一种降低发射功率的中继选择方法技术

本发明专利技术公开一种降低发射功率的中继选择方法，其具体步骤是：源节点首先发送一个RTS消息；接收到RTS消息的中继节点根据该消息进行信道估计，得到与该源节点之间的信道状态信息；各个中继节点向控制源节点发送一个CTS消息；控制源节点接收到CTS消息，根据CTS消息的内容通过设计的算法挑选出为各个源节点转发信息的中继；之后控制源节点将选择的结果以消息的形式告知各个源节点；源节点向与自身进行协作通信的中继节点发送RTC消息；中继接收到RTC消息之后应答CTC消息；源节点收到CTC消息之后，开始通过中继节点的协作正式发送消息。本发明专利技术选择方法算法相对简单，且能较大程度地降低系统发射功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信领域，具体为一种能够降低发射功率的中继选择方法。该方法用于无线通信中，解决如何选择中继器，能够降低发射功率进行信号传输的策略。
技术介绍
目前无线通信中数字中继器的使用日趋普遍，它可以扩大新一代无线通信系统的覆盖面积，提高通信质量。一般地，一个基站周围会分散地布放多个中继器。目前的无线网络大多使用所有在覆盖范围内的中继器参与转发，但是由于无线信道的随机性，并不是每个中继器都有必要参与信号的转发。同时，无线通信网络中的数字中继器需要电源供电，部分中继器由于布放位置所限只能靠电池供电。因此，在保证正常通信的前提下，减小中继器的数量和发射功率，具有节约能源的积极意义。在申请人检索的范围内，以下文献与本专利技术相关，适于做本专利技术的
技术介绍
[1]屈春河等在其《针对解码转发协作分集的分布式伙伴节点选择算法》(参见 《计算机学报》，2010年4月)一文中，根据数学模型和误比特率公式，提出了一种伙伴节点选择算法。该算法能够在分布式的无线网络环境中以极小的控制协议开销，逐个消息地选择最优的伙伴节点参与转发消息。不仅如此，该算法还能够随着信道状态的变化动态地调整所选择的伙伴节点，所以对信道状态具有自适应能力。但是该方法并没有考虑系统整体的对功率进行控制问题，因此在节省能量、降低辐射方面有所缺陷。[2]惠鑲等在其《一种多源协作网络的分布式功率分配与中继选择算法》(参见 《电子与信息学报》2010年10月)一文中，针对多源-多中继放大转发协作通信网络，提出了一种分布式功率分配与中继选择算法。该算法由源节点自主选择为其转发信息的中继节点，并引入定时器，通过竞争方式避免了分布式所导致的中继选择冲突。该方法仅适用于具有放大转发中继的无线网络中，普适性不理想。[3]杨珂等在其《协作通信中继选择与功率分配的联合优化》(参见《系统仿真学报》2010年12月)一文中，根据目的节点信噪比要求提出一种选择中继节点的方案，并在此基础上推导了基于信噪比的源节点和中继节点最优功率分配方法。实验结果表明，采用源节点的最优功率分配方案更有利于提高系统的功率效率。该方法同样仅适用于放大转发无线网络中，不具普适性。[4]王文益等在其《基于译码-转发的多中继合作分集系统的功率分配》(参见《电子与信息学报》2008年3月)一文中，以最小化系统中断概率为目标，考虑了译码-转发的多中继合作分集系统的功率分配问题。该系统在慢衰落频率非选择性信道的环境下，根据瞬时信道状态信息，决定是否合作，以及选择哪个中继节点进行中继，并在源节点和选择的中继节点之间进行功率分配。但该系统模型为单个源节点-多中继节点-单个目的节点的传统模型，但在实际应用中，源节点一般不止一个，传统模型适用性受到限制
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供。该方法具有在保证正常通信的同时减小发射功率、算法复杂度低、具有一定的自适应能力，可以根据信道状态的变化实时改变选择策略等特点。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，设计，该方法采用以下步骤源节点首先发送一个RTS消息，该消息包括导频符号和源节点ID ；接收到RTS消息的中继节点根据该消息进行信道估计，得到与该源节点之间的信道状态信息；各个中继节点向控制源节点发送一个CTS消息，该消息包括导频符号、中继自身ID、源节点ID和相应的信道状态信息；控制源节点接收到CTS消息，根据CTS消息的内容通过下文所述的算法挑选出为各个源节点转发信息的中继；之后控制源节点将选择的结果以消息的形式告知各个源节点；源节点向与自身进行协作通信的中继节点发送RTC消息，该消息包括源节点ID和所选出的目的节点ID ；中继接收到RTC消息之后应答CTC消息，该CTC消息包括自身ID和源节点ID ；源节点收到CTC消息之后，开始通过中继节点的协作正式发送消息。与现有技术相比，本专利技术的中继选择方法优点是算法相对简单，具有一定的自适应能力，且能较大程度地降低系统发射功率；在实际应用中，不仅可以避免由于算法复杂度高带来的通信延时，而且也可以降低发射功率，节约能源，是一种将通信效率和发射功率综合优化的中继选择方法。附图说明图1为本专利技术降低发射功率的中继选择方法一种实施例的系统整体结构示意图；图2为本专利技术降低发射功率的中继选择方法一种实施例关键算法的流程图；图3为本专利技术降低发射功率的中继选择方法一种实施例进行10次试验时，三种算法所需的系统总功率比较图；图4为本专利技术降低发射功率的中继选择方法一种实施例进行10次试验时，两种算法相对最优算法的功率增益比较图；图5为本专利技术降低发射功率的中继选择方法一种实施例当源节点个数变化时，三种算法所需的系统总功率比较图；图6为本专利技术降低发射功率的中继选择方法一种实施例当源节点个数变化时，两种算法相对最优算法的功率增益比较图；图7为本专利技术降低发射功率的中继选择方法一种实施例当中断概率变化时，三种算法所需的系统总功率比较图；图8为本专利技术降低发射功率的中继选择方法一种实施例当中断概率变化时，两种算法相对最优算法的功率增益比较图。具体实施例方式下面结合实施例及其附图进一步叙述本专利技术本专利技术设计的降低发射功率的中继选择方法(以下简称方法，参见图1-8)，总体思路是中继接收信号后，对源节点和中继节点之间的信道状态信息进行估计，然后将此信息发送给源节点，再由源节点选择哪个中继参与转发。本专利技术方法的总体系统模型为一个多个源节点-多个中继节点-单个目的节点的无线通信系统(参见图1)。设sr-sr··、为M个源节点，其中的一个是控制源节点(控制源节点也有发送信息的功能，比普通源节点增加控制功能；在图1中用粗线表示，即Si,以区分之)氓…为布放在各个源节点周围的N个中继节点；D为目的节点。N个中继节点协助源节点转发信息。本专利技术要解决的技术问题是从N个中继节点中挑选出M个中继节点参与信号的转发，而不是令所有中继节点都参与转发工作。