CN112332890B - 一种三时段协作多址接入的协作传输方法 - Google Patents

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CN112332890B CN202011001988.5A CN202011001988A CN112332890B CN 112332890 B CN112332890 B CN 112332890B CN 202011001988 A CN202011001988 A CN 202011001988A CN 112332890 B CN112332890 B CN 112332890B
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Abstract

本发明公开了一种三时段协作多址接入的协作传输方法，在双发射端，先将待发送消息按照时间块分时间段拆分，并交付于发射端，然后两发射端按照时间块分时间段协作传输信号；在接收端端，按照时间块分时间段接收并贮存接收到的信号，然后采用后向解码方式解码来自不同发射端的消息；这样两个发射端使用非理想全双工模式通信，可以同时在同一频率收发信号，且传输也会受到未能完全消除的残余自干扰的影响。

Description

一种三时段协作多址接入的协作传输方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种三时段协作多址接入的协作传输方法。
背景技术
发射端合作信号传输是指两个或者多个发射端相互协作向接收端传输信号，以达到增加传输速率的一种技术。协作信号传输技术是无线通信领域的一种关键技术，被广泛应用在蜂窝无线通信中。相比于在蜂窝网络中增加专门用于协作的中继设备，发射端的相互协作使协作行为更加容易发生，从而使其有广泛的应用前景。
在考虑两个发射端一个接收端时，目前的发射端协作传输可以分为两类：半双工协作传输和全双工协作传输。
在半双工协作传输技术中，两个发射端采用半双工方式相互通信，形成协作信号，然后同时向接收端发射。由于采用了半双工方式，相比于全双工方式，信道资源没有得到充分的利用，所以其传输速率比理想的全双工协作方式小。
若使用全双工技术，同时同频收发信息会带来的自干扰。同时由于目前技术的局限性，自干扰无法完全被消除，因此系统会受到残余自干扰的影响。然而在现有的全双工协作传输技术中，每个发射端被假设采用了理想的无残余自干扰的全双工技术。由于没有考虑到残余自干扰的影响，因此损失了一部分传输速率。
从以上分析可以看出，现有的发射端协作传输技术在传输速率上不能同时取得理想的效果，因此，对发射端相互协作传输技术进行深入研究是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三时段协作多址接入的协作传输方法，充分考虑了采用全双工技术引起的残余自干扰，并且引入多个时段，在每个时段采取不同的功率分配策略，从而具有传输速率高的优点。
为实现上述发明目的，本发明一种三时段协作多址接入的协作传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、待发送消息预处理
(1.1)、设置时间块i＝1,2,3,…,N，N为时间块个数；每个时间块分三个时间段j＝1,2,3，每个时间段又分开始、中间、结束三个阶段，其中，时间段j的长度αj归一化为0≤αj≤1且α1+α2+α3＝1；
(1.2)、发射端k将其待发射消息按照时间块拆分为wk(i)，在每个时间块中，发射端k又将消息wk(i)拆分为wk,0(i)和
Figure BDA0002694652420000021
之后按阶段又将wk,0(i)和
Figure BDA0002694652420000022
拆分为消息wk,0,j(i)和
Figure BDA0002694652420000023
最后将wk,0,j(i)和
Figure BDA0002694652420000024
将交付于发射端k协作传输；
同理，发射端
Figure BDA0002694652420000025
将其待发射消息按照时间块拆分为
Figure BDA0002694652420000026
在每个时间块中，发射端
Figure BDA0002694652420000027
又将消息
Figure BDA0002694652420000028
拆分为
Figure BDA00026946524200000235
和
Figure BDA0002694652420000029
之后按阶段又将
Figure BDA00026946524200000210
和
Figure BDA00026946524200000211
拆分为消息
Figure BDA00026946524200000212
和
Figure BDA00026946524200000213
最后将
Figure BDA00026946524200000214
和
Figure BDA00026946524200000215
将交付于发射端
Figure BDA00026946524200000216
协作传输；
(2)、两发射端按照时间块分时间段协作传输信号
(2.1)、两发射端在第一个时间块的第j个时间段协作传输信号；
(2.1.1)、在第一个时间块的第j个时间段的开始阶段发射端k产生信号xk,0,j(1)和
Figure BDA00026946524200000217
Figure BDA00026946524200000218
Figure BDA00026946524200000219
发射端
Figure BDA00026946524200000220
产生信号xk,0,j(1)和
Figure BDA00026946524200000221
Figure BDA00026946524200000222
Figure BDA00026946524200000223
其中，wk,0,j(1)和
Figure BDA00026946524200000224
为发送端k在第一个时间块的第j个时间段的中间阶段需要传输的消息，
Figure BDA00026946524200000225
和
Figure BDA00026946524200000226
为发射端
Figure BDA00026946524200000227
在第一个时间块的第j个时间段的中间阶段需要传输的消息；设置消息
Figure BDA00026946524200000228
和
Figure BDA00026946524200000229
初始值为1；
Figure BDA00026946524200000230
和
Figure BDA00026946524200000231
服从高斯分布
Figure BDA00026946524200000232
(0,1)，且要求不同消息对应的
Figure BDA00026946524200000233
和
Figure BDA00026946524200000234
相互独立；
(2.1.2)、在第一个时间块的第j个时间段的中间阶段生成两发射端的发送信号；
Figure BDA0002694652420000031
