CN108418670A - 基于统计概率选择的混合双工中继实现方法 - Google Patents

基于统计概率选择的混合双工中继实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于统计概率选择的混合双工中继实现方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：根据系统特性预判，获取系统参数；步骤2：根据系统参数，选择相应工作模式；其中，所述系统为单向译码转发全双工中继系统。本发明提供的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法着重于最大化系统的吞吐量，提出了一种针对单向全双工/半双工混合中继系统，基于统计概率的最优中继机制。本发明提供的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法通过采用混合双工机制，消除全双工中继系统中残留自干扰带来的影响，最大化系统的传输速率。在每个工作时隙内，中继依据一定的概率选择系统的工作模式。

Description

基于统计概率选择的混合双工中继实现方法
技术领域
本发明涉及一种方法，具体地，涉及一种基于统计概率选择的混合双工中继实现方法。
背景技术
同时同频全双工技术(Co-time Co-frequency Full Duplex，CCFD)是指设备的发射机和接收机占用相同的频率资源同时进行工作，使得通信双方在上、下行可以在相同时间使用相同的频率，突破了现有的频分双工(FDD)和时分双工(TDD)模式，是通信节点实现双向通信的关键之一。目前我们已知的通信系统均工作在半双工(Half Duplex)状态，即上行链路和下行链路工作在不同的频段或者不同的时段，例如，时分双工系统(Time Division Duplex，TDD)和频分双工系统(Frequency Division Duplex，FDD)。与半双工相比，全双工技术拥有两倍于对应半双工系统的频谱效率，从而显著提高系统吞吐量和容量，因此成为5G潜在的关键技术之一。并且到了广泛的关注与研究。但是，同时同频全双工技术的应用仍在面临不小的挑战。采用同时同频全双工无线系统，所有同时同频发射节点对于非目标接收节点都是干扰源，同时同频发射机的发射信号会对本地接收机产生强自干扰，因此同时同频全双工系统的应用关键在于干扰的有效消除。
尽管目前存在一定的手段能够消除全双工的自干扰，但是残留自干扰(RSI)仍然普遍地出现在许多系统中，以致于对于部分自干扰消除能力薄弱的系统产生强烈的残留自干扰，严重影响了系统的性能。实际上，某些极端情况下，残留自干扰导致的性能退化，甚至会大大掩盖全双工技术所带来的频谱利用效率的增益。换言之，在许多场景下，完全采用全双工模式工作的系统，实际上并不能够达到理想的两倍频谱利用率。但是，在合适的时刻切换到半双工模式，能够提高中继系统的性能。因此，对于混合双工模式，由于其能够在全双工与半双工模式间进行切换，实际上具备在有效地克服全双工引入的自干扰对系统性能的影响的同时，极大地提高频谱利用效率。那么，提出适用于混合中继的工作模式策略显得迫在眉睫。
如图1所示，申请号为201610778493.0、公开号为CN106357377A的专利文献公开了一种基于瞬时信道容量的全双工，半双工自适应切换技术。系统首先根据估计到的信道链路系数，自干扰强度，噪声水平和发射功率等系统参数计算全双工模式下的和半双工模式下的系统瞬时信道容量。比较两种模式下的瞬时信道容量，然后选取容量较大的模式工作。从而获得充分利用全双工和半双工模式，提升系统容量。此专利文献的具体步骤如下：
1)系统根据现有的信道估计技术获取信道状态信息，hSR，hSD，hRD，hLI以及残留自干扰的强度和噪声的方差σR，σD。用户节点S采用控制信道向中继节点发送自己的系统参数发射功率PS。
2)中继节点根据获取到的参数计算信道的信噪比 其中γLI表示经过干扰消除以后的残留自干扰信道信噪比。
3)根据以上参数计算出源节点到中继节点链路的信干噪比
4)接着，我们可以得到全双工模式下放大转发协议和译码转发协议的从源节点到目的节点的信干噪比
5)同理，可以计算出半双工模式下利用直传链路的信干噪比，
6)接着计算出所有模式下的频谱效率
CFD＝log(1+γFD)
7)基于瞬时频谱效率选择最佳的工作模式，具体如下：当CFD＞CHD+MRC的时候，系统工作在全双工模式，当CFD＜CHD+MRC的时候，系统工作在半双工模式。此专利文献具有以下几个缺点：
1、无法实现最大的系统吞吐量；
2、不能利用信道的分集增益；
