CN104683086B

CN104683086B - 在各种信道类型下的慢速链路自适应方法

Info

Publication number: CN104683086B
Application number: CN201510071912.2A
Authority: CN
Inventors: 党冲; 肖琨
Original assignee: Guangxi Normal University
Current assignee: Guangxi Normal University
Priority date: 2015-02-11
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2017-11-03
Anticipated expiration: 2035-02-11
Also published as: CN104683086A

Abstract

本发明公开了一种在各种信道类型下的慢速链路自适应方法，所述方法包括：判断通信链路的信道类型；根据信道类型以及链路自适应门限确定不同的QAM调制级数。本发明的特点在于：(1)本发明是基于信道实际状况的，而不是采用假设信道，更符合通信场景的实际情况，提高了通信系统的性能；(2)本发明对信道类型进行了判断，获得了通信链路准确的信道类型，不仅可用于链路自适应技术领域，而且可以用于中继选择、接收机等众多通信领域，应用广泛；(3)本发明仍然是一种慢速链路自适应技术，因此具备慢速链路自适应技术的特点，能有效降低系统实现复杂度。

Description

在各种信道类型下的慢速链路自适应方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种在各种信道类型下的慢速链路自适应方法。

背景技术

近年来，无线协同通信作为一种新型的通信模式越来越多地受到人们的关注与研究，而无线信道在无线协同通信中扮演着非常重要的角色。人们研究的各种通信技术一般都基于单一信道的假设前提，而现实的无线通信信道是多种类型的，信道是时变的，与实际情况最吻合的信道类型不是一成不变的。在协同通信系统中，由于存在多条通信链路，因此一个通信场景中同时存在多种信道的情况是常见的，所以确定通信链路的信道类型是必要的。

发明内容

本发明提供一种在各种信道类型下的慢速链路自适应方法，在不同信道类型的前提下确定慢速链路自适应门限，从而进一步提高了慢速链路自适应系统的性能。本发明的特点在于：(1)本发明是基于信道实际状况的，而不是采用假设信道，更符合通信场景的实际情况，提高了通信系统的性能；(2)本发明对信道类型进行了判断，获得了通信链路准确的信道类型，不仅可用于链路自适应技术领域，而且可以用于中继选择、接收机等众多通信领域，应用广泛；(3)本发明仍然是一种慢速链路自适应技术，因此具备慢速链路自适应技术的特点，能有效降低系统实现复杂度。

下面阐述本发明的技术方案。

一种在各种信道类型下的慢速链路自适应方法，所述方法包括：(1)判断通信链路的信道类型；(2)根据信道类型以及链路自适应门限确定不同的QAM调制级数。

所述通信链路的信道类型的判断步骤如下：

(1)通信链路的n个即时信噪比样本为其中：n表示即时信噪比的样本数，n的取值大于1000；p＝1时γ_pi表示源节点S到第i个中继节点链路的即时信噪比，p＝2时γ_pi表示第i个中继节点到目的节点D链路的即时信噪比，i＝1,2,…,L，L表示中继节点的数量。

(2)分别计算通信链路在第j种信道类型下的即时信噪比样本均值和标准差估计该通信链路在第j种信道下的信噪比概率密度函数的参数：利用得到该通信链路在第j种信道下的即时信噪比近似概率密度函数其中：N_j、为不同信道类型下的函数参数；j表示信道类型的种类数，j＝1,2,3,…。

