一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法技术

本发明专利技术公开了一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法，包括步骤：S1.源节点信息广播步骤：源节点对需传输的信息比特，依次执行信道极化编码、调制，再经发射天线，将其在自由空间广播到所有中继和目的节点；S2.候选中继节点集构建方法：选择能正确译码的候选中继节点集合；S3.最优中继节点集构建方法：根据当前信噪比，在上述候选中继节点集中，选择使系统中断概率最小的最优中继集；S4.判断中继是否参与协作的方法：比较上述最优中继节点集和直传链路相关的性能，判断中继是否参与协作；S5.目的节点信息接收步骤：目的节点采用最大比合并方法，合并所有接收的信息，然后对其解调、极化译码，获得原信息。获得原信息。获得原信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法


[0001]本专利技术涉及数字通信
，尤其涉及一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法。

技术介绍

[0002]近年来在无线通信领域，多输入多输出系统(MIMO)通过分集获得性能增益得到了业界的广泛关注和研究。而协作通信是允许系统中的用户通过中继彼此间的消息到达目的地来完成协作。这样做可以有效地形成一个分布式天线阵列，达到集中式MIMO系统所获得的空间分集增益。协作通信常用的中继方式有：放大转发(AF)、解码转发(DF)、选择中继(SR)、编码协作(CC)和压缩转发(CF)等。目前协作通信的发展趋势已经从最初的单源单中继发展到单源多中继协作，协作网络一般由一个源节点，一个目的节点和N个中继节点构成，所以多中继节点的选择显得尤为重要。Bletsas等人提出一种基于瞬时信道信息进行中继选择的机会中继方案，并进一步分析了在AF和DF协作网络中的中断性能。Zhao Yi等人在AF协作网络中，基于瞬时信道信息，结合了源节点和中继节点的功率分配，提出一种最优的中继选择方法。Luo等人分析了在DF协作网络中，根据信道统计特性，选择合适的中继节点对信号进行中继，使得系统的中断概率达到最优。
[0003]极化码是在2009年由土耳其的Erdal Arikan教授基于信道的极化理论提出的一种全新的信道编码的方案。其在理论上证明能够达到香农极限的好码，其具有非常低的编译码复杂度，当码长为N时，polar码的编译码复杂度都为。信道极化理论主要包含两大步骤：信道组合和信道分解。Arikan教授研究发现，随着信道复用数目的增加，信道经过这两个步骤后，复用的比特信道会极化成两类信道：无噪信道和全噪信道。极化码的核心理念就是利用无噪信道传输有用的比特信息，利用全噪信道传输冻结信息或者不传信息。基于极化码能逼近香农极限的优良特性，将极化码应用于协作通信中的应用是个不错的选择。最早的基于极化码的中继方案是由Andersson等人通过嵌套结构提出的。结果表明，极化码可以实现对称的二进制输入物理降级中继信道的容量，并且仅在二进制错误信道中才具有良好的性能。Blasco
‑
Serrano等人证明了将极化码用于压缩转发(CF)策略是容量可实现的。并且他还对基于极化码的随机降级中继信道下译码转发(DF)策略进行了讨论。Bravo
‑
Santos等人对极化码用于高斯降级中继信道进行研究。Qicong Zhan等人证明了通过优化时间和信息划分参数，精心构造的极化码可以在半双工中继信道中达到理论容量。上述方案虽然可以应用于中继节点中，但是依然存在中继节点盲目参与协作传输的缺陷。
[0004]因此，本专利技术提出了一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法。
[0006]为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法，包括步骤：
[0008]S1.源节点对需要传输的信息序列通过信道极化以及极化编码的方法执行，得到编码后的码字，通过调制方法执行编码后的码字，得到调制后的信息，并将得到的调制后的信息通过发射天线广播到所有中继节点和目的节点；
[0009]S2.将通过发射天线广播的调制后的信息作为输入参数，构建候选中继节点集，并通过构建候选中继节点集的方法计算协作中继的阈值，并将链路的瞬时信噪比与协作中继的阈值进行比较，得到正确译码的候选中继节点集合；
[0010]S3.将得到的正确译码的候选中继节点集合作为输入参数，构建最优中继节点集，并通过构建最优中继节点集的方法计算候选中继节点集合中各个中继节点的等效信道增益，得到中断概率最小的最优中继节点集；
[0011]S4.将得到的中断概率最小的最优中继节点集作为输入参数，判断中继节点是否参与协作传输，若是，则中断概率最小的最优中继节点集中的中继节点对接收信息通过极化码连续删除译码方法处理，并对处理后的信息通过信道极化编码方法转发至目的节点；
[0012]S5.将转发至目的节点的信息通过最大比合并方法合并所有接收到的信息，得到信息序列，并将信息序列依次执行解调、极化码译码方法，得到目的节点估计的信息序列。
[0013]进一步的，所述步骤S2具体为：
[0014]S21.源节点将信号广播给中继节点和目的节点，目的节点D和第i个中继节点R
i
收到的信号分别为：
[0015][0016][0017]其中，S表示一个源节点；D表示一个目的节点；R
i
表示多个中继节点，1≤i≤N，N表示所有中继节点数目；P
s
为实数，表示源节点S的发射功率；h
sd
和是零均值且方差分别是实数和的相互独立的复高斯随机变量，分别表示S
‑
D和S
‑
R
i
链路的信道系数；n
sd
和是零均值且方差为实数的相互独立的复高斯随机变量，分别表示S
‑
D和S
‑
R
i
链路的加性高斯白噪声；