Figure BDA0002694652420000032
其中，pk,0,j、
Figure BDA0002694652420000033
和
Figure BDA0002694652420000034
分别为分配给信号xk,0,j(1)、
Figure BDA0002694652420000035
和
Figure BDA0002694652420000036
的功率；
(2.1.3)、在第一个时间块的第j个时间段的中间阶段，两发射端的发送信号tk,j(1)、
Figure BDA0002694652420000037
同时接收信号rk,j(1)、
Figure BDA0002694652420000038
Figure BDA0002694652420000039
Figure BDA00026946524200000310
其中，
Figure BDA00026946524200000311
是发射端
Figure BDA00026946524200000312
到发射端k信道的信道系数，
Figure BDA00026946524200000313
是发射端k到发射端
Figure BDA00026946524200000314
信道的信道系数，hk和
Figure BDA00026946524200000315
是发射端k和
Figure BDA00026946524200000330
处的残余自干扰信道系数，|h1|2和|h2|2是残余自干扰信道的功率增益，由发射端自干扰消除性能决定，zk,j(1)和
Figure BDA00026946524200000316
是均值为0且方差分别为Nk和
Figure BDA00026946524200000317
的高斯白噪声；
(2.1.4)、在第一个时间块的第j个时间段的结束阶段，发射端k从信号rk,j(1)中解码出来自发射端
Figure BDA00026946524200000318
的消息
Figure BDA00026946524200000319
发射端
Figure BDA00026946524200000320
从信号
Figure BDA00026946524200000321
中解码出来自发射端k的消息
Figure BDA00026946524200000322
(2.1.5)、按照步骤(2.1.1)—(2.1.4)的方法，当第一个时间块的三个时间段处理完成后，将三个时间段解码得到的消息进行合并，最终发射端k获得消息
Figure BDA00026946524200000323
发射端
Figure BDA00026946524200000324
获得消息
Figure BDA00026946524200000325
最后，将消息
Figure BDA00026946524200000326
和
Figure BDA00026946524200000327
分别重新划分为
Figure BDA00026946524200000328
和
Figure BDA00026946524200000329
j＝1,2,3；
(2.2)、两发射端在第i个时间块的第j个时间段协作传输信号，i＝2,3,…,N-1；
(2.2.1)、在第i个时间块的第j个时间段的开始阶段产生发射端k产生信号信号xk,0,j(i)、
Figure BDA0002694652420000041
和uk,j(i-1)；
Figure BDA0002694652420000042
Figure BDA0002694652420000043
Figure BDA0002694652420000044
发射端
Figure BDA0002694652420000045
产生信号信号
Figure BDA0002694652420000046
和
Figure BDA0002694652420000047
Figure BDA0002694652420000048
Figure BDA0002694652420000049
Figure BDA00026946524200000410
其中，wk,0,j(i)和
Figure BDA00026946524200000411
为发送端k在第i个时间块的第j个时间段的中间阶段需要传输的消息，
Figure BDA00026946524200000412
和
Figure BDA00026946524200000413
为发射端
Figure BDA00026946524200000414
在第i个时间块的第j个时间段的中间阶段需要传输的消息；
Figure BDA00026946524200000415
为两发送端在前一个时间块的第j个时间段的中间阶段需要传输的消息；
Figure BDA00026946524200000416
和
Figure BDA00026946524200000417
服从高斯分布
Figure BDA00026946524200000418
(0,1)，且要求不同消息对应的
Figure BDA00026946524200000419
和
Figure BDA00026946524200000420
相互独立；
(2.2.2)、在第i个时间块的第j个时间段的中间阶段生成两发射端的发送信号；
Figure BDA00026946524200000421
Figure BDA00026946524200000422
其中，pk,0,j、
Figure BDA00026946524200000423
pu,k,j、
Figure BDA00026946524200000424
和
Figure BDA00026946524200000425
分别为分配给信号xk,0,j(i)、
Figure BDA00026946524200000426
uk,j(i-1)、
Figure BDA00026946524200000427
和
Figure BDA00026946524200000428
的功率；
(2.2.3)、在第i个时间块的第j个时间段的中间阶段时，两发射端的发送信号tk,j(i)、
Figure BDA00026946524200000429
同时接收信号rk,j(i)、
Figure BDA00026946524200000430
Figure BDA00026946524200000431
Figure BDA0002694652420000051
其中，zk,j(i)和
Figure BDA0002694652420000052
是均值为0且方差分别为Nk和
Figure BDA0002694652420000053
的高斯白噪声；
(2.2.4)、在第i个时间块的第j个时间段的结束阶段时，发射端k从信号rk,j(i)中解码出来自发射端
Figure BDA0002694652420000054
的消息
Figure BDA0002694652420000055
发射端
Figure BDA0002694652420000056
从信号
Figure BDA0002694652420000057
中解码出来自发射端k的消息
Figure BDA0002694652420000058
