CN103152143A - 用于无线自组织网络的多点协作通信系统及方法 - Google Patents

用于无线自组织网络的多点协作通信系统及方法 Download PDF

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CN103152143A CN2013100907974A CN201310090797A CN103152143A CN 103152143 A CN103152143 A CN 103152143A CN 2013100907974 A CN2013100907974 A CN 2013100907974A CN 201310090797 A CN201310090797 A CN 201310090797A CN 103152143 A CN103152143 A CN 103152143A
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Abstract

本发明公开了一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统及方法，该方法包括如下步骤：建立无线自组织网络，并设置无线帧结构；对接入的网路节点进行网络同步，并建立相应的网络拓扑关系；于业务传输时所有节点同时在某个时隙切换到控制信道进行协商，以获得信道接入；以及根据MIMO原理选择协作传输模式，并进行相应的协作节点子集确认，使协作节点子集内的所有节点在接入的信道内进行协作传输及接收，本发明通过网络中节点之间的协作，可以有效地提高平均频谱效率，改善用户通信性能。

Description

用于无线自组织网络的多点协作通信系统及方法
技术领域
本发明关于一种多点协作通信系统及方法，特别是涉及一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统及方法。
背景技术
移动Ad Hoc(点对点)网络技术起源于20世纪70年代，它是在美国国防部高级研究计划局(DARPA)资助研究的“战地无线分组数据网(PRNET)”项目中产生的一种新型网络技术。DARPA当时所提出的是一种军用无线分组数据通信网络。在此之后，DARPA于1983年启动了高残存性自适应网络项目SURAN(Survivable Adaptive Network)，研究如何将PRNET的研究成果加以扩展，以支持更大规模的网络。1994年，DARPA又启动了全球移动信息系统GloMo(Globle Mobile Information Systems)项目，旨在对能够满足军事应用需要的、可快速展开、高抗毁性的移动信息系统进行全面深入的研究，以便能够建立某些特殊坏境或紧急情况下的无线通信网络。
移动Ad Hoc技术就是吸取了PRNET、SURAN以及GloMo等项目的组网思想，而产生的一种新型的网络结构技术。美国军方一直在研究适用于军方的移动Ad Hoc网络技术，后来又陆续资助了联合战术无线系统(JTRS)等项目。成立于1991年5月的IEEE802.11标准委员会采用了“Ad Hoc网络”一词来描述这种特殊的自组织多跳移动通信网络，移动Ad Hoc网络就此诞生。IETF也将移动Ad Hoc网络称为MANET(Mobile Ad Hoc Networks)。
移动自组织网络是一种自治、多跳网络，终端之间能够进行相互通信。由于终端的发射功率和无线覆盖范围有限，因此距离较远的两个终端如果要进行通信就必须借助于其它节点进行分组转发，这样节点之间构成了一种无线多跳网络。无线自组网中的每个用户终端都兼有路由器和主机两种功能。
然而，在传统干扰受限系统中，用户仅由单个节点提供服务，来自相邻节点的信号被当成影响用户性能的有害干扰，这将影响用户的通信性能。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明之一目的在于提供一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统及方法，其将传统的干扰受限系统拓展成协作式系统，通过网络中节点之间的协作，有效地提高平均频谱效率，改善用户通信性能。
