CN103095360A - 一种自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法 - Google Patents
一种自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103095360A CN103095360A CN2013100622804A CN201310062280A CN103095360A CN 103095360 A CN103095360 A CN 103095360A CN 2013100622804 A CN2013100622804 A CN 2013100622804A CN 201310062280 A CN201310062280 A CN 201310062280A CN 103095360 A CN103095360 A CN 103095360A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gamma
- branch road
- beta
- overbar
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Picture Signal Circuits (AREA)
- Detection And Prevention Of Errors In Transmission (AREA)
Abstract
一种自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法,本发明涉及通信系统的分集接收方法,尤其涉及自适应解码转发协作系统的分集信号选择合并方法。本发明是要解决现有选择合并器无法有效地合并不同调制阶数的信号的问题。一、各支路信号的输入;二、最优比例系数的求解;三、基于比例系数的选择合并器信号的选择与输出,即完成了自适应解码转发协作系统的选择合并器信号的输出。本发明应用于通信领域。
Description
技术领域
本发明涉及通信系统的分集接收方法,尤其涉及自适应解码转发协作系统的分集信号选择合并方法。
背景技术
协作通信不仅利用中继传输扩大了网络的覆盖范围,而且形成了虚拟的多天线系统获得了空间分集增益。采用自适应调制技术,在信道条件较好时选用频谱效率更高的高阶调制方式发送信号,能够有效地提高协作系统的频谱效率。对于解码转发协作系统,由于中继能对信号进行数字处理,因此中继能够根据信道状态信息自主地选择与源节点不同的调制方式,从而最大限度地提高频谱效率。
另外,为保证解码转发协作能获得分集增益,接收机必须采用合适的分集合并方法对各支路信号进行有效的合并。设源-中继、中继-目的、源到目的信噪比分别为γSR、γRD和γSD。在非自适应解码转发系统中,当γSR趋于无穷时,中继不存在解码错误,选择合并器直接比较γRD和γSD即可选出最佳支路;而当γSR较小时,则必须要考虑γSR对传输的影响,目前是以γSR和γRD中的最小值作为源-中继-目的支路的等效信噪比γeq,再比较γeq和γSD即可选出最佳支路。
然而,当在解码转发系统中采用自适应调制技术时,若仍采用上述选择合并方法,则会存在以下两个问题:首先,当γSR较小时,即中继存在解码错误,由于源-中继和中继-目的支路信号调制阶数的不同,不能再以γSR和γRD中的最小值作为源-中继-目的支路的等效信噪比;其次,当γSR趋于无穷时,尽管较小的γRD能够作为源-中继-目的支路的等效信噪比,但由于调制阶数的不同,γRD和γSD的高低并不能直接反映各条支路传输的可靠性。由于缺少有效的不同调制阶数信号的合并方法,限制了人们对于自适应解码转发协作方案的研究。
发明内容
本发明是要解决现有选择合并器无法有效地合并不同调制阶数的信号的问题,而提供了一种自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法。
一种自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法按以下步骤实现:
一、各支路信号的输入:
解码转发协作系统包括目的节点D,源节点S以及N个参与协作的中继节点R,信号通过S-D支路或S-Ri-D支路进行传输,其中,i=1...N;
二、最优比例系数的求解:
基于比例系数的选择合并器平均误比特率的近似值为
其中m0、mi约为常数,γJK为各支路的瞬时信噪比,为各支路的平均信噪比,JK∈{SRi,RiD,SD},i=1...N,n=1...N,MS为源节点S调制阶数,MRi为中继节点R调制阶数,β0为S-D支路的最优比例系数,βi为Ri-D支路的最优比例系数,表示S-Ri支路瑞利信道下的平均误比特率;
基于比例系数的选择合并器的平均误比特率PRay(N+1)是各支路比例系数的函数,因此求解最优的比例系数只需求解如下优化问题:
A、由多元函数求极值的必要条件可知,最优比例系数必满足:
求解该方程组即可解得最优的比例系数;
B、利用式(1)提供的平均误比特率近似值求解各支路比例系数的迭代初始值:对式(1)进行求偏导数并解方程组可得
C、利用牛顿迭代法求得各支路最优比例系数:将各支路比例系数的迭代初始值代入公式(3),利用牛顿迭代法求得各支路最优比例系数;
三、基于比例系数的选择合并器信号的选择与输出:
