一种基于动态天线选择的多跳协作传输方法技术

本发明专利技术涉及一种基于动态天线选择的多跳协作传输方法，基站侧配备大规模阵列的天线，并按照设定准则选取最优发送天线子集，将待传输的信源数据包经无比率编码后协作分配到相应的发送天线上；协作端保留正确的编码数据包，并发送给接收端；接收端确定收到设定数量的编码数据包后，依据所述无比率编码对收到的编码数据包进行译码。本发明专利技术将无比率编码协作技术与动态天线选择相结合，解决了5G通信环境下，系统实现复杂度较高、成本大的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及大规模MIMO下行链路系统中，一种基于动态天线选择的多跳协作传输方法，属于无线通信

技术介绍
多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)技术对无线通信系统容量和数据传输可靠性的提升，已得到广泛的证实和验证。第四代(4G)移动通信中，MIMO技术部署的多天线数目通常在8根以内。为适应能效最大化动态结构的天线子集协作传输系统，固定码率的编码协作方法，例如低密度奇偶校验码(LowDensityParityCheck,LDPC)协作等，基站和用户端都需要提前存储大量的信道编译码矩阵。较高的系统成本及实现复杂度对于便携式用户终端而言，是不现实的。尤其是在大规模MIMO系统中，随着服务用户数的增加，也大大加重了基站的负担。无比率编码协作是一种将无比率编码方法引入到协作通信系统中的技术。无比率编译码的基本原理是：在发送端，使用无比率编码方法将K个信源数据包编码成半无穷的数据包序列再进行发送。接收端只要能正确接收到K个编码数据包(或略大于K个编码数据包)即可解出发送端发送的K个信源数据包，实现成功译码。依据无比率编译码原理，无比率编码协作技术的码率由接收端决定。将无比率编码协作技术应用在MIMO下行链路系统中，信道状态好(信噪比高于一定值时)的天线，将协助信道状态差(信噪比低于一定值时)的天线进行协作数据传输，提高传输速率。随着网络技术的蓬勃发展和智能终端的推陈出新，移动数据业务量呈爆炸式增长，移动数据业务的需求也呈现出多样化的态势。仅能支撑数百兆比特每秒传输速率的4G移动通信系统，难以满足未来海量数据通信的需求。为此，贝尔实验室的Marzetta提出部署超大规模阵列天线的大规模MIMO系统。理论研究证实，大规模MIMO系统将系统容量提升了数十倍，已被公认为第五代(5G)移动通信技术的主流技术之一。相比于4G中MIMO技术的8根天线，5G中大规模MIMO技术将在基站侧安装上百根天线。当使用所有天线进行无线数据传输时，大规模MIMO系统中的基站需要使用与天线数相同的射频链路，导致系统的射频链路硬件成本和实现复杂度大大增加。如专利号为CN104967469A的中国专利：一种基于无比率编码的大规模MIMO传输方法中，利用无比率编码的码率无率性，自适应与各用户的链路状态，以及无比率编码的译码原理，只需将错误的编码数据包丢弃即可，虽然通过这种方式降低了实现复杂度，但是在发射端和接收端之间的射频链路需要与基站的天线一一对应，由于射频链路的成本要远远高于天线的成本，这就增大了系统成本。固定数量的发送天线，如4G中MIMO技术的8根天线，采用无比率编码技术进行传输，虽然这种方法提高了系统的可靠性，但是在未来通信技术向5G发展普及的情况下，基站端的天线数增幅较大，而射频链路若与基站的天线完全对应，不仅实现复杂度高，还增加了系统成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是在大规模MIMO下行链路多跳系统中，提出一种基于动态天线选择的多跳协作传输方法，解决在5G通信技术下，数据传输系统实现复杂度高的问题。为实现上述目的，本专利技术设计了一种基于动态天线选择的协作传输方法，基站侧配备大规模阵列的天线，并按照设定准则选取最优发送天线子集，将待传输的信源数据包经无比率编码后协作分配到相应的发送天线上；协作端保留正确的编码数据包，并发送给接收端；接收端确定收到设定数量的编码数据包后，依据所述无比率编码对收到的编码数据包进行译码。所述最优发送天线子集的数目小于或等于发送天线和接收端之间的射频链路的数目。所述选取最优发送天线的准则是：信噪比低于设定下限阈值时，向所述发送天线子集中添加天线；信噪比高于设定上限阈值时，向所述发送天线子集中去除天线。所述信噪比低于设定下限阈值时，添加的天线是能提供系统容量最大的天线；所述信噪比高于设定上限阈值时，去除的天线是能提供系统容量最小的天线。