本發(fā)明公開(kāi)了基于非完美信道狀態(tài)信息的中繼功率分配方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的性能很大程度上受到信道狀態(tài)的影響，信道狀態(tài)信息(csi)是通信模型的信道容量，信噪比、數(shù)據(jù)速率、中繼選擇和最大發(fā)送功率等性能指標(biāo)的一個(gè)重要參數(shù)，也是通信網(wǎng)絡(luò)正確譯碼信號(hào)的重要參數(shù)，通常信道狀態(tài)信息的獲取方法是根據(jù)接收端的數(shù)據(jù)對(duì)信道狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，完美csi是指對(duì)信道狀態(tài)的估計(jì)值等于實(shí)際的信道增益值，并不存在任何估計(jì)誤差，然而，在實(shí)際的無(wú)線(xiàn)通信環(huán)境中，由于量化誤差、反饋時(shí)延、信道干擾等因素，不可能得到完美信道狀態(tài)信息，源節(jié)點(diǎn)一般選擇csi較好的中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。因此分析非完美csi對(duì)雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇的影響十分重要，為了在非完美csi雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中選擇合適的中繼節(jié)點(diǎn)，提高網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用率，由于非完美csi下源節(jié)點(diǎn)在交互信息時(shí)并不能完全消除自干擾，會(huì)把自身不能消除的自干擾當(dāng)作噪聲處理，源節(jié)點(diǎn)接收到的信號(hào)受到源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)到源節(jié)點(diǎn)這兩條鏈路信道估計(jì)誤差的共同影響。針對(duì)非完美csi，需要引入信道估計(jì)，分析信道估計(jì)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。
針對(duì)不同的場(chǎng)景和不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，現(xiàn)有的功率分配算法在能量消耗、提升系統(tǒng)性能和算法效率方面各有優(yōu)劣。然而，這些功率分配機(jī)制僅能很好的應(yīng)用于單向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，且大多只討論了基于完美csi的簡(jiǎn)單場(chǎng)景，想將這些功率分配機(jī)制應(yīng)用于非完美雙向中繼協(xié)作網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)研究難點(diǎn)，總的來(lái)說(shuō)，功率分配機(jī)制往往需要建模為一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題，而優(yōu)化目標(biāo)則為最大化通信系統(tǒng)性能，如最大化傳輸速率，最大化信噪比等，非完美csi雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的功率分配機(jī)制，充分考慮 了信道狀態(tài)信息的非完美性質(zhì)，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的針對(duì)雙向中繼協(xié)作通信系統(tǒng)的中繼選擇與功率分配方案在提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量、傳輸可靠性等方面的不足的問(wèn)題，提供了針對(duì)雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)了新的中繼選擇與功率分配方法，基于非完美csi的雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇機(jī)制，為了避免單向中繼所造成的頻譜損耗，雙向中繼應(yīng)運(yùn)而生的基于非完美信道狀態(tài)信息的中繼功率分配方法。
本發(fā)明的具體方案：基于非完美信道狀態(tài)信息的中繼功率分配方法，所述方法包括六個(gè)步驟：第一步，進(jìn)行協(xié)作通信；第二步，協(xié)作通信完成后，進(jìn)行最大比合并分集機(jī)制的操作；第三步，進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)編碼；第四步，在虛擬網(wǎng)絡(luò)編碼完成后，進(jìn)行雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的操作；第五步，接收信道狀態(tài)信息；第六步，在信道狀態(tài)信息完成后，進(jìn)行信道估計(jì)技術(shù)的操作。
作為本發(fā)明進(jìn)一步限制地，所述虛擬網(wǎng)絡(luò)編碼為基于放大轉(zhuǎn)發(fā)的虛擬網(wǎng)絡(luò)編碼。
作為本發(fā)明進(jìn)一步限制地，所述信道狀態(tài)信息為非完美信道狀態(tài)信息。
作為本發(fā)明進(jìn)一步限制地，所述信道估計(jì)技術(shù)為基于最小均方差的信道估計(jì)技術(shù)。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果：本發(fā)明的基于非完美信道狀態(tài)信息的中繼功率分配方法，提升系統(tǒng)容量，提高寬帶利用率，保證消息傳輸?shù)目煽啃裕翰捎貌粚?duì)稱(chēng)的調(diào)制策略可以使信道質(zhì)量較好的采用低階調(diào)制方，而較差的就采用高階調(diào)制，不僅保證了系統(tǒng)可靠性，同時(shí)也可以提高有效性。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基于非完美信道狀態(tài)信息的中繼功率分配方法的系 統(tǒng)及流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于非完美信道狀態(tài)信息的中繼功率分配方法，所述方法包括六個(gè)步驟：第一步，進(jìn)行協(xié)作通信；第二步，協(xié)作通信完成后，進(jìn)行最大比合并分集機(jī)制的操作；第三步，進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)編碼；所述虛擬網(wǎng)絡(luò)編碼為基于放大轉(zhuǎn)發(fā)的虛擬網(wǎng)絡(luò)編碼。第四步，在虛擬網(wǎng)絡(luò)編碼完成后，進(jìn)行雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的操作；第五步，接收信道狀態(tài)信息；所述信道狀態(tài)信息為非完美信道狀態(tài)信息。第六步，在信道狀態(tài)信息完成后，進(jìn)行信道估計(jì)技術(shù)的操作。所述信道估計(jì)技術(shù)為基于最小均方差的信道估計(jì)技術(shù)。