3、系统的性能会受限于源节点和中继节点，中继节点与目的节点之间较差的链路。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于统计概率选择的混合双工中继实现方法。
根据本发明提供的一种基于统计概率选择的混合双工中继实现方法，包括如下步骤：
步骤1：根据系统特性预判，获取系统参数；
步骤2：根据系统参数，选择相应工作模式；
其中，所述系统为单向译码转发全双工中继系统。
优选地，所述步骤1包括如下子步骤：
步骤1.1：中继节点R向源节点S和目的节点D广播导频信号，估计中继节点R获取当前实时信道系数h1(i)和h2(i)；
其中，h1(i)表示第i个时隙内中继节点R向源节点S广播的信道系数，h2(i)表示第i个时隙内中继节点R向目的节点D广播的信道系数；
在预设时间段内，步骤1.1被重复执行；
其中i表示当前系统所处的时隙的序号；
步骤1.2：通过步骤1.1被重复执行，根据g1(i)＝|h1(i)|2,g2(i)＝|h1(i)|2，统计g1(i)与g2(i)处于瞬时状态R1，R2，…，Rk的瞬时状态概率，记为进而确定系统统计特征Ψj；
其中，瞬时状态概率表示在系统运行过程中的预设时间段内的处于第k个瞬时状态类别的概率，k＝1，2，3，4，5，6；j表示根据瞬时状态概率的相对大小关系，判定系统统计特性所处的类别；
k为第i个时隙内系统的瞬时状态类别；
步骤1.3：中继节点R获取源节点S的发送功率Ps、中继节点R的发送功率Pr、S-R链路的噪声方差R-D链路的噪声方差以及获取残留自干扰的噪声方差IR；
所述S-R链路为中继节点R和源节点S之间的链路；
所述R-D链路为中继节点R和目的节点D之间的链路；
其中，所述系统参数包括：系统统计特征Ψj、S-R链路的噪声方差R-D链路的噪声方差残留自干扰的噪声方差IR。
优选地，所述步骤2包括如下子步骤：
步骤2.1：根据中继节点R向源节点S和目的节点D广播的导频信号，确定中继节点R获取当前实时信道系数h1(i)和h2(i)；
步骤2.2：根据已获取信道系数h1(i)和h2(i)获取信道增益阈值g1(i)＝|h1(i)|2与g2(i)＝|h2(i)|2；根据信道增益阈值与g2，确定第i个时隙内的系统状态为第k个瞬时状态Rk；
其中，k表示根据信道增益g1(i)与g2(i)判定的系统瞬时状态的所属的类别；k＝1，2，3，4，5，6；
；表示S-R链路在中继节点R工作在半双工模式下能够成功进行传输的信道增益的最小值；
表示S-R链路在中继R工作在全双工模式下能够成功进行传输的信道增益的最小值；
表示R-D链路能够成功进行传输的信道增益的最小值；
R0为链路的传输速率；γ0表示链路能够成功进行通信的最小信干噪比；
Ps为源节点S的发送功率；
Pr中继节点R的发送功率节；
步骤2.3：根据系统统计特性Ψj和时隙i内的瞬时状态Rk以及预设的工作模式概率表给出的第i个工作模式的概率Pi，选择相应系统的第i个工作模式Mi；
其中，i＝1，2，3，4；
k＝1，2，3，4，5，6；
j＝1，2，3，4，5。
优选地，所述工作模式Mi包括如下工作模式：
半双工接收模式：当i＝1时，即为工作模式M1，源节点S向中继节点R以固定速率R0发送消息，中继节点R保持静默并且消息被暂存于中继节点R的缓存B中；
半双工发送模式：当i＝2时，即为工作模式M2，中继节点R向目的节点D以固定速率R0发送消息，并且消息来自于中继节点R的缓存B，源节点S保持静默；
全双工模式：当i＝3时，即为工作模式M3，源节点S向中继节点R以固定速率R0发送消息，消息被暂存于中继节点R的缓存B中；同时，中继节点R向目的节点D以固定速率R0发送消息，消息来自于中继节点R的缓存B；
静默模式：当i＝4时，即为工作模式M4，中继节点R、源节点S、目的节点D保持静默，中继节点R的缓存B的状态不变；
其中，R0为S-R链路或R-D链路中的固定速率；
所述中继节点R包括缓存B。
优选地，在工作模式概率表中：
当j＝1,k＝1,即系统统计特性Ψ1和瞬时状态R1时，i＝2，即概率P2为1，选择工作模式M2；
当j＝2,k＝1,即系统统计特性Ψ2和瞬时状态R1时，i＝2，即概率P2为0.5，i＝3，即概率P3为0.5，选择工作模式M2或工作模式M3；
当j＝3,k＝1,即系统统计特性Ψ3和瞬时状态R1时，i＝3，即概率P3为1，选择工作模式M3；
当j＝4,k＝1,即系统统计特性Ψ4和瞬时状态R1时，i＝3，即概率P1为0.5，i＝3，即概率P3为0.5，选择工作模式M1或工作模式M3；
当j＝5,k＝1,即系统统计特性Ψ5和瞬时状态R1时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1。
优选地，当j＝1,k＝2,即系统统计特性Ψ1和瞬时状态R2时，i＝2，即概率P2为1，选择工作模式M2；
