[發明專利]一種協作分集系統下最優中繼節點選擇及功率分配方法

有效

• 申請號: 202011601004.7
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112737657B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 包建榮;亓凱梁;劉超;姜斌;吳俊;唐向宏;邱雨
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04W40/22
• 分類號: H04W40/22
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

1.一種協作分集系統下最優中繼節點選擇及功率分配方法，其特征在于，包括以下步驟，

S1：源節點發射信號，包括以下步驟，

S11：源節點對將要傳輸的原始信號，即二進制比特數據，執行信道極化編碼；

S12：將步驟S11所得的編碼后的碼字，執行幅度或相位調制方法，得到調制信號，再經發射天線廣播到所有中繼和目的節點；

S2：將步驟S12所得調制后的信號作為輸入參數，按備選中繼節點集構建方法執行計算，得到從源節點到中繼節點信道質量較好的備選中繼節點集；

S3：將步驟S2所得備選中繼節點集作為輸入參數，按協作判決方法執行計算，得到適合協作的中繼節點集；

S4：將S3所得適合協作的中繼節點集作為輸入參數，按最優中繼節點選取及功率分配方法，執行計算，得到使源節點到目的節點信道容量最大的最優中繼節點；

S5：目的節點接收信號；

步驟S2中，備選中繼節點集構建方法采用以下步驟：

S21：在多中繼協作系統中，包括一個源節點S，一個目的節點D和多個中繼節點R_i，i的范圍為1～M；其中，M表示所有中繼節點數目；源節點將信號廣播給中繼和目的節點，目的節點D和第i個中繼節點R_i收到的信號分別為：

其中，1≤i≤M，x_s為實數，表示步驟S12所得調制后的信號；P_s為實數，表示源節點S的發射功率；h_sd和是零均值且方差分別是和且相互獨立的復高斯隨機變量，分別表示S-D和S-R_i鏈路的信道系數；其中，η_sd和是實數，分別表示S-D和S-R_i鏈路信道系數的標準差；而n_sd和是零均值且方差為實數且相互獨立的復高斯隨機變量，分別表示S-D和S-R_i鏈路的加性高斯白噪聲；其中，σ_n是實數，表示加性高斯白噪聲的標準差；

S22：設置一門限θ，當S-R_i鏈路的信道系數模的平方大于門限值時，將該中繼節點選入備選中繼節點集合Ω

步驟S3中，協作判決方法采用以下步驟完成：

S31：采用步驟S22選出的備選中繼節點集合，若備選中繼節點集合Ω為空，即從源節點到中繼節點的信道質量都不滿足要求，則系統不依賴中繼節點，采用鏈路直接傳輸，系統的全部功率都用于直傳：

其中，為復數，表示采用鏈路直接傳輸情況下目的節點D接收到的信號，P_Total為實數，表示系統發射的總功率；

由于沒有中繼節點的參與，則鏈路直傳的信道容量表示為

其中，I_DT為實數，表示鏈路直傳的信道容量；

S32：若備選中繼節點集合Ω非空，對于Ω中任意中繼節點R_i，要使得中繼節點能正確譯碼源節點信號并轉發出去，需要滿足S-R_i鏈路的信道容量大于系統的傳輸速率V，即

為了保證中繼節點正確譯碼的源節點發射功率，還需滿足以下關系

其中，為實數，表示滿足第i個中繼節點能成功譯碼時源節點的發射功率；針對系統總功率受限情況，若系統總功率P_Total小于滿足中繼節點R_i能正確譯碼所需的功率最小值則第i個中繼節點不參與協作，i為自然數，范圍為1～|Ω|，|Ω|為候選中繼節點集合Ω中的元素個數；

S33：分別計算R_i-D鏈路和S-D鏈路的信道系數模的平方，若則表明第i個中繼節點R_i-D鏈路的信道質量要差于S-D鏈路的信道質量，則第i個中繼節點不參與協作；其中，是零均值且方差為的相互獨立的復高斯隨機變量，表示R_i-D鏈路的信道系數，是實數，表示R_i-D鏈路信道系數的標準差；

步驟S4中，最優中繼節點選取及功率分配方法采用以下步驟完成：

S41：對于系統總功率P_Total大于滿足中繼節點R_i能正確譯碼所需的功率最小值且的情況，在中繼節點R_i能正確譯碼且R_i-D鏈路的信道質量要強于S-D鏈路的信道質量條件下；

第i個中繼節點R_i的發射功率為

則此時源節點到目的節點的信道容量表示為

S42：比較鏈路直傳的源節點到目的節點的信道容量I_DT和選擇第i個中繼節點R_i時源節點到目的節點的信道容量I_i的大小；

系統的中斷概率為Pr(I＜V),其中I表示源節點到目的節點的信道容量，Pr(.)為實數，表示概率值；選擇使源節點到目的節點的信道容量最大能降低系統的中斷概率；

選擇有最大信道容量的節點譯碼轉發或是直傳；

I_max＝max(I_DT,I_i,i＝1～|Ω|) (10)

其中，I_max為選擇的最大信道容量，若I_max＝I_DT,表明鏈路直傳的信道容量最大，則跳轉到步驟S31，優先選擇直傳鏈路S-D傳輸，中繼節點不參與協作傳輸；若I_max＝I_i,i＝1～|Ω|，則選中的第i個中繼節點R_i對接收信號執行極化碼連續刪除譯碼方法處理后，再次執行信道極化編碼轉發給目的節點D；在R_i處，經譯碼轉發的信號表示為則D接收的信號表示為

其中，是零均值且方差為實數的相互獨立的復高斯隨機變量，表示R_i-D鏈路的加性高斯白噪聲。

2.根據權利要求1所述的協作分集系統下最優中繼節點選擇及功率分配方法，其特征在于，步驟S5中，目的節點接收信號步驟為：

當接收到步驟S21和步驟S42的信號或步驟S31依靠鏈路直傳轉發的信號后，目的節點執行最大比合并方法合并所有接收到的信號，然后依次執行解調、連續刪除譯碼方法解碼得到目的節點估計的信號序列，即為最后的結果。