CN106788623B - 基于复合中继选择的无线通信协作传输方法及装置 - Google Patents

基于复合中继选择的无线通信协作传输方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种基于复合中继选择的无线通信协作传输方法及装置，包括步骤：将源数据分成多段子段数据；在发送数据时，根据实时信道信息为其中一子段数据选择中继节点，然后进行发送；根据所述子段数据的顺序，依次为所述子段数据选择中继节点及发送。该方法可以实现在传输数据期间让信道状态信息获得实时更新，依据更新的信道状态信息重新选择中继节点，使实时使用的中继节点能根据信道状态信息的变化而变化，提高数据传输的速率，降低传输过程中丢包的风险，从而使系统性能得到改善。

Description

基于复合中继选择的无线通信协作传输方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信协作传输领域，特别是涉及到一种基于复合中继选择的无线通信协作传输方法及装置。
背景技术
近年来，协作通信成为无线通信中一种提高系统可靠性的重要手段。其基本思想是利用中继转发数据来实现空间分集。并非所有中继参与协作就可以达到最佳的效果，因此在有多个中继的情况下需要进行中继选择。协作通信中继选择是先获得信道状态信息CSI，再进行相应的操作，而操作过程需要耗费一定的时间。由于无线通信中节点间信道时变，中继选择所依据的CSI将不同于数据传输时的CSI，即产生CSI过时问题。这样，依据过时的CSI选择出的中继节点将不再是数据传输时真实最优的中继节点，即“错选”了中继节点。因而，协作通信系统的性能将会恶化。
目前常用的过时CSI下的中继选择策略有机会中继选择ORS、N加上归一化门限的机会中继选择N+NT-ORS策略等。ORS策略是指从多个中继中选出一个最好的中继参与数据转发。研究表明，过时CSI下ORS策略性能严重恶化。而N+NT-ORS策略是一种多中继选择策略，同样地过时CSI也会使其性能较大幅下降，但相比ORS策略下降幅度较小。此外，还有部分工作集中于在过时CSI下提高系统性能，需要根据过时CSI的特点设计新的中继选择策略。例如，基于近似MAP估计的单中继选择策略SRS-AMAP的协作传输机制。其协作过程和基于传统ORS策略的协作传输机制一样，只是中继协调阶段采用SRS-AMAP策略。该策略是基于MAP估计对数据传输的信道强度进行预测，进而选择中继节点。研究表明，该机制在过时CSI下的性能相比ORS有所提升。
值得注意的是，前面提到的过时CSI下的中继选择策略都是在分组衰落信道下进行的，即关注于信道在中继选择阶段与数据传输阶段间的不同，而未考虑信道在数据传输过程中的变化。由于数据传输也需要耗费一定时间，也应该考虑信道随数据传输变化的情况。当考虑此种情况时，会发现中继选择依据的CSI与数据传输时的CSI的相关性随数据传输的进行逐渐减弱，即CSI过时程度逐渐加重。这将导致中继选择决策对于越是靠后传输的数据越是偏离最优的决策，进而对数据传输可靠性造成更大的影响。
在现有的中继传输方式中，均存在有数据传输慢，误包率高的问题。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种基于复合中继选择的无线通信协作传输方法及装置，以解决降低误包率的问题。
本发明提出一种基于复合中继选择的无线通信协作传输方法，包括步骤：
将源数据分成多段子段数据；
在发送数据时，根据实时信道信息为其中一子段数据选择中继节点，然后进行发送；根据所述子段数据的顺序，依次为所述子段数据选择中继节点及发送。
进一步地，基于复合中继选择的无线通信协作传输方法，在所述在发送数据时，根据实时信道信息为其中一子段数据选择中继节点，然后进行发送；根据所述子段数据的顺序，依次为所述子段数据选择中继节点及发送步骤中，所述中继节点为从解码集合中选出的一个或多个中继节点。
进一步地，基于复合中继选择的无线通信协作传输方法，在所述将源数据分成多段子段数据步骤前，还包括：