为达上述及其它目的，本发明提出一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统，至少包括：
网络结构及帧设置模组，用于建立无线自组织网络，并设置无线帧结构；
网络建立模组，用于建立网络，对接入的网络节点进行网络同步，并建立相应的网络拓扑关系；
信道接入模组，用于根据业务传输需要，所有节点同时在某个时隙切换到控制信道进行协商，以获得信道接入；以及
协作通信模组，根据MIMO原理选择协作传输模式，并进行相应的协作节点子集确认，使协作节点子集内的所有节点在接入的信道内进行协作传输。
进一步地，该无线帧包括控制子帧及数据子帧，帧长度不超过一个时隙，控制信道位于控制子帧。
进一步地，该网络建立模组的网络同步包括GPS授时同步方法及自同步方法。
进一步地，该信道接入模组根据如下方式进行协商：节点根据业务传输的需要进行信道资源申请，申请时提供目标通信节点地址标识，被申请方接收到信道资源申请时，向申请方发送应答信息，申请方接收到应答信息后，回复确认消息。
进一步地，该协作传输模式包括：
模式1，数据空间复用与时分/频分/码分复用结合，当K＝min{M，N}大于待传输的数据流T时，产生多次空间复用传输，首先传输K＝min{M，N}个数据流，剩余的数据流通过时分/频分/码分复用的方法进行协作传输，M为协作集的节点天线总数，N为源节点集的天线总数；
模式2，数据空间复用，当K＝min{M，N}小于等于待传输的数据流T时，完全通过空间复用的方式同时传输所有数据流。
进一步地，该协作节点子集通过如下方式获得：
{C1，C2，...，Cm}→{{Ui}，{Uj}，...，{Uk}}→{{r2i}，{r2j}，...，{r2k}}，其中{r2i}，{r2j}，...，{r2k}为形成的可能的协作节点子集，邻居节点集合内的每个节点{r11，r12，...，r13}根据转发数据的下一跳的地址U＝[U1 U2 ... Un]和全局拓扑结构，对下一跳转发地址集合[U1 U2 ... Un]进行划分子集，通过比较U1 U2 ... Un，找出相同的元素，形成一个子集Ci，最终U1 U2 ... Un的Ui会归入到某个子集Cj，其形成的子集集合为C＝{C1，C2，...，Cm}。
进一步地，该协作节点子集确认过程包括如下：
对于模式1，当min{M，N}小于数据流T-K时，全部可协作的节点都用于协作，当min{M，N}大于数据流T-K时，只使用可协作的节点的某一子集，准则是节点个数能保证一次传输T-K个数据流；
对于模式2，使用可协作的节点的某一子集作为协作传输节点的集合，准则是节点个数能保证一次传输T个数据流。
进一步地，该协作通信模组将要传输的数据调制生成待发送信号，组成发送向量并选择发送预编矩阵进行协作传输。
为达到上述及其他目的，本发明还提供一种用于无线自组织网络的多点协作通信方法，包括如下步骤：
步骤一，建立无线自组织网络，并设置无线帧结构；
步骤二，对接入的网路节点进行网络同步，并建立相应的网络拓扑关系；
步骤三，于业务传输时所有节点同时在某个时隙切换到控制信道进行协商，以获得信道接入；以及
步骤四，根据MIMO原理选择协作传输模式，并进行相应的协作节点子集确认，使协作节点子集内的所有节点在接入的信道内进行协作传输及接收。
进一步地，该协作传输模式包括：
模式1，数据空间复用与时分/频分/码分复用结合，当K＝min{M，N}大于待传输的数据流T时，产生多次空间复用传输，首先传输K＝min{M，N}个数据流，剩余的数据流通过时分/频分/码分复用的方法进行协作传输，M为协作集的节点天线总数，N为源节点集的天线总数；
模式2，数据空间复用，当K＝min{M，N}小于等于待传输的数据流T时，完全通过空间复用的方式同时传输所有数据流。
进一步地，于该模式1，，当min{M，N}小于数据流T-K时，全部可协作的节点都用于协作，当min{M，N}大于数据流(T-K)时，只使用可协作的节点的某一子集，准则是节点个数能保证一次传输(T-K)个数据流；于该模式2，使用可协作的节点的某一子集作为协作传输节点的集合，准则是节点个数能保证一次传输T个数据流。
