CN106921467A - 基于非完美信道状态信息的中继功率分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于非完美信道状态信息的中继功率分配方法，方法包括六个步骤：第一步，进行协作通信；第二步，协作通信完成后，进行最大比合并分集机制的操作；第三步，进行虚拟网络编码；第四步，在虚拟网络编码完成后，进行双向协作网络的操作；第五步，接收信道状态信息；第六步，在信道状态信息完成后，进行信道估计技术的操作；本发明采用不对称的调制策略可以使信道质量较好的采用低阶调制方法，而较差的就采用高阶调制，保证了系统可靠性，同时也可以提高有效性。

Description

基于非完美信道状态信息的中继功率分配方法
技术领域
本发明公开了基于非完美信道状态信息的中继功率分配方法。
背景技术
无线通信系统的性能很大程度上受到信道状态的影响，信道状态信息(CSI)是通信模型的信道容量，信噪比、数据速率、中继选择和最大发送功率等性能指标的一个重要参数，也是通信网络正确译码信号的重要参数，通常信道状态信息的获取方法是根据接收端的数据对信道状态进行估计，完美CSI是指对信道状态的估计值等于实际的信道增益值，并不存在任何估计误差，然而，在实际的无线通信环境中，由于量化误差、反馈时延、信道干扰等因素，不可能得到完美信道状态信息，源节点一般选择CSI较好的中继节点进行数据转发。因此分析非完美CSI对双向协作网络的中继选择的影响十分重要，为了在非完美CSI双向协作网络中选择合适的中继节点，提高网络的频谱利用率，由于非完美CSI下源节点在交互信息时并不能完全消除自干扰，会把自身不能消除的自干扰当作噪声处理，源节点接收到的信号受到源节点到中继节点和中继节点到源节点这两条链路信道估计误差的共同影响。针对非完美CSI，需要引入信道估计，分析信道估计对系统性能的影响。
针对不同的场景和不同的网络环境，现有的功率分配算法在能量消耗、提升系统性能和算法效率方面各有优劣。然而，这些功率分配机制仅能很好的应用于单向协作网络，且大多只讨论了基于完美CSI的简单场景，想将这些功率分配机制应用于非完美双向中继协作网络是一个研究难点，总的来说，功率分配机制往往需要建模为一个优化问题，而优化目标则为最大化通信系统性能，如最大化传输速率，最大化信噪比等，非完美CSI双向协作网络的功率分配机制，充分考虑了信道状态信息的非完美性质，具有一定的现实意义。
发明内容
本发明为了解决现有技术的针对双向中继协作通信系统的中继选择与功率分配方案在提高网络吞吐量、传输可靠性等方面的不足的问题，提供了针对双向协作网络模型设计了新的中继选择与功率分配方法，基于非完美CSI的双向协作网络的中继选择机制，为了避免单向中继所造成的频谱损耗，双向中继应运而生的基于非完美信道状态信息的中继功率分配方法。
本发明的具体方案：基于非完美信道状态信息的中继功率分配方法，所述方法包括六个步骤：第一步，进行协作通信；第二步，协作通信完成后，进行最大比合并分集机制的操作；第三步，进行虚拟网络编码；第四步，在虚拟网络编码完成后，进行双向协作网络的操作；第五步，接收信道状态信息；第六步，在信道状态信息完成后，进行信道估计技术的操作。
作为本发明进一步限制地，所述虚拟网络编码为基于放大转发的虚拟网络编码。
作为本发明进一步限制地，所述信道状态信息为非完美信道状态信息。
作为本发明进一步限制地，所述信道估计技术为基于最小均方差的信道估计技术。
本发明的有益技术效果：本发明的基于非完美信道状态信息的中继功率分配方法，提升系统容量，提高宽带利用率，保证消息传输的可靠性：采用不对称的调制策略可以使信道质量较好的采用低阶调制方，而较差的就采用高阶调制，不仅保证了系统可靠性，同时也可以提高有效性。
附图说明
图1是本发明实施例的基于非完美信道状态信息的中继功率分配方法的系统及流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明实施例的基于非完美信道状态信息的中继功率分配方法，所述方法包括六个步骤：第一步，进行协作通信；第二步，协作通信完成后，进行最大比合并分集机制的操作；第三步，进行虚拟网络编码；所述虚拟网络编码为基于放大转发的虚拟网络编码。第四步，在虚拟网络编码完成后，进行双向协作网络的操作；第五步，接收信道状态信息；所述信道状态信息为非完美信道状态信息。第六步，在信道状态信息完成后，进行信道估计技术的操作。所述信道估计技术为基于最小均方差的信道估计技术。