本专利技术的有益效果在于：1)在5G通信环境下，根据信道特性动态进行天线选择并确定最优发送天线数，使之与射频链路的数目相适应，降低了设备的实现复杂度和成本；2)采用无比率编码协作技术中码率的无率性，能够适应天线协作系统的动态结构变化，提高了数据传输的可靠性和数据传输的效率。附图说明图1为在大规模MIMO下行链路中基于动态天线选择的多跳协作传输方法流程图；图2为基站侧动态天线选择技术方框图；图3为多跳协作传输方法中基站端实施方案；图4为多跳协作传输方法中协作端实施方案；图5为多跳协作传输方法中接收端实施方案。具体实施方式天线选择技术是在发射/接收端配置比射频链路更多的天线，通过一定的准则选择与射频链路数目相同(或小于)的天线组成天线子集，并将射频链路自适应地切换到天线子集上发送/接收信号的技术。蜂窝移动通信系统中，各个用户端离基站间的距离是不同的。为使能效最大化，各用户端在不同信道状态下经天线选择技术后所需的最优天线数是不同的。尤其是在随机时变的无线信道中，由于用户端的移动性，每个用户所需的最优天线数也是动态变化的，即为动态协作传输系统。目前，国内外在天线选择方面的研究主要有以下几种技术：最优天线选择法、递减天线选择法、递增天线选择法、基于范数的天线选择法、随机天线选择法。但这些方法大多适用于“静态”模型，即不考虑发送端或接收端天线阵列的变化。在这种情况下，对收/发天线进行优化选择能够大幅度提高容量性能。因此，本专利技术基于动态天线选择的方法，动态调整通信系统结构，并利用无比率编码协作技术，降低了5G通信下，大规模MIMO系统的实现复杂度。本专利技术的技术方案是：在5G通信环境下，基站侧配备大规模阵列的天线，并按照一定准则选取数目小于发送天线和接收端之间射频链路数据的最优发送天线子集，将待传输的信源数据包经无比率编码后协作分配到相应的发送天线上；协作端依据循环冗余校验保留正确的编码数据包，并发送给接收端；接收端确定收到设定数量的编码数据包后，依据无比率编码的译码原理对收到的编码数据包进行译码。信噪比低于设定下限阈值时，向预选天线子集中添加能增大系统容量的天线；信噪比高于设定上限阈值时，去除系统容量最小的天线。下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，将待发送的K个信源数据包，构成一个待发送的报文，经协作端协助传输到用户端(接收端)。其中，每个信源数据包包含N个q进制符号，q等于2m，m为自然数，K,N为整数。具体实施过程如下：1.构建大规模MIMO下行链路多跳协作系统模型；大规模MIMO下行链路多跳系统中，协作端和接收端的接收信号可以分别表示为：式中，Gb,p、Gp,d分别为基站与协作端，协作端与接收端间的信道矩阵；分别为基站端及协作端的发送信号；其中，pb,p、pp,d为相应的发送功率；n是均值为零，方差为1的加性高斯白噪声。式(1)、(2)给出了大规模MIMO下行链路多跳传输系统的一个初步描述。本专利技术为进一步提高传输效率，协作端的个数可扩展至多个。2.动态天线选择；本实施例从无线衰落信道随机时变性入手，采用能效最大化且兼顾复杂度的动态天线选择方法，如图2所示。在传输时间一定的通信系统中，信道特性较好的用户，所需的最优天线数较少。由于用户的移动性，信道特性有可能变差，此时所需的最优天线数变多。选取规则是：通过每次向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动态天线选择的多跳协作传输方法，其特征在于，基站侧配备大规模阵列的天线，并按照设定准则选取最优发送天线子集，将待传输的信源数据包经无比率编码后协作分配到相应的发送天线上；协作端保留正确的编码数据包，并发送给接收端；接收端确定收到设定数量的编码数据包后，依据所述无比率编码对收到的编码数据包进行译码。

【技术特征摘要】
1.一种基于动态天线选择的多跳协作传输方法，其特征在于，基站侧配备大规模阵列的天线，并按照设定准则选取最优发送天线子集，将待传输的信源数据包经无比率编码后协作分配到相应的发送天线上；协作端保留正确的编码数据包，并发送给接收端；接收端确定收到设定数量的编码数据包后，依据所述无比率编码对收到的编码数据包进行译码。2.根据权利要求1所述的基于动态天线选择的多跳协作传输方法，其特征在于，所述最优发送天线子集的数目小于或等于发送天线和接收端之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，朱春华，管爱红，李智，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41