基于中繼節(jié)點(diǎn)自信息廣播的雙向融合轉(zhuǎn)發(fā)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線通信領(lǐng)域，具體涉及一種雙向融合轉(zhuǎn)發(fā)方法，適用于由兩個(gè)單天 線用戶節(jié)點(diǎn)和一個(gè)雙天線中繼節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的雙向中繼協(xié)作通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 中繼通信已經(jīng)成為擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋、提升網(wǎng)絡(luò)容量和增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)可靠性的主要研宄領(lǐng) 域。中繼節(jié)點(diǎn)可以有效改善發(fā)射源與接收終端之間鏈路的誤碼性能，已經(jīng)有許多經(jīng)典的基 于中繼協(xié)作的通信協(xié)議被提出來(lái)，如在2001年，Laneman等人在"Anefficientprotocol forrealizingcooperativediversityinwirelessnetworks" 提出的協(xié)作通信系統(tǒng) 中的中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)AF方案，2004 年Sendonaris等人在"cooperativecommunicationin wirelesssystem"提出的譯碼轉(zhuǎn)發(fā)DF方案。近些年，圍繞中繼節(jié)點(diǎn)自身具有傳感信息或廣 播信息的場(chǎng)景，一些研宄學(xué)者提出了實(shí)施方案，如在2011年IEEEVTC春季會(huì)議上發(fā)表的文 章"CooperativeRelayTransmissionwithRelay'sInformation''，2014 年IEEEBMSB 會(huì)議上發(fā)表的文章"ARotate-ForwardRelayingProtocolforRelayNodewithOwn BroadcastingInformation"中提出的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)RF方案。
[0003] 然而，這些方案雖然考慮了中繼節(jié)點(diǎn)自身的廣播信息，但都只適用于單向的中繼 通信場(chǎng)景，這導(dǎo)致了系統(tǒng)的整體吞吐率不高；另一方面，中繼節(jié)點(diǎn)廣播自信息的效率不高， 即平均每個(gè)符號(hào)周期內(nèi)中繼節(jié)點(diǎn)不能靈活配置需要廣播的信息量，導(dǎo)致中繼節(jié)點(diǎn)自身信息 傳輸能力有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)的不足，提出一種基于中繼節(jié)點(diǎn)自信息廣播的雙 向融合轉(zhuǎn)發(fā)方法，以降低中繼節(jié)點(diǎn)信息廣播的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，提高系統(tǒng)的傳輸效率。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)思路是：兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)分別從唯一可分解星座對(duì)中選取發(fā)送符 號(hào)，并各自用兩個(gè)符號(hào)周期通過(guò)單根天線同時(shí)將符號(hào)發(fā)送到中繼節(jié)點(diǎn)；中繼節(jié)點(diǎn)收到兩源 節(jié)點(diǎn)的發(fā)送符號(hào)后，根據(jù)自己需要廣播的信息進(jìn)行融合并廣播；每一個(gè)源節(jié)點(diǎn)接收到中繼 節(jié)點(diǎn)廣播的信號(hào)后，使用聯(lián)合譯碼算法進(jìn)行譯碼，同時(shí)得到另一源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)送 符號(hào)。其實(shí)現(xiàn)步驟包括如下：
[0006] 1)源節(jié)點(diǎn)選擇待發(fā)送符號(hào)并發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)：
[0007]la)從唯一可分解星座對(duì)集合S中選取一個(gè)子集合作為星座集合X;
[0008]lb)兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)均從星座集合X中選取兩個(gè)星座符號(hào)作為自己的兩個(gè)待發(fā)送符 號(hào)，即第一源節(jié)點(diǎn)1\選取第一個(gè)待發(fā)送符號(hào)sn和第二個(gè)待發(fā)送符號(hào)s12，第二源節(jié)點(diǎn)1~2選 取第一個(gè)待發(fā)送符號(hào)s21和第二個(gè)待發(fā)送符號(hào)S22;
[0009]lc)兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)分別利用兩個(gè)符號(hào)周期同時(shí)將自己的待發(fā)送符號(hào)發(fā)送至中繼節(jié) 占.