接收源节点发送的源数据；
筛选出成功解码所述源数据的中继节点并将解码成功的中继节点组成解码集合。
进一步地，基于复合中继选择的无线通信协作传输方法，在所述在发送数据时，根据实时信道信息为其中一子段数据选择中继节点，然后进行发送；根据所述子段数据的顺序，依次为所述子段数据选择中继节点及发送步骤中，选择所述中继节点包括步骤：
获取解码集合中的各中继节点的实时信道状态信息；
基于新获取的实时信道状态信息选择中继节点。
进一步地，基于复合中继选择的无线通信协作传输方法，在所述基于新获取的实时信道状态信息选择中继节点步骤中，包括，
将在解码集合内的中继节点，按照选取基于最小均方误差估计的预测信道强度给出的排序函数降序排列，在不失一般性的前提下，假设排序为n1，n2，…，nm，函数为：
Figure GDA0002601110700000031
在中继节点集合{n1}，{n1，n2}，…，{n1，n2，…，nm}中选择使条件中断概率最小的节点集合。集合中的中继节点参与数据转发，其他中继节点不参与。
为每个选中的中继节点平均分配发射功率。
所述函数中nq表示第q个解码成功中继节点的标号(q＝1，2，…，m且nq∈Dm)，D表示目的中继节点，Dm表示中继节点集合，
Figure GDA0002601110700000032
表示第q个解码成功中继节点到目的节点的信道即nq-D信道过时的信道强度，
Figure GDA0002601110700000033
表示第q个解码成功中继节点到目的节点的信道即nq-D信道平均的信道强度，
Figure GDA0002601110700000034
表示过时的信道
Figure GDA0002601110700000035
和真实的信道
Figure GDA0002601110700000036
之间的相关系数。
本发明还提出一种基于复合中继选择的无线通信协作传输装置，包括：
处理模块，用于将源数据分成多段子段数据；
在发送数据时，处理模块，用于根据实时信道信息为其中一子段数据选择中继节点，发送模块，用于进行发送；处理模块，用于根据所述子段数据的顺序，依次为所述子段数据选择中继节点，发送模块，用于发送。
进一步地，基于复合中继选择的无线通信协作传输装置，还包括：
选择模块，用于从解码集合中选出一个或多个中继节点。
进一步地，基于复合中继选择的无线通信协作传输装置，还包括：
接收模块，用于接收源节点所发送的源数据；
接收模块，用于筛选出成功解码所述源数据的中继节点并将解码成功的中继节点组成解码集合。
进一步地，基于复合中继选择的无线通信协作传输装置，所述处理模块，还具体用于：
获取解码集合中的各中继节点的实时信道状态信息；
基于新获取的实时信道状态信息选择中继节点。
进一步地，基于复合中继选择的无线通信协作传输装置，所述处理模块，还具体用于：
将在解码集合内的中继节点，按照选取基于最小均方误差估计的预测信道强度给出的排序函数降序排列，在不失一般性的前提下，假设排序为n1，n2，…，nm，函数为：
Figure GDA0002601110700000041
在中继节点集合{n1}，{n1，n2}，…，{n1，n2，…，nm}中选择使条件中断概率最小的节点集合。集合中的中继节点参与数据转发，其他中继节点不参与。
为每个选中的中继节点平均分配发射功率。
所述函数中nq表示第q个解码成功中继节点的标号(q＝1，2，…，m且nq∈Dm)，D表示目的中继节点，Dm表示中继节点集合，
Figure GDA0002601110700000042
表示第q个解码成功中继节点到目的节点的信道即nq-D信道过时的信道强度，
Figure GDA0002601110700000043
表示第q个解码成功中继节点到目的节点的信道即nq-D信道平均的信道强度，
Figure GDA0002601110700000044
表示过时的信道
Figure GDA0002601110700000045
和真实的信道
