CN106059709B - 一种双向中继自适应转发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种双向中继自适应转发方法，通过中继节点对来自两个源节点的信号进行译码和循环冗余检验，判断译码是否成功，进而对接收信号做不同处理，再将处理后的信号相乘，转发至目的节点。本发明根据中继节点CRC校验结果，合理的选择转发协议，充分利用不同转发协议的优点，从而改善了双向中继系统的误码率性能。

Description

一种双向中继自适应转发方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其是一种双向中继自适应转发方法。
背景技术
协作通信技术可以借助中继节点传输信息，提高了无线通信网络的容量和复用增益。为了提高传统单向协作中继技术的频谱利用率，针对三节点网络，研究人员提出了基于放大转发和解码转发协议的双向中继网络模型。较之单向中继网络，双向中继能够显著提升网络吞吐量和提高频谱利用率，为无线通信网络提高了一种高效的技术手段，已经近年研究的热点。在现有的转发协议中，放大转发是中继节点将接收信号按照一定功率放大并转发，具有低复杂度的特点。而译码转发是中继将接收信号进行译码、再编码并转发，在中继节点利用信道编码的抗干扰能力，具有较好的误码率性能的特点。
然而对于三节点网络，解码转发协议里中继节点译码错误时导致信息错误传播，在存在其他可达路径时这个缺陷更加明显，放大转发协议并不能在中继节点利用信道编码的优势，现有的转发协议仍有缺陷。因此需要设计出一种能够在中继节点利用到信道编码优势且不存在信息错误传播。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种双向中继自适应转发方法，通过中继节点对来自两个源节点的信号进行译码和循环冗余检验，判断译码是否成功，进而对接收信号做不同处理，再将处理后的信号相乘，转发至目的节点。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种双向中继自适应转发方法，包括如下步骤：
步骤1：节点A在第一个时隙对源信息sA进行编码调制得到编码信息xA，并发送到中继节点R和节点B，中继节点R接收到信号rA，节点B接收到信号yB；
步骤2：节点B在第二个时隙对源信息sB进行编码调制得到编码信息xB，并发送到中继节点R和节点A，中继节点R接收到信号rB，节点A接收到信号yA；
步骤3：中继节点R对接收到的信号rA和rB进行译码和循环冗余校验CRC，并根据校验结果自适应选择转发协议，分别得到RA和RB；
步骤4：中继节点R将处理后的信号RA和RB做乘积处理，并经过功率归一化，得到待发射信号lr；
步骤5：中继节点R在第三个时隙将待发射信号lr发送到节点A、B，同时发送标志信号到节点A、B，该标志信号表示中继节点是否成功译码来自节点A、B的信号；
步骤6：节点A接收来自中继节点R的信号yrA和标志信号，对yrA进行自干扰抵消处理后与信号yA做最大比合并，并译码得到目标信息s'A。
步骤7：节点B接收来自中继节点R的信号yrB和标志信号，对yrB进行自干扰抵消处理后与信号yB做最大比合并，并译码得到目标信息s'B。
进一步的，本发明的双向中继自适应转发方法，步骤1和2中，源信息sA、sB在进行编码前均被加入了循环冗余校验码。
进一步的，本发明的双向中继自适应转发方法，步骤1中，中继节点R接收到的信号为：rA＝hARxA+nAR，其中，hAR表示节点A到中继节点R的信道因子，nAR表示接收信号xA时中继节点R的噪声；节点B接收到的信号为：yB＝hABxA+nAB，其中，hAB表示节点A到节点B的信道因子，nAB表示接收信号xA时节点B的噪声。
进一步的，本发明的双向中继自适应转发方法，步骤2中，中继节点R接收到的信号为：rB＝hBRxB+nBR，其中，hBR表示节点B到中继节点R的信道因子，nBR表示接收信号xB时中继节点R的噪声；节点A接收到的信号为：yA＝hBAxB+nBA，其中，hBA表示节点B到节点A的信道因子，nBA表示接收信号xB时节点A的噪声。
进一步的，本发明的双向中继自适应转发方法，步骤3中，
其中，fAdp(·)为自适应处理函数。
进一步的，本发明的双向中继自适应转发方法，步骤4中，待发射信号为：lr＝βRARB，其中，是功率归一化系数，E[·]表示取均值。
进一步的，本发明的双向中继自适应转发方法，步骤6中，节点A接收到的信号为：
yrA＝hRAlr+nRA＝βhRARARB+nRA