[0010] 2)中繼節(jié)點(diǎn)通過(guò)兩根天線在兩個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收信號(hào)，即在第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)中 繼節(jié)點(diǎn)獲得第一根天線接收的信號(hào)rn和第二根天線接收的信號(hào)r12，在第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi) 中繼節(jié)點(diǎn)獲得第一根天線接收的信號(hào)r21和第二根天線接收的信號(hào)r22;
[0011] 3)中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收的信號(hào)得到兩個(gè)組合接收信號(hào)向量，即第一個(gè)組合接收向量 6=[rnr12]T，第二個(gè)組合接收向量1"2= [r21r22]T，其中，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算；
[0012] 4)中繼節(jié)點(diǎn)從協(xié)作星座集合Y中選取兩個(gè)星座符號(hào)作為待廣播的符號(hào)，即第一待 廣播符號(hào)第二待廣播符號(hào)\2;
[0013] 5)中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)選取的兩個(gè)待廣播符號(hào)s^Ps,2，聯(lián)合兩個(gè)接收信號(hào)向量i^Pr2， 獲得中繼節(jié)點(diǎn)的融合信號(hào)向量x:
[0014]
[0015] 其中，Xi為融合信號(hào)向量的第一個(gè)分向量，表不為xfsrtr1;x2為融合信號(hào)向量的 第二個(gè)分向量，表示為x2=srtr2;
[0016] 6)中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)融合信號(hào)向量x，得到兩個(gè)待廣播信號(hào)向量&和12:
[0017] t:=[tnt12]T=AiX+BiX*,
[0018] t2=[t21t22]T=A2x+B2x*，
[0019]其中，上標(biāo)*為取共軛操作，心和Bi為用于生成廣播信號(hào)向量ti的兩個(gè)編碼矩陣， 八2和B2為用于生成廣播信號(hào)向量12的兩個(gè)編碼矩陣，表示為：
[0020]
[0021]
[0022] 7)中繼節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，通過(guò)兩根天線將兩個(gè)待廣播信號(hào)向量tJPt2廣 播到兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)，即在第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)中繼節(jié)點(diǎn)的第一根天線和第二根天線分別廣播待 廣播信號(hào)向量h的第一個(gè)分量tn和第二個(gè)分量t12;在第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)中繼節(jié)點(diǎn)的第一 根天線和第二根天線分別廣播待廣播信號(hào)向量t2的第一個(gè)分量121和第二個(gè)分量122;
[0023] 8)兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)符號(hào)周期內(nèi)各自通過(guò)一根天線接收中繼節(jié)點(diǎn)廣播的信號(hào)，即 源節(jié)點(diǎn)獲得第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)的接收信號(hào)zn和第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)的接收信號(hào)z12，源節(jié) 點(diǎn)T2獲得第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)的接收信號(hào)z21和第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)的接收信號(hào)z22;
[0024]9)源節(jié)點(diǎn)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合譯碼：
[0025] 9a)第一源節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的兩個(gè)信號(hào)zn和z12進(jìn)行聯(lián)合譯碼，同時(shí)得到第二源 節(jié)點(diǎn)1~2發(fā)送的星座符號(hào)的估計(jì)值和中繼節(jié)點(diǎn)的廣播符號(hào)的估計(jì)值，即得到第二源節(jié)點(diǎn)1~ 2發(fā) 送的星座符號(hào)s21的估計(jì)值^和星座符號(hào)s22的估計(jì)值t，以及中繼節(jié)點(diǎn)的廣播符號(hào)~的 估計(jì)值4和廣播符號(hào)\2的估計(jì)值;
[0026] 9b)第二源節(jié)點(diǎn)T2對(duì)接收到的兩個(gè)信號(hào)z21和z22進(jìn)行聯(lián)合譯碼，同時(shí)得到第一源 節(jié)點(diǎn)1\發(fā)送的星座符號(hào)的估計(jì)值和中繼節(jié)點(diǎn)的廣播符號(hào)的估計(jì)值，即得到第一源節(jié)點(diǎn)!\發(fā) 送的星座符號(hào)sn的估計(jì)值§"和星座符號(hào)s12的估計(jì)值§12，以及中繼節(jié)點(diǎn)的廣播符號(hào)&的 估計(jì)值$和廣播符號(hào)h的估計(jì)值A(chǔ)。