(2.2.5)、按照步骤(2.2.1)—(2.2.4)的方法，当第i个时间块的三个时间段处理完成后，将三个时间段解码得到的消息进行合并，最终发射端k获得消息
Figure BDA0002694652420000059
发射端
Figure BDA00026946524200000510
获得消息
Figure BDA00026946524200000511
最后，将消息
Figure BDA00026946524200000512
和
Figure BDA00026946524200000513
分别重新划分为
Figure BDA00026946524200000514
和
Figure BDA00026946524200000515
j＝1,2,3；
(2.3)、两发射端在第N个时间块分时段协作传输信号；
在第N个时间块，两发射端不再传输新的消息，因此设置wk,0,j(N)和
Figure BDA00026946524200000516
为1，然后按照第i个时间块分时段协作传输信号，当处理至第i个时间块的第j个时间段的中间阶段时，两发射端的只需要发送信号tk,j(N)、
Figure BDA00026946524200000517
同时接收信号rk,j(N)、
Figure BDA00026946524200000518
无须后面的消息解码；
(3)、接收端按照时间块分时间段接收并贮存接收到的信号，其中，第i个时间块第j个时间段接收到的信号r0,j(i)为：
Figure BDA00026946524200000519
其中，hk0和
Figure BDA00026946524200000520
分别发射端k和
Figure BDA00026946524200000525
到接收端的信道的信道系数，z0,j(i)是均值为0且方差分别为N0的高斯白噪声；
(4)、接收端采用后向解码方式解码来自不同发射端的消息；
(4.1)、从第N个时间块的第j个时间段接收到的信号中解码消息；
(4.1.1)、从第N个时间块的第j个时间段接收到的信号r0,j(N)中解码出消息
Figure BDA00026946524200000521
和
Figure BDA00026946524200000522
(4.1.2)、将第N个时间块的3个时间段的消息
Figure BDA00026946524200000523
和
Figure BDA00026946524200000524
组合，得到信息
Figure BDA0002694652420000061
和
Figure BDA0002694652420000062
再将
Figure BDA0002694652420000063
和
Figure BDA0002694652420000064
按时间段重新分解，得到信息
Figure BDA0002694652420000065
和
Figure BDA0002694652420000066
(4.2)、从第i个时间块的第j个时间段接收到的信号中解码消息，i＝2,3,…,N-1；
(4.2.1)、第i个时间块的第j个时间段接收到的信号r0,j(i)包括消息
Figure BDA0002694652420000067
其中，消息
Figure BDA0002694652420000068
和
Figure BDA0002694652420000069
已经在前一时间块中按倒序获得，因此，接收端可从信号中解码出消息
Figure BDA00026946524200000610
(4.2.2)、将3个时间段消息
Figure BDA00026946524200000611
和
Figure BDA00026946524200000612
合成为
Figure BDA00026946524200000613
和
Figure BDA00026946524200000614
最后将
Figure BDA00026946524200000615
和
Figure BDA00026946524200000616
按时间段重新分解，得到消息
Figure BDA00026946524200000617
和
Figure BDA00026946524200000618
(4.3)、从第一个时间块的第j个时间段接收到的信号中解码消息；
从第一个时间块的第j个时间段接收到的信号r0,j(i)包括消息
Figure BDA00026946524200000619
且消息
Figure BDA00026946524200000620
和
Figure BDA00026946524200000621
已经在前一时间块中按倒序获得，
Figure BDA00026946524200000622
和
Figure BDA00026946524200000623
为常数，因此，接收端从信号中解码信息
Figure BDA00026946524200000624
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种三时段协作多址接入的协作传输方法，在双发射端，先将待发送消息按照时间块分时间段拆分，并交付于发射端，然后两发射端按照时间块分时间段协作传输信号；在接收端端，按照时间块分时间段接收并贮存接收到的信号，然后采用后向解码方式解码来自不同发射端的消息；这样两个发射端使用非理想全双工模式通信，可以同时在同一频率收发信号，且传输也会受到未能完全消除的残余自干扰的影响。
同时，本发明一种三时段协作多址接入的协作传输方法还具有以下有益效果：
(1)、本发明提出了一种三时段协作多址接入(3P-CMA)方案，两个同时同频全双工发射端同时向同一个接收端发送各自的消息，且每个发射端解码并转发来自另一个发射端的部分消息；但又不同于以往全双工协作多接入方法，这里我们考虑的是非理想全双工发射端，其中每个发射端的残余自干扰功率与发射信号的功率成正比，它们可同时在同一频率收发信号，且传输也会受到未能完全消除的残余自干扰的影响。
(2)、在本发明中，由于两个发射端使用非理想全双工模式通信，它们可同时在同一频率收发信号，且传输也会受到未能完全消除的残余自干扰的影响，而3P-CMA方案是时分双工TDD方案的推广，所以无论残余自干扰信道功率增益如何，3P-CMA方案的传输速率始终超过TDD方案。
(3)、由于残余自干扰的存在，功率分配问题与已有协作多接入方案的功率分频问题有很大的不同，通过考虑残余自干扰，本发明考虑了一个更具实用性和通用性的问题。
附图说明
图1是本发明一种三时段协作多址接入的协作传输方法流程图；
图2是两个全双工发射端的协作多接入信道示意图；
图3是不同
Figure BDA0002694652420000071
对应的可达速率范围示意图；
图4是不同|hk|2对应的可达速率范围示意图；
图5是当Rk＝0时各方案的可达速率示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明一种三时段协作多址接入的协作传输方法流程图。
在本实施例中，如图2所示，为两个非理想全双工发射端和一个目标节点组成的网络。针对该网络，我们提出了三时段协作多址接入(3P-CMA)方案，在此方案中三个时段，发射端采用不同的功率分配方式。
具体来说，3P-CMA方案描述如下。在N个时间块中，两个发射端同时传输到接收端。每个时块中含有三个时间段，其编号为j＝1,2,3。我们用发射端