基于比例系数的选择合并器将根据各支路求得的最优比例系数根据公式(5)选出最佳的支路作为输出,即完成了自适应解码转发协作系统的基于比例系数的选择合并器信号的输出:
基于比例系数的选择合并器将根据如下规则选择某一支路信号作为输出:
由于MRi≥MS,i=1...N,因此取β0=1,受调制阶数提高及中继可能存在错误传播的影响,0<βi<1,i=1...N。
发明效果:
本发明提出的一种自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法,通过为各中继-目的支路的信噪比分配不同的比例系数,比例系数不仅反映了中继可能存在的错误传播对协作的影响,同时也反映了各支路不同的调制阶数,有效地实现了不同调制阶数信号的分集合并。
对于具有N个中继的解码转发协作系统,当各源-中继(S-D)支路信噪比正比于各中继-目的(Ri-D)支路信噪比的N+1次幂时,本发明所提供的一种自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法趋近于实现满分集增益。例如对于自适应单中继解码转发协作系统,图2给出了基于比例系数的选择合并器的性能,对几种不同调制方式的组合进行了仿真。横轴为源-目的信噪比中继-目的信噪比比高5dB,源-中继信噪比由图2中可以看出,理论值和仿真结果很吻合;并且尽管当k减小即下降时,误比特率会随之提高,但只要满足正比于的平方,合并器即可实现二阶满分集增益。基于比例系数的选择合并方法有效地实现了不同调制阶数信号的合并,为下一步研究自适应调制在解码转发中的应用提供了基础。
附图说明
图1是本发明基于比例系数的信号选择合并方法的实施方案图;
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式的一种自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法按以下步骤实现:
一、各支路信号的输入:
解码转发协作系统包括目的节点D,源节点S以及N个参与协作的中继节点R,信号通过S-D支路或S-Ri-D支路进行传输,其中,i=1...N;
二、最优比例系数的求解:
基于比例系数的选择合并器平均误比特率的近似值为
其中m0、mi约为常数,γJK为各支路的瞬时信噪比,为各支路的平均信噪比,JK∈{SRi,RiD,SD},i=1...N,n=1...N,MS为源节点S调制阶数,MRi为中继节点R调制阶数,β0为S-D支路的最优比例系数,βi为Ri-D支路的最优比例系数,表示S-Ri支路瑞利信道下的平均误比特率;
基于比例系数的选择合并器的平均误比特率PRay(N+1)是各支路比例系数的函数,因此求解最优的比例系数只需求解如下优化问题:
A、由多元函数求极值的必要条件可知,最优比例系数必满足:
求解该方程组即可解得最优的比例系数;
B、利用式(1)提供的平均误比特率近似值求解各支路比例系数的迭代初始值:对式(1)进行求偏导数并解方程组可得
C、利用牛顿迭代法求得各支路最优比例系数:将各支路比例系数的迭代初始值代入公式(3),利用牛顿迭代法求得各支路最优比例系数;
三、基于比例系数的选择合并器信号的选择与输出:
基于比例系数的选择合并器将根据各支路求得的最优比例系数根据公式(5)选出最佳的支路作为输出,即完成了自适应解码转发协作系统的基于比例系数的选择合并器信号的输出:
基于比例系数的选择合并器将根据如下规则选择某一支路信号作为输出:
由于MRi≥MS,i=1...N,因此取β0=1,受调制阶数提高及中继可能存在错误传播的影响,0<βi<1,i=1...N。
本实施方式步骤二中,基于比例系数的选择合并器平均误比特率的近似值公式(1)的推导过程如下:
首先定义
因此瑞利信道下γSD和γRnD的概率密度函数满足如下指数分布:
(7)
对于包含N个中继的解码转发协作系统,当S-D支路的瞬时信噪比为γSD时,目的节点选中S-D支路做为输出的概率为
其中Pr(A)表示事件A发生的概率,同理可得当Ri-D支路的瞬时信噪比为γRiD时,目的节点选中Ri-D支路的概率为:
对上式在γRiD上求平均可得中继Ri实际参与协作的概率为:
当瞬时信噪比为γ时,各支路基于格雷码的方形M-QAM的瞬时误比特率公式为
定义函数
其中
对于包含N个中继的解码转发协作系统(N+1个节点协作),瑞利衰落信道下比例选择合并器的平均误比特率可由下式给出:
因此单中继情况下,即N=1时,S-D支路平均误比特率为
上式可表示为如下调制阶数、各支路平均信噪比及比例系数的函数:
因此由上式可得,当N=2时,S-D支路的平均误比特率为
(19)
递推可得N个中继情况下,S-D支路的平均误比特率公式为
(20)
当瞬时信噪比为γRiD时,该支路的平均误比特率为
因此单中继情况下,即N=1时,S-R1-D支路的平均误比特率为
首先对Pb(γSR1)进行瑞利信道下平均可得从而上式变为
即平均误比特率可表示为如下调制阶数、各支路平均信噪比和比例系数的函数:
(25)
由式(9)可知满足递推关系代入(22)可得
(26)
从而当N=2时,S-R1-D支路的平均误比特率为
(27)
递推可得N个中继情况下,而S-Ri-D支路的平均误比特率公式为
