本发明专利技术涉及无线通信技术领域，具体地说是一种用于协作通信网络中的可调多中继选择方法及系统，其特征在于包括源节点发送一个数据包到所有中继节点，中继节点将接收到的信号以分时方式放大转发给目的节点，均衡检测器处理接收到信号，得到相应的输出信噪比SNRSRiD，根据SNRSRiD大小比较可完成中继排序，再根据排序结果，进行协作节点数的调整，本发明专利技术与现有技术相比，在频谱效率、误码率性能和能量消耗间取得更好的折衷，能根据不同协作节点数下合并信噪比的比较自适应调整协作节点数，最终获得最优的协作节点数No(最优意味着使用最小的协作节点数No，获得最大级别的合并信噪比)。
【技术实现步骤摘要】
用于协作通信网络中的可调多中继选择方法及系统
本专利技术涉及无线通信
，具体地说是一种特别适用于使用正交中继信道的协作通信网络中的能自适应调整参与协作的中继节点数，并获得低能耗、高性能的用于协作通信网络中的可调多中继选择方法及系统。
技术介绍
由于协作通信具有消除无线信道衰落影响和获得空间分集增益的优势，已引起学术和工业界的广泛关注。目前，已提出了大量的协作方案，并对这些方案做出了性能的分析。通过对这些方案的分析比较，中继选择方案因能获得全分集，且相对别的方案来说，对同步要求和监听/反馈需求较低，因而引起了相当的关注。依赖于中继协作的策略，中继网络一般可分为解码转发(DF)和放大转发(AF)网络。在这两个策略中，AF策略因在中继端有较少的计算负荷，从而在实际系统中更具吸引力。目前，大部分中继选择方案均基于频率平衰落信道模型研究。但在高速无线通信应用中，传输带宽大于信道的相关带宽，使得信道具有频率选择性。对于协作中继网络中的高速通信应用，现有的用于频率平衰落信道的技术需要改进，或提出新技术以消除频率选择性信道的影响。广泛采用的用于消除频率选择性对系统性能影响的方法是正交频分复用(OFDM)技术，近来已用于协作通信。然而，OFDM具有峰平功率比高的缺点，如果期望低的峰平功率比，OFDM不是一个好的选择。单载波传输能克服这一缺点，目前单载波系统中的中继选择方法主要有两种：单中继选择和多中继选择。尽管单中继选择具有简单易行的优点，但由于其有限的分集增益，可能满足不了用户需求的网络服务质量(QoS)。为了提高网络服务质量，需增加分集增益，这就需要考虑多中继选择方案。但已有多中继选择方案的研究假设在接收端已知所有节点间的信道状态信息。此外，尽管多中继选择方案能获得相当的性能增益，但当协作节点数超过某一值时，系统的误码率性能增益很小，这时有可能选出超出需要的节点。而且研究表明中继节点增加将减少系统的频谱效率，且增加能量消耗。为了在误码率性能、频谱效率和能量消耗间取得更好的折衷，多中继选择方案需具备根据当前信道状态自适应调整参与协作的节点数的能力。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种特别适用于使用正交中继信道的协作通信网络中的能自适应调整参与协作的中继节点数，并获得低能耗、高性能的用于协作通信网络中的可调多中继选择方法及系统。本专利技术可以通过以下措施达到：一种用于协作通信网络中的可调多中继选择方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：进行中继排序，源节点发送一个数据包到所有中继节点，而后中继节点将接收到的信号以分时方式放大转发给目的节点，均衡检测器在不同时隙处理接收到的信号，得到相应的输出信噪比SNRSRiD，根据SNRSRiD大小比较可完成中继排序，设排序结果为(R1,R2,……，RM)；步骤2：进行协作节点数的调整，先在协作传输的第一阶段，目的节点D和中继节点接收源节点S发送的信号；而后，在协作传输第二阶段中的第一个时隙，中继节点R1向目的节点D放大转发第一阶段接收到的带噪信号，在目的节点D，均衡检测器合并来自于源节点和中继节点端的接收信号，并计算得出合并信噪比SNR{1}，该算法在每一次迭代中，将连续计算和比较接连的相应于不同协作节点数的两个合并信噪比，如果SNR{1，……，N}大于αSNR{1，……，N-1}，将增加一个协作节点，否则，协作节点数将保持不变，仍为N-1，而后剩余的中继RN+1，……，RM将在接下来的时隙中根据中继排序依次选择，直到合并信噪比SNR{1，……，N+K}大于αSNR{1，……，N-1}，此时协作节点数变为N+K。本专利技术步骤1中所述均衡检测器采用分数间隔线性滤波器结构，用于实现匹配滤波和符号间隔均衡的功能，均衡检测器将直接处理经由模数转换(A/D)之后的采样信号，对由源节点S发送至目的节点D的接收信号，设均衡检测器的输入信号为rSD(k)，在每一个比特周期，均衡检测器的输出产生一个判决，均衡检测器的抽头系数由自适应滤波算法进行调整，自适应工作于训练阶段，利用训练序列自适应于信道，而后在直接判决模式，使用硬判决作为均衡检测器的输出，具体计算方法如下：以SNRSD为例说明输出SNR的计算。