Figure BDA0002694652420000081
表示与发射端k协作的另外一个发射端。如果k＝1，则
Figure BDA0002694652420000082
如果k＝2，则
Figure BDA0002694652420000083
如图1所示，下面我们对本发明一种三时段协作多址接入的协作传输方法进行详细说明，包括以下步骤：
S1、待发送消息预处理
S1.1、设置时间块i＝1,2,3,…,N，N为时间块个数；每个时间块分三个时间段j＝1,2,3，每个时间段又分开始、中间、结束三个阶段，其中，时间段j的长度αj归一化为0≤αj≤1且α1+α2+α3＝1；
S1.2、发射端k将其待发射消息按照时间块拆分为wk(i)，在每个时间块中，发射端k又将消息wk(i)拆分为wk,0(i)和
Figure BDA0002694652420000084
之后按阶段又将wk,0(i)和
Figure BDA0002694652420000085
拆分为消息wk,0,j(i)和
Figure BDA0002694652420000086
最后将wk,0,j(i)和
Figure BDA0002694652420000087
将交付于发射端k协作传输；
同理，发射端
Figure BDA0002694652420000088
将其待发射消息按照时间块拆分为
Figure BDA0002694652420000089
在每个时间块中，发射端
Figure BDA00026946524200000810
又将消息
Figure BDA00026946524200000811
拆分为
Figure BDA00026946524200000812
和
Figure BDA00026946524200000813
之后按阶段又将
Figure BDA00026946524200000814
和
Figure BDA00026946524200000815
拆分为消息
Figure BDA00026946524200000816
和
Figure BDA00026946524200000817
最后将
Figure BDA00026946524200000818
和
Figure BDA00026946524200000819
将交付于发射端
Figure BDA00026946524200000820
协作传输；
S2、两发射端按照时间块分时间段协作传输信号
S2.1、两发射端在第一个时间块的第j个时间段协作传输信号；
S2.1.1、在第一个时间块的第j个时间段的开始阶段发射端k产生信号xk,0,j(1)和
Figure BDA00026946524200000821
Figure BDA00026946524200000822
Figure BDA00026946524200000823
发射端
Figure BDA00026946524200000824
产生信号xk,0,j(1)和
Figure BDA00026946524200000825
Figure BDA00026946524200000826
Figure BDA00026946524200000827
其中，wk,0,j(1)和
Figure BDA00026946524200000828
为发送端k在第一个时间块的第j个时间段的中间阶段需要传输的消息，
Figure BDA00026946524200000829
和
Figure BDA00026946524200000830
为发射端
Figure BDA00026946524200000831
在第一个时间块的第j个时间段的中间阶段需要传输的消息；设置消息
Figure BDA0002694652420000091
和
Figure BDA0002694652420000092
初始值为1；
Figure BDA0002694652420000093
和
Figure BDA0002694652420000094
服从高斯分布
Figure BDA0002694652420000095
(0,1)，且要求不同消息对应的
Figure BDA0002694652420000096
和
Figure BDA0002694652420000097
相互独立；
S2.1.2、在第一个时间块的第j个时间段的中间阶段生成两发射端的发送信号；
Figure BDA0002694652420000098
Figure BDA0002694652420000099
其中，pk,0,j、
Figure BDA00026946524200000910
和
Figure BDA00026946524200000911
分别为分配给信号xk,0,j(1)、
Figure BDA00026946524200000912
和
Figure BDA00026946524200000913
的功率；
S2.1.3、在第一个时间块的第j个时间段的中间阶段，两发射端的发送信号tk,j(1)、
Figure BDA00026946524200000914
同时接收信号rk,j(1)、
Figure BDA00026946524200000915
Figure BDA00026946524200000916
Figure BDA00026946524200000917
其中，
Figure BDA00026946524200000918
是发射端
Figure BDA00026946524200000919
到发射端k信道的信道系数，
Figure BDA00026946524200000920
是发射端k到发射端
Figure BDA00026946524200000921
信道的信道系数，hk和
Figure BDA00026946524200000922
是发射端k和
Figure BDA00026946524200000923
处的残余自干扰信道系数，|h1|2和|h2|2是残余自干扰信道的功率增益，由发射端自干扰消除性能决定，zk,j(1)和
Figure BDA00026946524200000924
是均值为0且方差分别为Nk和
Figure BDA00026946524200000925
的高斯白噪声；
S2.1.4、在第一个时间块的第j个时间段的结束阶段，发射端k从信号rk,j(1)中解码出来自发射端
Figure BDA00026946524200000926
的消息
Figure BDA00026946524200000927
发射端
Figure BDA00026946524200000928
从信号
Figure BDA00026946524200000929
中解码出来自发射端k的消息
Figure BDA00026946524200000930
S2.1.5、按照步骤S2.1.1—S2.1.4的方法，当第一个时间块的三个时间段处理完成后，将三个时间段解码得到的消息进行合并，最终发射端k获得消息
Figure BDA00026946524200000931
发射端
Figure BDA00026946524200000932
获得消息
Figure BDA00026946524200000933
最后，将消息