進(jìn)一步地，基于雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中繼選擇的研究，在我國(guó)國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，由于實(shí)際的中繼協(xié)作系統(tǒng)中，通信節(jié)點(diǎn)不可能獲得準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信道，考慮到非完美csi對(duì)系統(tǒng)性能的影響，引入信道估計(jì)技術(shù)，并將考慮信道估計(jì)誤差對(duì)系統(tǒng)性能的影響，此外，使用端到端信噪比、中斷概率以及誤碼率等性能指標(biāo)對(duì)雙向中繼系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。
基于anc的雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)功率分配，雙向中繼協(xié)作網(wǎng)絡(luò)可以提高系統(tǒng)的頻譜效率，基于anc的雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算基于anc的可實(shí)現(xiàn)速率，功率分配算法的設(shè)計(jì)思路以系統(tǒng)速率作為性能指標(biāo)，提出速率最優(yōu)功率分配。
基于信道狀態(tài)信息的功率分配，一般需要知道全部或部分信道狀態(tài)信息，并在總功率一定的前提下，以不同的性能指標(biāo)如最大化傳輸速率，最大化信噪比作為優(yōu)化函數(shù)，將功率分配問(wèn)題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問(wèn)題求解，而在單向協(xié)作中繼系統(tǒng)中，由于源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)完成信息交換，其需要四個(gè)時(shí)隙，導(dǎo)致頻譜的利用率較低，即使在全雙工模式下有所改善，但節(jié)點(diǎn)自干擾消除困難，為了改善這些不足，引 進(jìn)了雙向中繼技術(shù)，源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)完成信息交互的時(shí)間由先前的四個(gè)時(shí)隙減少到三個(gè)時(shí)隙或兩個(gè)時(shí)隙，因此，如何在雙向中繼系統(tǒng)中進(jìn)行功率分配是一個(gè)重要的難點(diǎn)，針對(duì)經(jīng)典三節(jié)點(diǎn)雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)模型，提出基于非完美信道狀態(tài)信息進(jìn)行功率分配方案。
本發(fā)明的基于非完美信道狀態(tài)信息的中繼功率分配方法，具有的優(yōu)點(diǎn)為：1、提升系統(tǒng)容量：對(duì)于傳統(tǒng)的單向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間完成一次完整的信息交互過(guò)程最少需要四個(gè)時(shí)隙才能完成一次雙向信息交換，因此，利用單向中繼完成節(jié)點(diǎn)間的信息交換將導(dǎo)致較低的頻譜資源利用率，然而，如果利用雙向中繼策略，兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)通過(guò)中繼進(jìn)行數(shù)據(jù)交互可以比傳統(tǒng)的單向中繼節(jié)省一個(gè)或兩個(gè)時(shí)隙，可以極大的提升系統(tǒng)容量；2、提高寬帶利用率：現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)之間的通信需求往往是雙向的，源節(jié)點(diǎn)既要向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，目的節(jié)點(diǎn)也會(huì)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的一次信息交互需要數(shù)據(jù)傳輸方向?yàn)閟-r-d的兩個(gè)階段和數(shù)據(jù)傳輸方向?yàn)閐-r-s的兩個(gè)階段，共需要占用4個(gè)時(shí)隙，這種方式將會(huì)造成頻譜利用的損失，在雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中，中繼節(jié)點(diǎn)需要為多個(gè)源節(jié)點(diǎn)協(xié)作傳輸數(shù)據(jù)。通過(guò)引入網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，可以有效地提高系統(tǒng)的帶寬利用率和網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量；3、保證消息傳輸?shù)目煽啃裕寒?dāng)在雙向中繼系統(tǒng)信道質(zhì)量出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)時(shí)，對(duì)稱(chēng)的調(diào)制方式不能保證信道質(zhì)量較差鏈路的可靠性。采用不對(duì)稱(chēng)的調(diào)制策略可以使信道質(zhì)量較好的采用低階調(diào)制方，而較差的就采用高階調(diào)制，不僅保證了系統(tǒng)可靠性，同時(shí)也可以提高有效性。
本發(fā)明的基于非完美信道狀態(tài)信息的中繼功率分配方法，提升系統(tǒng)容量，提高寬帶利用率，保證消息傳輸?shù)目煽啃?，采用不?duì)稱(chēng)的調(diào)制策略可以使信道質(zhì)量較好的采用低階調(diào)制方，而較差的就采用高階調(diào)制，不僅保證了系統(tǒng)可靠性，同時(shí)也可以提高有效性。需要指出的是，上述較佳實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明 的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。