基于節(jié)點(diǎn)選擇的衛(wèi)星移動(dòng)通信自適應(yīng)協(xié)作傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于節(jié)點(diǎn)選擇的衛(wèi)星移動(dòng)通信 自適應(yīng)協(xié)作傳輸方法，用于解決如何提升衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的可靠性、有效性問(wèn)題。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍廣、傳輸速率高、傳輸信道穩(wěn)定、受地形影響小等特點(diǎn)，是 實(shí)現(xiàn)全球覆蓋、支持遠(yuǎn)程信息傳輸?shù)闹饕侄?，有時(shí)甚至是唯一手段，世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展， 在廣播電視、寬帶多媒體通信、個(gè)人移動(dòng)通信、應(yīng)急通信及軍事通信等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng) 用。
[0003] 衛(wèi)星移動(dòng)通信信道是典型的陰影、多徑衰落信道，各類衰落都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)差錯(cuò)概 率、中斷概率的上升，嚴(yán)重影響信息傳輸?shù)目煽啃浴f(xié)作通信技術(shù)已經(jīng)被證明是能夠有效對(duì) 抗無(wú)線信號(hào)衰落，提高無(wú)線傳輸可靠性的有效手段。將協(xié)作通信技術(shù)應(yīng)用到衛(wèi)星移動(dòng)通信 系統(tǒng)中，將可為衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)帶來(lái)一定的可靠性及容量增益。目的節(jié)點(diǎn)通過(guò)接收、合并 經(jīng)不同路徑達(dá)到的獨(dú)立衰落信號(hào)，不僅能夠獲得空間分集增益，抵御多徑效應(yīng)引起的信息 接收誤碼率、中斷概率增大的影響，而且能夠挖掘協(xié)作節(jié)點(diǎn)的信息處理能力，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸 吞吐量。根據(jù)協(xié)作節(jié)點(diǎn)的工作方式，協(xié)作通信技術(shù)分為再生式協(xié)作傳輸與非再生式協(xié)作傳 輸。非再生式協(xié)作傳輸系統(tǒng)中，協(xié)作節(jié)點(diǎn)僅對(duì)接收到的源節(jié)點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行加權(quán)放大，然后轉(zhuǎn)發(fā) 到目的節(jié)點(diǎn)，也稱作放大轉(zhuǎn)發(fā)（Amplify-Forward，AF)方式，再生式協(xié)作傳輸系統(tǒng)中，協(xié)作 節(jié)點(diǎn)首先對(duì)接收到的源節(jié)點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、譯碼，獲得原始信息，然后經(jīng)重新編碼與調(diào)制后 轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)，也稱作譯碼轉(zhuǎn)發(fā)（Decode-Forward, DF)方式。AF方式實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單，能夠降 低協(xié)作節(jié)點(diǎn)信號(hào)處理的復(fù)雜性，然而，協(xié)作節(jié)點(diǎn)在放大有用信號(hào)的同時(shí)也放大了源節(jié)點(diǎn)與 協(xié)作節(jié)點(diǎn)間信道引入的噪聲，因此這種方式存在噪聲放大效應(yīng)，尤其是當(dāng)源節(jié)點(diǎn)與協(xié)作節(jié) 點(diǎn)間的信道質(zhì)量較差時(shí)，噪聲放大效應(yīng)會(huì)更加嚴(yán)重，給系統(tǒng)性能帶來(lái)較大影響。對(duì)于DF模 式，由于其需要協(xié)作節(jié)點(diǎn)的解調(diào)、譯碼、編碼等處理，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高，在協(xié)作節(jié)點(diǎn)正確譯碼 的情況下，系統(tǒng)能夠獲得較好性能。盡管DF方式不會(huì)帶來(lái)噪聲放大問(wèn)題，然而在協(xié)作節(jié)點(diǎn) 譯碼出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況下，這種錯(cuò)誤會(huì)隨著跳數(shù)的增加不斷累積，從而影響到系統(tǒng)的分集效 果。混合協(xié)作傳輸（Hybrid Cooperation, HC)將AF方式和DF方式相結(jié)合，根據(jù)協(xié)作節(jié)點(diǎn) 的譯碼結(jié)果來(lái)決定采用AF或DF方式進(jìn)行傳輸。若協(xié)作節(jié)點(diǎn)能夠正確譯碼，則工作于DF模 式；否則，工作于AF模式。盡管HC方式能夠同時(shí)利用AF和DF方式的優(yōu)勢(shì)，可有效抑制AF 模式中的噪聲放大效應(yīng)及DF模式中的錯(cuò)誤傳播效應(yīng)給系統(tǒng)性能帶來(lái)的影響。然而，無(wú)論是 AF、DF還是HC模式，協(xié)作節(jié)點(diǎn)由于受到半雙工的約束，會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)頻譜效率的下降。本發(fā) 明給出的基于節(jié)點(diǎn)選擇的衛(wèi)星移動(dòng)通信自適應(yīng)協(xié)作傳輸方法不僅能夠有效提升系統(tǒng)的可 靠性，而且能夠改善系統(tǒng)的頻譜效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是將協(xié)作通信技術(shù)引入到衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中，以充分利用協(xié)作無(wú) 線傳輸系統(tǒng)的自由度，提升衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的有效性、可靠性。本發(fā)明提供一種基于節(jié)點(diǎn) 選擇的衛(wèi)星移動(dòng)通信自適應(yīng)協(xié)作傳輸方法，以提高衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的傳輸性能。
[0005] 本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為，基于節(jié)點(diǎn)選擇的衛(wèi)星移動(dòng)通信自適應(yīng)協(xié)作傳輸方 法，包括下列步驟：