其中，β是功率归一化系数，hRA表示中继节点R到节点A的信道因子，nRA是指接收信号lr时节点A的噪声。
进一步的，本发明的双向中继自适应转发方法，步骤6中，节点A对yrA进行自干扰抵消处理后得到的信号为：
其中，是信号xA的共轭,hAR表示节点A到中继节点R的信道因子，nAR表示接收信号xA时中继节点R的噪声,hBR表示节点B到中继节点R的信道因子，nBR表示接收信号xB时中继节点R的噪声。
进一步的，本发明的双向中继自适应转发方法，步骤7中，节点B接收到的信号为：
yrB＝hRBlr+nRB＝βhRBRARB+nRB
其中，β是功率归一化系数，hRB表示中继节点R到节点B的信道因子，nRB是指接收信号lr时节点B的噪声。
进一步的，本发明的双向中继自适应转发方法，步骤7中，节点B对yrB进行自干扰抵消处理后得到的信号为：
其中，是信号xB的共轭,hAR表示节点A到中继节点R的信道因子，nAR表示接收信号xA时中继节点R的噪声,hBR表示节点B到中继节点R的信道因子，nBR表示接收信号xB时中继节点R的噪声。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明的方法能够自适应地选择信息转发协议；
2、本发明的方法提高了双向中继网络的性能。
附图说明
图1是本发明的双向中继网络结构图；
图2是本发明的方法流程图；
图3是本发明的模型图；
图4是本发明的方法在高斯信道下误码率性能对比图；
图5是本发明的方法在瑞利信道下误码率性能对比图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1所示，本发明的双向中继网络由两个源节点(同时也是目的节点)A、B和一个中继节点R组成。通信过程分为三个时隙。图1中，点线表示第一个时隙节点A向中继节点R和节点B广播发送xA，虚线表示第二个时隙节点B向中继节点R和节点A广播发送xB，实线表示第三个时隙中继节点将信号广播发送至节点A、B。
如图2、图3所示，对本发明实现的步骤进行具体描述：
步骤一、在第一个时隙，节点A对源信息sA加入循环冗余校验码再进行编码调制得到编码信息xA，并发送到中继节点R和节点B，中继节点R接收到的信号为：rA＝hARxA+nAR，其中，hAR表示节点A到中继节点R的信道因子，nAR表示接收信号xA时中继节点R的噪声；节点B接收到的信号为：yB＝hABxA+nAB，其中hAB表示节点A到节点B的信道因子，nAB表示接收信号xA时节点B的噪声。
步骤二、在第二个时隙，节点B对源信息sB加入循环冗余校验码再进行编码调制得到编码信息xB，并发送到中继节点R和节点A，中继节点R接收到的信号为：rB＝hBRxB+nBR，其中，hBR表示节点B到中继节点R的信道因子，nBR表示接收信号xB时中继节点R的噪声；节点A接收到的信号为：yA＝hBAxB+nBA，其中hBA表示节点B到节点A的信道因子，nBA表示接收信号xB时节点A的噪声。
步骤三、中继节点自适应处理接收信号
中继节点R对接收到的信号rA和rB分别进行译码和循环冗余校验(CRC)，并根据校验结果自适应选择转发协议，分别得到RA和RB，RA表示为：
RB表示为：
其中，fAdp(·)为自适应处理函数。
步骤四、中继节点R将处理后的信号RA和RB做乘积处理，并经过功率归一化，得到待发射信号lr＝βRARB，其中，是功率归一化系数，E[·]表示取信号的均值。
步骤五、中继节点R在第三个时隙将待发射信号lr发送至节点A、B，同时发送标志信号到节点A、B，该标志信号表示中继节点是否成功译码来自节点A、B的信号。
步骤六、节点译码得到源信息。
假定信道互惠，节点A、B接收到的信号分别为
yrA＝hRAlr+nRA＝βhRARARB+nRA
yrB＝hRBlr+nRB＝βhRBRARB+nRB
其中，hRA表示中继节点R到节点A的信道因子，nRA是指接收信号lr时节点A的噪声，hRB表示中继节点R到节点B的信道因子，nRB是指接收信号lr时节点B的噪声。
节点A、B对来自中继节点的信号做自干扰抵消，具体为：将本地发射信号的共轭与接收信号相乘，则节点A处自干扰抵消后的信号表示为：
其中，是信号xA的共轭。
节点B处自干扰抵消后的信号表示为：
其中，是信号xB的共轭。
本发明对提出的双向中继自适应转发方法进行了仿真。假定源节点和中继节点均采用二进制相移键控(BPSK)调制方式，每帧包含200个符号；各链路的发射信噪比相同；中继节点和目的节点已知信道状态信息。
