一种全双工中继系统的中继选择方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种全双工中继系统的中继选择方法及装置，该方法包括:基于DF协议，根据全双工中继系统中的信道状态信息，预设一种最优中继选择方案和三种次优中继选择方案；对四种中继选择方案进行分析计算，分别得到各个中继选择方案所对应的中断概率；采用计算机对仿真因素进行仿真分析，获得四种中继选择方案在所述实际所测量的信道环境下的性能状态；选择所述三种次优中继选择方案中的性能状态最接近最优中继选择方案的性能状态的一种次优中继选择方案，作为实际的全双工中继系统的中继选择方案。实现了有效的提升系统性能和用户服务质量以及节约设备成本的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种全双工中继系统的中继选择方法及装置
本专利技术涉及无线通信
，特别是涉及一种全双工中继系统的中继选择方法及装置。
技术介绍
最近几年，协作通信技术受到了世界各地研究人员的广泛关注。协作通信是一种新型的空间分集技术，实质上能够视为类似MIMO(多输入多输出技术)的通信原理，利用无线通信信道所具有的广播特性，用户通过互相协作的方式，分布式传输和信息处理，构成虚拟的分布式天线阵列，在扩大覆盖率的同时，获得较高的系统容量和频谱利用效率。在协作通信系统中，由于中继具有组件成本低、布局灵活等优势，所以为了实现数据的高速及有效传输，会通常以中继技术为基础。协作通信系统中若固定选择单个中继进行信号传输，中继信道环境变化较大，不够稳定，所以需要建立多个中继协作通信系统，进一步提升系统性能。在多中继协作通信系统中，需要考虑“与谁协作”的问题，即进行中继选择，如何从多个候选中继选择出最优中继进行信号传输是协作通信的研究重点。研究表明选择出一个最优中继进行信号传输是平衡分级增益和频谱效率的最佳解决方案。现有的中继选择技术大部分是基于两种易于实现的中继转发协议即：AF(放大转发)协议和DF(解码转发)协议。AF中继全双工协作系统由于其设计相对简单，易于实现和部署成本低，率先得到了大量研究。在AF协议下，源节点持续不断的发送信号，中继节点只是按照特定的系数放大收到的信号，并转发该放大信号，不对信号做其他处理，然后运用通信基本原理知识，可以得到系统容量表达式。再设置各个信道系数服从I.I.D.(独立同分布)的瑞利衰落，根据反馈的CSI(信道状态信息)选择出最优中继进行信号传输，再运用概率论等数学手段推导出中继概率的表达式和近似表达式。最后，通过计算机仿真分析不同中继选择方案的性能。在DF协议下的全双工多中继系统，中继节点将接收信号解码重新调制后，再转发到目的节点。在现有的研究中为了简化分析过程，假设中继节点的自干扰为恒衰落，再运用类似半双工和全双工AF中继中已存在的中继选择方法，推导出系统的平均容量，中断概率或者误码率，再通过计算机仿真分析出各个中继选择方案的性能。虽然利用AF协议也能实现中继选择，但是AF中继节点只是按照特定的系数放大收到的信号，并转发该放大信号，不对信号做其他处理，所以中继节点的放大信号不仅含有有效信号，还包含一定的噪声，这部分经过放大的噪声信号将于下一跳接收的噪声一起影响系统的性能。在DF中继中，虽然假设自干扰为恒衰落简化了分析过程，但是实际情况下的自干扰是不断变化的，中继节点的输出对输入的自干扰信道链路衰落系数是一个瑞利分布随机过程，不能保证用户的服务质量。显然，基于AF协议和DF协议的现有技术已经不能满足在全双工中继系统中继选择的要求。
技术实现思路
针对于上述问题，本专利技术提供一种全双工中继系统的中继选择方法及装置，实现了有效的提升系统性能和用户服务质量以及节约设备成本的目的。为了实现上述目的，根据本专利技术的第一方面，提供了一种全双工中继系统的中继选择方法，所述全双工中继系统包含一个源节点、一个目的节点、多个中继节点以及源节点到中继节点的信道链路、中继节点到目的节点的信道链路和中继节点自干扰信道链路，所述全双工中继系统的中继选择方法包括：基于DF协议，根据所述全双工中继系统中的信道链路的信道状态信息，预设四种中继选择方案，其中，所述四种中继选择方案包含一种最优中继选择方案和三种次优中继选择方案；根据独立同分布的瑞利衰落信道的系统中断性能理论，对所述四种中继选择方案进行分析计算，分别得到各个中继选择方案所对应的中断概率；将实际所测量的信道环境下的信道链路的信道状态信息、实际的全双工中继系统的中继数目和所述各个中继选择方案所对应的中断概率作为仿真分析因素，采用计算机对所述仿真因素进行仿真分析，获得所述四种中继选择方案在所述实际所测量的信道环境下的性能状态；根据所述四种中继选择方案在所述实际所测量的信道环境下的性能状态，将所述三种次优中继选择方案的实际所测量的信道环境下的性能状态与所述最优中继选择方案的性能状态进行对比，选择所述三种次优中继选择方案中的性能状态最接近所述最优中继选择方案的性能状态的一种次优中继选择方案，作为所述实际的全双工中继系统的中继选择方案。