进一步地，该协作节点子集通过如下方式获得：
{C1，C2，...，Cm}→{{Ui}，{Uj}，...，{Uk}}→{{r2i}，{r2j}，...，{r2k}}，其中{r2i}，{r2j}，...，{r2k}为形成的可能的协作节点子集，邻居节点集合内的每个节点{r11，r12，...，r13}根据转发数据的下一跳的地址U＝[U1 U2 ... Un]和全局拓扑结构，对下一跳转发地址集合[U1 U2 ... Un]进行划分子集，通过比较U1 U2 ... Un，找出相同的元素，形成一个子集Ci，最终U1 U2 ... Un的Ui会归入到某个子集Cj，其形成的子集集合为C＝{C1，C2，...，Cm}。
进一步地，于步骤四中，发送方将要传输的数据调制生成待发送信号，组成发送向量并选择发送预编矩阵进行协作传输。
与现有技术相比，本发明一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统及方法通过实现无线自组织网络中节点之间的协作，有效地提高了平均频谱效率，改善了用户通信性能。
附图说明
图1为本发明一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统的系统架构图；
图2为本发明所建立之无线自组织网络的网络结构图；
图3为本发明中无线帧的结构图；
图4为本发明中网络建立模组网络拓扑关系建立示意图；
图5为本发明中协作传输模式选择示意图；
图6为本发明中协作节点子集形成示意图；
图7为本发明中协作传输过程示意图；
图8为本发明较佳实施例中协作节点子集形成示意图；
图9为本发明较佳实施例中协作传输过程示意图；
图10为本发明一种用于无线自组织网络的多点协作通信方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
在传统干扰受限系统中，用户仅由单个节点提供服务，来自相邻节点的信号被当成影响用户性能的有害干扰，通过网络中节点之间的协作，能有效地提高平均频谱效率，改善用户通信性能，将传统的干扰受限系统拓展成协作式系统。协作通信可以通过物理层或上层，比如MAC层等来实现，本发明在MAC层和物理层实现了相关的协作通信。
图1为本发明一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统的系统架构图。如图1所示，本发明一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统，至少包括：网络结构及帧设置模组10、网络建立模组11、信道接入模组12以及协作通信模组13
网络结构及帧设置模组10用于建立无线自组织网络，并设置无线帧结构。图2为本发明所建立之无线自组织网络的网络结构图。如图2所示，每个网络节点i具有Ni个发射天线，Mi个接收天线。移动自组织网络没有严格的控制中心，所有节点的地位是平等的，每个节点与邻居节点都可以通信，是一种对等式网络。由于移动终端的发射功率和覆盖范围有限，当终端要与覆盖范围之外的终端进行通信时，需要利用中间节点进行转发。
在本发明较佳实施例中，无线帧结构如图3所示，无线帧由1个控制子帧S0和1个数据子帧B组成，帧长度不超过一个时隙。控制信道位于S0子帧。接入网络的节点首先进行时隙同步，并通过控制信道进行资源申请。
网络建立模组11用于建立网络，对接入的网络节点进行网络同步，并建立相应的网络拓扑关系。网络建立过程如下：(1)网络同步。方法1：GPS授时同步方法，网络节点具备GPS接收机，并同步到某一个特点时间点作为时隙的起点。方法2：自同步方法。刚接入网络的节点，在特定的时间T内，监听S0子帧，并通过帧头的同步，获得时隙同步；当超过时间T后，还没有监听S0子帧，则发出有周期的短时同步请求信号，这时已同步邻居节点监听到该信号后，将在下一个时隙发出一个无线帧，用于同步请求节点的同步。(2)网络拓扑建立。节点同步后会周期性发送广播通告，结点在接收到其他结点的广播通告后会发送设备通告；接收到其他结点设备通告，根据相应标准形成邻居。根据所收集的所有结点设备通告建立拓扑结构关系。具体如图4所示。
