本发明专利技术公开了一种在协同通信HDAF协议下，以优化接收端误码率最小为目标的优化地分配系统发射功率的方法。该方法首先推导和利用了在高信噪比下，HDAF协议中系统误码率的简单的计算表达式来逼近实际的误码率表达式。然后，本发明专利技术把优化变量进行二进制化，以利用所提出的迭代方法来寻找其二进制下的最优解。最后，把得到的优化的二进制解转化为十进制解，以在总功率一定的情况下，优化地分配源节点和中继节点的功率，减少接收端的误码率。实验结果表明所提出的方法能在相同的总功率的情况下，相对于等功率分配的方法，大大减少系统的误码率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信中的协同通信(也称协作通信)
，特别是涉及一种在混合译码放大转发(Hybrid Decode-Amplify-Forward，HDAF)协议下基于系统接收端误码率最小的优化的源节点和中继节点的发射功率的优化的分配问题。
技术介绍
在现有的HDAF协议的研究中，还缺乏对系统接收端的误码率的简单表达式，以根据此表达式来确定系统的总的发射功率在源节点和中继节点之间的分配，以在总功率一定的情况下，使接收端的误码率最小化。本专利技术提出了在高信噪比下，HDAF系统的误码率的简单的近似表达式，并通过实验验证了此表达式的准确性。然后把发射功率的优化问题转化为含有单变量的非线性的目标函数的最小化问题。由于目标函数的复杂性，本专利技术采用了改进的差分进化方法来求解此最小化问题。以在发射总功率一定的情况下，通过优化发射功率的分配来减少系统的误码率。在基本的协作通信的系统模型中，通常存在三个节点：源节点、中继节点、和目的节点。通过中继节点对源节点的信息的转发而提高通信的可靠性。协作通信可通过用户之间在通信时的相互协作而形成虚拟的MIMO(multiple input and multiple output多发射天线和多接收天线)的一种空间分集技术。它克服了无线网络因为设备体积和功耗的限制不能在发射和接收时使用很多天线技术的障碍，而达到了MIMO空间分集技术的性能。根据中继节点对信息的处理方式不同，协作方式的协议可以分为放大转发(Amplify-and-Forward，AF)和译码转发(Decode-and-Forward，DF)。放大转发是指中继将接收的信号作简单的放大再转发给目的节点，因此也放大了噪声，降低了系统性能。它的优点是系统开销和复杂度小。译码转发则是中继先将接收到的信号解码再重新编码后转发给目的节点。从中可以看出，译码转发的优点是部分消除了噪声信号对中继节点的影响，但如果中继节点不能正确解码收到的信息，那么该中继节点此时就不转发信息，以避免对目的节点的解码产生干扰。在IEEE Transactions on Wireless Communications的2007年第11期上，Bao Xing-Kai首先提出了将AF和DF两种转发方式合并的策略，并命名为混合解码放大转发(Hybrid Decode-Amplify-Forward，HDAF)协议。通过研究发现，当中继节点到目的节点间的信道质量比源节点到中继节点间的信道质量好时，HDAF比AD和DF有更好的系统性能，并证明了此时，HDAF协议下的协作是最好的协议。在此，将对这三个协议进行进一步地阐述。三节点协同通信系统模型如说明书附图1所示，系统包括一个源节点S，一个中继节点R，和一个目的节点D。协同通信过程分两个阶段完成，在两个阶段中，所有用户通过正交信道发送信息，正交信道可由时分复用(TDMA)，频分复用(FDMA)，码分复用(CDMA)等方案得到。第一阶段，源节点发送信息到目的节点，同时中继节点也可以接收到源节点发送的信息。第二阶段，中继节点将接收到的信息进行相应的处理后转发给目的节点。