优选的，该方法还包括：在确定了所述实际的全双工中继系统的中继选择方案后，通过在所述实际的全双工中继系统中设置不同的中继数目对所述实际的全双工中继系统的中断概率进行分析，确定所述中断概率最小所对应的中继数目，并根据所述中继数目对所述实际的全双工中继系统进行相应的中继部署。优选的，所述基于DF协议，根据所述全双工中继系统的中的信道链路的信道状态信息，预设四种中继选择方案，包括：根据所述全双工中继系统中的全部信道链路的信道状态信息，预设获得所述最优中继选择方案；根据所述全双工中继系统中的所述源节点到中继节点的链路的信道状态信息和所述中继节点到目的节点的链路的信道状态信息，预设获得最大最小中继选择方案；根据所述全双工中继系统中的所述源节点到中继节点的链路的信道状态信息和中继节点的自干扰链路，预设获得部分中继选择方案；根据所述全双工中继系统中的中继节点的自干扰链路，预设获得自干扰中继选择方案；其中，所述最大最小中继选择方案、部分中继选择方案和自干扰中继选择方案为次优中继选择方案。优选的，所述根据独立同分布的瑞利衰落信道的系统中断性能理论，对所述四种中继选择方案进行分析计算，分别得到各个中继选择方案所对应的中断概率，包括：对所述四种中继选择选择方案进行计算，分别获得各个中继选择方案的系统信道容量C，其中，式中，为源节点到中继节点的链路的信噪比，为源节点到目的节点的链路的信噪比；基于所述各个中继选择方案的系统信道容量，计算获得所述各个中继选择方案的中断概率式中，*分别表示不同中继选择方案的概率，R0表示中继节点容量。根据本专利技术的第二方面，提供了一种全双工中继系统的中继选择装置，所述全双工中继系统包含一个源节点、一个目的节点、多个中继节点以及源节点到中继节点的信道链路、中继节点到目的节点的信道链路和中继节点自干扰信道链路，所述全双工中继系统的中继选择装置包括：预设模块，用于基于DF协议，根据所述全双工中继系统中的信道链路的信道状态信息，预设四种中继选择方案，其中，所述四种中继选择方案包含一种最优中继选择方案和三种次优中继选择方案；计算模块，用于根据独立同分布的瑞利衰落信道的系统中断性能理论，对所述四种中继选择方案进行分析计算，分别得到各个中继选择方案所对应的中断概率；分析模块，用于将实际所测量的信道环境下的信道链路的信道状态信息、实际的全双工中继系统的中继数目和所述各个中继选择方案所对应的中断概率作为仿真分析因素，采用计算机对所述仿真因素进行仿真分析，获得所述四种中继选择方案在所述实际所测量的信道环境下的性能状态；比较模块，用于根据所述四种中继选择方案在所述实际所测量的信道环境下的性能状态，将所述三种次优中继选择方案的实际所测量的信道环境下的性能状态与所述最优中继选择方案的性能状态进行对比，选择所述三种次优中继选择方案中的性能状态最接近所述最优中继选择方案的性能状态的一种次优中继选择方案，作为所述实际的全双工中继系统的中继选择方案。优选的，该装置还包括：部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全双工中继系统的中继选择方法，其特征在于，所述全双工中继系统包含一个源节点、一个目的节点、多个中继节点以及源节点到中继节点的信道链路、中继节点到目的节点的信道链路和中继节点自干扰信道链路，所述全双工中继系统的中继选择方法包括：基于DF协议，根据所述全双工中继系统中的信道链路的信道状态信息，预设四种中继选择方案，其中，所述四种中继选择方案包含一种最优中继选择方案和三种次优中继选择方案；根据独立同分布的瑞利衰落信道的系统中断性能理论，对所述四种中继选择方案进行分析计算，分别得到各个中继选择方案所对应的中断概率；将实际所测量的信道环境下的信道链路的信道状态信息、实际的全双工中继系统的中继数目和所述各个中继选择方案所对应的中断概率作为仿真分析因素，采用计算机对所述仿真因素进行仿真分析，获得所述四种中继选择方案在所述实际所测量的信道环境下的性能状态；根据所述四种中继选择方案在所述实际所测量的信道环境下的性能状态，将所述三种次优中继选择方案的实际所测量的信道环境下的性能状态与所述最优中继选择方案的性能状态进行对比，选择所述三种次优中继选择方案中的性能状态最接近所述最优中继选择方案的性能状态的一种次优中继选择方案，作为所述实际的全双工中继系统的中继选择方案。...