信道接入模组12用于所有节点同时在某个时隙切换到控制信道进行协商，以获得信道接入。节点根据业务传输的需要进行信道资源申请，申请时需要提供目标通信结点地址标识，被申请方接收到信道资源申请时，将向申请方发送应答信息，申请方接收到应答信息后，回复确认消息。
协作通信模组13根据MIMO(Multi-input Multi-output，多输入多输出)原理选择协作传输模式，并进行相应的协作子集确认，使协作子集内的所有节点在接入的信道内进行协作传输。
图5为本发明选择协作传输模式示意图。如图5所示，本发明采用的协作传输模式如下：
模式1：数据空间复用与时分/频分/码分复用结合。当协作集的节点天线总数M和源节点集的天线总数N适用于复用所有数据流时，即K＝min{M，N}大于待传输的数据流T时，空间复用不够把数据同时传输。此时，将产生多次空间复用传输，具体的流程如下：
协作传输开始后，首先传输K＝min{M，N}个数据流，此时剩余的数据流个数为T2＝T-K。剩余的数据流将通过时分/频分/码分复用的方法进行协作传输，协作传输的方法与前面的一样，直到协作传输完成。每一次协作传输节点集合的确定，当min{M，N}小于数据流(T-K)时，全部可协作的节点都用于协作，min{M，N}大于数据流(T-K)时，只使用可协作的节点的某一子集，准则是节点个数能保证一次传输(T-K)个数据流。
模式2：数据空间复用，当协作集的节点天线总数M和源节点集的天线总数N，适用于复用所有数据流时，即min{M，N}小于等于待传输的数据流T时，可以完全通过空间复用的方式同时传输所有数据流。此时，使用可协作的节点的某一子集作为协作传输节点的集合，准则是节点个数能保证一次传输T个数据流。
协作传输机会发现：在网络比较繁忙时，相邻的多个源节点，以集合S＝{s1，s2，...，sn}表示，在同时传输数据给时，将发生冲突。所传输的数据以向量D＝[D1 D2 ... Dn]表示，其中Di表示该数据属于源节点si，i＝1，2，3...n。此时通过前述的信道接入协议，源节点集合S＝{s1，s2，...，sn}内的节点将在协议控制下以一定的顺序接入信道。源节点集合S＝{s1，s2，...，sn}的邻居节点，以集合R1＝{r11，r12，...，r1f}表示，邻居节点集合内的每个节点接收来自源节点集合内的每个节点发送的数据，可以表示为映射关系：S→R：{s1，s2，...，sn}→{r11，r12，...，r1f}。假设转发数据向量D的下一跳地址为U＝[U1U2 ... Un]，邻居节点集合R的除去源节点集节点后的邻居节点集表示为R2＝{r21，r22，...，r2d}，邻居节点集合内的每个节点{r11，r12，...，r13}将根据转发数据的下一跳的地址U＝[U1 U2 ... Un]和全局拓扑结构，发现协作机会。首先对下一跳转发地址集合[U1 U2 ... Un]进行划分子集，即通过比较U1 U2 ... Un，找出相同的元素，形成一个子集Ci，最终U1 U2 ... Un的Ui会归入到某个子集Cj，记形成的子集集合为C＝{C1，C2，...，Cm}。可能的协作节点集将通过C进行逆向求得，即{C1，C2，...，Cm}→{{Ui}，{Uj}，...，{Uk}}→{{r2i}，{r2j}，...，{r2k}}，其中{r2i}，{r2j}，...，{r2k}为形成的可能的协作节点子集。如图6所示。
协作传输模式的选择：由于协作传输是采用了网络MIMO传输的原理，因此对于可能的协作节点子集{r2i}，还需要根据网络MIMO传输的限制条件来进一步判断，该判断的流程如下：假设协作集节点的天线总数为M，下一跳节点集的天线总数为N，通过判断min(M，N)和数据流总数T的大小，选择合适的传输模式。当min(M，N)＞T时，采用模式1；当min(M，N)＜＝T时，采用模式2。