当j＝2,k＝2,即系统统计特性Ψ2和瞬时状态R2时，i＝2，即概率P2为1；
当j＝3,k＝2,即系统统计特性Ψ3和瞬时状态R2时，i＝2，即概率P2为0.5，i＝3，即概率P3为0.5，选择工作模式M2或工作模式M3；
当j＝4,k＝2,即系统统计特性Ψ4和瞬时状态R2时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1；
当j＝5,k＝2,即系统统计特性Ψ5和瞬时状态R2时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1。
优选地，当j＝1,k＝3,即系统统计特性Ψ1和瞬时状态R3时，i＝2，即概率P2为1，选择工作模式M2；
当j＝2,k＝3,即系统统计特性Ψ2和瞬时状态R3时，i＝2，即概率P2为1，选择工作模式M2；
当j＝3,k＝3,即系统统计特性Ψ3和瞬时状态R3时，i＝2，即概率P2为1，选择工作模式M2；
当j＝4,k＝3,即系统统计特性Ψ4和瞬时状态R3时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1；
当j＝5,k＝3,即系统统计特性Ψ5和瞬时状态R3时，i＝2，即概率P2为0.5，i＝3，即概率P3为0.5，选择工作模式M2或工作模式M3。
优选地，当j＝1,k＝4或5,即系统统计特性Ψ1和瞬时状态R4或R5时，i＝1，即概率P1为0.5，i＝4，即概率P4为0.5，选择工作模式M1或工作模式M4；
当j＝2,k＝4或5,即系统统计特性Ψ2和瞬时状态R4或R5时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1；
当j＝3,k＝4或5,即系统统计特性Ψ3和瞬时状态R4或R5时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1；
当j＝4,k＝4或5,即系统统计特性Ψ4和瞬时状态R4或R5时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1；
当j＝5,k＝4或5,即系统统计特性Ψ5和瞬时状态R4或R5时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1。
优选地，在步骤2.2中：
当g2(i)≥g2时，瞬时状态Rk＝R1，在所述时隙i内，系统允许的工作模式为：M1、M2、M3或M4；
当g2(i)≥g2时，瞬时状态Rk＝R2，在所述时隙i内，系统运行的工作模式为：M1、M2或M4；
当g2(i)≥g2，瞬时状态Rk＝R3，在所述时隙i内，系统允许的工作模式为：M2或M4；
当g2(i)＜g2，瞬时状态Rk＝R4，在所述时隙i内，系统允许的工作模式为：M1或M4；
当g2(i)＜g2，瞬时状态Rk＝R5，在所述时隙i内，系统允许的工作模式为：M1或M4；
当g2(i)＜g2，瞬时状态Rk＝R6，在所述时隙i内，系统允许的工作模式为：M4；
其中，表示S-R链路在中继节点R工作在全双工模式下能够成功进行传输的信道增益阈值，其值为
表示S-R链路在中继节点R工作在半双工模式下能够成功进行传输的信道增益阈值，其值为
g2表示R-D链路能够成功进行传输的信道增益阈值，其值为
优选地，在步骤1.2中，
根据不同瞬时状态类别所对应的概率，将系统划分为如下五种情况：
若系统处于不同瞬时状态概率满足时，系统统计特性为Ψ1；
若系统处于不同瞬时状态概率满足 时，系统统计特性为Ψ2；
若系统处于不同
瞬时状态概率满足时，系统统计特性为Ψ3；
若系统处于不同瞬时状态概率满足时，
系统统计特性为Ψ4；
若系统处于不同瞬时状态概率满足时，系统统计特性为Ψ5。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法着重于最大化系统的吞吐量，提出了一种针对单向全双工/半双工混合中继系统，基于统计概率的最优中继机制。
2、本发明提供的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法通过采用混合双工机制，消除全双工中继系统中残留自干扰带来的影响，最大化系统的传输速率。在每个工作时隙内，中继依据一定的概率选择系统的工作模式。
3、本发明提供的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法在固定速率传输带缓存的混合中继系统，依据概率选择中继工作模式。通过统计的方法降低瞬时的信道波动对系统的影响。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为现有技术的中继系统模型示意图。