其中h(n)(x0)表示函数h(x)在x0处的n阶导数,分别利用上式对式(10)和式(13)进行展开并代入式(14),可得基于比例系数的选择合并器平均误比特率的近似值为
其中m0、mi约为常数,i=1...N,可见,N个中继情况下比例选择合并器的分集阶数总小于N+1,仅当各正比于的N+1次幂时,选择合并器才能实现满分集增益。
本实施方式效果:
本实施方式提出的一种自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法,通过为各中继-目的支路的信噪比分配不同的比例系数,比例系数不仅反映了中继可能存在的错误传播对协作的影响,同时也反映了各支路不同的调制阶数,有效地实现了不同调制阶数信号的分集合并。
对于具有N个中继的解码转发协作系统,当各源-中继(S-D)支路信噪比正比于各中继-目的(Ri-D)支路信噪比的N+1次幂时,本实施方式所提供的一种自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法趋近于实现满分集增益。例如对于自适应单中继解码转发协作系统,图2给出了基于比例系数的选择合并器的性能,对几种不同调制方式的组合进行了仿真。横轴为源-目的信噪比中继-目的信噪比比高5dB,源-中继信噪比由图2中可以看出,理论值和仿真结果很吻合;并且尽管当k减小即下降时,误比特率会随之提高,但只要满足正比于的平方,合并器即可实现二阶满分集增益。基于比例系数的选择合并方法有效地实现了不同调制阶数信号的合并,为下一步研究自适应调制在解码转发中的应用提供了基础。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤二式(1)中的其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
通过以下实施例验证本发明有益效果:
结合图1与图2说明本实施例:
一、各支路信号的输入:
解码转发协作系统包括目的节点D,源节点S以及N个参与协作的中继节点R,信号通过S-D支路或S-Ri-D支路进行传输,其中,i=1...N;
二、最优比例系数的求解:
基于比例系数的选择合并器平均误比特率的近似值为
其中m0、mi约为常数,γJK为各支路的瞬时信噪比,为各支路的平均信噪比,JK∈{SRi,RiD,SD},i=1...N,n=1...N,MS为源节点S调制阶数,MRi为中继节点R调制阶数,β0为S-D支路的最优比例系数,βi为Ri-D支路的最优比例系数;
基于比例系数的选择合并器的平均误比特率PRay(N+1)是各支路比例系数的函数,因此求解最优的比例系数只需求解如下优化问题:
A、由多元函数求极值的必要条件可知,最优比例系数必满足:
求解该方程组即可解得最优的比例系数;
B、利用式(1)提供的平均误比特率近似值求解各支路比例系数的迭代初始值:对式(1)进行求偏导数并解方程组可得
C、利用牛顿迭代法求得各支路最优比例系数:将各支路比例系数的迭代初始值代入公式(3),利用牛顿迭代法求得各支路最优比例系数;
三、基于比例系数的选择合并器信号的选择与输出:
基于比例系数的选择合并器将根据各支路求得的最优比例系数根据公式(5)选出最佳的支路作为输出,即完成了自适应解码转发协作系统的基于比例系数的选择合并器信号的输出:
基于比例系数的选择合并器将根据如下规则选择某一支路信号作为输出:
由于MRi≥MS,i=1...N,因此取β0=1,受调制阶数提高及中继可能存在错误传播的影响,0<βi<1,i=1...N。
Claims (4)
1.一种自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法,其特征在于自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法按以下步骤实现:
一、各支路信号的输入:
解码转发协作系统包括目的节点D,源节点S以及N个参与协作的中继节点R,信号通过S-D支路或S-Ri-D支路进行传输,其中,i=1...N;
二、最优比例系数的求解:
基于比例系数的选择合并器平均误比特率的近似值为
其中m0、mi约为常数,γJK为各支路的瞬时信噪比,为各支路的平均信噪比,JK∈{SRi,RiD,SD},i=1...N,n=1...N,MS为源节点S调制阶数,MRi为中继节点R调制阶数,β0为S-D支路的最优比例系数,βi为Ri-D支路的最优比例系数,表示S-Ri支路瑞利信道下的平均误比特率;
基于比例系数的选择合并器的平均误比特率PRay(N+1)是各支路比例系数的函数,因此求解最优的比例系数只需求解如下优化问题:
A、由多元函数求极值的必要条件可知,最优比例系数必满足:
求解该方程组即可解得最优的比例系数;
B、利用式(1)提供的平均误比特率近似值求解各支路比例系数的迭代初始值:对式(1)进行求偏导数并解方程组可得
C、利用牛顿迭代法求得各支路最优比例系数:将各支路比例系数的迭代初始值代入公式(3),利用牛顿迭代法求得各支路最优比例系数;
三、基于比例系数的选择合并器信号的选择与输出:
基于比例系数的选择合并器将根据各支路求得的最优比例系数根据公式(5)选出最佳的支路作为输出,即完成了自适应解码转发协作系统的基于比例系数的选择合并器信号的输出:
基于比例系数的选择合并器将根据如下规则选择某一支路信号作为输出:
