全双工中继网络中联合目的中继选择和天线选择制造技术

本发明专利技术涉及全双工中继网络中联合目的中继选择和天线选择，在中继网络中，联合目的节点、中继节点和中继天线选择的操作步骤如下：(1)信源节点(Source node,SN)计算SN到目的节点(Destination node,DN)直传链路的信噪比(Signal‑to‑Noise Ratio,SNR),并根据SNR选择最优的DN。(2)在每个RN处，存在两根天线，每根天线既可工作在发送或接收模式。最优DN将每个中继处两根天线到最优目的节点的信道状态信息反馈给RN，同时每个RN也获得SN到中继每根天线的信道状态信息，RN根据接收到的CSI，计算中继两根天线工作在发送/接收或接收/发送模式时中继链路的信干噪比(Signal‑to‑Interference‑plus‑Noise,SINR)，并根据中继链路信干噪比选择中继天线的发送接收模式。本发明专利技术利用了部分CSI，降低了系统的复杂度。并选择出最优DN，以及最优RN和天线工作模式，提高了系统的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于全双工中继网络中，联合目的节点、中继和中继天线选择策略。确切的说，是首先从目的节点处选择最优目的节点，然后根据此最优目的节点，选择中继天线的工作模式，并选择出最优中继，最后从最优直传链路和最优中继链路选择一条链路进行信息传递，属于无线通信