(3)令求的概率密度函数并计算的k阶矩：其中：和分别为即时信噪比近似概率密度函数f₀ ^(j)(γ_pi)的期望和方差。

(4)构造关于概率密度函数的正规直交系：且计算式中，为的格拉姆行列式：其中：内积高阶矩

(5)分别用通信链路在第j种信道类型下的即时信噪比样本均值和标准差代替即时信噪比的期望和方差，即：令标准化的即时信噪比变量求的概率密度函数并计算的k阶矩：

(6)构造并计算关于概率密度函数的正规直交系：式中，分别为的格拉姆行列式：其中：内积高阶矩

(7)计算通信链路在第j种信道类型下概率密度函数的级数展开式：

(8)计算通信链路的即时信噪比概率密度函数的级数展开式：

(9)确定通信链路的信道类型：将和代入到公式中，得到各通信链路的值，最小值所对应的信道类型便是最符合实际的信道类型，即为相应通信链路的信道类型。

所述链路自适应门限，其计算公式如下：

(1)链路自适应门限值由下式确定：

其中参数是的函数，是目标比特差错概率。

(2)链路自适应门限值由下式确定：

其中参数是的函数。

(3)链路自适应门限值由下式确定：

其中参数是的函数。

(4)链路自适应门限值由下式确定：

其中参数是的函数。

(5)链路自适应门限值由下式确定：

其中参数是的函数。

所述QAM调制级数的确定原则如下：(1)当时，系统发生中断；(2)当时，采用4阶调制；(3)当时，采用16阶调制；(4)当时，采用64阶调制；(5)当时，采用256阶调制；(6)当时，采用1024阶调制。上述中的为链路平均信噪比。

具体实施方式

首先利用概率密度级数展开式逼近分布的方法来判断通信链路的信道类型，然后在判定信道类型的基础上根据平均信噪比确定调制级数。其中信道类型的判断只通过信噪比高阶矩的相关运算实现，信噪比高阶矩的数据可以通过信道估计获得，信道估计是现有系统一般都具备的技术；链路自适应门限通过确定信道下的比特差错概率得到。需要指出的是，链路自适应门限值只需要针对不同信道类型计算一次，可制作成表格保存在系统中，不需要每次信道判断都进行计算，一旦判定了信道类型，只需要通过查表的方式就可以确定链路应该采用的调制级数。

链路自适应门限值(信噪比门限值)也可以参照现有技术中的数据制作成表格保存在系统中，不采用本发明的门限值计算方法。

以协同通信系统为例，系统模型由一个源节点S、一个目的节点D和含L个DF(decode-and-forward，译码转发)类型的中继节点集合S_relay＝{1,2,…,L}组成，不考虑源节点到目的节点的直接路径，网络中存在F种信道类型，信道类型的集合记为S_channel＝{1,2,…,F}。

(一)基于信道类型判断的慢速链路自适应方法

1.信道类型的确定

假设某链路的信道为F种信道类型中的第j(j＝1,2,…,F)种信道，其即时信噪比概率密度函数为：其中，N_j、为函数参数。当第j种信道为瑞利信道时，N_j＝1、当第j种信道为Nakagami-m信道时，N_j＝1、其中，γ_pi为该链路的即时信噪比。若采用其它信道，如K信道、K_G信道、η-μ信道等，此时参数N_j、有公知的不同表达式。p等于1或者2，当p＝1时，γ_pi表示源节点S到第i(i＝1,2…L)个中继节点(记为S→relayi)链路即时信噪比，当p＝2时，γ_pi表示第i(i＝1,2,…,L)个中继节点到目的节点D(记为relayi→D)链路的即时信噪比。

(1)得到该链路的n个即时信噪比样本为其中，n表示即时信噪比的样本数，n的取值大于1000。

(2)分别计算该链路在第j种信道下的即时信噪比样本均值和标准差估计该链路在第j种信道下的信噪比概率密度函数的参数利用得到该链路在第j种信道下的即时信噪比近似概率密度函数

