CN104507136A - 一种中继节点选择方法 - Google Patents

Abstract

一种中继节点选择方法，本发明涉及中继节点选择方法。本发明的目的是为了解决现有技术存在中断概率和误码率的问题。一种中继节点选择方法具体是按照以下步骤进行的：步骤一、数据源节点向中继节点发送信令；步骤二、中继节点测算出数据源节点到中继节点的信道状态信息；步骤三、目的节点接收到多个中继节点传来的信令后；步骤四、数据源节点接收到信令后向被选中的中继节点传输数据，未被选中的中继节点则自动退出该次的数据通信；步骤五、数据源节点发送完一个数据包后，重复步骤1到步骤3，重新选择中继节点；步骤六、中继节点向目的节点转发数据；步骤七、目的节点接收两个中继节点和数据源节点的一路信息。本发明应用于移动通信领域。

Description

一种中继节点选择方法

技术领域

本发明涉及中继节点选择方法。

背景技术

现有的中继节点选择方法中，比较典型的中继节点选择方法有机会中继(opportunisticrelaying)节点选择方法和选择协作(selection relaying)节点选择方法。

如图2为中继网络的示意图。中继网络包含有一个数据传输方，一个数据接收方和R个中继。每个中继只有一个天线，要么用于接收数据，要么用于传输数据。f_i代表从数据传输方到第i个中继的信道增益，g_i代表从第i个中继到数据接收方的信道增益。用h表示从数据传输方到接收方直传链路的信道增益。假定第i个中继知道其前后两条的信道增益f_i，g_i，而接收方知道其周围所有可用中继前后两条信道的信道增益f₁,...,f_R和g₁,...,g_R。假定所有的信道都是服从归一化的瑞利分布的独立同分布随机变量。假定每个数据帧传输的过程中，信道的信道增益不变。所研究的中继都是解码转发中继。

机会中继节点选择方法为

$b=\arg \underset{i\∈\{1,...,R\}}{\max }\min ({\mathrm{\γ}}_{f_i},{\mathrm{\γ}}_{g_i})$

选择协作节点选择方法为

$b=\arg \underset{R_i\∈D\left\{s\right\}}{\max }\left\{{\left|g_i\right|}^2\right\};i=1...\left|D\left(s\right)\right|$

机会中继节点选择方法，未充分利用前后两条链路中信道最好的中继，也未充分利用直传链路，导致中断概率高；而选择协作节点选择方法，只挑选了第二条链路中信道质量最好的中继，误码率性能受第一条链路的信道状态的制约，导致误码率高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中中断概率高，以及误码率高的问题，而提出了一种中继节点选择方法。

上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：

一种中继节点选择方法，其特征在于：一种中继节点选择方法具体是按照以下步骤进行的：

步骤一、数据源节点向周围可以相互通信的中继节点发送接入申请的信令；

步骤二、中继节点收到数据源节点的申请信令后，中继节点根据信令测算出数据源节点到中继节点之间链路的信道状态信息；

若信道状态信息在所设定的门限值T以上，则该中继节点向目的节点发送信令，信令包含数据源节点到中继节点之间链路的信道质量信息；

若信道状态信息在所设定的门限值T以下，则该中继节点自动放弃参与此次通信；

T值为数据源节点到中继节点之间发送数据的目标速率，若目标速率为r，则T＝2^r-1；

步骤三、目的节点接收到多个中继节点传来的信令后，目的节点根据信令测算每个中继节点到目的节点之间的链路质量信息；

目的节点根据每个中继节点的两条链路信息，选择第一条链路信道状态最好的中继节点和第二条链路信道状态最好的中继节点，两个中继节点作为传输中继节点，将选择结果反馈给中继集C中的所有中继节点，中继集C为所有可以相互通信，且第一条链路的信道状态在门限值以上的中继组成的集合；

步骤四、被选中的中继节点发送信令给数据源节点，数据源节点接收到信令后向被选中的中继节点传输数据，未被选中的中继节点则自动退出该次的数据通信；

步骤五、数据源节点发送完一个数据包的数据后，重复步骤1到步骤3，重新选择参与通信的中继节点；一个数据包的发送时间不超过信道的相干时间；

步骤六、中继节点接收数据包后，向目的节点转发接收的数据；

步骤七、目的节点接收到来自被选择的两个中继节点传来的两路信息和来自数据源节点的一路信息。

发明效果

采用本发明的一种中继节点选择方法。

(1)本发明结合了目的节点接收到多个中继节点传来的信令后，目的节点根据信令测算每个中继节点到目的节点之间的链路质量信息的方法，目的节点根据每个中继节点的两条链路信息，选择第一条链路信道状态最好的中继节点和第二条链路信道状态最好的中继节点，目的节点接收到来自被选择的两个中继节点传来的两路信息和来自源节点的一路信息。解决了机会中继节点选择方法中，未充分利用前后两条链路中信道最好的中继，也未充分利用直传链路，导致的中断概率高的问题；使中断概率降低了10％。；