图2为本发明提供的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法的中继系统模型示意图。
图3为本发明提供的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法的瞬时信道增益平面。
图4为本发明提供的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法的流程图。
图5为本发明提供的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法的具体实施例示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种基于统计概率选择的混合双工中继实现方法，包括如下步骤：步骤1：根据系统特性预判，获取系统参数；步骤2：根据系统参数，选择相应工作模式；其中，所述系统为单向译码转发全双工中继系统。
所述步骤1包括如下子步骤：步骤1.1：中继节点R向源节点S和目的节点D广播导频信号，估计中继节点R获取当前实时信道系数h1(i)和h2(i)；其中，h1(i)表示第i个时隙内中继节点R向源节点S广播的信道系数，h2(i)表示第i个时隙内中继节点R向目的节点D广播的信道系数；在预设时间段内，步骤1.1被重复执行；其中i表示当前系统所处的时隙的序号；步骤1.2：通过步骤1.1被重复执行，根据g1(i)＝|h1(i)|2,g2(i)＝|h1(i)|2，统计g1(i)，g2(i)处于瞬时状态R1，R2，…，Rk与的瞬时状态概率记为进而确定系统统计特征Ψj；其中，瞬时状态概率表示在系统运行过程中的预设时间段内的处于第k个瞬时状态类别的概率，k＝1，2，3，4，5，6；j表示根据瞬时状态概率的相对大小关系，判定系统统计特性所处的类别；k为第i个时隙内系统的瞬时状态类别；步骤1.3：中继节点R获取源节点S的发送功率Ps、中继节点R的发送功率Pr、S-R链路的噪声方差R-D链路的噪声方差以及获取残留自干扰的噪声方差IR；所述S-R链路为中继节点R和源节点S之间的链路；所述R-D链路为中继节点R和目的节点D之间的链路；其中，所述系统参数包括：系统统计特征Ψj、S-R链路的噪声方差R-D链路的噪声方差残留自干扰的噪声方差IR。
所述步骤2包括如下子步骤：步骤2.1：根据中继节点R向源节点S和目的节点D广播的导频信号，确定中继节点R获取当前实时信道系数h1(i)和h2(i)；步骤2.2：根据已获取信道系数h1(i)和h2(i)获取信道增益阈值g1(i)＝|h1(i)|2与g2(i)＝|h2(i)|2；根据信道增益阈值与g2，确定第i个时隙内的系统状态为第k个瞬时状态Rk；其中，k表示根据信道增益g1(i)与g2(i)判定的系统瞬时状态的所属的类别；k＝1，2，3，4，5，6；；表示S-R链路在中继节点R工作在半双工模式下能够成功进行传输的信道增益的最小值；表示S-R链路在中继R工作在全双工模式下能够成功进行传输的信道增益的最小值；表示R-D链路能够成功进行传输的信道增益的最小值；R0为链路的传输速率；γ0表示链路能够成功进行通信的最小信干噪比；Ps为源节点S的发送功率；Pr中继节点R的发送功率节；步骤2.3：根据系统统计特性Ψj和时隙i内的瞬时状态Rk以及预设的工作模式概率表给出的第i个工作模式的概率Pi，选择相应系统的第i个工作模式Mi；其中，i＝1，2，3，4；k＝1，2，3，4，5，6；j＝1，2，3，4，5。
所述工作模式Mi包括如下工作模式：半双工接收模式：当i＝1时，即为工作模式M1，源节点S向中继节点R以固定速率R0发送消息，中继节点R保持静默并且消息被暂存于中继节点R的缓存B中；半双工发送模式：当i＝2时，即为工作模式M2，中继节点R向目的节点D以固定速率R0发送消息，并且消息来自于中继节点R的缓存B，源节点S保持静默；全双工模式：当i＝3时，即为工作模式M3，源节点S向中继节点R以固定速率R0发送消息，消息被暂存于中继节点R的缓存B中；同时，中继节点R向目的节点D以固定速率R0发送消息，消息来自于中继节点R的缓存B；静默模式：当i＝4时，即为工作模式M4，中继节点R、源节点S、目的节点D保持静默，中继节点R的缓存B的状态不变；其中，R0为S-R链路或R-D链路中的固定速率；所述中继节点R包括缓存B。
在工作模式概率表中：当j＝1,k＝1,即系统统计特性Ψ1和瞬时状态R1时，i＝2，即工作模式概率P2为1，选择工作模式M2；当j＝2,k＝1,即系统统计特性Ψ2和瞬时状态R1时，i＝2，即工作模式概率P2为0.5，i＝3，即工作模式概率P3为0.5，选择工作模式M2或工作模式M3；当j＝3,k＝1,即系统统计特性Ψ3和瞬时状态R1时，i＝3，即工作模式概率P3为1，选择工作模式M3；当j＝4,k＝1,即系统统计特性Ψ4和瞬时状态R1时，i＝3，即工作模式概率P1为0.5，i＝3，即工作模式概率P3为0.5，选择工作模式M1或工作模式M3；当j＝5,k＝1,即系统统计特性Ψ5和瞬时状态R1时，i＝1，即工作模式概率P1为1，选择工作模式M1。