由于MRi≥MS,i=1...N,因此取β0=1,受调制阶数提高及中继可能存在错误传播的影响,0<βi<1,i=1...N。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310062280.4A CN103095360B (zh) | 2013-02-27 | 2013-02-27 | 一种自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310062280.4A CN103095360B (zh) | 2013-02-27 | 2013-02-27 | 一种自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103095360A true CN103095360A (zh) | 2013-05-08 |
CN103095360B CN103095360B (zh) | 2015-04-15 |
Family
ID=48207548
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310062280.4A Expired - Fee Related CN103095360B (zh) | 2013-02-27 | 2013-02-27 | 一种自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103095360B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103281111A (zh) * | 2013-06-04 | 2013-09-04 | 哈尔滨工业大学 | 基于选择合并的解码转发协作系统的信号智能转发方法 |
CN105933040A (zh) * | 2016-04-06 | 2016-09-07 | 华侨大学 | 一种信源中继联合发送天线选择的安全传输方法 |
CN110891279A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-03-17 | 江苏方天电力技术有限公司 | 一种LoRa Mesh无线中继通信方法和装置 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109547665B (zh) * | 2018-12-03 | 2021-02-26 | 新视家科技(北京)有限公司 | 一种计算n次方根的电路 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101282199A (zh) * | 2008-04-14 | 2008-10-08 | 北京邮电大学 | 用于多中继协作通信的中继策略的自适应选择方法 |
CN101931438A (zh) * | 2009-06-26 | 2010-12-29 | 华为技术有限公司 | 一种协作节点选择方法及装置 |
-
2013
- 2013-02-27 CN CN201310062280.4A patent/CN103095360B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101282199A (zh) * | 2008-04-14 | 2008-10-08 | 北京邮电大学 | 用于多中继协作通信的中继策略的自适应选择方法 |
CN101931438A (zh) * | 2009-06-26 | 2010-12-29 | 华为技术有限公司 | 一种协作节点选择方法及装置 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
DAWEI ZHAO,: ""Constellation Design for Decode-and-Forward Relay Networks with Adaptive Modulation"", 《PERSONAL INDOOR AND MOBILE RADIO COMMUNICATIONS (PIMRC), 2012 IEEE 23RD INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON》 * |
JIAYAN ZHANG,: ""Sparse channel estimation using orthogonal matching pursuit in frequency domain"", 《COMPUTER SCIENCE AND AUTOMATION ENGINEERING (CSAE), 2012 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON》 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103281111A (zh) * | 2013-06-04 | 2013-09-04 | 哈尔滨工业大学 | 基于选择合并的解码转发协作系统的信号智能转发方法 |
CN103281111B (zh) * | 2013-06-04 | 2016-08-10 | 哈尔滨工业大学 | 基于选择合并的解码转发协作系统的信号智能转发方法 |
