问题。
[0003] 2012 年 Gubong Lim 等人在 "IEEE Wireless Communications Letters"（《国际 电气电子工程师协会无线通信快报》）（2012年10月第1卷）发表的"Energy-Efficient Cooperative Relaying in Heterogeneous Radio Access Networks'，（《异构无线接入网 络中的能效协作中继》）中提出了一种基于无线接入模式选择的协作中继方法，作者将协作 技术应用到异构网络中，从能效的角度出发，首先选择出所有候选中继到源端、目的端的无 线接入模式，然后再次以能效为目标，选择出所有候选中继中最优的中继进行协作。2013 年Stephen Wang等人在"IEEE Wireless Communications"（《国际电气电子工程师协会 无线通信》）（2013 年 10 月第20 卷）发表的"Cognitive Antenna Selection Relay for Green Heterogeneous Healthcare Networks"（《绿色异构医疗网络中的认知中继天线选 择》）中同样提出了一种针对双跳中继系统的无线接入模式选择方法，作者假定中继具有双 天线，不同天线可接入不同的网络，通过选择天线，即可选择出最优的无线接入模式。
[0004] 上述方案不论在无线接入模式的选择还是在中继的选择过程中，都是基于节点对 信道状态信息的完美估计，而现实生活中，由于信道的不确定性、波动性，估计误差，以及信 道状态信息的量化及过时，导致完美信道状态信息这一假设过于理想化。另一方面，由于接 入不同网络所采用的调制方式、编码方式等的不同，所能达到的信道容量和理论信道容量 之间的差值也不同，因而在选择无线接入模式的同时还需要考虑到该网络所带来的性能增 益。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种无线异构网络中的接入模式及协作中 继选择方法，基于非完美的信道状态信息，考量不同网络带来的性能增益，充分利用复杂的 异构网络资源，同时使得用户终端获得满分集增益，并提高协作传输的可靠性。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 异构协作网络中的无线接入模式及中继选择方法，包括源节点、目的节点以及若 干候选中继节点，所述方法包括如下步骤：
[0008] S1各候选中继节点估计自身与源节点以及目的节点在接入不同网络时的瞬时信 道增益，并生成估计误差因子；
[0009] S2各候选中继节点根据测量的瞬时信道增益信息，在考虑测量误差基础上，确定 源节点到各候选中继节点以及各候选中继节点到目的节点的无线接入模式；
[0010] S3采用最大最小中继选择机制从候选中继节点中确定最优中继节点；
[0011] S4最优中继节点选择完毕后，源节点对本地将要发送的数据进行信道编码和调制 后，将数据传送给被选择的中继节点，由该中继节点进行协作转发。
[0012] 需要说明的是，步骤S1中，所述估计误差因子包括源节点到各候选中继节点在接 入不同网络时的信道估计误差以及目的节点到各候选中继节点在接入不同网络时的 信道估计误差C,所述估计误差相互独立，且分别服从均值为〇,方差为€和^4的复高斯 分布。
[0013] 需要说明的是，步骤S2的具体方法如下：
[0014] 2. 1)对于所有的候选中继节点u e UR，UR= {1，2，. . .，U}为候选中继节点集合，U 为中继节点的总个数，考虑源节点到候选中继节点链路，若接入网络n，在考虑估计误差的 基础上，计算候选中继节点获得的信噪比：
[0016] 其中Es为源节点发送信号的功率，表示源节点S到候选中继节点u在接入 网络η时所估计的瞬时信道增益；〇2为高斯白噪声的方差，Γ n为接入网络η时的信噪比 差额；
[0017] 2. 2)对于所有的候选中继节点u e UR，确定令其信噪比最大的网络f对应的 无线接入模式作为源节点S到对应候选中继节点u的接入模式；
[0018] 2. 3)对于所有给定的候选中继节点u e UR，考虑中继节点到目的节点链路，若接 入网络m，在考虑估计误差的基础上，计算目的节点获得的彳目噪比：
[0020] 其中nu为功率放大因子，表示候选中继节点u到目的节点D在接入网络 m时所估计的瞬时信道增益，么,0.〃）表示源节点S到候选中继节点u在接入网络f时所 估计的瞬时信道增益；为目的节点处的高斯白噪声方差，为接入网络m时的信噪比 差额；
[0021] 2. 4)对于所有的候选中继节点u e UR，确定令其信噪比7:1,，最大的网络nf对应的 无线接入模式作为相应候选中继节点u到目的节点D的接入模式。
[0022] 进一步需要说明的是，步骤2. 1)中各个候选中继节点u接入网络η时所获得的信 噪比力的计算具体包括如下步骤：
[0023] 2. 1. 1)记源节点发送的信号为X，则候选中继节点u接收到的信号为：
[0025] 其中nu表示均值为0方差为σ 2的高斯白噪声，g s>，η)为源节点S到候选中继 节点u在接入网络η时的实际瞬时信道增益；
[0026] 2. 1. 2)由于候选中继节点u对自身到源节点S的链路增益估计值为存在 估计误差<?，即
则候选中继节点u判定自身接收到信号的有益部分 为
，而剩余部分
，:被认作噪声干扰；
[0027] 2. 1. 3)候选中继节点u判定接入网络η后获得的信噪比为：
[0029] 进一步需要说明的是，所述步骤2. 3)中各个候选中继节点u接入网络m时目的节 点所获得的信噪比<1的计算具体包括如下步骤：
[0030] 2. 3. 1)候选中继节点以放大转发模式对接收到的信号进行转发，候选中继节点u 的功率放大因子为：
[0032] 其中，gsJu，为源节点S到候选中继节点u在接入网络ιΛ寸的实际瞬时信道增 益，匕表示中继转发信号的功率的约束要求，而功率放大因子可确保中继转发信号的功率 满足该约束要求Er;
[0033] 2. 3. 2)目的节点D接收到的候选中继节点u转发的信号为：
[0034] yd= n Ugrd(u，m)yu+nd;
[0035] 其中nd表示均值为0、方差为σ 2的高斯白噪声，gM(u，m)为中继节点u到目的节 点D在接入网络m时的实际瞬时信道增益；
[0036] 2. 3. 3)由于候选中继节点u对自身到目的节点的链路增益估计值为,存在 估计误差^，即+ ,因此，在步骤2. 2)中确定了源节点S到候选中继节 点u的接入模式为令该候选节点u信噪比C最大的网络f所对应的无线接