CN109951238A - 一种基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法。步骤1：获取过时的信道状态信息；步骤2：通过信道统计结果获得统计平均信道状态信息；步骤3：计算信道衰减因子；步骤4：根据计算的信道衰减因子选择过时的瞬时信道状态信息或统计平均信道状态信息作为反馈信道状态信息。本发明所述的基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法，简单易行，计算量小，这种方法能在不同的时变水声信道下选取合适的信道状态信息作为反馈信道，有效的减少时变水声信道对反馈的信道状态信息的影响。

Description

一种基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法

技术领域

本发明涉及的是一种水声通信网络，具体地说是一种过时水声信道状态信息选取方法。

背景技术

水声信道的时变、空变、频变特性使其成为复杂的快速变化的无线信道，为保证系统在各种信道条件下均能达到预期的性能，水声信道的调制和编码等参数往往釆用的是根据信道状态最差条件来设计的固定方式，这个导致信道容量无法得到充分利用。因此，如果能根据水声信道时-空-频变的特性，在信道估计的基础上，采用自适应调制和参数选择，适时地利用有利信道条件、规避不利信道条件，能使通信信道容量得以充分利用。相对于无线电领域，水声领域的自适应接入方法有一系列的难点。其中难点之一在于水声信道的时变性，在自适应系统中要根据信道状态作参数调整的，水声环境的随机时变导致信道状态不断变化，只有对信号自适应传输时刻的信道做出准确的判断，才可以保证自适应方法的有效性。由于信道中大的传输时延，大时延会导致反馈信息相对于真实传输时刻是一个过时的信道状态信息，这种过时的信息对水声自适应系统有怎样的影响也是一个研究的重点和难点。

已知的水声自适应OFDMA系统中，通常都假设信道在一段时间内是不变的，或者直接采用过时的信道状态信息进行反馈，例如，Seventh International Conference onUbiquitous and Future Networks杂志在2015年发表的“A heuristic resourceallocation method for underwater uplink OFDMA system”论文中提出了一种启发式的水声上行OFDMA系统的资源分配方法，其假设信道状态信息在信道估计和资源分配的这段时间是不变的；Journal of Communications&Networks杂志2016发表的“Adaptive OFDMAwith partial CSI for downlink underwater acoustic communications”论文中以过时的统计平均信道状态信息作为反馈信道，但其性能并没有明显优于采用过时的瞬时信道状态信息进行反馈的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效减少时变水声信道对反馈的信道状态信息的影响的基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法。

本发明的目的是这样实现的：

步骤1：获取过时的信道状态信息；

步骤2：通过信道统计结果获得统计平均信道状态信息；

步骤3：计算信道衰减因子；

步骤4：根据计算的信道衰减因子选择过时的瞬时信道状态信息或统计平均信道状态信息作为反馈信道状态信息。

本发明还可以包括：

1.所述的获取过时的信道状态信息中，每次完整的握手过程都通过请求发送数据指令消息RTS信号获得一个信道状态信息，其中每个通过RTS信号获得的信道状态信息都作为过时的瞬时信道状态信息。

2.所述的完整的握手过程为：首先，主节点广播一个测试信号Test和一个请求发送数据指令消息RTS，其中Test信号和RTS信号相隔3秒，每个数据节点根据接收到的RTS来估计信道；然后，每个子节点依据事先确定好的时序回复主节点一个准备发送指消息令CTS，其中估计到的信道状态信息嵌入CTS被反馈回去；主节点根据收集到的所有节点的信道状态信息，通过最优算法进行载波-功率-比特调制联合优化；最后，主节点广播最优分配方案和数据包，分配方案是嵌入数据包前面的一个声明消息ANC，每个节点接收到ANC后，物理层依据最优方案解调本节点的数据。

