专利名称：基于多跳分簇译码前传中继网络的传输路径优化方法
技术领域：
本发明涉及的是一种无线通信技术领域的方法，具体是一种基于多跳分簇译码前 传(DF)中继网络的中继节点选择方法。
背景技术：
在通信网络中，由多径传播引起的信号衰落是一个很严重的问题。利用分集技术 能有效对抗这一损失。中继技术是一种常见的空间分集技术，相对于其他空间分集技术而 言，中继技术利用离散分布终端的天线以实现分集增益。而译码前传(DF)是一种实用有效 的中继协议。经对现有文献检索发现，T.Cover 等在“Capacity theorems for the relay channel (中继信道的容量理论)，，，，IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-25, pp. 572-584, Sept. 1979.中提出中继信道的容量分析理论，这篇文章分析的中继信道模型由一个输入， 一个中继输出，一个信道输出，和一个中继发送组成，并假设信道无记忆，计算了高斯中继 信道和某些特定离散中继信道的容量，并给出了一般中继信道的可达容量下界。虽然分析 的信道模型相对比较简单，也没有任何中继协议，但是它首次系统分析了中继信道的容量， 并获得了中继信道容量理论，为之后分析复杂中继模型和增加中继协议提供了基础。J. Nicholas Laneman 等在"Cooperative Diversity in Wireless Networks Efficient Protocols and Outage Behavior(无线网络中的协同分集有效的协议和中断 性能)”，IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 50, no. 12, pp. 3062-3080, Dec. 2004.中研究和分析 了无线网络中用以对抗多径传播的低复杂度协同分集协议。通过在中继节点处采用前传方 案的不同，引入了多种协同协议，并比较了其中断概率性能。文中涉及了众多中继节点前传 协议，包括固定中继方案(如放大前传(AF)，译码前传(DF))、选择中继方案(根据协同终 端之间的信道条件自适应调整)、增量中继方案(利用目的段有限反馈自适应调整)。虽然 在这篇文章中详尽地提出了多种中继协议，但没有涉及如何选择中继节点，同时分析的模 型相对而言比较简单，不能用于分析整个通信网络的性能。Shashibhushan Borade 等 在 “Amplify-and-Forward in Wireless Relay Networks :Rate，Diversity, andNetwork Size (无线网络中的译码前传码率，分集和网络 规模)”，IEEETrans. Inf. Theory, vol. 53，no. 10，pp. 3302-3318，Oct. 2007.提出了一个单 源单宿多中继的多跳分簇网络模型，分析了 AF协议在这一网络模型上的性能，将同簇中继 节点视为同一传输节点上的多天线，证明了在高信噪比情况下AF能在这个网络中实现所 有分集。文中网络模型为一个多跳分簇的网络，相对之前所有中继网络模型更接近于实际 网络情况，但是本文只是理论分析了 AF协议在这个网络模型上的分集性能，没有考虑实现 情况，实际上，由于在这个协中，信宿节点译码需要所有网络信息，导致网络前馈信息巨大， 空间复杂度和时间复杂度很高。此外，模型中每簇中继节点均全部参与传输，没有涉及中继 节点选择问题。Yindi Jing 等在"Single and Multiple Relay Selection Schemes and theirAchievable Diversity Orders (单，多中继选择方案及其可达分集阶数)” IEEE Trans. Wireless Communications,vol. 8,no. 3,pp. 1414-1423,Mar. 2009.提出了多种单中继选择 和多中继选择方案，并分析了它们的可达分集阶数。但其网络模型为单源单宿多中继的两 跳网络模型，没有考虑多跳的较为复杂的网络模型。当前协同通信研究主要集中于单源单宿多中继两跳网络模型。而对于多跳中继网 络的研究基本集中于理论分集分析，或者所有中继节点参与中继，或者选取线型链路中继， 受到单个信道状态影响较大，基于多跳网络的多中继选择算法研究目前尚属空白。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于多跳分簇译码前传中继网 络的传输路径优化方法，对于整个网络的中继节点选择逐簇进行，每簇均只保留等于该簇 中继节点数目的传输状态，簇内选择通过对所有可能中继状态进行前向时间和已用时间平 衡，选择每个同类状态中最优的状态保留，将所有保留状态前馈至下一簇，逐簇选择，从而 使性能较高，并将复杂度控制在可接受范围。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤第一步源节点向第一个中继节点簇发送信息，第一个中继节点簇所有中继节点 均与源节点相连，计算传输状态并全部保留，将所有传输状态前馈至第二个中继节点簇。所述的传输状态包括保留节点集合及已用传输时间。第二步对于第i簇中继节点选择，2彡i彡K，K为簇总数目，由上一簇发出的传 输状态计算其中每个传输状态的下续传输状态，然后将所有传输状态中的已用传输时间进 行同类传输状态比较，获得Ni个优化传输状态，并将所有Ni个状态前馈至下一跳，其中=Ni 为第i簇中继节点数目。所述的下续传输状态包括下续节点保留集合和下续已用传输时间，其中下续 节点保留集合为(^7,^^,...^^_1),1<311;下续已用传输时间为/ ’'，疗',...^；·7，
