一种全双工中继协作通信的位置优化方法技术

本发明专利技术提供了一种全双工中继协作通信的位置优化方法，属于通信技术领域。本发明专利技术的中继为全双工模式采用解码转发策略，利用直连链路和残余自干扰，在中继转发时延大于1的情况下，计算系统的中断概率，并进行优化找到最优的中继位置。经实验证明，系统的中断概率随着残余自干扰的增加或直连链路强度的减弱会逐渐增加，并且最优的中继位置会随着残余自干扰的增加或直连链路强度的增强而向源节点移动。本发明专利技术方法可以有效利用直连链路传输的信息，相对已存在的将直连链路当作干扰的现有方法，显著提升了该系统模型下的频谱效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信领域，特别涉及一种全双工中继协作通信的位置优化方法。
技术介绍
全双工中继(full-duplex relay，FDR)可以在同一频率同时发送和接收信号，因此为了提高中继传输系统的频谱效率，FDR开始得到学术界的关注。然而，FDR在传输时可以带来发射和接收之间的信号泄露即自干扰信号。虽然现今有许多新颖的消除技术，但是由于各种实践条件的限制，自干扰依然不能被完全除去，所以FDR中必须要考虑残余自干扰(residual self-interference，RSI)的问题。有相关的参考文献提出了一种实用的残余自干扰模型，设RSI加复高斯的，其方差是和发射功率的指数成正比的，其中指数经常是小于1的一个常数(参考文件1Wang,Q.,Dong,Y.,Xu,X.,&Tao,X.“Outage Probability of Full-Duplex AF Relaying with Processing Delay and Residual Self-Interference.”IEEE Commun.Letters,19.5(2015):783-786.)。除了中继节点处包含RSI，中继转发相对直接的传输有一定的处理时延。因此，分析中继通信中中继的位置优化方法并解决该优化问题是必要的，并且已经有很多的文献对此做出了一定的研究。在近期相关的文献中，相关学者研究了全双工中继解码转发通信系统的功率优化和位置优化(参考文件2：Khafagy,Mohammad,et al.“On the outage performance of full-duplex selective decode-and-forward relaying.”IEEE Commun.Letters,17.6(2013):1180-1183.)。他们把直连链路作为干扰来处理进行推导，并且考虑中继转发时延为1。然而，在FDR中，直接链路可以提供更多的自由度和多样性的优势已经被证实。并且当中继的处理时延大于1时，结果分析必将更为实际。因此，对于FDR，考虑中继的时延大于1，并利用直连链路来传输有效信号，在这种模型下分析中继位置的优化的方法并解决还未得到研究。
技术实现思路
本专利技术研究一个FDR通信系统，该系统的中继采用解码转发策略，并考虑其转发时延大于1，采用更实际的RSI模型，直连链路当做传输有效信号的一条链路；在这些配置下研究此系统的中继位置优化的方法并解决该优化问题。本专利技术具体提供了一种全双工中继协作通信的位置优化方法。本专利技术提供的一种全双工中继协作通信的位置优化方法，所述全双工中继系统包含有一个源节点S、一个中继节点R和一个目的节点D；中继节点R为全双工模式采用解码转发策略，并且中继转发经过时延τ转发；中继R处的残余自干扰v(t)～CN(0,V)，CN(0,V)表示均值为0，方差为V的复高斯分布；V＝b(Pr)a，b和a均为常数且0≤a≤1。设所有信道经历块衰落，即信道传输特性在固定个字符周期上保持不变，且源节点S到中继节点R，源节点S到目的节点D，中继节点R到目的节点D得信道衰落系数分别为dsr，dsd，drd分别代表S与R之间的距离，S与D之间的距离，R与D之间的距离；α代表信道衰落系数。Ps，Pr分别代表源节点S和中继节点R的发射功率。具体步骤包括：步骤1，在t时刻，源节点S向中继节点R和目的节点D发送信号x(t)，中继R的转发相对目的节点D的直接接收有延时τ。步骤2，在t时刻，中继节点R会接收来自自身节点发射的残余自干扰v(t)，另外中继R处有噪声nr(t)，nr(t)服从均值为0，方差为1的复高斯分布；因此中继节点接收信号yr(t)为： y r ( t ) = P s h s r x ( t ) + v ( t ) + n r ( t ) ]]>则x(t)与yr(t)之间的互信息Isr为： I s r = log 2 ( 1 + P s | h s r | 2 V + 1 ) ]]>步骤3，信道在L+τ个时隙连续传输L个报文，在t时刻，由于中继节点采用解码转发策略并经过τ转发时延，目的节点有一个白高斯噪声nd(t)，nd(t)服从均值为0，方差为1的复高斯分布；目的节点接收到信号yd(t)为： y d ( t ) = P s h s d x ( t ) + P r h r d x ( t - τ ) + n d ( t ) ]]>由于信道经历块衰落，则将目的节点接收信号写成矩阵表达形式为yd＝Hx+nd其中：yd＝(yd[1],yd[2],……,yd[L+τ])T,x＝(x[1],x[2],……,x[L+τ])T,nd＝(nd[1],nd[2],……,nd[L+τ])T,IL是单位矩阵。