本专利技术方法总体流程如下①在M个源节点向周围的中继节点发送RTS(Ready to Send)消息；②中继节点接收到RTS消息后，进行信道估计，得到与相应源节点之间的信道状本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种降低发射功率的中继选择方法，该选择方法具体步骤如下：源节点首先发送一个ＲＴＳ消息，该消息包括导频符号和源节点ＩＤ；接收到ＲＴＳ消息的中继节点根据该消息进行信道估计，得到与该源节点之间的信道状态信息；各个中继节点向控制源节点发送一个ＣＴＳ消息，该消息包括导频符号、中继自身ＩＤ、源节点ＩＤ和相应的信道状态信息；控制源节点接收到ＣＴＳ消息，根据ＣＴＳ消息的内容通过下文所述的算法挑选出为各个源节点转发信息的中继；之后控制源节点将选择的结果以消息的形式告知各个源节点；源节点向与自身进行协作通信的中继节点发送ＲＴＣ消息，该消息包括源节点ＩＤ和所选出的目的节点ＩＤ；中继接收到ＲＴＣ消息之后应答ＣＴＣ消息，该ＣＴＣ消息包括自身ＩＤ和源节点ＩＤ；源节点收到ＣＴＣ消息之后，开始通过中继节点的协作正式发送消息；所述的算法包括（１）式和（２）式，（１）式为在保证设计要求中断概率的前提下的发射功率：即（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｐ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｑｒｔ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ａ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｉ）Ｂ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｉ）Ａ（／ｍｉ）?（ｍｓｑｒｔ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｂ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｎ）８（／ｍｎ）?（ｍｉ）Ｂ（／ｍｉ）?（／ｍｓｑｒｔ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｉ）＆ｅｐｓｉｖ；（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｆｒａｃ）?（／ｍｓｑｒｔ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｉ）Ｂ（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｂ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｑｒｔ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｂ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｎ）８（／ｍｎ）?（ｍｉ）Ｂ（／ｍｉ）?（／ｍｓｑｒｔ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）其中，Ｐ为总发射功率，ＳＮＲｔ　ａｒｇ　ｅｔ为信噪比，为加性高斯白噪声方差，为与Ｓｉ和Ｒｊ间距离相关的信道衰落随机变量方差；（２）式为功率矩阵：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｆｅｎｃｅｄｏｐｅｎ＝＇（＇ｃｌｏｓｅ＝＇）＇）?（ｍｔａｂｌｅ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｐ（／ｍｉ）?（ｍｎ）１，１（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｐ（／ｍｉ）?（ｍｎ）１，２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｉ）＆Ｌａｍｂｄａ；（／ｍｉ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｐ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）Ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｐ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）Ｎ（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｐ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２，１（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｐ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２，２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｉ）＆Ｌａｍｂｄａ；（／ｍｉ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｐ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）Ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｐ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）Ｎ（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｉ）＆Ｌａｍｂｄａ；（／ｍｉ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｉ）＆Ｌａｍｂｄａ；（／ｍｉ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｉ）＆Ｌａｍｂｄａ；（／ｍｉ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｉ）＆Ｌａｍｂｄａ；（／ｍｉ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｉ）...

【技术特征摘要】
1.-种降低发射功率的中继选择方法，该选择方法具体步骤如下源节点首先发送-卜RTS消息，该消息包括导频符号和源节点ID ；接收到RTS消息的中继节点根据该消息进行信道估计，得到与该源节点之间的信道状态信息；各个中继节点向控制源节点发送-CTS消息，该消息包括导频符号、中继自身ID、源节点ID和相应的信道状态信息；控制源节点接收到CTS消息，根据CTS消息的内容通过下文所述的算法挑选出为各个源节点转发信息的中继；之后控制源节点将选择的结果以消息的形式告知...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑飞，李文博，王蒙军，曾祥烨，郝禄国，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：12