采用正交幅度调制的差分中继协作通信方法技术

本发明专利技术提供了一种采用正交幅度调制的差分中继协作通信方法，主要解决现有技术在高阶调制下误码率性能比较差的问题。其实现步骤是：(1)比较中继链路的信噪比，从多个中继节点中选择信噪比最高的一个作为最佳中继节点；(2)源节点先对发送信息进行星座映射和差分调制，然后将差分调制的输出信号发送至目的节点和最佳的中继节点；(3)最佳的中继节点先对接收信号进行差分解调和差分调制，然后将差分调制的输出信号转发至目的节点；(4)目的节点先对源节点的发送信号和最佳中继节点的发送信号分别进行差分解调，再对差分解调的输出信号进行最大比合并，最后对最大比合并的输出信号进行星座逆映射，得到信源信息。本发明专利技术可提高协作通信系统的误码率性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信领域，涉及一种采用正交幅度调制QAM的差分中继协作通信方法，可用于提高差分多中继协作通信系统的误码率性能。
技术介绍
多输入多输出MIMO技术能够充分利用空间资源，在不增加系统带宽和发送功率的情况下，可以有效地对抗无线信道的衰落，从而提高通信系统的频谱利用率。然而在一些实际的应用场景，比如蜂窝系统的上行链路，无线自组织网络和无线传感器网络，移动终端或者网络节点受到自身体积，复杂度和功耗的限制，很难直接应用MIMO技术。于是，一种新的空间分集技术-协作分集技术应运而生。它的基本原理是参与协作通信的多个终端或者节点通过组成一种虚拟的MIMO系统来彼此共享链路资源从而获得空间分集增益。协作分集技术突破了传统MIMO技术对终端设备的限制，为其走向实用化提供了新思路。最初关于协作分集技术的研究都主要集中在单中继节点的情形下。随着研究的深入，采用多中继节点的协作传输方案受到越来越多的关注。这种方案可以大大地增加协作通信的分集增益，从而可以满足更高的服务质量需求。在多中继协作通信系统中，源节点和中继节点按照时分或者频分的方式来分配正交子信道，而且所有的中继节点都参与协作传输。该方案虽然可以获得与中继节点个数成正比的分集增益阶数，但同时牺牲了系统的频谱效率。针对多中继协作通信系统的频谱效率比较低的问题，研究人员提出了中继选择方案，即根据中继链路的信道质量，每次只选择一个最佳的中继节点参与协作传输。研究证明，与所有的中继节点都参与协作传输的方案相比，中继选择方案在保证获得相同分集增益阶数的前提下可以大幅度地提升协作通信的频谱效率。另外，现有的中继选择方案大都采用的是相干调制，这就要求中继节点和目的节点要知道完整的信道状态信息，然而这对于协作通信系统来说是一件开销大且比较困难的事情。为了避免估计信道状态信息，研究人员又提出了将差分调制和中继选择相结合的协作通信方案。目前，该方案大都采用的是恒定幅度的差分调制，比如差分相移键控PSK。 利用差分PSK，接收节点不再需要获取信道状态信息，即可正确译码，从而实现了协作通信系统在复杂度和性能上的一种折中。然而，当调制阶数比较高时，差分PSK的误码率性能比较差，从而导致上述方案不适用于高速数据传输的情形。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的不足，提出一种采用QAM的差分中继协作通信方法，以在调制阶数比较高时提高协作通信系统的误码率性能。为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下步骤(1)根据网络规划要求，为源节点S分配Nk个中继节点Rj, j = 1,2, L Ne ；(2)比较Nk个中继链路的信噪比，选择一个具有最大信噪比的中继节点&参与协作通信；(3)源节点S首先对信源信息进行星座映射和差分调制，然后将差分调制的输出信号发送至目的节点D和最佳的中继节点&；(4)最佳的中继节点&首先对接收信号进行差分解调和差分调制，其次将差分调制的输出信号转发至目的节点D ；(5)目的节点D首先对源节点S的发送信号和最佳中继节点&的发送信号分别进行差分解调，其次对差分解调的输出信号进行最大比合并，最后对最大比合并的输出信号进行星座逆映射，得到信源信息。本专利技术由于联合采用了差分调制和中继选择技术，不仅使得接收节点在不需要估计信道状态信息的情况下即可正确译码，同时也保证了协作通信系统可以获得全分集增益。当调制阶数较高时，由于QAM星座具有比PSK星座更大的最小距离，因此本专利技术提出的方法可以获得比采用差分PSK的现有方法更高的信噪比增益，从而提高了协作通信系统的误码率性能，同时更适用于高速数据传输的情形。附图说明图1是现有差分中继协作通信方法的信道模型图；图2是本专利技术实现的流程图；图3是本专利技术与现有的差分中继协作通信方法的误码率性能仿真比较图。 