当j＝1,k＝2,即系统统计特性Ψ1和瞬时状态R2时，i＝2，即工作模式概率P2为1，选择工作模式M2；当j＝2,k＝2,即系统统计特性Ψ2和瞬时状态R2时，i＝2，即工作模式概率P2为1；当j＝3,k＝2,即系统统计特性Ψ3和瞬时状态R2时，i＝2，即工作模式概率P2为0.5，i＝3，即工作模式概率P3为0.5，选择工作模式M2或工作模式M3；当j＝4,k＝2,即系统统计特性Ψ4和瞬时状态R2时，i＝1，即工作模式概率P1为1，选择工作模式M1；当j＝5,k＝2,即系统统计特性Ψ5和瞬时状态R2时，i＝1，即工作模式概率P1为1，选择工作模式M1。
当j＝1,k＝3,即系统统计特性Ψ1和瞬时状态R3时，i＝2，即工作模式概率P2为1，选择工作模式M2；当j＝2,k＝3,即系统统计特性Ψ2和瞬时状态R3时，i＝2，即工作模式概率P2为1，选择工作模式M2；当j＝3,k＝3,即系统统计特性Ψ3和瞬时状态R3时，i＝2，即工作模式概率P2为1，选择工作模式M2；当j＝4,k＝3,即系统统计特性Ψ4和瞬时状态R3时，i＝1，即工作模式概率P1为1，选择工作模式M1；当j＝5,k＝3,即系统统计特性Ψ5和瞬时状态R3时，i＝2，即工作模式概率P2为0.5，i＝3，即工作模式概率P3为0.5，选择工作模式M2或工作模式M3。
当j＝1,k＝4或5,即系统统计特性Ψ1和瞬时状态R4或R5时，i＝1，即工作模式概率P1为0.5，i＝4，即工作模式概率P4为0.5，选择工作模式M1或工作模式M4；当j＝2,k＝4或5,即系统统计特性Ψ2和瞬时状态R4或R5时，i＝1，即工作模式概率P1为1，选择工作模式M1；当j＝3,k＝4或5,即系统统计特性Ψ3和瞬时状态R4或R5时，i＝1，即工作模式概率P1为1，选择工作模式M1；当j＝4,k＝4或5,即系统统计特性Ψ4和瞬时状态R4或R5时，i＝1，即工作模式概率P1为1，选择工作模式M1；当j＝5,k＝4或5,即系统统计特性Ψ5和瞬时状态R4或R5时，i＝1，即工作模式概率P1为1，选择工作模式M1。
在步骤2.2中：当g2(i)≥g2时，瞬时状态Rk＝R1，在所述时隙i内，系统允许的工作模式为：M1、M2、M3或M4；当g2(i)≥g2时，瞬时状态Rk＝R2，在所述时隙i内，系统运行的工作模式为：M1、M2或M4；当g2(i)≥g2，瞬时状态Rk＝R3，在所述时隙i内，系统允许的工作模式为：M2或M4；当g2(i)＜g2，瞬时状态Rk＝R4，在所述时隙i内，系统允许的工作模式为：M1或M4；当g2(i)＜g2，瞬时状态Rk＝R5，在所述时隙i内，系统允许的工作模式为：M1或M4；当g2(i)＜g2，瞬时状态Rk＝R6，在所述时隙i内，系统允许的工作模式为：M4；其中，表示S-R链路在中继节点R工作在全双工模式下能够成功进行传输的信道增益阈值，其值为表示S-R链路在中继节点R工作在半双工模式下能够成功进行传输的信道增益阈值，其值为g2表示R-D链路能够成功进行传输的信道增益阈值，其值为在步骤1.2中，根据不同瞬时状态类别所对应的概率，将系统划分为如下五种情况：若系统处于不同瞬时状态概率满足时，系统统计特性为Ψ1；若系统处于不同瞬时状态概率满足时，系统统计特性为Ψ2；若系统处于不同瞬时状态概率满足 系统统计特性为Ψ3；若系统处于不同瞬时状态概率满足 系统统计特性为Ψ4；若系统处于不同瞬时状态概率满足 系统统计特性为Ψ5。
下面对本发明提供的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法进行进一步说明：如图2所示，本发明提供的基于统计概率选择的混合双工中继实现系统，以下简称为系统由源节点S,中继节点R，目的节点D组成。源节点S和目的节点D之间不存在直传链路，信息只能通过中继节点R进行传输。假设中继节点R带有缓存B，且能够工作在全双工模式，即：同时同频发射与接收信号，和半双工模式。系统的时间被划分为离散的时隙。记S-R与R-D链路的在第i个时隙内的信道系数分别为h1(i)和h2(i)，并且假设他们是独立的遍历随机过程。所有的信道都受到噪声的干扰。当中继节点R工作在全双工模式，S-R链路除了受到自干扰以外，还会受到残留自干扰。在第i个时隙内，当中继节点R分别工作在半双工与全双工模式时，记S-R链路的信干噪比分别为和由于R-D链路的信噪比不受到残留自干扰的影响，因此，可记其在第i个时隙的信干噪比为其中，概率Ps和Pr分别表示S和R的发送功率，在系统运行过程中恒定。g1(i)＝|h1(i)|2和g2(i)＝|h2(i)|2分别表示S-R和R-D链路在时隙i的信道增益。和分别表示在S-R和R-D链路的噪声方差。IR表示残留自干扰的方差。