[0006] (1)目的節(jié)點(diǎn)在多個(gè)協(xié)作節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行選擇，根據(jù)選擇結(jié)果，被選出的協(xié)作節(jié)點(diǎn)保持 激活狀態(tài)，其它協(xié)作節(jié)點(diǎn)進(jìn)入空閑狀態(tài)；
[0007] (2)衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)，目的節(jié)點(diǎn)和被選出的協(xié)作節(jié)點(diǎn)分別接收衛(wèi)星信號(hào)并譯碼；
[0008] (3)目的節(jié)點(diǎn)經(jīng)反饋控制鏈路將譯碼結(jié)果發(fā)送到衛(wèi)星和被選出的協(xié)作節(jié)點(diǎn)；
[0009] (4)若衛(wèi)星和被選出的協(xié)作節(jié)點(diǎn)接收到目的節(jié)點(diǎn)的譯碼不成功信息，則衛(wèi)星不發(fā) 送下一信號(hào)，被選出的協(xié)作節(jié)點(diǎn)采用混合協(xié)作方式將接收到的衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)， 轉(zhuǎn)入步驟（5);若衛(wèi)星和被選出的協(xié)作節(jié)點(diǎn)接收到目的節(jié)點(diǎn)的譯碼成功信息，則完成衛(wèi)星 到目的節(jié)點(diǎn)的信息傳輸；
[0010] (5)目的節(jié)點(diǎn)接收被選出的協(xié)作節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的衛(wèi)星信號(hào)，將衛(wèi)星發(fā)送來(lái)的信號(hào)和協(xié) 作節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行合并后譯碼，完成衛(wèi)星到目的節(jié)點(diǎn)的信息傳輸。
[0011] 其中，所述步驟（1)具體包括步驟：
[0012] (101)衛(wèi)星和多個(gè)協(xié)作節(jié)點(diǎn)均發(fā)送訓(xùn)練序列，各協(xié)作節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)訓(xùn)練序 列分別進(jìn)行信道狀態(tài)估計(jì)，目的節(jié)點(diǎn)獲得各跳鏈路的信道狀態(tài)信息；
[0013] (102)目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作節(jié)點(diǎn)選擇，并將選擇結(jié)果進(jìn)行廣播；
[0014] (103)根據(jù)選擇結(jié)果，被選出的協(xié)作節(jié)點(diǎn)保持激活狀態(tài)，其它協(xié)作節(jié)點(diǎn)進(jìn)入空閑狀 O
[0015] 其中，所述的目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作節(jié)點(diǎn)選擇具體為：目的節(jié)點(diǎn)采用
[0016] 其中，表示被選出的協(xié)作節(jié)點(diǎn)的序號(hào)，N為所有協(xié)作節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，為衛(wèi)星與 第i個(gè)協(xié)作節(jié)點(diǎn)之間的信道狀態(tài)信息，Zv,為第i個(gè)協(xié)作節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的信道狀態(tài)信 息，arg max(*)表示使目標(biāo)函數(shù)取最大值時(shí)的變量值。
[0017] 其中，所述的目的節(jié)點(diǎn)包括衛(wèi)星移動(dòng)通信終端，協(xié)作節(jié)點(diǎn)包括衛(wèi)星移動(dòng)通信終端 和衛(wèi)星移動(dòng)通信中繼節(jié)點(diǎn)。
[0018] 本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] 基于節(jié)點(diǎn)選擇的衛(wèi)星移動(dòng)通信自適應(yīng)協(xié)作傳輸方法綜合利用節(jié)點(diǎn)選擇、放大轉(zhuǎn) 發(fā)、譯碼轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)勢(shì)，不僅能夠帶來(lái)選擇分集增益，而且能夠根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)的譯碼結(jié)果，自 適應(yīng)地調(diào)整衛(wèi)星和協(xié)作節(jié)點(diǎn)的傳輸模式，可使協(xié)作節(jié)點(diǎn)工作于最佳傳輸模式，所提出的方 法可以有效利用系統(tǒng)自由度，提升衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的傳輸性能。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的基于節(jié)點(diǎn)選擇的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)模型圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)頻譜效率性能仿真結(jié)果圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明的衛(wèi)星移動(dòng)通信自適應(yīng)協(xié)作傳輸方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面，結(jié)合圖1至圖3對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024] 如圖1所示，衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)下行協(xié)作傳輸鏈路由1個(gè)源節(jié)點(diǎn)（衛(wèi)星S)，1個(gè)目 的節(jié)點(diǎn)（D)和N個(gè)協(xié)作節(jié)點(diǎn)R i (i = 1，2,…，N)構(gòu)成，衛(wèi)星S與目的節(jié)點(diǎn)D之間的信息傳輸 在協(xié)作節(jié)點(diǎn)的輔助下進(jìn)行。為進(jìn)一步改善系統(tǒng)性能，在某一時(shí)刻僅有一個(gè)被選出的協(xié)作節(jié) 點(diǎn)參與協(xié)作傳輸，其它節(jié)點(diǎn)處于空閑狀態(tài)，以節(jié)省資源，這樣系統(tǒng)能夠獲得額外的選擇分