Figure GDA0002601110700000046
之间的相关系数。
本发明的一种基于复合中继选择的无线通信协作传输方法及装置，该方法可以实现在传输数据期间让信道状态信息获得实时更新，依据更新的信道状态信息重新选择中继节点，使实时使用的中继节点能根据信道状态信息的变化而变化，提高数据传输的速率，降低传输过程中丢包的风险，从而使系统性能得到改善。
附图说明
图1本发明一实施例的数据发送步骤操作流程示意图；
图2本发明一体实施例的接受数据步骤操作流程示意图；
图3本发明一体实施例的筛选节点操作流程示意图；
图4本发明一实施例的筛选节点函数步骤流程示意图；
图5本发明一实施例的装置连接示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本发明实施例提出一种基于复合中继选择的无线通信协作传输方法，包括步骤：
S100、将源数据分成多段子段数据；
S110、在发送数据时，根据实时信道信息为其中一子段数据选择中继节点，然后进行发送；根据所述子段数据的顺序，依次为所述子段数据选择中继节点及发送。
如上述步骤S100，将源数据分成多段子段数据，将接受的源数据分解成多段字节数相同的子数据段，其中分解的段数和每段字节数，可根据不同情况设定，一般默认设定至少包含4段子段数据，每一子段数据内含有1000字节数据，发送期间一直保存完整的源数据，直至所有子段数据均发送成功，当在发送期间出现发送失败或发送丢失等事故时，可及时进行二次补发送。
如上述步骤S110，在发送数据时，根据实时信道信息为其中一子段数据选择中继节点，然后进行发送；根据所述子段数据的顺序，依次为所述子段数据选择中继节点及发送，比如，第n段子段数据，使用第n次选择的中继节点发送，在每段子段数据发送成功后，对解码集合中的中继节点进行实时信号的检验和排序，选取当前排序最前的一个或多个中继节点，做为下一段子段数据发送时使用的中继节点，其余中继节点不进行发送步骤，其中，当最后一段子段数据发送完成后不再进行对中继节点的筛选。
参照图2，在本实施例中，基于复合中继选择的无线通信协作传输方法，在所述在发送数据时，根据实时信道信息为其中一子段数据选择中继节点，然后进行发送；根据所述子段数据的顺序，依次为所述子段数据选择中继节点及发送步骤中，所述中继节点为从解码集合中选出的一个或多个中继节点。
从解码集合中选出一个或多个中继节点，对解码集合中的中继节点进行实时信号的检验和排序，选取当前排序最前的一个或多个中继节点，做为子段数据发送时使用的中继节点。
在本实施例中，基于复合中继选择的无线通信协作传输方法，在所述从解码集合中选出一个或多个中继节点前，还包括：
S10、接收源节点发送的源数据；
S20、筛选出成功解码所述源数据的中继节点并将解码成功的中继节点组成解码集合。
如上述步骤S10，接收源节点发送的源数据，并将源数据保存直至发送所述源数据被完整发送。
如上述步骤S20，筛选出成功解码所述源数据的中继节点并将解码成功的中继节点组成解码集合，将对源数据成功解码的中继节点信息整理合并成解码集合，解码集合用作该段源数据的发送的中继节点。
参照图3，在本实施例中，基于复合中继选择的无线通信协作传输方法，在所述在发送数据时，根据实时信道信息为其中一子段数据选择中继节点，然后进行发送；根据所述子段数据的顺序，依次为所述子段数据选择中继节点及发送步骤中，选择所述中继节点包括步骤：
S111、获取解码集合中的各中继节点的实时信道状态信息；
S112、基于新获取的实时信道状态信息选择中继节点。
如上述步骤S111，获取解码集合中的各中继节点的实时信道状态信息，根据各中继节点的实施信道状态信息反馈的强弱，对解码集合中的中继节点进行排序；
如上述步骤S112，基于新获取的实时信道状态信息选择中继节点，选择步骤S111中排序最前的一个或多个中继节点。
在本实施例中，基于复合中继选择的无线通信协作传输方法，在所述基于新获取的实时信道状态信息选择中继节点步骤中，包括，