图4为，高斯信道下双向中继转发方案的误码率性能对比图，其中，带星形的曲线是解码转发方案误码率性能仿真曲线，带圆形的曲线是放大转发方案误码率性能仿真曲线，带正方形的曲线是自适应转发方案误码率性能仿真曲线。可以看出，本发明的性能曲线比其他两种方案的误码率性能曲线要低，随着信道的平均信噪比的增加，本发明曲线的下降速度较其他两种曲线要更快，在高信噪比下，本发明的性能相比放大转发方案性能改善了1dB以上。说明本发明的方法误码率性能提升较大，可以较大的提升双向中继网络的性能。
图5为，瑞利信道下双向中继转发方案的误码率性能对比图，假定源节点间的信道因子方差为1，源节点与中继节点间的信道因子方差为0.8。可以看出，在瑞利信道下本发明的性能曲线比其他两种方案的误码率性能曲线要低，在高信噪比下，本发明的误码率性能较之放大转发性能改善了0.5dB左右，说明本发明的方法误码率更小，双向中继网络的性能有较大的提升。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种双向中继自适应转发方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：节点A在第一个时隙对源信息sA进行编码调制得到编码信息xA，并发送到中继节点R和节点B，中继节点R接收到信号rA，节点B接收到信号yB；
步骤2：节点B在第二个时隙对源信息sB进行编码调制得到编码信息xB，并发送到中继节点R和节点A，中继节点R接收到信号rB，节点A接收到信号yA；
步骤3：中继节点R对接收到的信号rA和rB进行译码和循环冗余校验CRC，并根据校验结果自适应选择转发协议，分别得到RA和RB；
步骤4：中继节点R将处理后的信号RA和RB做乘积处理，并经过功率归一化，得到待发射信号lr；
步骤5：中继节点R在第三个时隙将待发射信号lr发送到节点A、B，同时发送标志信号到节点A、B，该标志信号表示中继节点是否成功译码来自节点A、B的信号；
步骤6：节点A接收来自中继节点R的信号yrA和标志信号，对yrA进行自干扰抵消处理后与信号yA做最大比合并，并译码得到目标信息s'A；
步骤7：节点B接收来自中继节点R的信号yrB和标志信号，对yrB进行自干扰抵消处理后与信号yB做最大比合并，并译码得到目标信息s'B；
步骤1和2中，源信息sA、sB在进行编码前均被加入了循环冗余校验码；
步骤3中，
其中，fAdp(·)为自适应处理函数；
步骤4中，待发射信号为：lr＝βRARB，其中，是功率归一化系数，E[·]表示取均值；
步骤6中，节点A对yrA进行自干扰抵消处理后得到的信号为：
其中，是信号xA的共轭,hAR表示节点A到中继节点R的信道因子，nAR表示接收信号xA时中继节点R的噪声,hBR表示节点B到中继节点R的信道因子，nBR表示接收信号xB时中继节点R的噪声；
步骤7中，节点B对yrB进行自干扰抵消处理后得到的信号为：
其中，是信号xB的共轭,hAR表示节点A到中继节点R的信道因子，nAR表示接收信号xA时中继节点R的噪声,hBR表示节点B到中继节点R的信道因子，nBR表示接收信号xB时中继节点R的噪声。
2.根据权利要求1所述的双向中继自适应转发方法，其特征在于，步骤1中，中继节点R接收到的信号为：rA＝hARxA+nAR，其中，hAR表示节点A到中继节点R的信道因子，nAR表示接收信号xA时中继节点R的噪声；节点B接收到的信号为：yB＝hABxA+nAB，其中，hAB表示节点A到节点B的信道因子，nAB表示接收信号xA时节点B的噪声。
3.根据权利要求1所述的双向中继自适应转发方法，其特征在于，步骤2中，中继节点R接收到的信号为：rB＝hBRxB+nBR，其中，hBR表示节点B到中继节点R的信道因子，nBR表示接收信号xB时中继节点R的噪声；节点A接收到的信号为：yA＝hBAxB+nBA，其中，hBA表示节点B到节点A的信道因子，nBA表示接收信号xB时节点A的噪声。
4.根据权利要求1所述的双向中继自适应转发方法，其特征在于，步骤6中，节点A接收到的信号为：
yrA＝hRAlr+nRA＝βhRARARB+nRA
其中，β是功率归一化系数，hRA表示中继节点R到节点A的信道因子，nRA是指接收信号lr时节点A的噪声。
5.根据权利要求1所述的双向中继自适应转发方法，其特征在于，步骤7中，节点B接收到的信号为：
yrB＝hRBlr+nRB＝βhRBRARB+nRB
其中，β是功率归一化系数，hRB表示中继节点R到节点B的信道因子，nRB是指接收信号lr时节点B的噪声。
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