(3)令求的概率密度函数并计算的k阶矩：其中，和为f₀ ^(j)(γ_pi)的期望和方差。

(4)构造关于的正规直交系：且计算式中，为的格拉姆行列式：其中，内积高阶矩

(5)用该链路在第j种信道下的即时信噪比样本均值和标准差代替即时信噪比γ_pi的期望和方差，即：令标准化的即时信噪比变量求的概率密度函数并计算的k阶矩：

(6)构造并计算关于的正规直交系：式中，分别为的格拉姆行列式其中，内积高阶矩

(7)计算该链路在第j种信道下的级数展开式

(8)计算该链路的即时信噪比概率密度函数的级数展开式

(9)确定链路的信道类型：将和代入到公式得到各链路的值，最小值所对应的信道类型便是最符合实际的信道类型，即为相应链路的信道类型。

判断信道类型后，系统可以查找保存在系统中的对应不同调制级数的慢速链路自适应门限，根据当时的平均信噪比确定调制级数。

2.不同信道类型下的慢速链路自适应门限的确定

假设采用QAM调制方式，不同信噪比门限区域下对应着不同的调制级数M。

比特差错概率用来表示，其表达式为：

式中，γ为即时信噪比，E{}为数学期望运算，P_b(e|γ)为条件比特差错概率，其表达式为：

其中，代表小于等于x的最大整数，为混合伽玛(MG：mixture gamma)分布关于γ的概率密度函数，α_h、β_h和ξ_h是第h个混合伽玛元素的参数，可以通过测量和估计得到。

于是，令可以得到不同信道类型和不同调制级数下的慢速链路自适应门限，其中为目标比特差错概率，具体计算如下：

(i)门限值由下式确定：

其中参数是门限的函数。

(ii)门限值由下式确定：

其中参数是门限的函数。

(iii)门限值由下式确定：

其中参数是门限的函数。

(iv)门限值由下式确定：

其中参数是门限的函数。

(v)门限值由下式确定：

其中参数是门限的函数。

例如：当信道为瑞利信道时，计算信噪比门限的公式如下：

(i)信噪比门限值由下式计算：

(ii)信噪比门限值由下式计算：

(iii)信噪比门限值由下式计算：

(iv)信噪比门限值由下式计算：

(v)信噪比门限值由下式计算：

下面给出实施例对本发明作进一步的描述。

本系统模型由一个源节点S、一个目的节点D和含3(即L＝3)个DF(decode-and-forward，译码转发)类型的中继节点集合S_relay＝{1,2,3}组成，不考虑源节点到目的节点的直接路径，网络中存在2(即F＝2)种信道类型，分别为瑞利信道和Nakagami-m信道，信道类型的集合记为S_channel＝{1,2}，假设某链路的信道分别为2(即F＝2)种信道类型中的第1种和第2种信道时，其即时信噪比概率密度函数分别为：其中，γ_pi＝γ₁₁或γ₁₂或γ₁₃或γ₂₁或γ₂₂或γ₂₃，γ₁₁表示源节点S到第1个中继节点(记为S→relay1)链路即时信噪比，γ₁₂表示源节点S到第2个中继节点(记为S→relay2)链路即时信噪比，γ₁₃表示源节点S到第3个中继节点(记为S→relay3)链路即时信噪比，γ₂₁表示第1个中继节点到目的节点D(记为relay1→D)链路的即时信噪比，γ₂₂表示第2个中继节点到目的节点D(记为relay2→D)链路的即时信噪比，γ₂₃表示第3个中继节点到目的节点D(记为relay3→D)链路的即时信噪比。

下面的实施例只给出S→relay1链路的具体计算过程，其它链路的计算可同理得到，不再给出计算过程。

实施例：

(一)基于信道类型判断的慢速链路自适应方法

1.信道类型的确定

(1)由测量S→relay1链路的即时信噪比得到即时信噪比样本均值和标准差分别为：

估计S→relay1链路在第1种和第2种信道下的信噪比概率密度函数的参数

利用和得到该链路在第1种和第2种信道下的即时信噪比近似概率密度函数：

(2)令则其概率密度函数分别为：

计算和的7(即k＝7)阶矩，则

(3)构造的正规直交系(t取0,1,2,3,4)：

构造的正规直交系(t取0,1,2,3,4)：

且计算其中(t取0,1,2,3,4)，则：

计算其中(t取0,1,2,3,4)，则：

(4)用S→relay1链路在第1种和第2种信道下的即时信噪比样本均值和标准差代替即时信噪比γ₁₁的期望和方差，即：令标准化的即时信噪比变量则其概率密度函数为：并计算和的7(即k＝7)阶矩：同理可得，