S120、将在解码集合内的中继节点，按照选取基于最小均方误差估计的预测信道强度给出的排序函数降序排列，在不失一般性的前提下，假设排序为n1，n2，…，nm，函数为：
Figure GDA0002601110700000071
S121、在中继节点集合{n1}，{n1，n2}，…，{n1，n2，…，nm}中选择使条件中断概率最小的节点集合。集合中的中继节点参与数据转发，其他中继节点不参与。
S122、为每个选中的中继节点平均分配发射功率。
所述函数中nq表示第q个解码成功中继节点的标号(q＝1，2，…，m且nq∈Dm)，D表示目的中继节点，Dm表示中继节点集合，
Figure GDA0002601110700000072
表示第q个解码成功中继节点到目的节点的信道即nq-D信道过时的信道强度，
Figure GDA0002601110700000073
表示第q个解码成功中继节点到目的节点的信道即nq-D信道平均的信道强度，
Figure GDA0002601110700000074
表示过时的信道
Figure GDA0002601110700000075
和真实的信道
Figure GDA0002601110700000076
之间的相关系数。
如上述步骤S120，将在解码集合内的中继节点，按照选取基于最小均方误差估计的预测信道强度给出的排序函数降序排列，在不失一般性的前提下，假设排序为n1，n2，…，nm，其中排序函数为：
Figure GDA0002601110700000077
如上述步骤S121，在中继节点集合{n1}，{n1，n2}，…，{n1，n2，…，nm}中选择使条件中断概率最小的节点集合。集合中的中继节点参与数据转发，其他中继节点不参与。
如上述步骤S122，为每个选中的中继节点平均分配发射功率。
在一具体实施例中，分别在15dB，20dB，25dB条件下，所提出的复合中继选择方法与ORS传输方法、SRS-AMAP传输方法、重复ORS传输方法、N+NT-ORS传输方法的误包率对比，对比数据以下表格显示。
Figure GDA0002601110700000081
可以看出，在低信噪比的条件下，几种传输方法的误包率性能差别相近，但是高信噪比下，所提出的基于复合中继选择传输方法和其余几种传输方法相比，其降低误包率性能有较大程度的提升，并且随着信噪比增大其效果越明显。
本发明还提出一种基于复合中继选择的无线通信协作传输装置，包括：
处理模块100，用于将源数据分成多段子段数据；
在发送数据时，处理模块100，用于根据实时信道信息为其中一子段数据选择中继节点，发送模块110，用于进行发送；处理模块100，用于根据所述子段数据的顺序，依次为所述子段数据选择中继节点，发送模块110，用于发送。
上述处理模块100，用于将源数据分成多段子段数据，将接受的源数据分解成多段字节数相同的子数据段，其中分解的段数和每段字节数，可根据不同情况设定，一般默认设定至少包含4段子段数据，每一子段数据内含有1000字节数据，发送期间一直保存完整的源数据，直至所有子段数据均发送成功，当在发送期间出现发送失败或发送丢失等事故时，可及时进行二次补发送。
上述处理模块100，用于根据上一阶段选择的中继节点发送本段子段数据，比如，发送模块110发送的第n段子段数据，使用所述处理模块100第n次选择的中继节点发送；
上述发送模块110，用于在每段子段数据发送成功后，对解码集合中的中继节点进行实时信号的检验和排序，选取当前排序最前的一个或多个中继节点，做为下一段子段数据发送时使用的中继节点，其余中继节点不进行发送步骤，其中，当最后一段子段数据发送完成后所述处理模块100不再进行对中继节点的筛选。
在本实施例中，基于复合中继选择的无线通信协作传输装置，还包括：
选择模块120，用于从解码集合中选出一个或多个中继节点。
上述选择模块120，用于从解码集合中选出一个或多个中继节点，对解码集合中的中继节点进行实时信号的检验和排序，选取当前排序最前的一个或多个中继节点，做为下一段子段数据发送时使用的中继节点。
在本实施例中，基于复合中继选择的无线通信协作传输装置，还包括：
