放大转发协作网络的中继选择与功率分配方法
【专利摘要】放大转发协作网络的中继选择与功率分配方法，建立放大转发协作通信网络，放大转发协作通信网络包含一个源节点S，一个目的节点D以及N个备选中继R1,R2,...,RN；传输过程分为两个阶段，第一阶段：源节点S向所有备选中继广播信号x；第二阶段：进行最佳中继选择和功率分配，被选择的最佳中继向目的节点转发信息。本发明无需源节点已知所有信道的瞬时信道状态信息，仅需各备选中继向源节点反馈自身所在两跳链路中某一跳的瞬时信道状态信息即可进行备选中继选择，反馈开销小，易于实现。
【专利说明】放大转发协作网络的中继选择与功率分配方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信领域，涉及一种中继选择与功率分配方法，特别涉及一种放大转发(Amplify-and-Forward, AF)协议下的,基于部分信道状态信息的中继选择与功率分配方法。
【背景技术】
[0002]协作通信技术通过多个独立分布于无线网络中的单天线用户共享频谱等资源引入空间分集，从而获得与多输入多输出系统相同的系统性能，是对抗多径衰落，提高通信质量的重要手段之一。然而，其系统性能的提高是以增加系统复杂度和反馈负荷为代价的。t匕如，为了使各中继可以有效合作，中心节点可能需要分布于整个网络的各个中继的信道状态信息(Channel State Information, CSI)。对于半双工通信系统而言,源节点以及各个中继需要在相互正交的信道上进行信息传输，因而大大制约了频谱利用率，并且传输方案的复杂度也较高。
[0003]中继选择技术在有效避免上述问题的同时，仍能获得节点间协作传输所带来的好处，因而受到广泛关注。有研究表明，选择单个最优中继进行信息转发同样可以获得满分集增益，并且有效降低了系统复杂度，提高了频谱利用率。
[0004]然而为了进行中继选择，一方面，传统方法往往要求某中心节点(如源节点)已知网络中所有中继信道的实时信道状态信息。随着网络中中继数量的增加，该方法会给通信系统带来沉重的反馈负担，所要求的反馈负荷往往难以承受，因此很难应用于实际系统中。另一方面，现有一些中继选择方法仅利用有限的信道状态信息(如仅已知“源-中继”链路的CSI)进行中继选择，缺少对信道条件的充分利用，所获得的系统性能与已知全部CSI所获得的系统性能之间存在显著差距。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种放大转发协作网络的中继选择与功率分配方法，该方法反馈开销小，中断概率低。
[0006]本发明的技术方案是，放大转发协作网络的中继选择与功率分配方法，建立放大转发协作通信网络，放大转发协作通信网络包含一个源节点S，一个目的节点D以及N个备选中继Rk ;传输过程分为两个阶段，第一阶段:源节点S向所有备选中继广播信号X ;第二阶段:进行最佳中继选择和功率分配，被选择的最佳中继向目的节点D转发信息。
[0007]本发明的特点还在于:
[0008]第二阶段包括备选中继自主向源节点S反馈信息的过程、源节点S进行备选中继选择和功率分配的过程。
[0009]备选中继自主向源节点反馈信息的过程包括如下两个步骤:
[0010]第一步:平均信道状态信息的比较
[0011 ] 假设源节点S与各备选中继发射功率相等，则S-Rk和Rk-D链路的瞬时接收信噪比Ysk = Ps I hsk 12/N0 Yko = Pk I hkD 12/N0 的相对大小仅与 I hsk 12 和 I hkD 12 有关；ps 和 Pk 分别表示源节点和备选中继Rk的发射功率，Ihsk12和IhkD 12分别表示S-Rk和Rk-D链路的瞬时信道状态信息，其均值即平均信道状态信息分别为Psk和β ω，k = 1，2，...，N, Ntl为噪声功率；由于系统中所有信道的平均信道状态信息均已知，因此各备选中继Rk(k = I, 2,..., N)首先对自己所在S-Rk和Rk-D链路的平均信道状态信息β sk和β ω进行比较；
[0012]第二步:瞬时信道状态信息的反馈
[0013]Α、若比较结果为βsk≤βkD，则备选中继Rk将S-Rk链路的瞬时信道状态信息|hsk|2反馈给源节点S ；
[0014]B、若比较结果为β sk > β kD，则Rk向目的节点D发送请求信号，令其反馈Rk-D链路的瞬时信道状态信息Ih1J2 ;由于备选中继Rk本身已知S-Rk链路的瞬时信道状态信息IhskI2，因此备选中继Rk将IhskI2与IhkD12再进行比较，然后向源节点S反馈二者中的较小值。
[0015]源节点S进行备选中继选择和功率分配的过程包括如下两个步骤:
[0016]第一步:最佳备选中继的挑选
[0017]源节点S根据各备选中继反馈的瞬时信道状态信息，选择其中最大值所对应的备选中继做为最佳备选中继，即
[0018]
【权利要求】
1.放大转发协作网络的中继选择与功率分配方法，其特征在于，建立放大转发协作通信网络，所述放大转发协作通信网络包含一个源节点S，一个目的节点D以及N个备选中继Rk ;传输过程分为两个阶段，第一阶段:源节点S向所有备选中继广播信号X ;第二阶段:进行最佳中继选择和功率分配，被选择的最佳中组目的节点D转发信息。
2.如权利要求1所述的放大转发协作网络的中继选择与功率分配方法，其特征在于，第二阶段包括备选中继自主向源节点S反馈信息的过程、源节点S进行备选中继选择和功率分配的过程。
3.如权利要求2所述的放大转发协作网络的中继选择与功率分配方法，其特征在于，所述备选中继自主向源节点S反馈信息的过程包括如下两个步骤: 第一步，平均信道状态信息的比较 假设源节点S与各备选中继发射功率相等，则S-Rk和Rk-D链路的瞬时接收信噪比Y sk=Ps I hsk 12/N0和Y kD = Pk I hkD 12/N0的相对大小仅与I hsk 12和I hkD 12有关；ps和Pk分别表示源节点和备选中继Rk的发射功率，I hsk 12和I hkD 12分别表示S-Rk和Rk-D链路的瞬时信道状态信息，其均值即平均信道状态信息分别为β sk和β ω，k = 1，2，...，N，Ntl为噪声功率；由于系统中所有信道的平均信道状态信息均已知，因此各备选中继Rk(k = 1，2，...，N)首先对自己所在S-Rk和Rk-D链路的平均信道状态信息β sk和β ω进行比较； 第二步，瞬时信道状态信息的反馈 Α、若比较结果为i3sk≤，则备选中继Rk将S-Rk链路的瞬时信道状态信息|hsk|2反馈给源节点S ； B、若比较结果为β sk > β kD，则Rk向目的节点D发送请求信号，令其反馈Rk-D链路的瞬时信道状态信息Ih1J2 ;由于备选中继Rk本身已知S-Rk链路的瞬时信道状态信息|hsk|2,因此备选中继Rk将IhskI2与IhklJ2再进行比较，然后向源节点S反馈二者中的较小值。
4.如权利要求2所述的放大转发协作网络的中继选择与功率分配方法，其特征在于，所述源节点S进行备选中继选择和功率分配的过程包括如下两个步骤: 第一步，最佳备选中继的挑选 源节点S根据各备选中继反馈的瞬时信道状态信息，选择其中最大值所对应的备选中继做为最佳备选中继，即
【文档编号】H04W72/04GK103906198SQ201410110948
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】惠鏸, 张瑶, 李琦 申请人:西安理工大学