协作子集的确认。对于模式1，当min{M，N}小于数据流(T-K)时，全部可协作的节点都用于协作，min{M，N}大于数据流(T-K)时，只使用可协作的节点的某一子集，准则是节点个数能保证一次传输(T-K)个数据流。对于模式2，使用可协作的节点的某一子集作为协作传输节点的集合，准则是节点个数能保证一次传输T个数据流。
协作传输阶段，某个协作节点子集{r2j}内的各节点通过侦听协作节点子集内的节点发出的信道接入控制帧，来进行同步协作传输。侦听是根据MAC协议中信道接入的流程，被申请方接收到信道资源申请时，将向申请方发送应答信息，此时协作集中的所有节点，都可以侦听到该信息；当申请方接收到应答信息后，回复确认消息，此时协作集内的所有节点都可以接收到该确认消息。这样当完成的信道接入后，协作机内的所有节点将在接入的信道中进行协作传输。如图7所示。
图8为本发明较佳实施例中协作节点子集形成示意图，图9为本发明较佳实施例中协作传输过程示意图。以两个源节点同时向一个目的节点的传输为例，中间节点产生一次协作机会。具体过程如下：当Node1和Node2分别要发送数据D1和D2到Node6时，假设Node1获得信道接入，Node3和Node4同时接收数据D1，D1传输完成后，此时Node2获得信道接入，Node3和Node4同时接收数据D2。这时Node3和Node4可以发现下一跳的传输存在协作机会。下一跳的信道接入，将通过从Node3和Node4中的Node编号比较小的Node来完成，此时Node3和Node4可以同时获得Node6的信道应答消息，并取得协作传输的信道资源。根据多输入多输出(MIMO，Multiple Input and MultipleOutput)传输原理，数据D1和D2可以同时传输给Node6。此时传输将比传统的多跳传输减少一跳。
协作传输方法：
(1)系统模型：
Y6＝H36W3X3+H46W4X4+n6
其中Y6为Node6接收信号，X3＝X4＝[s1 s2]T为待发送的信号，s1和s2分别由数据D1和D2调制生成，W3为Node3的发送预编矩阵，W4为Node4的发送预编矩阵。H36为Node3到Node6的信道矩阵，H46为Node4到Node6的信道矩阵，n6为信道噪声。
(2)传输方法：
通过把数据D1和D2调制生成s1和s2，组成发送向量X3＝X4＝[s1 s2]T，Node3选择发送预编矩阵W3，Node4选择发送预编矩阵W4。Node3和Node4同时分别发送W3X3和W4X4。
(3)接收方法：
接收信号为Y6＝H36W3X3+H46W4X4+n6，可以整理为：
Y6＝(H36W3+H46W4)[s1 s2]T+n6＝H[s1 s2]T+n6
其中，H＝(H36W3+H46W4)。
线性接收：
接收处理后的信号为：Y＝FY6＝FH[s1 s2]T+n6，F为接收处理所采用的矩阵。不同的接收方法得到不同的F。比如迫零接收时，F＝(HHH)-1HH；MMSE(最小均方误差)接收时，F＝(HHH+In)-1HH。
非线性接收：使用最大似然准则，使d(s1，s2)＝(FH[s1 s2]T-Y6)最大化得到[s1 s2]。
图10为本发明一种用于无线自组织网络的多点协作通信方法的步骤流程图。如图10所示，本发明一种用于无线自组织网络的多点协作通信方法，包括如下步骤：
步骤101，建立无线自组织网络，并设置无线帧结构。在本发明中，移动自组织网络没有严格的控制中心，所有节点的地位是平等的，每个节点与邻居节点都可以通信，是一种对等式网络。由于移动终端的发射功率和覆盖范围有限，当终端要与覆盖范围之外的终端进行通信时，需要利用中间节点进行转发。无线帧由1个控制子帧S0和1个数据子帧B组成，帧长度不超过一个时隙。控制信道位于S0子帧。接入网络的节点首先进行时隙同步，并通过控制信道进行资源申请。
步骤102，对接入的网路节点进行网络同步，并建立相应的网络拓扑关系。
步骤103，需业务传输时所有节点同时在某个时隙切换到控制信道进行协商，以获得信道接入。节点根据业务传输的需要进行信道资源申请，申请时需要提供目标通信结点地址标识，被申请方接收到信道资源申请时，将向申请方发送应答信息，申请方接收到应答信息后，回复确认消息。