如图3所示，在本发明中，假设所有链路都以固定速率R0传输,并且中继能够获得瞬时和全局的信道状况。
那么，在某一个时隙内，中继节点R可以工作在以下四个模式：
1、半双工接收模式(记为M1)：源S节点向中继节点R,以下简称为中继R,即以固定速率R0发送消息，中继R保持静默并且消息被暂存于中继R的缓存B中。
2、半双工发送模式(记为M2)：中继R向目的节点D以固定速率R0发送消息，并且消息来自于中继R的缓存B，源节点S保持静默。
3、全双工模式(记为M3)：源S节点向中继R以固定速率R0发送消息，消息被暂存于中继R的缓存B中。同时，中继R向目的节点D以固定速率R0发送消息，消息来自于中继R的缓存B。
4、静默模式(记为M4)：所有节点保持静默，中继缓存B的状态不变。
可定义S-R链路在中继R工作在半双工与全双工模式下能够成功进行传输的信道增益阈值分别为与R-D链路能够成功进行传输的信道增益阈值为在时隙i，根据瞬时信道增益可以把系统划分为以下6个瞬时状态,如图-3所示：
R1：g2(i)≥g2。该时隙内，系统允许的工作模式包括：M1,M2,M3,M4。
R2：g2(i)≥g2。该时隙内，系统运行的工作模式包括：M1,M2,M4。
R3：g2(i)≥g2。该时隙内，系统允许的工作模式包括：M2,M4。
R4：g2(i)＜g2。该时隙内，系统允许的工作模式包括：M1,M4。
R5：g2(i)＜g2。该时隙内，系统允许的工作模式包括：M1,M4。
R6：g2(i)＜g2。该时隙内，系统允许的工作模式包括：M4。
另外，可以根据信道增益的统计特性，可以将系统划分为以下五种情况
Ψ1:
Ψ2:
Ψ3:
Ψ4:
Ψ5:
其中，表示在系统运行过程中的任意一个时隙i，信道增益处于图3中区域Rk的概率。本发明的具体步骤分为两个部分，如下：
一、系统特性预判：
1、信道估计。中继节点R向源节点S和目的节点D广播导频信号，中继估计信道系数h1(i)和h2(i)。
2、重复步骤1一段时间，统计瞬时状态概率并得到稳定的统计值。判决系统的统计特性属于情况Ψj。
3、获取系统参数。中继R获取S-R和R-D链路的噪声方差，和以及残留自干扰的方差在S和D处的噪声方差IR。用户节点S采用控制信道向中继节点R发送发射功率Ps，中继R设定自身的发送功率为Pr。
二、模式选择：
1、中继R根据现有的信道估计技术获取信道系数h1(i)和h2(i)。
2、中继R计算g1(i)与g2(i)，并判决系统的瞬时状态为Rk。
中继R结合系统统计特性Ψj和瞬时状态为Rk，根据表1给出的概率Pi选择系统的工作模式Mi，其中i＝1，2，3，4。
表1工作模式概率表
备注：未出现的Pi均为0
如图5所示，本发明的具体实施例由发送用户，即源节点S,中继节点R，接受用户即目的节点D组成。S和D之间不存在直传链路，信息只能通过R进行传输。S和R的发送功率为恒定，分别为P1和P2。S-R,R-D链路都以固定速率R0传输。相关变量无特别说明外与上文所述系统模型的假设相同。
系统运行的步骤为：
1、信道估计。中继R向源节点S和目的节点D广播导频信号，中继估计信道系数h1(i)和h2(i)。
2、重复步骤1一段时间，统计瞬时状态概率之后，判决系统的统计特性属于情况Ψj。
3、获取系统参数。中继R获取S-R和R-D链路的噪声方差，和以及残留自干扰的方差在S和D处的噪声方差IR。用户节点S采用控制信道向中继节点R发送自己的系统参数发射功率Ps，中继R设定自身的发送功率为Pr。
4、中继R根据现有的信道估计技术获取信道系数h1(i)和h2(i)。
5、中继R计算g1(i)与g2(i)，并判决系统的瞬时状态为Rk。
6、根据表1给出的概率Pi选择系统的工作模式Mi，其中i＝1，2，3，4。中继R产生一位于[0,1)均匀分布的随机数，其值位于的区间[0,1)，[1，P1+P2)，[1+P2，P1+P2+P3)，[1+P2+P3，1)分别对应与选择工作模式M1，M2，M3，M4。
7、中继R完成在被选中的工作模式下的传输，等待下一时隙到来，并跳转至信道估计步骤。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于统计概率选择的混合双工中继实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据系统特性预判，获取系统参数；
步骤2：根据系统参数，选择相应工作模式；
其中，所述系统为单向译码转发全双工中继系统。