Figure BDA00026946524200000934
和
Figure BDA00026946524200000935
分别重新划分为
Figure BDA0002694652420000101
和
Figure BDA0002694652420000102
j＝1,2,3；
S2.2、两发射端在第i个时间块的第j个时间段协作传输信号，i＝2,3,…,N-1；
S2.2.1、在第i个时间块的第j个时间段的开始阶段产生发射端k产生信号信号xk,0,j(i)、
Figure BDA0002694652420000103
和uk,j(i-1)；
Figure BDA0002694652420000104
Figure BDA0002694652420000105
Figure BDA0002694652420000106
发射端
Figure BDA0002694652420000107
产生信号信号
Figure BDA0002694652420000108
和
Figure BDA0002694652420000109
Figure BDA00026946524200001010
Figure BDA00026946524200001011
Figure BDA00026946524200001012
其中，wk,0,j(i)和
Figure BDA00026946524200001013
为发送端k在第i个时间块的第j个时间段的中间阶段需要传输的消息，
Figure BDA00026946524200001014
和
Figure BDA00026946524200001015
为发射端
Figure BDA00026946524200001016
在第i个时间块的第j个时间段的中间阶段需要传输的消息；
Figure BDA00026946524200001017
为两发送端在前一个时间块的第j个时间段的中间阶段需要传输的消息；
Figure BDA00026946524200001018
和
Figure BDA00026946524200001019
服从高斯分布
Figure BDA00026946524200001020
(0,1)，且要求不同消息对应的
Figure BDA00026946524200001021
和
Figure BDA00026946524200001022
相互独立；
S2.2.2、在第i个时间块的第j个时间段的中间阶段生成两发射端的发送信号；
Figure BDA00026946524200001023
Figure BDA00026946524200001024
其中，pk,0,j、
Figure BDA00026946524200001025
pu,k,j、
Figure BDA00026946524200001026
和
Figure BDA00026946524200001027
分别为分配给信号xk,0,j(i)、
Figure BDA00026946524200001028
uk,j(i-1)、
Figure BDA00026946524200001029
和
Figure BDA00026946524200001030
的功率；
S2.2.3、在第i个时间块的第j个时间段的中间阶段时，两发射端的发送信号tk,j(i)、
Figure BDA0002694652420000111
同时接收信号rk,j(i)、
Figure BDA0002694652420000112
Figure BDA0002694652420000113
Figure BDA0002694652420000114
其中，zk,j(i)和
Figure BDA0002694652420000115
是均值为0且方差分别为Nk和
Figure BDA0002694652420000116
的高斯白噪声；
S2.2.4、在第i个时间块的第j个时间段的结束阶段时，发射端k从信号rk,j(i)中解码出来自发射端
Figure BDA0002694652420000117
的消息
Figure BDA0002694652420000118
发射端
Figure BDA0002694652420000119
从信号
Figure BDA00026946524200001110
中解码出来自发射端k的消息
Figure BDA00026946524200001111
S2.2.5、按照步骤S2.2.1—S2.2.4的方法，当第i个时间块的三个时间段处理完成后，将三个时间段解码得到的消息进行合并，最终发射端k获得消息
Figure BDA00026946524200001112
发射端
Figure BDA00026946524200001113
获得消息
Figure BDA00026946524200001114
最后，将消息
Figure BDA00026946524200001115
和
Figure BDA00026946524200001116
分别重新划分为
Figure BDA00026946524200001117
和
Figure BDA00026946524200001118
j＝1,2,3；
S2.3、两发射端在第N个时间块分时段协作传输信号；
在第N个时间块，两发射端不再传输新的消息，因此设置wk,0,j(N)和
Figure BDA00026946524200001119
为1，然后按照第i个时间块分时段协作传输信号，当处理至第i个时间块的第j个时间段的中间阶段时，两发射端的只需要发送信号tk,j(N)、
Figure BDA00026946524200001120
同时接收信号rk,j(N)、
Figure BDA00026946524200001121
无须后面的消息解码；
S3、接收端按照时间块分时间段接收并贮存接收到的信号，其中，第i个时间块第j个时间段接收到的信号r0,j(i)为：
Figure BDA00026946524200001122
其中，hk0和
Figure BDA00026946524200001123
分别发射端k和
Figure BDA00026946524200001124
到接收端的信道的信道系数，z0,j(i)是均值为0且方差分别为N0的高斯白噪声；
S4、接收端采用后向解码方式解码来自不同发射端的消息；
S4.1、从第N个时间块的第j个时间段接收到的信号中解码消息；
S4.1.1、从第N个时间块的第j个时间段接收到的信号r0,j(N)中解码出消息
Figure BDA0002694652420000121
和
Figure BDA0002694652420000122
S4.1.2、将第N个时间块的3个时间段的消息
Figure BDA0002694652420000123
和
Figure BDA0002694652420000124
组合，得到信息
Figure BDA0002694652420000125
和
Figure BDA0002694652420000126
再将
Figure BDA0002694652420000127
和
Figure BDA0002694652420000128
按时间段重新分解，得到信息
Figure BDA0002694652420000129