技术介绍
全双工中继传输可以提高频谱效率和中继网络的容量，因此在未来的无线通信网络中会采用此技术。在全双工中继网络中，中继的接收和发送信号是同时同频进行的，而在半双工中继网络中，中继的接收和发送信号是在正交的信道中进行的。全双工中继网络可以提高中继网络的系统容量，同时也可以提高小区边缘用户的性能。然而，因为在全双工中继网络中，中继的接收天线可以接收到中继发送天线发送的信号，故中继节点处存在很强的自干扰。因此，在全双工中继网络中需要采用自干扰消除技术来消除自干扰的影响。很多关于干扰消除的技术已经提出了，例如天线分离和时域的干扰消除。然而，由于实际上并不完美的干扰消除过程，自干扰并不能完全被消除，不可避免的会残留一些自干扰。通常情况下残留的自干扰一般建模为衰落信道。在实际的多目的节点多中继的系统中，选择中继和目的节点的一部分进行协作通信可以通过利用中继网络的协作分集和多用户分集来提高系统的性能。同时，信号负载和操作复杂度都会降低。在传统的联合目的节点中继选择方案中，源节点和目的节点之间的直传链路并没有考虑。但是在一些简单的三节点模型中考虑到直传链路作为一个传输路径来消除全双工中继网络中的零分集。目前很少有文章将直传链路应用在多目的节点多中继网络中。并且，几乎所有研究多目的节点多中继系统的工作都假设中继的发送天线和接收天线模式不会改变。但是，当源节点到中继接收天线或者发送天线到目的节点的链路质量变差时，会影响系统的性能表现。因此，中继处天线的发送和接收模式根据链路状态自适应调整是值得考虑的。而且，为了提高中继系统的性能，MIMO中继网络因为可以提高传输的有效性和频谱效率，正在被深入研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种适用于多目的节点多中继网络的低复杂度联合目的节点、中继和中继天线模式选择的策略。即在多目的节点多中继网络中，首先根据源节点和目的节点之间的直传链路选择出最优的目的节点接收消息。然后基于选出的最优目的节点，中继节点获得最优目的节点和源节点到两根天线的信道状态信息，中继节点计算两根天线工作在发送/接收或接收/发送模式时中继链路的SINR，据此中继配置每根天线的发送传输模式。然后根据配置后的中继选择出最优的中继链路。从最优直传链路和最优中继链路中选择一条进行信息的传递。此联合目的节点、中继和中继天线的选择策略可以工作在分布式模式，从而降低了信道状态信息的复杂度，并且提高了系统的性能。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种用于多目的节点多中继网络的低复杂度联合目的节点、中继和中继天线选择的策略。此方法用于下述场景：在全双工中继网络存在M个目的节点，N个中继节点，一个信源节点。其中每个中继节点存在两根天线，且工作在全双工模式。中继节点处两根天线可以工作在发送/接收或接收/发送模式。我们假设信源节点S和目的节点D之间的直传链路可以用来传递消息。特别地，在信源节点处我们假设存在L根天线，并且采用了波束成形技术。但是因为成本和复杂度的限制，在每个目的节点处只存在一根天线。每个中继处配置两根天线，其中一根用来接收信号，另一根用来发送信号。并且天线的发送接收模式是根据中继链路的状态动态选择。中继处两根天线之间的剩余自干扰(Residualself-interference，RSI)不随着天线模式的改变而发生变化。并且，所有的链路都满足块瑞丽衰落。联合目的节点、中继和中继天线选择的操作步骤为：(1)最优目的节点选择过程：在源节点处采用了波束成形技术。首先，源节点利用MRT通过直传链路将信号发送给目的节点，目的节点根据接收SNR选出最优的目的节点。(2)最优中继和中继天线模式选择过程：最优目的节点将中继处两根天线到最优目的节点的信道状态信息反馈给相应的中继，同时中继也将获得信源到每根天线的信道状态信息。中继根据获得的信道状态信息计算中继天线工作在发送/接收或接收/发送模式时的SINR，选择SINR最大的天线模式作为中继天线工作模式。同时根据不同中继的SINR选择出最大SINR的中继作为最优中继。信源节点从最优的直传链路和最优中继链路选择出一条链路用来传输信号。附图说明图1是本专利技术的流程图方案，说明了本专利技术的工作流程。图2是本专利技术的应用场景：基于多目的节点，多中继节点的联合目的、中继和天线选择的系统模型图。图3是本专利技术实施例中，不同中继数目情况下的中断概率情况。图4是本专利技术实施例中，不同自干扰情况下的中断概率情况。图5是本专利技术实施例中，比较不同中继目的节点选择方案的中断概率。图5中参考方案1为G.O.Okeke,W.A.Krzymien,Y.Jing,andJ.Melzer,“Anovellow-complexityjointuser-relayselectionandassociationformulti-usermulti-relayMIMOuplink,”IEEECommnun.Lett.,vol.4,no.3,pp.309-312,June.2015参考方案2为C.Zhong,H.A.Suraweera,G.Zheng,I.Krikidis,andZ.Zhang,“Improvingthethroughputofwirelesspowereddual-hopsystemswithfullduplexrelaying,”Proc.IEEEInt.Conf.Commun.2015,pp.4253-4258,June.2015具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。参见图1，先介绍本专利技术的应用场景：在一个中继网络中，存在一个信源节点S，源节点S共配置L根天线，M个目的节点Dm,m＝1,2,…,M，N个FD中继Rn,n＝1,2,…,N。信源S处存在L根天线，在发送信号时使用了MRT技术。中继Rn处存在两根天线，其中一根天线用来接收信号，另一根天线用来发送信号，且天线的发送接收模式是根据中继链路的瞬时SINR动态选择，且中继工作在全双工模式。目的节点Dm处只存在一根天线。信源S和目的节点Dm之间的直传链路存在并且能够传递信号。(1)选择最优目的节点：首先通过直传链路，信源S利用MRT技术发送信号xs到目的节点，则目的节点Dm处接收到的信号可以表示为则目的节点接收到的SNR可以表示为其中hm表示为信源S和目的节点Dm之间的信道。Ps表示信源的发送功率。N0表示噪声的功率。(11)根据目的节点Dm处接收到的SNR，选择出最优的目的节点Dm*。最优目的节点Dm*满足(2)选择最优中继以及中继天线的工作模式：中继处的天线表示为Tj/Tk，其中Tj表示接收天线，Tk表示发送天线，j,k∈1,2，并且j≠k。中继处天线Tj接收信源S发送的信号表示为并利用天线Tk以的放大系数发送给最优目的节点Dm*，中继处天线Tk发送的信号可以表示为其中通过中继链路在最优目的节点Dm*处接收到的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术提供了一种用于中继网络中，联合中继，目的节点和中继天线的选择策略。此选择策略用于下述场景：此中继网络中存在一个信源节点，多个中继节点，多个目的节点。其中中继节点处存在两根天线，一根用于接收信号，另一根用于发送信号。其特征在于：所述方法包含下列两个操作步骤：(1)最优目的节点选择：每个目的节点将信源到目的节点直传链路的信道状态信息到信源节点。接下来，信源节点根据接收到的信道状态信息，计算出直传链路SINR，然后选择出SINR最大的目的节点作为最优目的节点用于接收信息。(2)最优中继及中继天线模式选择：最优目的节点将中继处两根天线到最优目的节点的信道状态信息反馈给相应的中继，同时中继也将获得信源到每根天线的信道状态信息。中继根据获得的信道状态信息计算中继天线工作在发送/接收或接收/发送模式时的SINR，选择SINR最大的天线模式作为工作模式。同时根据不同中继的SINR选择出最大SINR的中继作为最优中继。信源节点从最优的直传链路和最优中继链路选择出一条链路用来传输信号。本专利技术只利用了部分信道状态信息，降低了信道状态信息的复杂度。同时选择出最优目的节点，根据最优目的节点选择出最优天线工作模式及最优中继，提高了系统的性能。...

【技术特征摘要】
2016.07.15 CN 201610561261X1.本发明提供了一种用于中继网络中，联合中继，目的节点和中继天线的选择策略。此选择策略用于下述场景：此中继网络中存在一个信源节点，多个中继节点，多个目的节点。其中中继节点处存在两根天线，一根用于接收信号，另一根用于发送信号。其特征在于：所述方法包含下列两个操作步骤：(1)最优目的节点选择：每个目的节点将信源到目的节点直传链路的信道状态信息到信源节点。接下来，信源节点根据接收到的信道状态信息，计算出直传链路SINR，然后选择出SINR最大的目的节点作为最优目的节点用于接收信息。(2)最优中继及中继天线模式选择：最优目的节点将中继处两根天线到最优目的节点的信道状态信息反馈给相应的中继，同时中继也将获得信源到每根天线的信道状态信息。中继根据获得的信道状态信息计算中继天线工作在发送/接收或接收/发送模式时的SINR，选择SINR最大的天线模式作为工作模式。同时根据不同中继的SINR选择出最大SINR的中继作为最...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晖，吕铁军，汤亚南，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11