步骤104，根据MIMO原理选择协作传输模式，并进行相应的协作子集确认，使协作子集内的所有节点在接入的信道内进行协作传输及接收。
在本发明较佳实施例中，具有两种协作传输模式。模式1：数据空间复用与时分/频分/码分复用结合。当协作集的节点天线总数M和源节点集的天线总数N适用于复用所有数据流时，即K＝min{M，N}大于待传输的数据流T时，空间复用不够把数据同时传输。此时，将产生多次空间复用传输，具体的流程如下：
协作传输开始后，首先传输K＝min{M，N}个数据流，此时剩余的数据流个数为T2＝T-K。剩余的数据流将通过时分/频分/码分复用的方法进行协作传输，协作传输的方法与前面的一样，直到协作传输完成。每一次协作传输节点集合的确定，当min{M，N}小于数据流(T-K)时，全部可协作的节点都用于协作，min{M，N}大于数据流(T-K)时，只使用可协作的节点的某一子集，准则是节点个数能保证一次传输(T-K)个数据流。
模式2：数据空间复用，当协作集的节点天线总数M和源节点集的天线总数N，适用于复用所有数据流时，即min{M，N}小于等于待传输的数据流T时，可以完全通过空间复用的方式同时传输所有数据流。此时，使用可协作的节点的某一子集作为协作传输节点的集合，准则是节点个数能保证一次传输T个数据流。
协作传输机会发现：在网络比较繁忙时，相邻的多个源节点，以集合S＝{s1，s2，...，sn}表示，在同时传输数据给时，将发生冲突。所传输的数据以向量D＝[D1 D2 ... Dn]表示，其中Di表示该数据属于源节点si，i＝1，2，3...n。此时通过前述的信道接入协议，源节点集合S＝{s1，s2，...，sn}内的节点将在协议控制下以一定的顺序接入信道。源节点集合S＝{s1，s2，...，sn}的邻居节点，以集合R1＝{r11，r12，...，r1f}表示，邻居节点集合内的每个节点接收来自源节点集合内的每个节点发送的数据，可以表示为映射关系：S→R：{s1，s2，...，sn}→{r11，r12，...，r1f}。假设转发数据向量D的下一跳地址为U＝[U1U2 ... Un]，邻居节点集合R的除去源节点集节点后的邻居节点集表示为R2＝{r21，r22，...，r2d}，邻居节点集合内的每个节点{r11，r12，...，r13}将根据转发数据的下一跳的地址U＝[U1 U2 ... Un]和全局拓扑结构，发现协作机会。首先对下一跳转发地址集合[U1 U2 ... Un]进行划分子集，即通过比较U1 U2 ... Un，找出相同的元素，形成一个子集Ci，最终U1 U2 ... Un的Ui会归入到某个子集Cj，记形成的子集集合为C＝{C1，C2，...，Cm}。可能的协作节点集将通过C进行逆向求得，即{C1，C2，...，Cm}→{{Ui}，{Uj}，...，{Uk}}→{{r2i}，{r2j}，...，{r2k}}，其中{r2i}，{r2j}，...，{r2k}为形成的可能的协作节点子集。
协作传输模式的选择：由于协作传输是采用了网络MIMO传输的原理，因此对于可能的协作节点子集{r2i}，还需要根据网络MIMO传输的限制条件来进一步判断，该判断的流程如下：假设协作集节点的天线总数为M，下一跳节点集的天线总数为N，通过判断min(M，N)和数据流总数T的大小，选择合适的传输模式。当min(M，N)＞T时，采用模式1；当min(M，N)＜＝T时，采用模式2。
协作子集的确认。对于模式1，当min{M，N}小于数据流(T-K)时，全部可协作的节点都用于协作，min{M，N}大于数据流(T-K)时，只使用可协作的节点的某一子集，准则是节点个数能保证一次传输(T-K)个数据流。对于模式2，使用可协作的节点的某一子集作为协作传输节点的集合，准则是节点个数能保证一次传输T个数据流。
协作传输阶段，某个协作节点子集{r2j}内的各节点通过侦听协作节点子集内的节点发出的信道接入控制帧，来进行同步协作传输。侦听是根据MAC协议中信道接入的流程，被申请方接收到信道资源申请时，将向申请方发送应答信息，此时协作集中的所有节点，都可以侦听到该信息；当申请方接收到应答信息后，回复确认消息，此时协作集内的所有节点都可以接收到该确认消息。这样当完成的信道接入后，协作机内的所有节点将在接入的信道中进行协作传输。
