[發明專利]基于物理層網絡編碼的速率功率自適應方法

在審

• 申請號: 201410835916.9
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104540208A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 宋清洋;于堯;彭玉懷;王凡釗;劉亞;吳開來
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H04W52/26
• 分類號: H04W52/26
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種基于物理層網絡編碼的速率功率自適應方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1、設置網絡中信號在加性高斯白噪聲信道上傳輸，發射端1、發射端2和中繼路由器發射的信號均采用M-QAM調制方式，接收端1和接收端2解碼信號均基于最小距離準則，基帶信號設定為滾降系數為1的升余弦脈沖信號；

步驟2、信號傳輸第一時隙，發射端1將信號發送到中繼路由器，發射端2將信號發送到中繼路由器，同時接收端1監聽發射端2發射的信號，接收端2監聽發射端1發射的信號；

步驟3、根據發射端1到中繼路由器的信道系數、發射端1發送的信號、發射端2到中繼路由器的信道系數、發射端2發送的信號和無線網絡中的噪聲，獲取中繼路由器接收到的中繼疊加信號；根據發射端1到接收端1的信道系數、發射端1發送的信號、發射端2到接收端1的信道噪聲、發射端2到接收端1的信道系數和發射端2發送的信號，獲得接收端1監聽到的信號；根據發射端2到接收端2的信道系數、發射端2發送的信號、發射端1到接收端2的信道噪聲、發射端1到接收端2的信道系數和發射端1發送的信號，獲得接收端2監聽到的信號；

步驟4、構建解碼后誤比特率、發射功率和傳輸速率之間的關系，具體步驟如下：

步驟4.1、設定誤符號率等于解碼后誤比特率，根據調制階數、發射端1到中繼路由器的信道系數、發射端2到中繼路由器的信道系數、發射端1的發射功率、發射端2的發射功率、噪聲功率和中繼路由器的外界有害干擾功率，獲得中繼路由器接收到中繼疊加信號的解碼后的誤符號率，即中繼路由器接收到中繼疊加信號的解碼后誤比特率，構建中繼疊加信號的解碼后誤比特率、發射端1的發射功率、發射端2的發射功率和信號傳輸速率之間的關系；

步驟4.2、根據調制階數、發射端2到接收端1的信道系數、發射端1到接收端1的信道系數、發射端1的發射功率、發射端2的發射功率、噪聲功率和接收端1的外界有害干擾功率，獲得接收端1監聽到信號的解碼后誤比特率，構建接收端1監聽到信號的解碼后誤比特率、發射端1的發射功率、發射端2的發射功率和信號傳輸速率之間的關系；

步驟4.3、根據調制階數、發射端1到接收端2的信道系數、發射端2到接收端2的信道系數、發射端1的發射功率、發射端2的發射功率、噪聲功率和接收端2的外界有害干擾功率，獲得接收端2監聽到信號的解碼后誤比特率，構建接收端2監聽到信號的解碼后誤比特率、發射端1的發射功率、發射端2的發射功率和信號傳輸速率之間的關系；

步驟5、設定在信號傳輸第一時隙，當信號傳輸速率固定時，最優傳輸功率的約束條件，具體如下：

約束條件1：在發射端1的最優功率與發射端2的最優功率中，至少有一個等于額定最大發射功率；

約束條件2：得到的最優發射功率至少滿足下列其中一個約束公式：

約束公式(1)如下：

a1PT,s2*-b1PT,s1*=a2PT,s1*-b2PT,s2*---(1)]]>

其中，表示發射端2的最優發射功率，表示發射端1的最優發射功率，T表示發射的英文縮寫，s₁表示發射端1，s₂表示發射端2；

為發射端2到接收端1的信道系數，表示信道情況，M表示調制階數，σ_n表示噪聲功率，表示接收端1外界有害干擾功率總和，d₁表示接收端1，n表示噪聲的英文縮寫；

b1=3|hs1,d1|2(L-1)2(M-1)(σn2+Id1),]]>表示發射端1到接收端1的信道系數，L=M;]]>

表示發射端1到接收端2的信道系數，表示接收端2外界有害干擾功率總和；

表示發射端2到接收端2的信道系數，d₂表示接收端2；

約束公式(2)如下：

a1PT,s2*-b1PT,s1*=fM(c1PT,s1*)---(2)]]>

其中，表示發射端1到中繼路由器的信道系數，I_r表示中繼路由器外界有害干擾功率總和，r表示中繼路由器，f_M(·)表示發射端1的發射功率與發射端2的發射功率之間最小值的單調遞增函數；

約束公式(3)如下：

a2PT,s1*-b2PT,s2*=fM(c2PT,s2*)---(3)]]>

其中，表示發射端2到中繼路由器的信道系數；

約束公式(4)如下：

fM(c1PT,s1*)=fM(c2PT,s2*)---(4);]]>

步驟6、獲得信號傳輸第一時隙，最優信號傳輸速率及發射端最優發射功率組，具體步驟如下：

步驟6.1、設定解碼后誤比特率閾值，設定調制階數初始值為2；

步驟6.2、設定發射端1的發射功率為額定最大發射功率，將發射端1的最大發射功率分別帶入網絡約束條件4個約束公式中，得到發射端2的4個最優發射功率；

步驟6.3、設定發射端2的發射功率為額定最大發射功率，將發射端2的最大發射功率分別帶入網絡約束條件4個約束公式中，得到發射端1的4個最優發射功率；

步驟6.4、根據得到的8個最優發射功率獲得8個解碼后誤比特率，并將8個解碼后誤比特率進行比較，選擇誤比特率最小值所對應的發射端1和發射端2的發射功率，作為當前調制階數的最優發射功率組；

步驟6.5、判斷最優發射功率組對應的解碼后誤比特率是否小于設定的解碼后誤比特率閾值，若是，將調制階數乘以2，并返回執行步驟6.2，否則，執行步驟6.6；

步驟6.6、調制階數停止更新，根據當前調制階數，獲得信號傳輸第一時隙的最優傳輸速率，并且將當前調制階數對應的最優發射功率組作為信號傳輸第一時隙最優發射功率組；

步驟7、信號傳輸第二時隙，中繼路由器將中繼疊加信號進行去噪編碼，并發送到接收端1和接收端2中，根據中繼路由器到接收端1的信道系數、去噪編碼后的中繼疊加信號和無線網絡中的噪聲，獲得接收端1接收到的信號，根據中繼路由器到接收端2的信道系數、去噪編碼后的中繼疊加信號和無線網絡中的噪聲，獲得接收端2接收到的信號；

步驟8、獲得信號傳輸第二時隙，最優傳輸速率，具體步驟如下：

步驟8.1、設定發射端1和發射端2的發射功率均為額定最大發射功率，設定接收端解碼后誤比特率閾值，并設置調制階數初始值為2；

步驟8.2、獲得接收端1接收到信號解碼后誤比特率和接收端2接收到信號解碼后誤比特率，并判斷所有獲得的解碼后誤比特率是否均小于設定解碼后誤比特率閾值，若是，將調制階數乘以2，并重復執行步驟8.2，否則，執行步驟8.3；

步驟8.3、調制階數停止更新，根據當前調制階數，獲得信號傳輸第二時隙的最優傳輸速率；

步驟9、將獲得的信號傳輸第一時隙最優信號傳輸速率和最優發射功率組設定為信號傳輸第一時隙網絡數據傳輸的固定值，將獲得的信號傳輸第二時隙最優信號傳輸速率設定為信號傳輸第二時隙網絡數據傳輸的固定值。