在均衡检测器中，信号向量由下式给出un＝[rSD(n-1)，rSD(n-2)，…，rSD(n-m)](7)m＝lTf/Ts(8)其中m表示观察窗口长度，Tf表示比特符号持续时间，Ts表示A/D的采样周期，设在比特符号持续时间内的采样形成一个处理单元，l表示在观察窗口内的处理单元数；抽头系数向量定义如下：cn＝[cn1，cn2，…，cmn]T(9)其中cn的初始值为cn＝[0，0，…，0]T，m表示观察窗口长度，在式(8)中定义；均衡检测器的输出为：yn＝uncn(10)误差定义如下：其中dn表示训练序列，表示对cn的估计，本专利技术使用归一化最小均方(NLMS)算法调整抽头系数，算法实现如下其中μ和δ均为正常数；令表示均衡检测器经训练阶段估计出的抽头系数，则期望输出(无噪)的信号能量定义为：其中ui表示训练序列之后的接收信号向量(表示一个符号)，总信号能量定义为：则噪声能量可用下式计算：En＝Et-Eo(16)因而，均衡检测器的输出信噪比SNRSD由下式给出SNRSD＝Eo/En(17)类似地，由式(17)可计算得出对从源节点S发送经中继节点Ri放大转发至目的节点D(S-Ri-D)所接收信号处理，均衡检测器的输出信噪比SNRSRiD，中继节点根据SNRSRiD的大小进行排序，如果(1,2，……，K)表示对(R1，R2，……RK)的排序，那么该输出信噪比的排序应满足本专利技术步骤2中合并信噪比SNR{1，……，K}表示均衡检测器对来自于中继节点(R1，R2，……，RK)和源节点的合并接收信号处理后得出的合并信噪比，对合并接收信号r(k)，合并信噪比SNR{1，……，K}可由式(17)计算获得；当协作节点数超过某个值时，再增加协作节点获得的性能增益十分有限，因此本专利技术设定最优值No为满足下式的最小整数：SNR{1,...,N}-SNR{1,...,N-1}≤ε，N≥No(19)其中N表示中继节点数，N和No均为正整数，ε是根据系统需要的预设值，式(19)的含义是找到最小的No满足SNR{1,...,N}-SNR{1,...,N-1}≤ε的限制。由式(19)，搜索最优No的代价函数定义如下min{N|SNR{1,...,N}-SNR{1,...,N-1}≤ε}(20)其含义为搜索满足SNR{1,...,N}-SNR{1,...,N-1}≤ε的最小N值；根据代价函数(20)，协作节点数调整流程如附图3所示，其中α＞1，M是协作网络中中继节点的总数。参数α的值决定了中继节点数增加的调整次数，α越小，中继节点数调整的越频繁。本专利技术还提出一种用于协作通信网络中的可调多中继选择系统，包括源节点S、多个中继节点Ri和目的节点D，其特征在于源节点S、中继节点Ri以及目的节点D分别设有接收机和发送机，并均处于半双工模式，接收机为可直接处理经模数转换后的采样信号的均衡检测器，所述均衡检测器采用分数间隔线性滤波器结构。本专利技术与现有技术相比，采用中继排序的方法，中继排序后，仅需按照中继排序结果依次选择节点，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于协作通信网络中的可调多中继选择方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：进行中继排序，源节点发送一个数据包到所有中继节点，而后中继节点将接收到的信号以分时方式放大转发给目的节点，均衡检测器在不同时隙处理接收到的信号，得到相应的输出信噪比SNRSRiD，根据SNRSRiD大小比较可完成中继排序，设中继节点排序结果为(R1,R2,……，RM)，其中R代表中继节点，M为中继节点总数；步骤2：进行协作节点数的调整，先在协作传输的第一阶段，目的节点D和中继节点接收源节点S发送的信号；而后，在协作传输第二阶段中的第一个时隙，中继节点R1向目的节点D放大转发第一阶段接收到的带噪信号，在目的节点D，均衡检测器合并来自于源节点和中继节点端的接收信号，并计算得出合并信噪比SNR{1}，在每一次迭代中，将连续计算和比较接连的相应于不同协作节点数的两个合并信噪比，如果SNR{1，……，N}大于αSNR{1，……，N-1}，将增加一个协作节点，否则，协作节点数将保持不变，仍为N-1，而后剩余的中继RN+1，……，RM将在接下来的时隙中根据中继排序依次选择，直到合并信噪比SNR{1，……，N+K}大于αSNR{1，……，N-1}，此时协作节点数变为N+K，其中SNR{1，……，N}表示对来自于中继节点(R1,R2,……，RN)和源节点和合并接收信号处理后得出的合并信噪比；N与K均代表中继节点数；步骤1中所述中继排序采用均衡检测器的输出信噪比作为端到端信噪比对中继进行排序，具体计算方法如下：以SNRSD为例说明输出SNR的计算，在均衡检测器中，信号向量由下式给出un＝[rSD(n-1)，rSD(n-2)，…，rSD(n-m)](7)m＝lTf/Ts(8)其中m表示观察窗口长度，Tf表示比特符号持续时间，Ts表示A/D的采样周期，设在比特符号持续时间内的采样形成一个处理单元，l表示在观察窗口内的处理单元数；抽头系数向量定义如下：cn＝[cn1，cn2，…，cnm]T(9)其中cn的初始值为cn＝[0，0，…，0]T，m表示观察窗口长度，在式(8)中定义；均衡检测器的输出为：yn＝uncn(10)误差定义如下：其中dn表示训练序列，表示对cn的估计，使用归一化最小均方(NLMS)算法调整抽头系数，算法实现如下：其中μ和δ均为正常数；...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志勇，张钦宇，曹斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
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