Ui-U(J)
G3 = Uj + ^, = 1 /Iog2(1 + SW χ min ^ (CU))2)，SNR 为信噪比。
m=Ui* I=U1^j(I)所述的同类状态比较是指以下续节点保留集合中的节点数目为标准，以相同节 点数目作为分类标准进行状态分类；所述的优化传输状态包括保留节点集合Pu,K，2,···仏和已用传输时间 ⑷Λ2,···“)，其中。=·^’1,^’2,…^^1)』^*、』所对应的保留节点集合，其中 1 ^ ρ ^ Ni0第三步，当下一跳不是目的节点则返回第二步，否则目的节点接收到来自第K个 簇的传输状态并计算最短传输时间后得到一个最优下续传输状态，将最优下续传输状态向 源节点方向逐簇反馈，每一个簇均通过来自其下一级簇反馈得到的最优下续传输状态确定 本簇内参与中继的传输节点，最终实现传输路径优化。所述的来自第K个簇的传输状态包括节点保留集合(Uu,&，2,…^a)和已用传 输时间(b，b，··々&); (UK,」，tK,j)的下续传输状态为(…),《’"),其节点保留集合可以表示 为(D)，已用传输时间表示为
《
权利要求
一种基于多跳分簇译码前传中继网络的传输路径优化方法，其特征在于，包括以下步骤第一步源节点向与之相连的第一个由中继节点构成的簇发送信息并保留所有中继节点返回的传输状态，然后将中继节点的状态前馈至下一跳；第二步对于第i个簇中的中继节点选择，2≤i≤K，K为簇的总数，由上一个簇发出的传输状态计算其中每个传输状态的下续传输状态，然后将所有传输状态中的已用传输时间进行同类状态比较，获得Ni个优化传输状态，并将将所有Ni个状态前馈至下一跳，其中Ni为第i簇中继节点数目；第三步，当下一跳不是目的节点则返回第二步，否则目的节点接受到来自第K个簇的传输状态并计算最短传输时间后得到一个最优下续传输状态，将最优下续传输状态向源节点方向逐簇反馈，每一个簇均通过来自其下一级簇反馈得到的最优下续传输状态确定本簇内参与中继的传输节点，最终实现传输路径优化。
2.根据权利要求1所述的基于多跳分簇译码前传中继网络的传输路径优化方法，其特 征是，所述的传输状态包括保留节点集合及已用传输时间。
3.根据权利要求1所述的基于多跳分簇译码前传中继网络的传输路径优化方法，其特 征是，所述中继节点构成的簇是指只能和同一类节点通信的中继节点的集合。
4.根据权利要求1所述的基于多跳分簇译码前传中继网络的传输路径优化方法，其特 征是，所述的前馈直下一跳是指将现簇的中继状态信息前传至下一簇。
5.根据权利要求1所述的基于多跳分簇译码前传中继网络的传输路径优化方法，其 特征是，所述的下续传输状态包括下续节点保留集合和下续已用传输时间，其中下续节点保留集合为("Γ’·7，";;1’·7，···" 二’ ‘)，Ni^1 ；下续已用传输时间为 1，",位，",…/；^,^i-ljC；)Gj=Uj+^'' t'rl' =/log2(\ + SNRxmm ^ (，)2)，SNR 为信噪比。
6.根据权利要求1所述的基于多跳分簇译码前传中继网络的传输路径优化方法，其特 征是，述的同类状态比较是指以下续节点保留集合中的节点数目为标准，以相同节点数目 作为分类标准进行状态分类。
7.根据权利要求1所述的基于多跳分簇译码前传中继网络的传输路径优化方法，其特 征是，所述的优化传输状态包括保留节点集合f7U,仏K-f7W和已用传输时间M，2,…“，其中Ap=^C1-C2... OtUup为ti,p所对应的保留节点集合，其中1彡P彡Ni。
8.根据权利要求1所述的基于多跳分簇译码前传中继网络的传输路径优化方法，其 特征是，所述的来自第K个簇的传输状态包括NK个中继节点所对应的下续节点保留集合 UK,I，UK，2，···义, 和下续已用传输时间, tK^- ■ ■ tK,Nk ！
9.根据权利要求1所述的基于多跳分簇译码前传中继网络的传输路径优化方法， 其特征是，所述的最优下续传输状态(UK,p tK, j)包括最优节点集合D及最优传输时间Ukj(J)其中ρ—,^=l/log2(l + ^ Σ (h^f)为T = min(ty々2,...,0tD =tK,j+tJ,ο，'=uKj(D，已用传输时间，SNR为信噪比1彡j彡Νκ。
全文摘要
一种无线通信技术领域的基于多跳分簇译码前传中继网络的传输路径优化方法，对于整个网络的中继节点选择逐簇进行，每簇均只保留等于该簇中继节点数目的传输状态，簇内选择通过对所有可能中继状态进行前向时间和已用时间平衡，选择每个同类状态中最优的状态保留，将所有保留状态前馈至下一簇，逐簇选择，从而使性能较高。
文档编号H04W40/02GK101982994SQ20101053513
公开日2011年3月2日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者何晨, 李雳, 蒋铃鸽 申请人:上海交通大学