(5)计算的正规直交系其中(t取0,1,2,3,4)：

计算的正规直交系其中(t取0,1,2,3,4)：

(6)分别计算S→relay1链路在第1种和第2种信道下和的级数展开式：

(7)计算S→relay1链路的即时信噪比概率密度函数的级数展开式

(8)确定S→relay1链路的信道类型：将和代入到公式

即

因此S→relay1链路的信道类型为瑞利信道。同理可得，S→relay2链路的信道类型为Nakagami-m信道，S→relay3链路的信道类型为瑞利信道，relay1→D链路的信道类型为瑞利信道，relay2→D链路的信道类型为瑞利信道，relay3→D链路的信道类型为Nakagami-m信道。

2.不同信道类型下的慢速链路自适应门限的确定

令m＝2

(1)对于信道类型为瑞利信道的情况：

则信噪比门限

则此时信噪比门限

(2)对于信道类型为Nakagami-m的信道的情况：

则此时信噪比门限

Claims

1.一种在各种信道类型下的慢速链路自适应方法，所述方法包括：

判断通信链路的信道类型；根据信道类型以及链路自适应门限确定不同的QAM调制级数；

所述通信链路的信道类型的判断步骤如下：

(1)通信链路的n个即时信噪比样本为其中：n表示即时信噪比的样本数，n的取值大于1000；p＝1时γ_pi表示源节点S到第i个中继节点链路的即时信噪比，p＝2时γ_pi表示第i个中继节点到目的节点D链路的即时信噪比，i＝1,2,…,L，L表示中继节点的数量；

(2)分别计算通信链路在第j种信道类型下的即时信噪比样本均值和标准差估计该通信链路在第j种信道下的信噪比概率密度函数的参数：和利用得到该通信链路在第j种信道下的即时信噪比近似概率密度函数其中：N_j、为不同信道类型下的函数参数；j表示信道类型的种类数，j＝1,2,3,…；

(3)令求的概率密度函数并计算的k阶矩：其中：和分别为即时信噪比近似概率密度函数f₀ ^(j)(γ_pi)的期望和方差；

(4)构造关于概率密度函数的正规直交系：

且计算

式中，为的格拉姆行列式：

其中：内积高阶矩

(6)构造并计算关于概率密度函数的正规直交系：

式中，分别为的格拉姆行列式：

其中：内积高阶矩

(8)计算通信链路的即时信噪比概率密度函数的级数展开式：

(9)确定通信链路的信道类型：将f₀ ^(j)(γ_pi)和代入到公式中，得到各通信链路的值，最小值所对应的信道类型便是最符合实际的信道类型，即为相应通信链路的信道类型；

所述链路自适应门限，其计算公式如下：

(1)链路自适应门限值由下式确定：

其中参数是的函数，是目标比特差错概率；

(2)链路自适应门限值由下式确定：

其中参数是的函数；

(3)链路自适应门限值由下式确定：

其中参数是的函数；

(4)链路自适应门限值由下式确定：

其中参数是的函数；

(5)链路自适应门限值由下式确定：

其中参数是的函数；

所述根据信道类型以及链路自适应门限确定不同的QAM调制级数，其确定原则如下：

(1)当时，系统发生中断；

(2)当时，采用4阶调制；

(3)当时，采用16阶调制；

(4)当时，采用64阶调制；

(5)当时，采用256阶调制；

(6)当时，采用1024阶调制；

其中为链路平均信噪比。