【技术特征摘要】
1.一种全双工中继系统的中继选择方法，其特征在于，所述全双工中继系统包含一个源节点、一个目的节点、多个中继节点以及源节点到中继节点的信道链路、中继节点到目的节点的信道链路和中继节点自干扰信道链路，所述全双工中继系统的中继选择方法包括：基于DF协议，根据所述全双工中继系统中的信道链路的信道状态信息，预设四种中继选择方案，其中，所述四种中继选择方案包含一种最优中继选择方案和三种次优中继选择方案；根据独立同分布的瑞利衰落信道的系统中断性能理论，对所述四种中继选择方案进行分析计算，分别得到各个中继选择方案所对应的中断概率；将实际所测量的信道环境下的信道链路的信道状态信息、实际的全双工中继系统的中继数目和所述各个中继选择方案所对应的中断概率作为仿真分析因素，采用计算机对所述仿真因素进行仿真分析，获得所述四种中继选择方案在所述实际所测量的信道环境下的性能状态；根据所述四种中继选择方案在所述实际所测量的信道环境下的性能状态，将所述三种次优中继选择方案的实际所测量的信道环境下的性能状态与所述最优中继选择方案的性能状态进行对比，选择所述三种次优中继选择方案中的性能状态最接近所述最优中继选择方案的性能状态的一种次优中继选择方案，作为所述实际的全双工中继系统的中继选择方案。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在确定了所述实际的全双工中继系统的中继选择方案后，通过在所述实际的全双工中继系统中设置不同的中继数目对所述实际的全双工中继系统的中断概率进行分析，确定所述中断概率最小所对应的中继数目，并根据所述中继数目对所述实际的全双工中继系统进行相应的中继部署。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于DF协议，根据所述全双工中继系统中的信道链路的信道状态信息，预设四种中继选择方案，包括：根据所述全双工中继系统中的全部信道链路的信道状态信息，预设获得所述最优中继选择方案；根据所述全双工中继系统中的所述源节点到中继节点的链路的信道状态信息和所述中继节点到目的节点的链路的信道状态信息，预设获得最大最小中继选择方案；根据所述全双工中继系统中的所述源节点到中继节点的链路的信道状态信息和中继节点的自干扰链路，预设获得部分中继选择方案；根据所述全双工中继系统中的中继节点的自干扰链路，预设获得自干扰中继选择方案；其中，所述最大最小中继选择方案、部分中继选择方案和自干扰中继选择方案为次优中继选择方案。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据独立同分布的瑞利衰落信道的系统中断性能理论，对所述四种中继选择方案进行分析计算，分别得到各个中继选择方案所对应的中断概率，包括：对所述四种中继选择选择方案进行计算，分别获得各个中继选择方案的系统信道容量C，其中，式中，为源节点到中继节点的链路的信噪比或信号干扰噪声比，为源节点到目的节点的链路的信噪比或信号干扰噪声比；基于所述各个中继选择方案的系统信道容量，计算获得所述各个中继选择方案的中断概率式中，*分别表示不同中继选择方案的概率，R0表示系统需要达到的最小容量门限。5.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊生，李丽丽，何清素，徐彧，崔九鑫，
申请(专利权)人：北京汇通金财信息科技有限公司，国网电子商务有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11