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术方法为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作步骤，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本专利技术采用的差分中继协作通信方法的信道模型如图1所示，其中S为源节点，D 为目的节点，民为中继节点，j = 1,2,L Nk，其中Nk表示中继节点的总个数。所有的通信节点都采用单天线且工作在时分双工模式。参照图2，本专利技术的实现步骤如下步骤1，根据网络规划要求，从距离源节点S最近的节点中任意选择Nk个节点民，j =1,2, L Nk，作为源节点S的中继节点，考虑到协作通信系统的实现复杂度，当源节点S附近的中继节点数目比较多时，选择4 8个中继节点。步骤2，比较Nk个中继链路的信噪比，选择一个具有最大信噪比的中继节点&参与协作通信。2a)估计源节点S到中继节点民的链路信噪比，j = 1，2，L，Nk ；2b)估计中继节点民到目的节点D的链路信噪比<，j = 1，2，L，Nk ；2c)利用上述估计的参数&和片。，计算中继链路的信噪比弋=mm{r^}，j = 1， 2，L，Ne ；2d)比较中继链路的信噪比弋，选择具有最大信噪比的中继节点&参与协作通信。步骤3，源节点S对信源信息进行星座映射和差分调制。3a)根据QAM的星座图，源节点S将信源信息映射成信源符号，其中，η彡1代表信号的离散时间下标；3b)设定差分调制的初始化输出信号为=1，计算差分调制信号xs,n = ss,nxs, 11-1/ #1，其中，\11-1= XS,n-l为功率归一化系数。步骤4，源节点S将差分调制的输出信号同时发送至目的节点D和最佳的中继节点步骤5，最佳的中继节点&对源节点S的发送信号进行差分解调。5a)估计源节点S到最佳中继节点&的信道功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种采用正交幅度调制的差分中继协作通信方法，包括如下步骤：（１）根据网络规划要求，为源节点Ｓ分配ＮＲ个中继节点Ｒｊ，ｊ＝１，２，Ｌ　ＮＲ；（２）比较ＮＲ个中继链路的信噪比，选择一个具有最大信噪比的中继节点ＲＪ参与协作通信；（３）源节点Ｓ首先对信源信息进行星座映射和差分调制，然后将差分调制的输出信号发送至目的节点Ｄ和最佳中继节点ＲＪ；（４）最佳中继节点ＲＪ首先对接收信号进行差分解调和差分调制，其次将差分调制的输出信号转发至目的节点Ｄ；（５）目的节点Ｄ首先对源节点Ｓ的发送信号和最佳中继节点ＲＪ的发送信号分别进行差分解调，其次对差分解调的输出信号进行最大比合并，最后对最大比合并的输出信号进行星座逆映射，得到信源信息。

【技术特征摘要】
1. 一种采用正交幅度调制的差分中继协作通信方法，包括如下步骤(1)根据网络规划要求，为源节点S分配Nk个中继节点I^，j= 1,2, L Ne；(2)比较Nk个中继链路的信噪比，选择一个具有最大信噪比的中继节点&参与协作通(3)源节点S首先对信源信息进行星座映射和差分调制，然后将差分调制的输出信号发送至目的节点D和最佳中继节点&；(4)最佳中继节点&首先对接收信号进行差分解调和差分调制，其次将差分调制的输出信号转发至目的节点D ；(5)目的节点D首先对源节点S的发送信号和最佳中继节点&的发送信号分别进行差分解调，其次对差分解调的输出信号进行最大比合并，最后对最大比合并的输出信号进行星座逆映射，得到信源信息。2.根据权利要求1所述的协作通信方法，其中步骤( 所述的从 个中继节点中选择一个最佳中继节点&参与协作通信，按如下步骤进行(2a)估计源节点S到中继节点民的链路信噪比A，j = 1,2, L, Ne ； (2b)估计中继节点民到目的节点D的链路信噪比<，j = 1,2, L, Ne； (2c)利用所述的&和^ο，计算中继链路的信噪比弋，j = 1,2, L, Ne； (2d)比较中继链路的信噪比弋，选择具有最大信噪比的中继节点&参与协作通信。3.根据权利要求1所述的协作通信方法，其中步骤(3)所述的源节点S对信源信息进行星座映射和差分调制，按如下步骤进行(3a)根据正交幅度调制的星座图，源节点S将信源信息映射成信源符号ss,n，其中， η ^ 1代表信号的离散时间下标；(3b)设定差分调制的初始化输出信号为C1= 1，利用如下公式计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：高洋，葛建华，王勇，李靖，宫丰奎，高明，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87