2.根据权利要求1所述的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法，其特征在于，所述步骤1包括如下子步骤：
步骤1.1：中继节点R向源节点S和目的节点D广播导频信号，估计中继节点R获取当前实时信道系数h1(i)和h2(i)；
其中，h1(i)表示第i个时隙内中继节点R向源节点S广播的信道系数，h2(i)表示第i个时隙内中继节点R向目的节点D广播的信道系数；
在预设时间段内，步骤1.1被重复执行；
其中i表示当前系统所处的时隙的序号；
步骤1.2：通过步骤1.1被重复执行，根据g1(i)＝|h1(i)|2,g2(i)＝|h1(i)|2，统计g1(i)与g2(i)处于瞬时状态R1，R2，…，Rk的瞬时状态概率，记为进而确定系统统计特征Ψj；
其中，瞬时状态概率表示在系统运行过程中的预设时间段内的处于第k个瞬时状态类别的概率，k＝1，2，3，4，5，6；j表示根据瞬时状态概率的相对大小关系，判定系统统计特性所处的类别；
k为第i个时隙内系统的瞬时状态类别；
步骤1.3：中继节点R获取源节点S的发送功率Ps、中继节点R的发送功率Pr、S-R链路的噪声方差R-D链路的噪声方差以及获取残留自干扰的噪声方差IR；
所述S-R链路为中继节点R和源节点S之间的链路；
所述R-D链路为中继节点R和目的节点D之间的链路；
其中，所述系统参数包括：系统统计特征Ψj、S-R链路的噪声方差R-D链路的噪声方差残留自干扰的噪声方差IR。
3.根据权利要求2所述的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法，其特征在于，所述步骤2包括如下子步骤：
步骤2.1：根据中继节点R向源节点S和目的节点D广播的导频信号，确定中继节点R获取当前实时信道系数h1(i)和h2(i)；
步骤2.2：根据已获取信道系数h1(i)和h2(i)获取信道增益阈值g1(i)＝|h1(i)|2与g2(i)＝|h2(i)|2；根据信道增益阈值与g2，确定第i个时隙内的系统状态为第k个瞬时状态Rk；
其中，k表示根据信道增益g1(i)与g2(i)判定的系统瞬时状态的所属的类别；k＝1，2，3，4，5，6；
表示S-R链路在中继节点R工作在半双工模式下能够成功进行传输的信道增益的最小值；
表示S-R链路在中继R工作在全双工模式下能够成功进行传输的信道增益的最小值；
表示R-D链路能够成功进行传输的信道增益的最小值；
R0为链路的传输速率；γ0表示链路能够成功进行通信的最小信干噪比；
Ps为源节点S的发送功率；
Pr中继节点R的发送功率节；
步骤2.3：根据系统统计特性Ψj和时隙i内的瞬时状态Rk以及预设的工作模式概率表给出的第i个工作模式的概率Pi，选择相应系统的第i个工作模式Mi；
其中，i＝1，2，3，4；
k＝1，2，3，4，5，6；
j＝1，2，3，4，5。
4.根据权利要求3所述的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法，其特征在于，所述工作模式Mi包括如下工作模式：
半双工接收模式：当i＝1时，即为工作模式M1，源节点S向中继节点R以固定速率R0发送消息，中继节点R保持静默并且消息被暂存于中继节点R的缓存B中；
半双工发送模式：当i＝2时，即为工作模式M2，中继节点R向目的节点D以固定速率R0发送消息，并且消息来自于中继节点R的缓存B，源节点S保持静默；
全双工模式：当i＝3时，即为工作模式M3，源节点S向中继节点R以固定速率R0发送消息，消息被暂存于中继节点R的缓存B中；同时，中继节点R向目的节点D以固定速率R0发送消息，消息来自于中继节点R的缓存B；
静默模式：当i＝4时，即为工作模式M4，中继节点R、源节点S、目的节点D保持静默，中继节点R的缓存B的状态不变；
其中，R0为S-R链路或R-D链路中的固定速率；
所述中继节点R包括缓存B。
5.根据权利要求4所述的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法，其特征在于，在工作模式概率表中：
当j＝1,k＝1,即系统统计特性Ψ1和瞬时状态R1时，i＝2，即概率P2为1，选择工作模式M2；
当j＝2,k＝1,即系统统计特性Ψ2和瞬时状态R1时，i＝2，即概率P2为0.5，i＝3，即概率P3为0.5，选择工作模式M2或工作模式M3；
当j＝3,k＝1,即系统统计特性Ψ3和瞬时状态R1时，i＝3，即概率P3为1，选择工作模式M3；
当j＝4,k＝1,即系统统计特性Ψ4和瞬时状态R1时，i＝3，即概率P1为0.5，i＝3，即概率P3为0.5，选择工作模式M1或工作模式M3；
当j＝5,k＝1,即系统统计特性Ψ5和瞬时状态R1时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1。