协作传输方法：
(1)系统模型：
Y6＝H36W3X3+H46W4X4+n6
其中Y6为Node6接收信号，X3＝X4＝[s1 s2]T为待发送的信号，s1和s2分别由数据D1和D2调制生成，W3为Node3的发送预编矩阵，W4为Node4的发送预编矩阵。H36为Node3到Node6的信道矩阵，H46为Node4到Node6的信道矩阵，n6为信道噪声。
(2)传输方法：
通过把数据D1和D2调制生成s1和s2，组成发送向量X3＝X4＝[s1 s2]T，Node3选择发送预编矩阵W3，Node4选择发送预编矩阵W4。Node3和Node4同时分别发送W3X3和W4X4。
(3)接收方法：
接收信号为Y6＝H36W3X3+H46W4X4+H6，可以整理为：
Y6＝(H36W3+H46W4)[s1 s2]T+n6＝H[s1 s2]T+n6
其中，H＝(H36W3+H46W4)。
线性接收：
接收处理后的信号为：Y＝FY6＝FH[s1 s2]T+n6，F为接收处理所采用的矩阵。不同的接收方法得到不同的F。比如迫零接收时，F＝(HHH)-1HH；MMSE(最小均方误差)接收时，F＝(HHH+In)-1HH。
非线性接收：使用最大似然准则，使d(s1，s2)＝(FH[s1 s2]T-Y6)最大化得到[s1 s2]。
可见，本发明一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统及方法通过实现无线自组织网络中节点之间的协作，有效地提高了平均频谱效率，改善了用户通信性能，将传统的干扰受限系统拓展成协作式系统了。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (13)

1.一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统，至少包括：
网络结构及帧设置模组，用于建立无线自组织网络，并设置无线帧结构；
网络建立模组，用于建立网络，对接入的网络节点进行网络同步，并建立相应的网络拓扑关系；
信道接入模组，用于根据业务传输需要，所有节点同时在某个时隙切换到控制信道进行协商，以获得信道接入；以及
协作通信模组，根据MIMO原理选择协作传输模式，并进行相应的协作节点子集确认，使协作节点子集内的所有节点在接入的信道内进行协作传输。
2.如权利要求1所述的一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统，其特征在于：该无线帧包括控制子帧及数据子帧，帧长度不超过一个时隙，控制信道位于控制子帧。
3.如权利要求1所述的一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统，其特征在于：该网络建立模组的网络同步包括GPS授时同步方法及自同步方法。
4.如权利要求1所述的一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统，其特征在于，该信道接入模组根据如下方式进行协商：节点根据业务传输的需要进行信道资源申请，申请时提供目标通信节点地址标识，被申请方接收到信道资源申请时，向申请方发送应答信息，申请方接收到应答信息后，回复确认消息。
5.如权利要求1所述的一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统，其特征在于，该协作传输模式包括：
模式1，数据空间复用与时分/频分/码分复用结合，当K＝min{M，N}大于待传输的数据流T时，产生多次空间复用传输，首先传输K＝min{M，N}个数据流，剩余的数据流通过时分/频分/码分复用的方法进行协作传输，M为协作集的节点天线总数，N为源节点集的天线总数；
模式2，数据空间复用，当K＝min{M，N}小于等于待传输的数据流T时，完全通过空间复用的方式同时传输所有数据流。
6.如权利要求5所述的一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统，其特征在于，该协作节点子集通过如下方式获得：