和
Figure BDA00026946524200001210
S4.2、从第i个时间块的第j个时间段接收到的信号中解码消息，i＝2,3,…,N-1；
S4.2.1、第i个时间块的第j个时间段接收到的信号r0,j(i)包括消息
Figure BDA00026946524200001211
其中，消息
Figure BDA00026946524200001212
和
Figure BDA00026946524200001213
已经在前一时间块中按倒序获得，因此，接收端可从信号中解码出消息
Figure BDA00026946524200001214
S4.2.2、将3个时间段消息
Figure BDA00026946524200001215
和
Figure BDA00026946524200001216
合成为
Figure BDA00026946524200001217
和
Figure BDA00026946524200001218
最后将
Figure BDA00026946524200001219
和
Figure BDA00026946524200001220
按时间段重新分解，得到消息
Figure BDA00026946524200001221
和
Figure BDA00026946524200001222
S4.3、从第一个时间块的第j个时间段接收到的信号中解码消息；
从第一个时间块的第j个时间段接收到的信号r0,j(i)包括消息
Figure BDA00026946524200001223
且消息
Figure BDA00026946524200001224
和
Figure BDA00026946524200001225
已经在前一时间块中按倒序获得，
Figure BDA00026946524200001226
和
Figure BDA00026946524200001227
为常数，因此，接收端从信号中解码信息
Figure BDA00026946524200001228
数值结果
在本实施例中，我们比较了本发明与传统的时分双工TDD方案和协作多接入方案的可达速率范围，同时，考虑了残余自干扰的3P-CMA方案与协作多接入方案中的零残余自干扰方案；
我们定义了一个(依赖残余自干扰)的1P-CMA方案，即协作多接入方案，合作信道功率增益设置为
Figure BDA00026946524200001229
其中
Figure BDA00026946524200001230
和
Figure BDA00026946524200001231
是在发射端处的最大功率。我们设置发射端的最大传输功率为
Figure BDA00026946524200001232
所有高斯白噪声的功率为
Figure BDA00026946524200001233
由于发射端之间通道的互易性，设置
Figure BDA00026946524200001234
在计算3P-CMA方案的可达速率时，功率分配的初始点和时段长度以四种不同的方式给出：
常数点：功率分配如下：
Figure BDA0002694652420000131
其他功率为0。时间段长度为[α1,α2,α3]＝1/3[1,1,1]；
随机点：对于固定的Rk＝0，功率分配和时段长度的初始点随机选择，计算最佳
Figure BDA0002694652420000132
然后对于每一个
Figure BDA0002694652420000133
我们将上一步得到的最优功率分配和时段长度作为初始点，计算最佳Rk；
以时分双工(TDD)方案的结果作为初始点；
以1P-CMA方案的结果作为初始点。
需要注意的是：3P-CMA的每一个结果都是对四个初始点的进行优化，分别得到输出，选择Rk最大的输出结果作为最优解。
如图3所示，比较了不同方案不同
Figure BDA0002694652420000134
的可达速率范围，其他信道设置为
Figure BDA0002694652420000135
和
Figure BDA0002694652420000136
对于
Figure BDA0002694652420000137
(相对较小)，3P-CMA方案的可达速率范围，与1P-CMA方案和TDD方案的可达速率范围几乎相同，故没有画出。在所有情况下，3P-CMA方案的的速率范围不小于1P-CMA方案和TDD方案。
当
Figure BDA0002694652420000138
时，不同方案在不同残余自干扰功率增益
Figure BDA0002694652420000139
下的可实现速率区域，如图4所示。当
Figure BDA00026946524200001310
时，3P-CMA的速率范围TDD方案的相同，故未显示在该图上。在所有情况下，3P-CMA方案的的速率范围不小于1P-CMA方案和TDD方案。
当
Figure BDA00026946524200001311
Rk＝0时，不同方案可达速率随残余自干扰的功率增益
Figure BDA00026946524200001312
的变化，如图5所示。我们选择Rk＝0，因为当Rk较小或较大，3P-CMA方案优于1P-CMA，故Rk＝0的情况具有代表性。我们发现，对于所有|hk|2，3P-CMA方案性能优于TDD方案和1P-CMA方案。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种三时段协作多址接入的协作传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、待发送消息预处理
(1.1)、设置时间块i＝1,2,3,…,N，N为时间块个数；每个时间块分三个时间段j＝1,2,3，每个时间段又分开始、中间、结束三个阶段，其中，时间段j的长度αj归一化为0≤αj≤1且α1+α2+α3＝1；
(1.2)、发射端k将其待发射消息按照时间块拆分为wk(i)，在每个时间块中，发射端k又将消息wk(i)拆分为wk,0(i)和
Figure FDA0002694652410000011
之后按阶段又将wk,0(i)和
Figure FDA0002694652410000012
拆分为消息wk,0,j(i)和
Figure FDA0002694652410000013
最后将wk,0,j(i)和
Figure FDA0002694652410000014
交付于发射端k协作传输；
同理，发射端
Figure FDA0002694652410000015
将其待发射消息按照时间块拆分为
Figure FDA0002694652410000016
在每个时间块中，发射端
Figure FDA0002694652410000017
又将消息
Figure FDA0002694652410000018
拆分为
Figure FDA0002694652410000019
和
Figure FDA00026946524100000110
之后按阶段又将
Figure FDA00026946524100000111
和
Figure FDA00026946524100000112
拆分为消息
Figure FDA00026946524100000113
和
Figure FDA00026946524100000114
