專利名稱：基于網(wǎng)絡編碼的多接入中繼信道中的單中繼選擇方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信領域，具體是基于網(wǎng)絡編碼的多中繼協(xié)作通信中的一種中繼選擇方法。
背景技術：
隨著通信技術的不斷發(fā)展，人們對傳輸速率、傳輸可靠性、資源利用率以及通信安全等性能要求越來越高。R. Ahlswede等人于2000年提出了網(wǎng)絡編碼(Network Coding) 的概念，其核心思想是允許網(wǎng)絡結點對網(wǎng)絡傳輸信息進行編碼處理，增加單次傳輸?shù)男畔⒘?。網(wǎng)絡編碼在提高網(wǎng)絡吞吐量，改善負載均衡，減小傳輸延遲，節(jié)省結點能耗，增強網(wǎng)絡魯棒性方面有很多優(yōu)勢，成為了通信網(wǎng)絡中信息處理和傳輸理論研究上的重大突破。它一經(jīng)提出便引起了國際學術界的廣泛關注，并被廣泛應用于Ad hoc網(wǎng)絡、傳感器網(wǎng)絡、P2P內(nèi)容分發(fā)、分布式文件存儲和網(wǎng)絡安全等領域，是當前網(wǎng)絡通信研究的熱點之一。另外，在無線網(wǎng)絡通信中，中繼協(xié)作通信，是對抗多徑衰落，提高通信質(zhì)量的重要手段之一。在中繼網(wǎng)絡中，信源向信宿發(fā)送消息，中繼節(jié)點也同時接收到這個消息，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給信宿(或者是經(jīng)過一定處理之后再進行轉(zhuǎn)發(fā))。然后信宿再利用收到的所有消息，進行解碼。在這樣的傳輸模型下，中繼節(jié)點對信源-信宿之間的通信起到了一定的協(xié)助作用， 等同于在不需要配置多天線的條件下，提供了一定的空間分集，提高了通信質(zhì)量。但是多中繼協(xié)作，帶來的是高功耗和高復雜度，這是無線網(wǎng)絡通信，特別是移動通信中所不能接受的負擔。中繼選擇，是解決這一問題的一種簡單的方法。通過一定的選擇策略，在一簇中繼中，選出符合條件的一個或者多個中繼，來協(xié)助此次通信。其余的中繼節(jié)點處于待機狀態(tài)。顯然，這種做法能較大的節(jié)省能耗。A. Bletsas, A. Khisi等人于2006 年發(fā)表在 IEEE J. Select. Areas. Commun 上的文章"A simple cooperative diversity method based on network path selection，，，較早地提出了中繼選擇的基本協(xié)議。Yindi Jing, H. Jafarkhani 于 2009 年在 IEEE Trans, on Wireless Commun.上發(fā)表的“Single and multiple relay selection schemes and their achievable diversity orders"一文，則總結提出了幾種中繼選擇的方案，并證明，通過適當?shù)闹欣^選擇策略，單中繼通信能夠達到與全中繼協(xié)作同樣的滿分集增益。這就為單中繼選擇的研究前景和實用性奠定了理論基礎。2004年3GPP的多倫多會議，提出了著名的LTE (Long Term Evolution)項目。 這是3G與4G技術之間的一個過渡，是3. 9G的全球標準。它改進并增強了 3G的空中接入技術，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡演進的唯一標準，在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行
326Mbit/s與上行86Mbit/s的峰值速率，改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。Type-II中繼是LTE項目中關于中繼的一種重要的提案，該類中繼沒有小區(qū)ID，其應用目的是提供對主eNB信號的分集，或者和主eNB —起進行協(xié)作傳送，以增加小區(qū)容量。Type-II中繼與Type-Ι中繼在理論研究上的最大區(qū)別在于，在Type-ΙΙ中繼場景中，信源(eNB)與信宿(UE)之間存在著直接的通信鏈路。因此，按照這樣的網(wǎng)絡拓撲結構，網(wǎng)絡編碼在多信源Type-II中繼場景中的應用便順理成章。而目前對于中繼選擇的研究，大都是基于1-N-1網(wǎng)絡(即網(wǎng)絡中存在1個信源，N個中繼和1個信宿)模型，直接鏈路的信道情況對中繼選擇并無影響。在多信源多接入中繼網(wǎng)絡中，是否能利用直接鏈路的信息，來提升中繼選擇的效果，在這方面并沒有相關的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，采用分立的中繼選擇機制，較大地降低了中繼選擇的復雜度。同時在計算中繼的優(yōu)先度時，修正了已有策略的不足，考慮了直接鏈路信道信息的影響，提高了中繼選擇的性能。本發(fā)明具有復雜度低、操作簡單的特點，同時與現(xiàn)有中繼選擇策略對比，在誤碼率方面具有較大的性能提升。本發(fā)明的應用場景，為附圖
一所示的“2-N-1”多接入中繼網(wǎng)絡，即網(wǎng)絡中包含有2 個信源，N個中繼和1個信宿。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供基于網(wǎng)絡編碼的多接入中繼信道中的單中繼選擇方法，包括以下步驟
