TWI517611B - 合作式通訊系統及其異常中繼端的檢測方法 - Google Patents

Description

合作式通訊系統及其異常中繼端的檢測方法

本發明是有關於一種合作式通訊系統，且特別是有關於一種可檢測出並排除異常中繼端之合作式通訊系統及其異常中繼端的檢測方法。

隨著多媒體通信技術的發展，人們對資訊量和資訊類型的需求不斷增加。因此，可透過聯合不同的終端、機制、技術或系統來產生其各自獨立運行的「合作」機制已在無線電通訊環境中逐漸被重視和使用，例如合作式通訊系統。

合作式通訊系統常被用來改善訊號的傳輸，以達到更好的通訊品質。然而，在實際使用上，合作式通訊網路中的中繼端(Relay node)通常會存在一些異常行為(misbehaving)現象，而此異常行為會對系統造成效能的降低。

故，有必要提供一種合作式通訊系統及其異常中繼端的檢測方法，以解決習知技術所存在的問題。

因此本發明之一方面係在於提供一種合作式通訊系統及其異常中繼端的檢測方法，藉以避免異常中繼端對整體系統效能造成影響。

根據本發明之實施例，本發明之合作式通訊系統包含：至少一傳送端，用以傳送訊號；一接收端，用以接收該訊號；複數個中繼端，設置於該傳送端與該接收端之間，用以接收該傳送端所傳送的該訊號，並傳送該訊號至該接收端，其中該些中繼端具有至少一異常中繼端；以及一檢測器，用於依據一通道狀態資訊來計算該傳送端所傳送的該訊號與該些中繼端所傳送的該訊號之間的一訊號相關性，並利用該訊號相關性來得到該訊號相關性的一統計分佈，且依據該訊號相關性的該統計分佈來檢測出該些中繼端的該至少一異常中繼端。

又，根據本發明之實施例，本發明之合作式通訊系統之異常中繼端的檢測方法，其中該合作式通訊系統包含至少一傳送端、一接收端及複數個中繼端，該些中繼端設置於該傳送端與該接收端之間，用以接收該傳送端所傳送的該訊號，並傳送該訊號至該接收端，其中該些該些中繼端具有至少一異常中繼端，該方法包含如下步驟：依據一通道狀態資訊，利用一檢測器來計算該傳送端所傳送的該訊號與該些中繼端所傳送的該訊號之間的一訊號相關性；依據該訊號相關性，利用該檢測器得到該訊號相關性的一統計分佈；以及依據該訊號相關性的該統計分佈，利用該檢測器檢測出該些中繼端的該至少一異常中繼端。

又，根據本發明之實施例，本發明之合作式通訊系統之異常中繼端的檢測方法，其中該合作式通訊系統包含至少一傳送端、一接收端及複數個中繼端，該些中繼端設置於該傳送端與該接收端之間，用以接收該傳送端所傳送的該訊號，並傳送該訊號至該接收端，其中該些該些中繼端具有至少一異常中繼端，該方法包含如下步驟：依據一通道狀態資訊，利用一檢測器來計算該傳送端所傳送的該訊號與該些中繼端所傳送的該訊號之間的一訊號相關性；以及依據該訊號相關性，利用該檢測器以最大化似然(maximum likelihood)作為準則，來對該些中繼端進行檢測，以檢測出該些中繼端的該至少一異常中繼端。

在本發明之一實施例中，該檢測器是以最小化異常檢測誤判機率作為準則，而對該些中繼端進行檢測。

在本發明之一實施例中，該檢測器是以最大化事後機率作為準則，而對該些中繼端進行檢測。

因此，本發明的合作式通訊系統及其異常中繼端的檢測方法可提供穩健性(robustness)之訊號相關性檢測(signal-correlation-detection)機制，其用於在合作式網路系統的接收端(destination)使用此機制，以識別並排除異常中繼端所傳送之訊號，然後接收正常中繼端傳送之訊號，再執行訊號的多樣性組合(diversity combining)，以達到穩健性之效能。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，本說明書將特舉出一系列實施例來加以說明。但值得注意的是，此些實施例只係用以說明本發明之實施方式，而非用以限定本發明。