[0018]S22.第i个中继节点R
i
能正确译码源节点信息，则需要满足以下关系式：
[0019][0020]其中，为实数，表示链路S
‑
R
i
的瞬时信噪比，V为实数，表示信息传输速率；
[0021]当中继节点能正确译码源节点信息时，需满足以下阈值关系：
[0022]γ
Corp，th
＝2
(N+1)V
‑1ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0023]将能正确译码源节点信息的中继节点作为候选中继节点集合，表示为：
[0024][0025]其中，Ω表示正确译码的候选中继节点集合。
[0026]进一步的，所述步骤S3中将得到的正确译码的候选中继节点集合作为输入参数之
后还包括判断正确译码的候选中继节点集合是否为空，若是，则所有中继节点均不能正确译码源节点的信息，采用链路直接传输，表示为：
[0027][0028]其中，表示采用链路直接传输情况下目的节点D接收到的信息；
[0029]链路直传的互信息，表示为
[0030]I
DT
＝log2(1+γ
sd
)
ꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0031]其中，为实数，表示S
‑
D链路的瞬时信噪比。
[0032]进一步的，所述判断正确译码的候选中继节点集合为非空时，则从正确译码的候选中继节点集合中选择中断概率最小的最优中继节点集，具体为：
[0033]源节点和目的节点的互信息的计算表示为：
[0034][0035]其中，为实数，表示链路S
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法，其特征在于，包括步骤：S1.源节点对需要传输的信息序列通过信道极化以及极化编码的方法执行，得到编码后的码字，通过调制方法执行编码后的码字，得到调制后的信息，并将得到的调制后的信息通过发射天线广播到所有中继节点和目的节点；S2.将通过发射天线广播的调制后的信息作为输入参数，构建候选中继节点集，并通过构建候选中继节点集的方法计算协作中继的阈值，并将链路的瞬时信噪比与协作中继的阈值进行比较，得到正确译码的候选中继节点集合；S3.将得到的正确译码的候选中继节点集合作为输入参数，构建最优中继节点集，并通过构建最优中继节点集的方法计算候选中继节点集合中各个中继节点的等效信道增益，得到中断概率最小的最优中继节点集；S4.将得到的中断概率最小的最优中继节点集作为输入参数，判断中继节点是否参与协作传输，若是，则中断概率最小的最优中继节点集中的中继节点对接收信息通过极化码连续删除译码方法处理，并对处理后的信息通过信道极化编码方法转发至目的节点；S5.将转发至目的节点的信息通过最大比合并方法合并所有接收到的信息，得到信息序列，并将信息序列依次执行解调、极化码译码方法，得到目的节点估计的信息序列。2.根据权利要求1所述的一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：S21.源节点将信号广播给中继节点和目的节点，目的节点D和第i个中继节点R
i
收到的信号分别为：信号分别为：其中，S表示一个源节点；D表示一个目的节点；R
i
表示多个中继节点，1≤i≤N，N表示所有中继节点数目；P
s
为实数，表示源节点S的发射功率；h
sd
和是零均值且方差分别是实数和的相互独立的复高斯随机变量，分别表示S
‑
D和S
‑
R
i
链路的信道系数；n
sd
和是零均值且方差为实数的相互独立的复高斯随机变量，分别表示S
‑
D和S
‑
R
i
链路的加性高斯白噪声；S22.第i个中继节点R
i
能正确译码源节点信息，则需要满足以下关系式：其中，为实数，表示链路S
‑
R
i
的瞬时信噪比，V为实数，表示信息传输速率；当中继节点能正确译码源节点信息时，需满足以下阈值关系：γ
Corp，th
＝2
(N+1)V
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)将能正确译码源节点信息的中继节点作为候选中继节点集合，表示为：其中，Ω表示正确译码的候选中继节点集合。
3.根据权利要求2所述的一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法，其特征在于，所述步骤S3中将得到的正确译码的候选中继节点集合作为输入参数之后还包括判断正确译码的候选中继节点集合是否为空，若是，则所有中继节点均不能正确译码源节点的信息，采用链路直接传输，表示为：其中，表示采用链路直接传输情况下目的节点D接收到的信息；链路直传的互信息，表示为I
DT
＝log2(1+γ
sd
)
ꢀꢀꢀꢀ
(7)其中，为实数，表示S
‑
D链路的瞬时信噪比。4.根据权利要求3所述的一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法，其特征在于，所述判断正确译码的候选中继节点集合为非空时，则从正确译码的候选中继节点集合中选择中断概率最小的最优中继节点集，具体为：源节点和目的节点的互信息的计算表示为：其中，为实数，表示链路S
‑
D的瞬时信噪比；为实数，表示链路R
i
‑
D的瞬时信噪比；为实数，表示中继节点R
i
的发送功率；是零均值且方差为实数的相互独立的复高斯随机变量，表示R
i
‑
D链路的信道系数；i为自然数，范围为1～|Ω|，|Ω|为正确译码的候选中继节点集合Ω中的元素个数；在等功率条件中断概率Pr(I
SDF
＜V|Ω)计算为：其中，Pr(t)为实数，表示括号中变量t的概率；从正确译码的候选中继节点集合Ω中选择M个中继节点的中断概率，表示为：其中，B
...

【专利技术属性】
技术研发人员：包建荣，亓凯梁，姜斌，刘超，曾嵘，吴俊，邱雨，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：