{C1，C2，...，Cm}→{{Ui}，{Uj}，...，{Uk}}→{{r2i}，{r2j}，...，{r2k}}，其中{r2i}，{r2j}，...，{r2k}为形成的可能的协作节点子集，邻居节点集合内的每个节点{r11，r12，...，r13}根据转发数据的下一跳的地址U＝[U1 U2 ... Un]和全局拓扑结构，对下一跳转发地址集合[U1 U2 ... Un]进行划分子集，通过比较U1 U2 ... Un，找出相同的元素，形成一个子集Ci，最终U1 U2 ... Un的Ui会归入到某个子集Cj，其形成的子集集合为C＝{C1，C2，...，Cm}。
7.如权利要求6所述的一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统，其特征在于，该协作节点子集确认过程包括如下：
对于模式1，当min{M，N}小于数据流T-K时，全部可协作的节点都用于协作，当min{M，N}大于数据流T-K时，只使用可协作的节点的某一子集，准则是节点个数能保证一次传输T-K个数据流；
对于模式2，使用可协作的节点的某一子集作为协作传输节点的集合，准则是节点个数能保证一次传输T个数据流。
8.如权利要求1所述的一种用于无线自组织网络的多点协作通信系统，其特征在于：该协作通信模组将要传输的数据调制生成待发送信号，组成发送向量并选择发送预编矩阵进行协作传输。
9.一种用于无线自组织网络的多点协作通信方法，包括如下步骤：
步骤一，建立无线自组织网络，并设置无线帧结构；
步骤二，对接入的网路节点进行网络同步，并建立相应的网络拓扑关系；
步骤三，于业务传输时所有节点同时在某个时隙切换到控制信道进行协商，以获得信道接入；以及
步骤四，根据MIMO原理选择协作传输模式，并进行相应的协作节点子集确认，使协作节点子集内的所有节点在接入的信道内进行协作传输及接收。
10.如权利要求9所述的一种用于无线自组织网络的多点协作通信方法，其特征在于，该协作传输模式包括：
模式1，数据空间复用与时分/频分/码分复用结合，当K＝min{M，N}大于待传输的数据流T时，产生多次空间复用传输，首先传输K＝min{M，N}个数据流，剩余的数据流通过时分/频分/码分复用的方法进行协作传输，M为协作集的节点天线总数，N为源节点集的天线总数；
模式2，数据空间复用，当K＝min{M，N}小于等于待传输的数据流T时，完全通过空间复用的方式同时传输所有数据流。
11.如权利要求10所述的一种用于无线自组织网络的多点协作通信方法，其特征在于，于该模式1，当min{M，N}小于数据流T-K时，全部可协作的节点都用于协作，当min{M，N}大于数据流(T-K)时，只使用可协作的节点的某一子集，准则是节点个数能保证一次传输(T-K)个数据流；于该模式2，使用可协作的节点的某一子集作为协作传输节点的集合，准则是节点个数能保证一次传输T个数据流。
12.如权利要求9所述的一种用于无线自组织网络的多点协作通信方法，其特征在于，该协作节点子集通过如下方式获得：
{C1，C2，...，Cm}→{{Ui}，{Uj}，...，{Uk}}→{{r2i}，{r2j}，...，{r2k}}，其中{r2i}，{r2j}，...，{r2k}为形成的可能的协作节点子集，邻居节点集合内的每个节点{r11，r12，...，r13}根据转发数据的下一跳的地址U＝[U1 U2 ... Un]和全局拓扑结构，对下一跳转发地址集合[U1 U2 ... Un]进行划分子集，通过比较U1 U2 ... Un，找出相同的元素，形成一个子集Ci，最终U1 U2 ... Un的Ui会归入到某个子集Cj，其形成的子集集合为C＝{C1，C2，...，Cm}。
13.如权利要求9所述的一种用于无线自组织网络的多点协作通信方法，其特征在于：于步骤四中，发送方将要传输的数据调制生成待发送信号，组成发送向量并选择发送预编矩阵进行协作传输。
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