(2)本发明采用了目的节点根据每个中继节点的两条链路信息，选择第一条链路信道状态最好的中继节点和第二条链路信道状态最好的中继节点，两个中继节点作为传输中继节点，解决了选择协作节点选择方法中，只挑选了第二条链路中信道质量最好的中继，误码率性能受第一条链路的信道状态的制约，导致误码率高的问题。使误码率降低了25％。

本发明所涉及的中继类型为解码转发的半双工的带内中继。所谓的解码转发中继就是中继会在把接收到的信号转发到送达用户之前解码并重新编码。因此，祛除了可能被同时放大的伴随信号的噪音和干扰。此外，在数据源节点与中继节点和中继节点与目的节点之间需要独立的速率适应和调度。带内中继表明回程链路和接入链路工作在相同的频谱，所以需要在时间域上将其分开，回程链路和接入链路不能同时工作，即中继的前后两条链路的数据传输分别在不同的时隙完成。本发明所涉及的中继类型属于TD-LTE中引入的中继类型。中继器应对终端透明，即终端并未意识到是否链接到中继节点或传统数据源节点上。在逻辑上讲，中继就是一个基站，这种基站利用LTE的无线接口链接到无线接入网络的其他部分。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为无线中继网路示意图，transimitter为数据源节点，receiver为目的节点，relays为中继节点，r₁、r₂、……、r_R为第1、2、……、R个中继节点第一条链路的信道状态，t₁、t₂、……、t_R为第1、2、……、R个中继节点第二条链路的信道状态；

图3是实施例1中中继节点选择方法的网络示例图，S为数据源节点，D为目的节点，R₁、R₂、R₃、R₄和R₅为中继节点；

图4是实施例1中中继节点选择方法的网络示例图，S为数据源节点，D为目的节点，R₁、R₂、R₃、R₄和R₅为中继节点；

图5是实施例2中图目的节点接收示意图，S为数据源节点，D为目的节点，R₄和R₅为中继节点；

图6是实施例2中图目的节点接收示意图，S为数据源节点，D为目的节点，R₂和R₄为中继节点。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，一种中继节点选择方法，其特征在于：一种中继节点选择方法具体是按照以下步骤进行的：

步骤一、数据源节点向周围可以相互通信的中继节点发送接入申请的信令；

信令中包含有信息要传播到哪个目的节点的信息和本身的发射功率的信息，并为本次发送数据做准备；

步骤二、中继节点在收到数据源节点的申请信令后，中继节点根据信令中发射功率的信息和自己接收到的信号的功率测算出数据源节点到中继节点之间链路的信道状态信息；

若信道状态信息在所设定的门限值T以上，则该中继节点向目的节点发送信令，信令中包含数据源节点到中继节点之间链路的信道质量信息；

若信道状态信息在所设定的门限值T以下，则该中继节点自动放弃参与此次通信；

T值根据发送数据的目标速率设定，设目标速率r，则T＝2^r-1；

步骤三、目的节点接收到多个中继节点传来的信令后，目的节点根据信令测算每个中继节点到目的节点之间的链路质量信息；

目的节点根据每个中继节点的两条链路信息，选择第一条链路信道状态最好的中继节点和第二条链路信道状态最好的中继节点，两个中继节点作为传输中继节点，将选择结果反馈给中继集C中的所有中继节点；