进一步地，基于双向协作网络中继选择的研究，在我国国内尚处于起步阶段，由于实际的中继协作系统中，通信节点不可能获得准确的信道状态信道，考虑到非完美CSI对系统性能的影响，引入信道估计技术，并将考虑信道估计误差对系统性能的影响，此外，使用端到端信噪比、中断概率以及误码率等性能指标对双向中继系统的性能进行分析。
基于ANC的双向协作网络功率分配，双向中继协作网络可以提高系统的频谱效率，基于ANC的双向协作网络，计算基于ANC的可实现速率，功率分配算法的设计思路以系统速率作为性能指标，提出速率最优功率分配。
基于信道状态信息的功率分配，一般需要知道全部或部分信道状态信息，并在总功率一定的前提下，以不同的性能指标如最大化传输速率，最大化信噪比作为优化函数，将功率分配问题转化为优化问题求解，而在单向协作中继系统中，由于源节点和目的节点完成信息交换，其需要四个时隙，导致频谱的利用率较低，即使在全双工模式下有所改善，但节点自干扰消除困难，为了改善这些不足，引进了双向中继技术，源节点与目的节点完成信息交互的时间由先前的四个时隙减少到三个时隙或两个时隙，因此，如何在双向中继系统中进行功率分配是一个重要的难点，针对经典三节点双向协作网络模型，提出基于非完美信道状态信息进行功率分配方案。
本发明的基于非完美信道状态信息的中继功率分配方法，具有的优点为：1、提升系统容量：对于传统的单向协作网络，两个节点之间完成一次完整的信息交互过程最少需要四个时隙才能完成一次双向信息交换，因此，利用单向中继完成节点间的信息交换将导致较低的频谱资源利用率，然而，如果利用双向中继策略，两个源节点通过中继进行数据交互可以比传统的单向中继节省一个或两个时隙，可以极大的提升系统容量；2、提高宽带利用率：现有网络中，节点之间的通信需求往往是双向的，源节点既要向目的节点发送信息，目的节点也会向源节点发送信息源节点和目的节点的一次信息交互需要数据传输方向为S-R-D的两个阶段和数据传输方向为D-R-S的两个阶段，共需要占用4个时隙，这种方式将会造成频谱利用的损失，在双向协作网络中，中继节点需要为多个源节点协作传输数据。通过引入网络编码技术，可以有效地提高系统的带宽利用率和网络的通信质量；3、保证消息传输的可靠性：当在双向中继系统信道质量出现不对称时，对称的调制方式不能保证信道质量较差链路的可靠性。采用不对称的调制策略可以使信道质量较好的采用低阶调制方，而较差的就采用高阶调制，不仅保证了系统可靠性，同时也可以提高有效性。
本发明的基于非完美信道状态信息的中继功率分配方法，提升系统容量，提高宽带利用率，保证消息传输的可靠性，采用不对称的调制策略可以使信道质量较好的采用低阶调制方，而较差的就采用高阶调制，不仅保证了系统可靠性，同时也可以提高有效性。需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于非完美信道状态信息的中继功率分配方法，其特征在于：所述方法包括六个步骤：
第一步，进行协作通信；
第二步，协作通信完成后，进行最大比合并分集机制的操作；
第三步，进行虚拟网络编码；
第四步，在虚拟网络编码完成后，进行双向协作网络的操作；
第五步，接收信道状态信息；
第六步，在信道状态信息完成后，进行信道估计技术的操作。
2.如权利要求1权利要求所述的基于非完美信道状态信息的中继功率分配方法，其特征在于：所述虚拟网络编码为基于放大转发的虚拟网络编码。
3.如权利要求1权利要求所述的基于非完美信道状态信息的中继功率分配方法，其特征在于：所述信道状态信息为非完美信道状态信息。
4.如权利要求1权利要求所述的基于非完美信道状态信息的中继功率分配方法，其特征在于：所述信道估计技术为基于最小均方差的信道估计技术。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102355291A (zh) * 2011-07-18 2012-02-15 北京邮电大学 一种基于放大转发的多流双向中继传输方法
CN102724145A (zh) * 2012-06-04 2012-10-10 上海交通大学 双向多中继系统中源端和中继端鲁棒性联合信号处理方法
CN103152086A (zh) * 2013-02-05 2013-06-12 上海交通大学 双向多中继系统中继端波束成形的鲁棒性信号处理方法
CN103368692A (zh) * 2013-07-03 2013-10-23 西安交通大学 一种双向中继系统中自适应变时隙模拟网络编码策略

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