最后将
Figure FDA00026946524100000115
和
Figure FDA00026946524100000116
交付于发射端
Figure FDA00026946524100000117
协作传输；
(2)、两发射端按照时间块分时间段协作传输传输信号
(2.1)、两发射端在第一个时间块的第j个时间段协作传输信号；
(2.1.1)、在第一个时间块的第j个时间段的开始阶段发射端k产生信号xk,0,j(1)和
Figure FDA00026946524100000118
Figure FDA00026946524100000119
Figure FDA00026946524100000120
发射端
Figure FDA00026946524100000121
产生信号xk,0,j(1)和
Figure FDA00026946524100000122
Figure FDA00026946524100000123
Figure FDA00026946524100000124
其中，wk,0,j(1)和
Figure FDA00026946524100000125
为发送端k在第一个时间块的第j个时间段的中间阶段需要传输的消息，
Figure FDA00026946524100000126
和
Figure FDA00026946524100000127
为发射端
Figure FDA00026946524100000128
在第一个时间块的第j个时间段的中间阶段需要传输的消息；设置消息
Figure FDA00026946524100000129
和
Figure FDA00026946524100000130
初始值为1；
Figure FDA00026946524100000131
和
Figure FDA00026946524100000132
服从高斯分布
Figure FDA00026946524100000133
且要求不同消息对应的
Figure FDA00026946524100000134
和
Figure FDA00026946524100000135
相互独立；
(2.1.2)、在第一个时间块的第j个时间段的中间阶段生成两发射端的发送信号；
Figure FDA0002694652410000021
Figure FDA0002694652410000022
其中，pk,0,j、
Figure FDA0002694652410000023
和
Figure FDA0002694652410000024
分别为分配给信号xk,0,j(1)、
Figure FDA0002694652410000025
和
Figure FDA0002694652410000026
的功率；
(2.1.3)、在第一个时间块的第j个时间段的中间阶段，两发射端的发送信号tk,j(1)、
Figure FDA0002694652410000027
同时接收信号rk,j(1)、
Figure FDA0002694652410000028
Figure FDA0002694652410000029
Figure FDA00026946524100000210
其中，
Figure FDA00026946524100000211
是发射端
Figure FDA00026946524100000212
到发射端k信道的信道系数，
Figure FDA00026946524100000213
是发射端k到发射端
Figure FDA00026946524100000214
信道的信道系数，hk和
Figure FDA00026946524100000215
是发射端k和
Figure FDA00026946524100000216
处的残余自干扰信道系数，|h1|2和|h2|2是残余自干扰信道的功率增益，由发射端自干扰消除性能决定，zk,j(1)和
Figure FDA00026946524100000217
是均值为0且方差分别为Nk和
Figure FDA00026946524100000218
的高斯白噪声；
(2.1.4)、在第一个时间块的第j个时间段的结束阶段，发射端k从信号rk,j(1)中解码出来自发射端
Figure FDA00026946524100000219
的消息
Figure FDA00026946524100000220
发射端
Figure FDA00026946524100000221
从信号
Figure FDA00026946524100000222
中解码出来自发射端k的消息
Figure FDA00026946524100000223
(2.1.5)、按照步骤(2.1.1)—(2.1.4)的方法，当第一个时间块的三个时间段处理完成后，将三个时间段解码得到的消息进行合并，最终发射端k获得消息
Figure FDA00026946524100000224
发射端
Figure FDA00026946524100000225
获得消息
Figure FDA00026946524100000226
最后，将消息
Figure FDA00026946524100000227
和
Figure FDA00026946524100000228
分别重新划分为
Figure FDA00026946524100000229
和
Figure FDA00026946524100000230
(2.2)、两发射端在第i个时间块的第j个时间段协作传输信号，i＝2,3,…,N-1；
(2.2.1)、在第i个时间块的第j个时间段的开始阶段产生发射端k产生信号信号xk,0,j(i)、
Figure FDA0002694652410000031
和uk,j(i-1)；
Figure FDA0002694652410000032
Figure FDA0002694652410000033
Figure FDA0002694652410000034
发射端
Figure FDA0002694652410000035
产生信号信号
Figure FDA0002694652410000036
和
Figure FDA0002694652410000037
Figure FDA0002694652410000038
Figure FDA0002694652410000039
Figure FDA00026946524100000310
其中，wk,0,j(i)和
Figure FDA00026946524100000311
为发送端k在第i个时间块的第j个时间段的中间阶段需要传输的消息，
Figure FDA00026946524100000312
和
Figure FDA00026946524100000313
为发射端
Figure FDA00026946524100000314
在第i个时间块的第j个时间段的中间阶段需要传输的消息；
Figure FDA00026946524100000315
为两发送端在前一个时间块的第j个时间段的中间阶段需要传输的消息；
Figure FDA00026946524100000316
和
Figure FDA00026946524100000317
服从高斯分布
Figure FDA00026946524100000318