进一步地，第一阶段，源节点广播信息给目的节点和中继节点，设发送信号为x，目的节点和中继节点接收的信号为ysd和ysr，有 y s r = P 1 h s r x + n s r - - - ( 1 ) ]]> y s d = P 1 h s d x + n s d - - - ( 2 ) ]]>其中，P1为源节点的发射功率，hsr和hsd分别为源节点到中继节点和目的节点的信道衰落系数，nsr和nsd分别为中继节点和目的节点的噪声。第二阶段，对于AF协作方式，中继节点将接收到的信息放大后转发给目的节点，设发射功率为P2，接收到的信息为yrdyrd＝βhrdysr+nrd (3)其中，β为放大倍数，通常设定为hsr为中继节点到目的节点的信道衰落系数，nrd为目的节点的噪声。对于DF协作方式，如果中继节点能够正确解码从源节点接收到的信息，则系统分配功率P2给中继节点，若中继节点不能正确解码，则该节点不发射信息，系统不分配功率给它。此方式下，第二阶段中在中继正确接收条件下，目的节点接收到的信息为 y r d = P 2 h r d x + n r d - - - ( 4 ) ]]>对于HDAF协议，中继节点首先尝试能否正确解码第一阶段接收到的信息，若能正确解码，则中继节点采用DF协议，若不能正确解码，则中继节点采用AF协议。以上四个公式中，假设hsr，hsd hrd，分别服从均值为0，方差为δsr2，δrd2，δsd2的复高斯随机分布，nsr，nrd，nsd为加性白噪声随机变量，服从均值为0，方差为N0的加性复高斯白噪声分布。当中继采用AF协议时，目的节点将第一阶段源节点发送的信号和第二阶段中继节点发送的信号采用最大比合并(MRC)进行检测接收，目的节点处的瞬时信噪比(SNR)rAF为rAF＝r1+r2 (5)其中，r1和r2分别表示直传和转发路径上的接收信噪比。根据式(1)，(2)，(3)与放大倍数β，可得 r 1 = P 1 | h s r | 2 N 0 - - - ( 6 ) ]]> r 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在HDAF协议下，以系统误码率最小为目标，优化地分配系统发射总功率的方法，其特征在于：推导出了HDAF协议下系统的误码率与源节点的发射功率、中继节点的发射功率间的精确的表达式，由于此表达式计算量太大，寻求了在高信噪比下此表达式的近似解，实验结果表明此近似解和精确解在高信噪比下非常接近，可利用优化此近似解的方法来优化此时的误码率，因此，采用了先把优化的目标变量二进制化，然后利用所提出的二进制的种群进化的方法来优化地寻找较优解，最后，在最后一代的群体中寻找这一代中的最优的个体，并把此个体十进制化，利用此解来确定HDAF协议下源节点的发射功率和目的节点的发射功率，以使解码端的误码率尽量小。
【技术特征摘要】
1.一种在HDAF协议下，以系统误码率最小为目标，优化地分配系统发射总功率的方法，其特征在于：推导出了HDAF协议下系统的误码率与源节点的发射功率、中继节点的发射功率间的精确的表达式，由于此表达式计算量太大，寻求了在高信噪比下此表达式的近似解，实验结果表明此近似解和精确解在高信噪比下非常接近，可利用优化此近似解的方法来优化此时的误码率，因此，采用了先把优化的目标变量二进制化，然后利用所提出的二进制的种群进化的方法来优化地寻找较优解，最后，在最后一代的群体中寻找这一代中的最优的个体，并把此个体十进制化，利用此解来确定HDAF协议下源节点的发射功率和目的节点的发射功率，以使解码端的误码率尽量小。2.根据权利要求1所述的HDAF协议中高信噪比下解码端误码率的近似的表达式，即其中，(P1，P2)为近似的误码率，P1为源节点的发射功率，P2为中继节点的发射功率，δsr2和δrd2分别为源节点到中继节点和中继节点到目的节点的信道增益的方差，N0为接收端的复高斯白噪声的方差，M为信号的调制...
【专利技术属性】
技术研发人员：端木春江，王振宇，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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