中继集C为所有可以相互通信，且第一跳链路的信道状态在门限值以上的中继组成的集合；

步骤四、被选中的中继节点发送信令给数据源节点，数据源节点接收到信令后向被选中的中继节点传输数据，未被选中的中继节点则自动退出该次的数据通信；

步骤五、数据源节点发送完一个数据包的数据后，重复步骤1到步骤3，重新选择参与通信的中继节点；一个数据包的发送的时间不超过信道的相干时间；

步骤六、中继节点接收数据包后，在相应的时隙内向目的节点转发接收的数据；

步骤七、目的节点接收到来自被选择的两个中继节点传来的两路信息和来自源节点的一路信息。

信道相干时间就是信道保持恒定的最大时间差范围，发射端的同一信号在相干时间之内到达接收端，信号的衰落特性完全相似，接收端认为是一个信号，若该信号的自相关性不好，还可能引入干扰。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤三中目的节点根据每个中继节点的两条链路信息，选择第一条链路信道状态最好的中继节点和第二条链路信道状态最好的中继节点，若第一、二两条链路信道状态最好的中继节点是一个中继节点，则仅选择该中继节点作为唯一的传输中继节点，将选择结果反馈给中继集C中的所有中继节点。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤七中目的节点接收到来自被选择的两个中继节点传来的两路信息和来自数据源节点的一路信息；

若两个中继节点传来的两路信息的极性相同，则目的节点采用最大比合并的方法合并两个中继节点传来的两路信息和数据源节点的一路信息；

若两个中继节点传来的两路信息的极性相反，则目的节点将这两路信息的极性交换后，即正信号换成负信号，负信号换成正信号，将两个中继节点传来的两路信息和数据源节点的一路信息进行最大比值合并；

若被选择的中继节点只有一个，则目的节点直接将被选择的中继节点的一路信息和数据源节点的一路信息采用最大比合并；

最大比值合并是各条支路加权系数与该支路信噪比成正比，信噪比越大，加权系数越大，对合并后信号贡献也越大。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例1：

如图3所示为本发明中继节点选择方法的网络示例图。其中S是数据传输源节点，R₁,…,R₅是可能参与通信的候选中继节点，D为数据传输的目的节点；图3中所标明的数据表示相应链路的信道质量，该值越大则表明该信道的质量越好；

步骤一、数据源节点向周围可以相互通信的中继节点发送接入申请的信令；

步骤二、中继节点在收到数据源节点的申请信令后，中继节点根据信令中发射功率的信息和自己接收到的信号的功率测算出数据源节点到中继节点之间链路的信道状态信息；

若信道状态信息在所设定的门限值T以上，则该中继节点向目的节点发送信令，信令中包含数据源节点到中继节点之间链路的信道质量信息；T为40；

若信道状态信息在所设定的门限值T以下，则该中继节点自动放弃参与此次通信；

设门限值为40，则中继节点R₁自动放弃参与此次的中继通信；

步骤三、目的节点接收到R₁、R₂、R₃、R₄和R₅5个中继节点传来的信令后，目的节点根据信令测算每个中继节点到目的节点之间的链路质量信息；

目的节点根据每个中继节点的两条链路信息，选择第一条链路信道状态最好的中继节点和第二条链路信道状态最好的中继节点，两个中继节点作为传输中继节点，将选择结果反馈给中继集C中的所有中继节点；

目的节点D从R₂,R₃,R₄,R₅中选择参与通信的中继节点。其中，中继节点R₄的第二跳链路的质量最好，中继节点R₅的第一跳链路的信道质量最好，且两个中继都属于中继集C，所以目的节点D选择R₄,R₅两个中继节点参与该次中继通信；

步骤四、被选中的中继节点R₄,R₅发送信令给数据源节点，数据源节点接收到信令后向被选中的中继节点传输数据，未被选中的中继节点R₁、R₂和R₃则自动退出该次的数据通信；

步骤五、数据源节点发送完一个数据包的数据后，重复步骤1到步骤3，重新选择参与通信的中继节点；一个数据包的发送的时间不超过信道的相干时间；

步骤六、中继节点接收数据包后，在相应的时隙内向目的节点转发接收的数据；

步骤七、目的节点接收到来自被选择的两个中继节点传来的两路信息和来自源节点的一路信息。如图4。

实施例2：

如图5所示为本发明中继节点选择方法的网络示例图。其中S是数据传输源节点，R₁,…,R₅是可能参与通信的候选中继节点，D为数据传输的目的节点；图4中所标明的数据表示相应链路的信道质量，该值越大则表明该信道的质量越好；