接收模块130，用于接收源节点所发送的源数据；
接收模块130，用于筛选出成功解码所述源数据的中继节点并将解码成功的中继节点组成解码集合。
上述接收模块130，用于接收源节点发送的源数据，并将源数据保存直至发送所述源数据被完整发送。
上述接收模块130，用于筛选出成功解码所述源数据的中继节点并将解码成功的中继节点组成解码集合，将对源数据成功解码的中继节点信息整理合并成解码集合，解码集合用作该段源数据的发送的中继节点。
在本实施例中，基于复合中继选择的无线通信协作传输装置，所述处理模块100，还具体用于：
获取解码集合中的各中继节点的实时信道状态信息；
基于新获取的实时信道状态信息选择中继节点。
上述处理模块100，用于获取解码集合中的各中继节点的实时信道状态信息，根据各中继节点的实施信道状态信息反馈的强弱，对解码集合中的中继节点进行排序；
上述处理模块100，用于基于新获取的实时信道状态信息选择中继节点，选择步骤S121中排序最前的一个或多个中继节点。
在本实施例中，基于复合中继选择的无线通信协作传输装置，所述处理模块100，还具体用于：
将在解码集合内的中继节点，按照选取基于最小均方误差估计的预测信道强度给出的排序函数降序排列，在不失一般性的前提下，假设排序为n1，n2，…，nm，函数为：
Figure GDA0002601110700000101
在中继节点集合{n1}，{n1，n2}，…，{n1，n2，…，nm}中选择使条件中断概率最小的节点集合。集合中的中继节点参与数据转发，其他中继节点不参与。
为每个选中的中继节点平均分配发射功率。
所述函数中nq表示第q个解码成功中继节点的标号(q＝1，2，…，m且nq∈Dm)，D表示目的中继节点，Dm表示中继节点集合，
Figure GDA0002601110700000102
表示第q个解码成功中继节点到目的节点的信道即nq-D信道过时的信道强度，
Figure GDA0002601110700000103
表示第q个解码成功中继节点到目的节点的信道即nq-D信道平均的信道强度，
Figure GDA0002601110700000104
表示过时的信道
Figure GDA0002601110700000105
和真实的信道
Figure GDA0002601110700000106
之间的相关系数。
上述处理模块100，用于将在解码集合内的中继节点，按照选取基于最小均方误差估计的预测信道强度给出的排序函数降序排列，在不失一般性的前提下，假设排序为n1，n2，…，nm，其中排序函数为：
Figure GDA0002601110700000107
上述处理模块100，用于在中继节点集合{n1}，{n1，n2}，…，{n1，n2，…，nm}中选择使条件中断概率最小的节点集合。集合中的中继节点参与数据转发，其他中继节点不参与。
上述处理模块100，用于为每个选中的中继节点平均分配发射功率。
在一具体实施例中，分别在15dB，20dB，25dB条件下，所提出的复合中继选择方法与ORS传输方法、SRS-AMAP传输方法、重复ORS传输方法、N+NT-ORS传输方法的误包率对比，对比数据以下表格显示。
Figure GDA0002601110700000111
可以看出，在低信噪比的条件下，几种传输方法的误包率性能差别相近，但是高信噪比下，所提出的基于复合中继选择传输方法和其余几种传输方法相比，其降低误包率性能有较大程度的提升，并且随着信噪比增大其效果越明显。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于复合中继选择的无线通信协作传输方法，其特征在于，包括步骤：
将源数据分成多段子段数据；
在发送数据时，根据实时信道信息为其中一子段数据选择中继节点，然后进行发送；根据所述子段数据的顺序，依次为所述子段数据选择中继节点及发送；具体地，获取解码集合中的各中继节点的实时信道状态信息；基于新获取的实时信道状态信息选择中继节点；具体地，将在解码集合内的中继节点，按照选取基于最小均方误差估计的预测信道强度给出的排序函数降序排列，在不失一般性的前提下，假设排序为n1，n2，…，nm，函数为：