步驟1 信源Si廣播出一個/PT^信號，作為發(fā)起協(xié)作通信會話的請求； 步驟2 信源S2也同樣廣播一個/PT^信號，作為發(fā)起協(xié)作通信會話的請求； 步驟3 在接收到上述兩個TPT^信號后，信宿D(zhuǎn)以一個CTS信號廣播，作為回應， 其中，AT^信號和CTS信號均為導頻信號，不攜帶其他信息，以事先約定的頻率和功率發(fā)送，在接收到/PT^信號和CT^信號后，每個中繼，都可以獲得與它相關的三條鏈路的信道信息，所述信道信息包括兩條信源-信宿信道的信息，兩條信源-中繼信道的信息，以及中繼-信宿的信道信息；
步驟4:每一個中繼，根據(jù)已獲得的信道信息，通過事先約定的優(yōu)先度計算函數(shù)，計算出本中繼參與協(xié)作通信的優(yōu)先度值，
每個中繼節(jié)點，都設置有一個獨立的定時器，其定時值與本中繼優(yōu)先度值呈負相關，使得優(yōu)先度最高的中繼節(jié)點定時器先完成計時，
完成計時后，此時該中繼節(jié)點廣播一個信號，其他中繼在接收到信號后，停止定時器并切換到等待監(jiān)聽模式；
步驟5 信宿D(zhuǎn)以廣播5F7 信號作為確認信號，各中繼以及兩個信源S1、S2均接收到此確認信號，中繼選擇過程結束，開始進行消息的傳輸。優(yōu)選地，所述優(yōu)先度計算函數(shù)使用了信源-信宿之間的直接鏈路的信道信息。優(yōu)選地，所述優(yōu)先度計算函數(shù)如下
權利要求
1.一種基于網(wǎng)絡編碼的多接入中繼信道中的單中繼選擇方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1 信源Si廣播出一個/PT^信號，作為發(fā)起協(xié)作通信會話的請求； 步驟2 信源S2也同樣廣播一個/PT^信號，作為發(fā)起協(xié)作通信會話的請求； 步驟3 在接收到上述兩個TPT^信號后，信宿D(zhuǎn)以一個CTS信號廣播，作為回應， 其中，AT^信號和CTS信號均為導頻信號，不攜帶其他信息，以事先約定的頻率和功率發(fā)送，在接收到ATO信號和CT^信號后，每個中繼，都可以獲得與它相關的三條鏈路的信道信息，所述信道信息包括兩條信源-信宿信道的信息，兩條信源-中繼信道的信息，以及中繼-信宿的信道信息；步驟4:每一個中繼，根據(jù)已獲得的信道信息，通過事先約定的優(yōu)先度計算函數(shù)，計算出本中繼參與協(xié)作通信的優(yōu)先度值，每個中繼節(jié)點，都設置有一個獨立的定時器，其定時值與本中繼優(yōu)先度值呈負相關，使得優(yōu)先度最高的中繼節(jié)點定時器先完成計時，完成計時后，此時該中繼節(jié)點廣播一個信號，其他中繼在接收到信號后，停止定時器并切換到等待監(jiān)聽模式；步驟5 信宿D(zhuǎn)以廣播5F7 信號作為確認信號，各中繼以及兩個信源S1、S2均接收到此確認信號，中繼選擇過程結束，開始進行消息的傳輸。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于網(wǎng)絡編碼的多接入中繼信道中的單中繼選擇方法，其特征在于，所述優(yōu)先度計算函數(shù)使用了信源-信宿之間的直接鏈路的信道信息。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于網(wǎng)絡編碼的多接入中繼信道中的單中繼選擇方法，其特征在于，所述優(yōu)先度計算函數(shù)如下 其中，代表信源Sl和信宿D(zhuǎn)之間的信道參數(shù)，代表信源S2和信宿D(zhuǎn)之間的信道參數(shù)， 代表信源Sl和中繼i之間的信道參數(shù)，代表信源S2和中繼i之間的信道參數(shù)，_:~j>;:,代表中繼i和信宿D(zhuǎn)之間的信道參數(shù)代表信源Sl和中繼i之間的加權信道參數(shù)，代表信源S2和中繼i之間的加權信道參數(shù)，代表中繼i的優(yōu)先度值，為最后被選出的中繼的優(yōu)先度值。
4.根據(jù)權利要求2所述的基于網(wǎng)絡編碼的多接入中繼信道中的單中繼選擇方法，其特征在于，所述優(yōu)先度計算函數(shù)如下
5.根據(jù)權利要求2所述的基于網(wǎng)絡編碼的多接入中繼信道中的單中繼選擇方法，其特征在于，所述優(yōu)先度計算函數(shù)如下
6.根據(jù)權利要求2所述的基于網(wǎng)絡編碼的多接入中繼信道中的單中繼選擇方法，其特征在于，所述優(yōu)先度計算函數(shù)如下
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于網(wǎng)絡編碼的多接入中繼信道中的單中繼選擇方法，包括四種基于直接鏈路信道信息修正的中繼選擇策略。首先通過定時器的設置，和分立式調(diào)度機制的建立，使得中繼選擇過程不再需要一個中樞調(diào)控單元，而是由各中繼分立地協(xié)同完成，降低了設備復雜度。其次在進行中繼選擇時，指出了原有選擇策略的不足，創(chuàng)新性地利用直接鏈路的信道信息，對中繼選擇策略進行修正，并提出了四種具體的修正方法，改善了通信性能。
文檔編號H04W48/20GK102368866SQ201110273378
公開日2012年3月7日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權日2011年9月15日
發(fā)明者宋沈煜, 陳文元 申請人:上海交通大學