請參照圖1和圖2，圖1顯示依照本發明之一實施例之合作式通訊系統的系統方塊圖，圖2顯示依照本發明之一實施例之合作式通訊系統的系統架構圖。本實施例的合作式通訊系統包含至少一傳送端110、接收端120、複數個中繼端130及檢測器140。傳送端110可例如為無線電基地台，用以傳送訊號。接收端120係用以接收傳送端110所傳送的訊號，接收端120可設有複數個接收天線(未顯示)，用以接收由多個中繼端130所傳來的訊號。中繼端130例如為收發器，其設置於傳送端110與接收端120之間，用以接收傳送端110所傳送的訊號，並傳送此訊號至接收端120，其中中繼端130具有至少一異常中繼端。檢測器140係電性連接於接收端120，用以檢測出中繼端130中的異常中繼端，以避免異常中繼端對整體系統的效能影響。

如圖1所示，本實施例的檢測器140可例如為中央處理器(CPU)、可程式控制器(PLC)、單晶片微處理機(MCU)或其他處理單元，其可內建於接收端120內，或者設置於接收端120或系統之外，以檢測並排除中繼端130中之具有異常行為的中繼端130(即異常中繼端)，確保整體系統的效能。

如圖2所示，在本實施例中，首先，考慮合作式通訊系統包含L個中繼端130。在第一階段(Phase)中，傳送端110傳送訊號給所有的中繼端130及接收端120，其中傳送至接收端120及中繼端130的訊號分別表示為：

接著，在第二階段中，所有的中繼端130分別在獨立同分佈的雷利緩慢衰減通道傳送訊號給接收端120，其表示如下式(2)，其中以θ表示中繼端130對訊號造成的行為：

其中通道增益h[n]是一個複數高斯隨機變數CN(0,1/)，雜訊w[n]是一個可加式高斯白色雜訊cN(0,)。

而中繼端130的機率模型PDF，也就是θ的值則由下式(3)來模組化：

對於中繼端130之異常行為，在本實施例中，其具有二種模式的假設：異常行為模式1(Misbehavior-model 1)：隨機變數[n]在每個符元間隔之間都是獨立的。

異常行為模式2(Misbehavior-model 2)：隨機變數[n]在同一個區塊中的每個符元都是相同的。

在本實施例中，假設接收端120取得所有的瞬時通道狀態資訊(CSI)，因此，在接收端120接收到傳送端110和中繼端130的訊號之後，更可乘上最大比例結合(MRC)係數，如下式(4)所示，其中等式(a)則是說明在本實施例中假設所有的中繼端130都有足夠的能力將訊號解碼成功：

接著，在得到系統的環境參數後，檢測器140可計算傳送端110所傳送之訊號和各個中繼端130所傳送之訊號之間的訊號相關性，如下式(5)所示：

接著，檢測器140在作相關性檢測後的觀察結果具有二種結果，一種結果為中繼端130正常運作，另一種結果為中繼端130發生異常行為。因此，在本實施例中，檢測器140的檢測是在以下兩種假設(hypothesis)之下進行：

根據中央極限定理(Central Limit Theorem)，如果取樣數N夠大，則相關性會收斂成一個複數高斯隨機變數，在H ₀和H ₁兩種假設下的機率密度函數分別表示為：

其中相關性在H ₀和H ₁兩種假設下的的平均值分別為：

相關性在H ₀和H ₁兩種假設下的的變異數則分別為：

當中繼端130之異常行為是異常行為模式1，且檢測器140已得此中繼模型的機率分佈時，則以最小化異常檢測誤判機率(minimization of the probability of misbehavior misidentification)作為準則，來對上述假設(hypothesis)進行最佳檢測器的設計，如下(10)所示：

進一步，上式可再改寫成：

當中繼端130之異常行為是異常行為模式2，且檢測器140已得此中繼模型的機率分佈時，則以最大化事後機率(maximum a posteriori probability)作為準則，來對上述假設(hypothesis)進行最佳檢測器設計，如下(13)所示：

若中繼模型的機率分佈是在未知情形下，則以最大化似然(maximum likelihood)作為準則，來對上述的假設(hypothesis)進行最佳檢測器設計，如下(14)所示：

請參照圖3，其顯示依照本發明之一實施例之合作式通訊系統之異常中繼端的檢測方法的方法流程圖。當進行本實施例之合作式通訊系統之異常中繼端的檢測方法時，此方法包含：依據通道狀態資訊，利用檢測器140來計算傳送端110所傳送的訊號與中繼端130所傳送的訊號之間的一訊號相關性(步驟201)；依據此訊號相關性，利用檢測器140來得到訊號相關性的統計分佈(步驟202)；以及依據此訊號相關性的統計分佈，利用檢測器140來檢測出中繼端130中的異常中繼端(步驟203)。因此，合作式通訊系統之檢測器140可檢測出中繼端130中的異常中繼端，並將檢測結果提供給接收端120，使得接收端120可識別並排除中繼端130中的異常中繼端，而僅接收正常中繼端130的訊號。