则进一步化简推导得到互信息I(s,r)→d为： I ( s , r ) → d 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全双工中继协作通信的位置优化方法，其特征在于，全双工中继系统包含有一个源节点S、一个中继节点R和一个目的节点D，中继节点R为全双工模式采用解码转发策略，并且中继转发有时延τ；中继节点R处的残余自干扰v(t)～CN(0,V)，t表示时间，CN(0,V)表示均值为0，方差为V的复高斯分布；V＝b(Pr)a，b和a均为常数且0≤a≤1；设所有信道经历块衰落，且源节点S到中继节点R的信道衰落系数源节点S到目的节点D的信道衰落系数中继节点R到目的节点D的信道衰落系数dsr为S与R之间的距离，dsd为S与D之间的距离，drd为R与D之间的距离，α为信道衰落系数；设Ps和Pr分别代表源节点S和中继节点R的发射功率；所述的位置优化方法的实现步骤如下：步骤1，在t时刻，源节点S向中继节点R和目的节点D发送信号x(t)；步骤2，在t时刻，中继节点的接收信号yr(t)为：yr(t)=Pshsrx(t)+v(t)+nr(t)]]>其中，nr(t)为中继节点R处的噪声，服从均值为0，方差为1的复高斯分布；则x(t)与yr(t)之间的互信息Isr为：Isr=log2(1+Ps|hsr|2V+1)]]>步骤3，在t时刻，目的节点的接收信号yd(t)为：yd(t)=Pshsdx(t)+Prhrdx(t-τ)+nd(t)]]>其中，nd(t)为目的节点D处的白高斯噪声，服从均值为0，方差为1的复高斯分布；信道在L+τ个时隙连续传输L个报文，由于信道经历块衰落，则将目的节点接收信号写成矩阵表达形式yd为yd＝Hx+nd其中：yd＝(yd[1],yd[2],……,yd[L+τ])T,x＝(x[1],x[2],……,x[L+τ])T,nd＝(nd[1],nd[2],……,nd[L+τ])T,矩阵IL是单位矩阵；得到x与yd之间的互信息I(s,r)→d为：I(s,r)→d=LL+τlog2(1+Ps|hsd|2+Pr|hrd|2)]]>步骤4，在t时刻，当仅有源节点到目的节点的直连链路正确传输信息时，目的节点接收信号yd(t)为：yd(t)=Pshsdx(t)+nd(t),]]>此时x(t)与yd(t)之间的互信息Isd为：Isd＝log2(1+Ps|hsd|2)步骤5，确定各条链路的中断概率，设系统速率为R；源节点S与中继节点R间链路的中断概率Psr为：Psr=P{Isr<R}=1-e-(2R-1)(b(Pr)a+1)Psdsr-α]]>源节点S与目的节点D间链路的中断概率Psd为：Psd=P{Isd<R}=1-e-(2R-1)Psdsd-α]]>源节点S通过中继节点R到达目的节点D的链路的中断概率P(s,r)→d为：P(s,r)→d=P{I(s,r)→d<R}=1-Prdrd-αe-(2L+τLR-1)Prdrd-α-Psdsd-αe-(2L+τLR-1)Psdsd-αPrdrd-α-Psdsd-α]]>设Ps＝Pr＝P,dsr+drd＝d，θ＝dsr/d，P和d是设定的已知数，θ为中间参数；则系统总的中断概率Poutage为：Poutage=PsrPsd+(1-Psr)P(s,r)→d=1-e-Adsd-α-dsdαdsdα-(1-θ)αdαe-A(b(P)α+1)θ-αd-α[e-A(1-θ)-αd-α-eB]]]>其中，A、B为中间参数，步骤6，通过下面优化公式，求取使得系统总的中断概率最小的最佳中继位置，；优化公式为：minimizes Poutage(dsr,drd)subject to dsr>0,drd>0,dsr+drd＝d利用拉格朗日乘数法得到最佳的中继位置解如下：(e-Adrdα-e-B)(αdrdα-1dsdα-drdα+Aα(b(Pr)a+1)(d-drd)α-1)-Aαdrdα-1e-Adrdα=0,]]>dsr＝d‑drd。...

【技术特征摘要】
1.一种全双工中继协作通信的位置优化方法，其特征在于，全双工中继系统包含有一个源节点S、一个中继节点R和一个目的节点D，中继节点R为全双工模式采用解码转发策略，并且中继转发有时延τ；中继节点R处的残余自干扰v(t)～CN(0,V)，t表示时间，CN(0,V)表示均值为0，方差为V的复高斯分布；V＝b(Pr)a，b和a均为常数且0≤a≤1；设所有信道经历块衰落，且源节点S到中继节点R的信道衰落系数源节点S到目的节点D的信道衰落系数中继节点R到目的节点D的信道衰落系数dsr为S与R之间的距离，dsd为S与D之间的距离，drd为R与D之间的距离，α为信道衰落系数；设Ps和Pr分别代表源节点S和中继节点R的发射功率；所述的位置优化方法的实现步骤如下：步骤1，在t时刻，源节点S向中继节点R和目的节点D发送信号x(t)；步骤2，在t时刻，中继节点的接收信号yr(t)为： y r ( t ) = P s h s r x ( t ) + v ( t ) + n r ( t ) ]]>其中，nr(t)为中继节点R处的噪声，服从均值为0，方差为1的复高斯分布；则x(t)与yr(t)之间的互信息Isr为： I s r = log 2 ( 1 + P s | h s r | 2 V + 1 ) ]]>步骤3，在t时刻，目的节点的接收信号yd(t)为： y d ( t ) = P s h s d x ( t ) + P r ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，董敏华，齐航，杨丽娜，胡鑫，韦伟，黄健欧，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11