6.根据权利要求5所述的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法，其特征在于，当j＝1,k＝2,即系统统计特性Ψ1和瞬时状态R2时，i＝2，即概率P2为1，选择工作模式M2；
当j＝2,k＝2,即系统统计特性Ψ2和瞬时状态R2时，i＝2，即概率P2为1；
当j＝3,k＝2,即系统统计特性Ψ3和瞬时状态R2时，i＝2，即概率P2为0.5，i＝3，即概率P3为0.5，选择工作模式M2或工作模式M3；
当j＝4,k＝2,即系统统计特性Ψ4和瞬时状态R2时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1；
当j＝5,k＝2,即系统统计特性Ψ5和瞬时状态R2时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1。
7.根据权利要求6所述的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法，其特征在于，当j＝1,k＝3,即系统统计特性Ψ1和瞬时状态R3时，i＝2，即概率P2为1，选择工作模式M2；
当j＝2,k＝3,即系统统计特性Ψ2和瞬时状态R3时，i＝2，即概率P2为1，选择工作模式M2；
当j＝3,k＝3,即系统统计特性Ψ3和瞬时状态R3时，i＝2，即概率P2为1，选择工作模式M2；
当j＝4,k＝3,即系统统计特性Ψ4和瞬时状态R3时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1；
当j＝5,k＝3,即系统统计特性Ψ5和瞬时状态R3时，i＝2，即概率P2为0.5，i＝3，即概率P3为0.5，选择工作模式M2或工作模式M3。
8.根据权利要求7所述的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法，其特征在于，当j＝1,k＝4或5,即系统统计特性Ψ1和瞬时状态R4或R5时，i＝1，即概率P1为0.5，i＝4，即概率P4为0.5，选择工作模式M1或工作模式M4；
当j＝2,k＝4或5,即系统统计特性Ψ2和瞬时状态R4或R5时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1；
当j＝3,k＝4或5,即系统统计特性Ψ3和瞬时状态R4或R5时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1；
当j＝4,k＝4或5,即系统统计特性Ψ4和瞬时状态R4或R5时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1；
当j＝5,k＝4或5,即系统统计特性Ψ5和瞬时状态R4或R5时，i＝1，即概率P1为1，选择工作模式M1。
9.根据权利要求3所述的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法，其特征在于，在步骤2.2中：
当g2(i)≥g2时，瞬时状态Rk＝R1，在所述时隙i内，系统允许的工作模式为：M1、M2、M3或M4；
当g2(i)≥g2时，瞬时状态Rk＝R2，在所述时隙i内，系统运行的工作模式为：M1、M2或M4；
当g2(i)≥g2，瞬时状态Rk＝R3，在所述时隙i内，系统允许的工作模式为：M2或M4；
当g2(i)＜g2，瞬时状态Rk＝R4，在所述时隙i内，系统允许的工作模式为：M1或M4；
当g2(i)＜g2，瞬时状态Rk＝R5，在所述时隙i内，系统允许的工作模式为：M1或M4；
当g2(i)＜g2，瞬时状态Rk＝R6，在所述时隙i内，系统允许的工作模式为：M4；
其中，表示S-R链路在中继节点R工作在全双工模式下能够成功进行传输的信道增益阈值，其值为
表示S-R链路在中继节点R工作在半双工模式下能够成功进行传输的信道增益阈值，其值为
g2表示R-D链路能够成功进行传输的信道增益阈值，其值为
10.根据权利要求2所述的基于统计概率选择的混合双工中继实现方法，其特征在于，在步骤1.2中，
根据不同瞬时状态类别所对应的概率，将系统划分为如下五种情况：
若系统处于不同瞬时状态概率满足时，系统统计特性为Ψ1；
若系统处于不同瞬时状态概率满足 时，系统统计特性为Ψ2；
若系统处于不同
瞬时状态概率满足时，系统统计特性为Ψ3；
若系统处于不同瞬时状态概率满足时，系统统计特性为Ψ4；
若系统处于不同瞬时状态概率满足时，系统统计特性为Ψ5。
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