3.所述通过长时间的信道统计结果获得统计平均信道状态信息具体包括：

将多次握手获得的信道状态信息进行统计平均处理得到统计平均信道状态信息，信道统计结果服从均值为的分布，以作为统计平均信道状态信息。

4.所述的计算信道衰减因子具体包括：

通过计算Test信号和RTS信号估计的信道状态信息的相关性作为信道衰减因子，信道衰减因子作为判断信道时变快慢的依据。

5.以时间序列n₃为参考，在时间序列n₁与n₂间的信道衰减因子Δρ在第k个子载波上的值为：

其中ρ[k；p_n；n_i,n_j]代表n_i,n_j时间间隔的数据包p_n上的第k个子载波的相关性。

6.根据计算的信道衰减因子选择过时的瞬时信道状态信息CSI或统计平均信道状态信息CSI作为反馈信道状态信息CSI_feedback具体包括：

定义当信道衰减因子Δρ小于等于0.6时为慢时变信道，选取统计平均信道状态信息作为反馈信道状态信息；当信道衰减因子Δρ大于0.6时为快时变信道，选取过时的瞬时信道状态信息作为反馈信道状态信息，即：

本发明的基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法中，针对下行自适应水声OFDMA系统的过时信道状态信息的问题，研究了水声信道状态信息的统计平均特性，提出了以统计平均信道状态信息作为一种反馈信道，并与过时的瞬时信道状态信息相比，通过计算信道相关性衰减因子与特定的门限作为比较，来选取统计平均信道状态信息或过时的瞬时信道状态信息作为反馈信道状态信息。本发明所述的基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法，简单易行，计算量小，这种方法能在不同的时变水声信道下选取合适的信道状态信息作为反馈信道，有效的减少时变水声信道对反馈的信道状态信息的影响。

附图说明

图1为基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法原理图；

图2为下行水声自适应OFDMA握手原理图；

图3为长时间信道统计原理图；

图4为信道衰减因子计算示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法。本发明在下行水声OFDMA系统下，提出了一种新的过时信道状态信息的反馈方案——基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法，这种方法能在不同的时变水声信道下选取合适的信道状态信息作为反馈信道，有效的减少时变水声信道对反馈的信道状态信息的影响。主要包括如下步骤：

步骤1：获取过时的信道状态信息；

步骤2：通过长时间的信道统计结果获得统计平均信道状态信息；

步骤3：计算信道衰减因子；

步骤4：根据计算的信道衰减因子选择过时的瞬时信道状态信息或统计平均信道状态信息作为反馈信道状态信息。

下面举例对本发明做更详细的描述。

在水声OFDMA自适应系统中，由于信道中大的传输时延，大时延会导致反馈信息相对于真实传输时刻是一个过时的信道状态信息，通过计算信道衰减因子选取合适的信道状态信息，可以有效的减少时变水声信道对反馈的信道状态信息的影响。

步骤1：获取过时的信道状态信息；

在一个下行水声OFDMA系统中，一个完整的握手过程为：

首先，主节点广播一个很短测试信号(Test)和一个请求发送数据指令消息(RTS)，其中Test信号和RTS信号相隔3秒，每个数据节点可以根据接收到的RTS来估计信道；然后，每个子节点依据事先确定好的时序回复主节点一个准备发送指消息令(CTS)，其中估计到的信道状态信息嵌入CTS被反馈回去；主节点根据收集到的所有节点的信道状态信息，通过最优算法进行载波-功率-比特调制联合优化；最后，主节点广播最优分配方案和数据包，分配方案是嵌入数据包前面的一个声明消息(ANC)，则每个节点接收到ANC后，物理层依据最优方案解调本节点的数据。

因此，每次完整的握手过程都能通过RTS信号获得一个信道状态信息，其中每个通过RTS信号获得的信道状态信息都作为过时的瞬时信道状态信息。

步骤2：通过长时间的信道统计结果获得统计平均信道状态信息；

本发明将多次握手获得的信道状态信息进行统计平均处理得到统计平均信道状态信息，比如长时间的信道统计结果服从均值为的分布，我们就以作为统计平均信道状态信息；

步骤3：计算信道衰减因子；

我们通过计算Test信号和RTS信号估计的信道状态信息的相关性作为信道衰减因子，信道衰减因子可以作为判断信道时变快慢的依据。以时间序列n₃为参考，在时间序列n₁与n₂间的信道衰减因子Δρ在第k个子载波上的值为：