如上所述，本發明之合作式通訊系統及其異常中繼端的檢測方法可計算所有訊號之間的相關性，並以此相關性作為觀測(observation)，進而運用訊號相關性的統計分佈來判斷中繼端是否出現異常行為，因而排除異常中繼端的訊號，而僅接收並結合(combine)正常中繼的訊號，以達到穩健性之效能。再者，由於本發明是在實體層(physical-layer)設計的方法，不僅可改善在高層(如網路層)的方法中，難以判斷異常訊號產生原因所在之缺點，而且不需要設計訓練序列，因而不需傳送額外的資料，而不會浪費珍貴的頻寬。

綜上所述，雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110．．．傳送端

120．．．接收端

130．．．中繼端

140．．．檢測器

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：

圖1顯示依照本發明之一實施例之合作式通訊系統的系統方塊圖。

圖2顯示依照本發明之一實施例之合作式通訊系統的系統架構圖。

圖3顯示依照本發明之一實施例之合作式通訊系統之異常中繼端的檢測方法的方法流程圖。

110．．．傳送端

120．．．接收端

130．．．中繼端

140．．．檢測器

Claims (7)

1. 一種合作式通訊系統，包含：至少一傳送端，用以傳送訊號；一接收端，用以接收該訊號；複數個中繼端，設置於該傳送端與該接收端之間，用以接收該傳送端所傳送的該訊號，並傳送該訊號至該接收端，其中該些中繼端具有至少一異常中繼端，該傳送端用以傳送該訊號給所有該等中繼端及該接收端，且該接收端用以接收該傳送端及該中繼端的訊號；以及一檢測器，電性連接於該接收端，用於依據一通道狀態資訊來計算該傳送端所傳送的該訊號與該些中繼端所傳送的該訊號之間的一訊號相關性，並利用該訊號相關性來得到該訊號相關性的一統計分佈，且依據該訊號相關性的該統計分佈來檢測出該些中繼端的該至少一異常中繼端。
2. 如申請專利範圍第1項所述之合作式通訊系統，其中該檢測器是以最小化異常檢測誤判機率(minimization of the probability of misbehavior misidentification)作為準則，而對該些中繼端進行檢測。
3. 如申請專利範圍第1項所述之合作式通訊系統，其中該檢測器是以最大化事後機率(maximum a posteriori probability)作為準則，而對該些中繼端進行檢測。
4. 一種合作式通訊系統之異常中繼端的檢測方法，其中該合作式通訊系統包含至少一傳送端、一接收端及複數個中繼端，該些中繼端設置於該傳送端與該接收端之間，用以接收該傳送端所傳送的該訊號，並傳送該訊號至該接收端，其中該些 該些中繼端具有至少一異常中繼端，該傳送端用以傳送該訊號給所有該等中繼端及該接收端，且該接收端用以接收該傳送端及該中繼端的訊號，該方法包含如下步驟：依據一通道狀態資訊，利用電性連接於該接收端的一檢測器來計算該傳送端所傳送的該訊號與該些中繼端所傳送的該訊號之間的一訊號相關性；依據該訊號相關性，利用該檢測器得到該訊號相關性的一統計分佈；以及依據該訊號相關性的該統計分佈，利用該檢測器檢測出該些中繼端的該至少一異常中繼端。
5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中當利用該檢測器來檢測該些中繼端時，該檢測器是以最小化異常檢測誤判機率作為準則，而對該些中繼端進行檢測。
6. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中當利用該檢測器來檢測該些中繼端時，該檢測器是以最大化事後機率作為準則，而對該些中繼端進行檢測。
7. 一種合作式通訊系統之異常中繼端的檢測方法，其中該合作式通訊系統包含至少一傳送端、一接收端及複數個中繼端，該些中繼端設置於該傳送端與該接收端之間，用以接收該傳送端所傳送的該訊號，並傳送該訊號至該接收端，其中該些該些中繼端具有至少一異常中繼端，該傳送端用以傳送該訊號給所有該等中繼端及該接收端，且該接收端用以接收該傳送端及該中繼端的訊號，該方法包含如下步驟：依據一通道狀態資訊，利用電性連接於該接收端的一檢測器來計算該傳送端所傳送的該訊號與該些中繼端所傳送的該訊號之間的一訊號相關性；以及 依據該訊號相關性，利用該檢測器以最大化似然(maximum likelihood)作為準則，來對該些中繼端進行檢測，以檢測出該些中繼端的該至少一異常中繼端。