且要求不同消息对应的
Figure FDA00026946524100000319
和
Figure FDA00026946524100000320
相互独立；
(2.2.2)、在第i个时间块的第j个时间段的中间阶段生成两发射端的发送信号；
Figure FDA00026946524100000321
Figure FDA00026946524100000322
其中，pk,0,j、
Figure FDA00026946524100000323
pu,k,j、
Figure FDA00026946524100000324
和
Figure FDA00026946524100000325
分别为分配给信号xk,0,j(i)、
Figure FDA00026946524100000326
uk,j(i-1)、
Figure FDA00026946524100000327
和
Figure FDA00026946524100000328
的功率；
(2.2.3)、在第i个时间块的第j个时间段的中间阶段时，两发射端的发送信号tk,j(i)、
Figure FDA00026946524100000329
同时接收信号rk,j(i)、
Figure FDA00026946524100000330
Figure FDA00026946524100000331
Figure FDA0002694652410000041
其中，zk,j(i)和
Figure FDA0002694652410000042
是均值为0且方差分别为Nk和
Figure FDA0002694652410000043
的高斯白噪声；
(2.2.4)、在第i个时间块的第j个时间段的结束阶段时，发射端k从信号rk,j(i)中解码出来自发射端
Figure FDA0002694652410000044
的消息
Figure FDA0002694652410000045
发射端
Figure FDA0002694652410000046
从信号
Figure FDA0002694652410000047
中解码出来自发射端k的消息
Figure FDA0002694652410000048
(2.2.5)、按照步骤(2.2.1)—(2.2.4)的方法，当第i个时间块的三个时间段处理完成后，将三个时间段解码得到的消息进行合并，最终发射端k获得消息
Figure FDA0002694652410000049
发射端
Figure FDA00026946524100000410
获得消息
Figure FDA00026946524100000411
最后，将消息
Figure FDA00026946524100000412
和
Figure FDA00026946524100000413
分别重新划分为
Figure FDA00026946524100000414
和
Figure FDA00026946524100000415
(2.3)、两发射端在第N个时间块分时段协作传输信号；
在第N个时间块，两发射端不再传输新的消息，因此设置wk,0,j(N)和
Figure FDA00026946524100000416
为1，然后按照第i个时间块分时段协作传输信号，当处理至第i个时间块的第j个时间段的中间阶段时，两发射端的只需要发送信号tk,j(N)、
Figure FDA00026946524100000417
同时接收信号rk,j(N)、
Figure FDA00026946524100000418
无须后面的消息解码；
(3)、接收端按照时间块分时间段接收并贮存接收到的信号，其中，第i个时间块第j个时间段接收到的信号r0,j(i)为：
Figure FDA00026946524100000419
其中，hk0和
Figure FDA00026946524100000420
分别发射端k和
Figure FDA00026946524100000421
到接收端的信道的信道系数，z0,j(i)是均值为0且方差分别为N0的高斯白噪声；
(4)、接收端采用后向解码方式解码来自不同发射端的消息；
(4.1)、从第N个时间块的第j个时间段接收到的信号中解码消息；
(4.1.1)、从第N个时间块的第j个时间段接收到的信号r0,j(N)中解码出消息
Figure FDA00026946524100000422
和
Figure FDA00026946524100000423
(4.1.2)、将第N个时间块的三个时间段的消息
Figure FDA00026946524100000424
和
Figure FDA00026946524100000425
组合，得到信息
Figure FDA0002694652410000051
和
Figure FDA0002694652410000052
再将
Figure FDA0002694652410000053
和
Figure FDA0002694652410000054
按时间段重新分解，得到信息
Figure FDA0002694652410000055
和
Figure FDA0002694652410000056
(4.2)、从第i个时间块的第j个时间段接收到的信号中解码消息，i＝2,3,…,N-1；
(4.2.1)、第i个时间块的第j个时间段接收到的信号r0,j(i)包括消息
Figure FDA0002694652410000057
其中，消息
Figure FDA0002694652410000058
和
Figure FDA0002694652410000059
已经在前一时间块中按倒序获得，因此，接收端可从信号中解码出消息
Figure FDA00026946524100000510
(4.2.2)、将三个时间段消息
Figure FDA00026946524100000511
和
Figure FDA00026946524100000512
合成为
Figure FDA00026946524100000513
和
Figure FDA00026946524100000514
最后将
Figure FDA00026946524100000515
和
Figure FDA00026946524100000516
按时间段重新分解，得到消息
Figure FDA00026946524100000517
和
Figure FDA00026946524100000518
(4.3)、从第一个时间块的第j个时间段接收到的信号中解码消息；
从第一个时间块的第j个时间段接收到的信号r0,j(i)包括消息
Figure FDA00026946524100000519
且消息
Figure FDA00026946524100000520
和
Figure FDA00026946524100000521
已经在前一时间块中按倒序获得，
Figure FDA00026946524100000522
和
Figure FDA00026946524100000523
为常数，因此，接收端从信号中解码信息
Figure FDA00026946524100000524
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