Figure FDA0002601110690000011
在中继节点集合{n1}，{n1，n2}，…，{n1，n2，…，nm}中选择使条件中断概率最小的节点集合，集合中的中继节点参与数据转发，其他中继节点不参与；
为每个选中的中继节点平均分配发射功率；
所述函数中nq表示第q个解码成功中继节点的标号(q＝1，2，…，m且nq∈Dm)，D表示目的中继节点，Dm表示中继节点集合，
Figure FDA0002601110690000012
表示第q个解码成功中继节点到目的节点的信道即nq-D信道过时的信道强度，
Figure FDA0002601110690000013
表示第q个解码成功中继节点到目的节点的信道即nq-D信道平均的信道强度，
Figure FDA0002601110690000014
表示过时的信道
Figure FDA0002601110690000015
和真实的信道
Figure FDA0002601110690000016
之间的相关系数。
2.根据权利要求1所述的基于复合中继选择的无线通信协作传输方法，其特征在于，在所述在发送数据时，根据实时信道信息为其中一子段数据选择中继节点，然后进行发送；根据所述子段数据的顺序，依次为所述子段数据选择中继节点及发送步骤中，所述中继节点为从解码集合中选出的一个或多个中继节点。
3.根据权利要求2所述的基于复合中继选择的无线通信协作传输方法，其特征在于，在所述将源数据分成多段子段数据步骤前，还包括：
接收源节点发送的源数据；
筛选出成功解码所述源数据的中继节点并将解码成功的中继节点组成解码集合。
4.一种基于复合中继选择的无线通信协作传输装置，其特征在于，包括：
处理模块，用于将源数据分成多段子段数据；
在发送数据时，处理模块，用于根据实时信道信息为其中一子段数据选择中继节点，发送模块，用于进行发送；处理模块，用于根据所述子段数据的顺序，依次为所述子段数据选择中继节点，发送模块，用于发送；具体地，所述处理模块，还用于获取解码集合中的各中继节点的实时信道状态信息；基于新获取的实时信道状态信息选择中继节点；具体地，将在解码集合内的中继节点，按照选取基于最小均方误差估计的预测信道强度给出的排序函数降序排列，在不失一般性的前提下，假设排序为n1，n2，…，nm，函数为：
Figure FDA0002601110690000021
在中继节点集合{n1}，{n1，n2}，…，{n1，n2，…，nm}中选择使条件中断概率最小的节点集合，集合中的中继节点参与数据转发，其他中继节点不参与；
为每个选中的中继节点平均分配发射功率；
所述函数中nq表示第q个解码成功中继节点的标号(q＝1，2，…，m且nq∈Dm)，D表示目的中继节点，Dm表示中继节点集合，
Figure FDA0002601110690000022
表示第q个解码成功中继节点到目的节点的信道即nq-D信道过时的信道强度，
Figure FDA0002601110690000023
表示第q个解码成功中继节点到目的节点的信道即nq-D信道平均的信道强度，
Figure FDA0002601110690000024
表示过时的信道
Figure FDA0002601110690000025
和真实的信道
Figure FDA0002601110690000026
之间的相关系数。
5.根据权利要求4所述的基于复合中继选择的无线通信协作传输装置，其特征在于，还包括：
选择模块，用于从解码集合中选出一个或多个中继节点。
6.根据权利要求5所述的基于复合中继选择的无线通信协作传输装置，其特征在于，还包括：
接收模块，用于接收源节点所发送的源数据；
接收模块，用于筛选出成功解码所述源数据的中继节点并将解码成功的中继节点组成解码集合。
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