步骤一、数据源节点向周围可以相互通信的中继节点发送接入申请的信令；

步骤二、中继节点在收到数据源节点的申请信令后，中继节点根据信令中发射功率的信息和自己接收到的信号的功率测算出数据源节点到中继节点之间链路的信道状态信息；

若信道状态信息在所设定的门限值T以上，则该中继节点向目的节点发送信令，信令中包含数据源节点到中继节点之间链路的信道质量信息；T为40；

若信道状态信息在所设定的门限值T以下，则该中继节点自动放弃参与此次通信；

设门限值为40，则中继节点R₁自动放弃参与此次的中继通信；

步骤三、目的节点接收到R₁、R₂、R₃、R₄和R₅5个中继节点传来的信令后，目的节点根据信令测算每个中继节点到目的节点之间的链路质量信息；

目的节点根据每个中继节点的两条链路信息，选择第一条链路信道状态最好的中继节点和第二条链路信道状态最好的中继节点，两个中继节点作为传输中继节点，将选择结果反馈给中继集C中的所有中继节点；

目的节点D从R₂,R₃,R₄,R₅中选择参与通信的中继节点。其中，中继节点R₂的第一条链路的信道质量最好，中继节点R₄的第二条链路的信道质量最好，且两个中继都属于中继集C，所以目的节点D选择R₂和R₄两个中继节点参与该次中继通信；

步骤四、被选中的中继节点R₂和R₄发送信令给数据源节点，数据源节点接收到信令后向被选中的中继节点传输数据，未被选中的中继节点R₁、R₃和R₅则自动退出该次的数据通信；

步骤五、数据源节点发送完一个数据包的数据后，重复步骤1到步骤3，重新选择参与通信的中继节点；一个数据包的发送的时间不超过信道的相干时间；

步骤六、中继节点接收数据包后，在相应的时隙内向目的节点转发接收的数据；

步骤七、目的节点接收到来自被选择的两个中继节点传来的两路信息和来自源节点的一路信息。如图6。

Claims (3)

1.一种中继节点选择方法，其特征在于：一种中继节点选择方法具体是按照以下步骤进行的：

步骤一、数据源节点向周围可以相互通信的中继节点发送接入申请的信令；信令中包含有被发送节点的信息和信令的发射功率的信息，并为本次发送数据做准备；

步骤二、中继节点收到数据源节点的申请信令后，中继节点根据信令测算出数据源节点到中继节点之间链路的信道状态信息；

若信道状态信息在所设定的门限值T以上，则该中继节点向目的节点发送信令；

若信道状态信息在所设定的门限值T以下，则该中继节点自动放弃参与此次通信；

门限值T为数据源节点到中继节点之间发送数据的目标速率，若目标速率为r，则T＝2^r-1；

步骤三、目的节点接收到多个中继节点传来的信令后，目的节点根据信令测算每个中继节点到目的节点之间的链路质量信息；

目的节点根据每个中继节点的两条链路信息，选择第一条链路信道状态最好的中继节点和第二条链路信道状态最好的中继节点，两个中继节点作为传输中继节点，将选择结果反馈给中继集C中的所有中继节点；

中继集C为所有可以相互通信，且第一条链路的信道状态在门限值以上的中继组成的集合；

步骤四、被选中的中继节点发送信令给数据源节点，数据源节点接收到信令后向被选中的中继节点传输数据，未被选中的中继节点则自动退出该次的数据通信；

步骤五、数据源节点发送完一个数据包的数据后，重复步骤1到步骤3，重新选择参与通信的中继节点；一个数据包的发送时间不超过信道的相干时间；

步骤六、中继节点接收数据后，向目的节点转发接收的数据；

步骤七、目的节点接收到来自被选择的两个中继节点传来的两路信息和来自数据源节点的一路信息。

2.根据权利要求1所述一种中继节点选择方法，其特征在于：所述步骤三中目的节点根据每个中继节点的两条链路信息，选择第一条链路信道状态最好的中继节点和第二条链路信道状态最好的中继节点，若第一、二两条链路信道状态最好的中继节点是一个中继节点，则仅选择该中继节点作为唯一的传输中继节点，将选择结果反馈给中继集C中的所有中继节点。

3.根据权利要求2所述一种中继节点选择方法，其特征在于：所述步骤七中目的节点接收到来自被选择的两个中继节点传来的两路信息和来自数据源节点的一路信息；

若两个中继节点传来的两路信息的极性相同，则目的节点采用最大比合并的方法合并两个中继节点传来的两路信息和数据源节点的一路信息；

若两个中继节点传来的两路信息的极性相反，则目的节点将这两路信息的极性交换后，即正信号换成负信号，负信号换成正信号，将两个中继节点传来的两路信息和数据源节点的一路信息进行最大比值合并；

若被选择的中继节点只有一个，则目的节点直接将被选择的中继节点的一路信息和数据源节点的一路信息采用最大比合并。