CN105933040A (zh) * | 2016-04-06 | 2016-09-07 | 华侨大学 | 一种信源中继联合发送天线选择的安全传输方法 |
CN105933040B (zh) * | 2016-04-06 | 2019-02-26 | 华侨大学 | 一种信源中继联合发送天线选择的安全传输方法 |
CN110891279A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-03-17 | 江苏方天电力技术有限公司 | 一种LoRa Mesh无线中继通信方法和装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103095360B (zh) | 2015-04-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103338172B (zh) | 一种多径环境下同时同频全双工自干扰抵消方法 | |
CN104935540A (zh) | 一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法 | |
CN107508659A (zh) | 面向卫星导航系统星间链路数传的自适应编码调制方法 | |
CN104954307A (zh) | 一种同时同频全双工极限自干扰抵消系统 | |
CN103475441B (zh) | 无线多跳网络中基于簇的协作干扰传输方法 | |
CN103095360B (zh) | 一种自适应解码转发协作系统的信号选择合并方法 | |
Ikki et al. | Performance analysis of generalized selection combining for amplify-and-forward cooperative-diversity networks | |
CN104378757A (zh) | 一种多中继多干扰窃听网络中保障物理层安全的方法 | |
CN105871506A (zh) | 无线通信自适应传输方法 | |
CN103312453A (zh) | 飞行器载终端自适应距离数传的方法 | |
Kumar et al. | Performance analysis of hybrid two-way relay network with NLPA and hardware impairments | |
Surekha et al. | C-band VSAT data communication system and RF impairments | |
Jia et al. | Two-way denoise-and-forward network coding opportunistic relaying with jointing adaptive modulation relay selection criterions | |
Zhang et al. | Modulation-adaptive cooperation schemes for wireless networks | |
CN102111357B (zh) | 一种克服信号畸变的中继解调转发系统及方法 | |
Ropokis et al. | BER performance analysis of cooperative DaF relay networks and a new optimal DaF strategy | |
CN107181549A (zh) | 一种非理想条件下的中继选择方法 | |
Huang et al. | BER performance analysis and optimization for energy harvesting two-way relay networks | |
CN105049139A (zh) | 一种应用于认知无线电系统中的认知用户信息传输方法 | |
KR101298083B1 (ko) | 양방향 중계시스템에서의 선택적 분산 빔포밍 방법 | |
CN103929283A (zh) | 基于酉空时调制的互信息转发中继传输方法 | |
CN104066141B (zh) | 一种基于全空时网络编码的协同通信方法及系统 | |
CN103281111B (zh) | 基于选择合并的解码转发协作系统的信号智能转发方法 | |
Waqar et al. | Performance analysis of dual-hop variable gain relay networks over generalized-K fading channels | |
Farazi et al. | Power allocation for three-phase two-way relay networks with simultaneous wireless information and power transfer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150415 Termination date: 20160227 |