[0027] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0028] 1)本發(fā)明由于采用唯一可分解星座對(duì)，使得中繼節(jié)點(diǎn)可以在不需要額外時(shí)頻資源 的情況下廣播自己的信息，提高了系統(tǒng)的傳輸效率；
[0029] 2)本發(fā)明由于采用融合轉(zhuǎn)發(fā)方法，中繼節(jié)點(diǎn)不需要進(jìn)行譯碼或者解調(diào)源節(jié)點(diǎn)的信 號(hào)，保證了轉(zhuǎn)發(fā)信息的安全性；
[0030] 3)本發(fā)明由于采用雙向通信機(jī)制，增加通信系統(tǒng)整體的傳輸吞吐量，進(jìn)一步提升 了系統(tǒng)的傳輸效率。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0032] 圖2為唯一可分解星座對(duì)示意圖；
[0033] 圖3為本發(fā)明仿真使用的場(chǎng)景圖；
[0034] 圖4本發(fā)明的系統(tǒng)平均傳輸速率性能仿真圖；
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。
[0036] 參照?qǐng)D3,本發(fā)明使用的通信系統(tǒng)由兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)和一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)構(gòu)成；其中，第一 源節(jié)點(diǎn)和第二源節(jié)點(diǎn)T2分別配置一根天線，中繼節(jié)點(diǎn)配置兩根天線；第一源節(jié)點(diǎn)Ti和第 二源節(jié)點(diǎn)1均可以與中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信；第一源節(jié)點(diǎn)Ti和第二源節(jié)點(diǎn)T2之間不存在直接 通信鏈路。
[0037]參照?qǐng)D1，本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)步驟包括：
[0038] 步驟1 :源節(jié)點(diǎn)選擇待發(fā)送符號(hào)并發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)
[0039] la)從唯一可分解星座對(duì)集合S中選取一個(gè)子集合作為星座集合X:
[0040] 所述的唯一可分解星座對(duì)集合S如圖2所示，其中圖2(a)是4QAM的星座圖的唯 一可分解星座對(duì)集合，圖2(b)是16QAM星座圖的唯一可分解星座對(duì)集合，圖2(c)是64QAM 星座圖的唯一可分解星座對(duì)集合；
[0041] 選取圖2中的圓點(diǎn)構(gòu)成的集合作為星座集合X;圓點(diǎn)與星號(hào)點(diǎn)構(gòu)成了完整QAM星 座圖，星號(hào)點(diǎn)為圓點(diǎn)乘以lj后得到的，j表示復(fù)數(shù)的虛數(shù)單位；
[0042] lb)兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)均從星座集合X中選取兩個(gè)星座符號(hào)作為自己的兩個(gè)待發(fā)送符 號(hào)，即第一源節(jié)點(diǎn)1\選取第一個(gè)待發(fā)送符號(hào)sn和第二個(gè)待發(fā)送符號(hào)s12，第二源節(jié)點(diǎn)1~2選 取第一個(gè)待發(fā)送符號(hào)S21和第二個(gè)待發(fā)送符號(hào)s22;
[0043] lc)兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)分別利用兩個(gè)符號(hào)周期同時(shí)將自己的待發(fā)送符號(hào)發(fā)送至中繼節(jié) 點(diǎn)，即在第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，第一源節(jié)點(diǎn)和第二源節(jié)點(diǎn)T2分別發(fā)送待發(fā)送符號(hào)sn和待發(fā) 送符號(hào)s21至中繼節(jié)點(diǎn)；在第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，第一源節(jié)點(diǎn)Ti和第二源節(jié)點(diǎn)T2分別發(fā)送待 發(fā)送符號(hào)*4和待發(fā)送符號(hào)*4至中繼節(jié)點(diǎn)，其中，第一源節(jié)點(diǎn)L和第二源節(jié)點(diǎn)T2的發(fā)射功率 均歸一化為1。
[0044] 步驟2 :中繼節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)
[0045] 中繼節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)是通過(guò)兩根天線在兩個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收，即在第一個(gè)符號(hào)周期 內(nèi)中繼節(jié)點(diǎn)獲得第一根天線接收的信號(hào)rn和第二根天線接收的信號(hào)r12;在第二個(gè)符號(hào)周 期內(nèi)中繼節(jié)點(diǎn)獲得第一根天線接收的信號(hào)r21和第二