其中ρ[k；p_n；n_i,n_j]代表n_i,n_j时间间隔的数据包p_n上的第k个子载波的相关性。

步骤4：根据计算的信道衰减因子选择过时的瞬时信道状态信息(outdated-instantaneous CSI)或统计平均信道状态信息(outdated-average CSI)作为反馈信道状态信息(CSI_feedback)；

根据仿真和海试数据分析可以知道过时的瞬时信道状态信息更适用于快时变信道，而统计平均信道状态信息更适用于慢时变信道，我们定义当信道衰减因子Δρ小于等于0.6时为慢时变信道，此时我们选取统计平均信道状态信息作为反馈信道状态信息，当信道衰减因子Δρ大于0.6时为快时变信道，此时我们选取过时的瞬时信道状态信息作为反馈信道状态信息，即：

Claims (7)

1.一种基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法，其特征是：

步骤1：获取过时的信道状态信息；

步骤2：通过信道统计结果获得统计平均信道状态信息；

步骤3：计算信道衰减因子；

步骤4：根据计算的信道衰减因子选择过时的瞬时信道状态信息或统计平均信道状态信息作为反馈信道状态信息。

2.根据权利要求1所述的基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法，其特征是：所述的获取过时的信道状态信息中，每次完整的握手过程都通过请求发送数据指令消息RTS信号获得一个信道状态信息，其中每个通过RTS信号获得的信道状态信息都作为过时的瞬时信道状态信息。

3.根据权利要求2所述的基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法，其特征是：所述的完整的握手过程为：首先，主节点广播一个测试信号Test和一个请求发送数据指令消息RTS，其中Test信号和RTS信号相隔3秒，每个数据节点根据接收到的RTS来估计信道；然后，每个子节点依据事先确定好的时序回复主节点一个准备发送指消息令CTS，其中估计到的信道状态信息嵌入CTS被反馈回去；主节点根据收集到的所有节点的信道状态信息，通过最优算法进行载波-功率-比特调制联合优化；最后，主节点广播最优分配方案和数据包，分配方案是嵌入数据包前面的一个声明消息ANC，每个节点接收到ANC后，物理层依据最优方案解调本节点的数据。

4.根据权利要求1所述的基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法，其特征是所述通过长时间的信道统计结果获得统计平均信道状态信息具体包括：将多次握手获得的信道状态信息进行统计平均处理得到统计平均信道状态信息，信道统计结果服从均值为的分布，以作为统计平均信道状态信息。

5.根据权利要求1所述的基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法，其特征是所述的计算信道衰减因子具体包括：通过计算Test信号和RTS信号估计的信道状态信息的相关性作为信道衰减因子，信道衰减因子作为判断信道时变快慢的依据。

6.根据权利要求5所述的基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法，其特征是以时间序列n₃为参考，在时间序列n₁与n₂间的信道衰减因子Δρ在第k个子载波上的值为：

其中ρ[k；p_n；n_i,n_j]代表n_i,n_j时间间隔的数据包p_n上的第k个子载波的相关性。

7.根据权利要求1所述的基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法，其特征是根据计算的信道衰减因子选择过时的瞬时信道状态信息CSI或统计平均信道状态信息CSI作为反馈信道状态信息CSI_feedback具体包括：

定义当信道衰减因子Δρ小于等于0.6时为慢时变信道，选取统计平均信道状态信息作为反馈信道状态信息；当信道衰减因子Δρ大于0.6时为快时变信道，选取过时的瞬时信道状态信息作为反馈信道状态信息，即：