[发明专利]一种基于虚拟MIMO中分簇球形解码的协作通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线协作通信领域，尤其针对无线传感网络，更具体的说，是涉及到虚拟MIMO (Multiple-Input Multiple-Out-put)中一种基于虚拟MIMO中分簇球形解码的协作通信方法。

背景技术

无线传感网络综合了传感技术、无线通信技术、嵌入式技术等多项技术，能够广泛应用于军事、医疗、商务以及家庭等多个领域，近年来得到了学术界和工业界的广泛关注。无线传感网络需要在较小的发射功率下，通过合适的方式提高信噪比，降低误码率，延长通信距离，扩大网络范围，减少冗余重发及中继路由的次数，间接地增大信道的数据吞吐量，提高传输效率。虚拟MIMO技术作为无线传感网络有效改善传输效率的技术之一，充分利用传感器网络高节点密度的特性，通过允许多个单天线节点进行协作式信息处理和传输，构成一个虚拟MIMO天线阵列，以较少的总能耗在多径衰落环境下进行可靠的通信，从而延长网络寿命，提高数据可靠性，降低误码率，进而改善整个传输系统的吞吐量。目前无线传感网络中的传感器节点会根据特定算法分簇，但是会降低网络规模。当遇到多个簇时，需要同时向数据中心(AP)发送数据时，不仅会影响传输系统的实时性，还会产生访问冲突。为了防止访问冲突，传统方案是：协调各个分簇，引入优先级控制策略，降低了无线传感网络系统的传输效率。另外在传统方案中，首先针对VBLAST 系统采用低复杂度的线性接收机，其解码过程相当于用一个线性滤波器来分离发射的数据流，然后对每个数据流进行单独判决，判决时常用的线性解码算法为：迫零检测(ZF)算法和最小均方误差(MMSE)算法。其中的迫零检测算法会忽略噪声相关性的影响，降低误码率（BER）性能（误码率（BER：bit error ratio）是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%。）而 MMSE算法虽然在降低噪声干扰和减弱相邻信号干扰上有较好的折衷，但是误码率BER性能没有提高。而且两种上述迫零检测(ZF) 线性解码算法和最小均方误差(MMSE)线性解码算法均没有考虑多簇信道矩阵的特殊结构，需要计算多维矩阵的逆矩阵，其解码复杂度高，预处理复杂度依然较大，仍会降低传输效率。

发明内容

本发明的目的在于针对以上技术问题，提出了一种基于虚拟MIMO中分簇球形解码的协作通信方法，该方法把空时编码的优势扩展到多个分簇，避免了传统方案簇间的协调控制，同时在接收端采用改进的球形解码策略，提高了整个无线传感网络系统的吞吐率从而提高无线传感网络的传输效率。

为达到上述发明目的，本发明的构思是：首先对无线传感网络中的传感器节点采用负载平衡的响应式分布分簇算法(RDCA)分簇，然后在分簇后选取各簇头的协作节点(CN)，将簇头节点(CH)融合数据后转发给协作节点(CN)，最后共同发送数据到汇聚点，在接收端采用球形解码算法，达到在复杂度和误码率性能折衷提高无线传感网络的传输效率。

根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：

本发明的一种基于虚拟MIMO中分簇球形解码的协作通信方法，该方法具体步骤如下：

(1)、在虚拟MIMO域内簇头节点(CH)从簇内采集节点(ED)选择出若干个协作节点(CN) ；

(2)、本地簇内通信传输，所用时长为2种状态，一种时长为                                                ，另一种为，2种状态轮流出现，在整个通信传输过程中时长满足；

(3)、协作节点(CN)与数据中心(AP)远距离通信传输，所用时长为2种状态，一种时长为，另一种为，2种状态轮流出现，在整个通信传输过程中时长满足；

(4)、定义小于无线通信中终端采集节点(ED)单独供电量值为电量耗尽的阈值，依次判断每个终端采集节点的单独供电量值是否大于电量耗尽的阈值，如果终端采集节点的单独供电量值等于或大于电量耗尽的阈值，则转步骤(1)，该终端采集节点参与下一轮通信传输，否则该终端采集不参与下一轮通信传输，通信传输结束。

上述步骤(1)所述的在虚拟MIMO域内簇头节点(CH)从簇内采集节点(ED)选择出若干个协作节点(CN)，其具体步骤如下：

(1-1)、在虚拟MIMO域内根据所有采集节点(ED)的无线传感网络节点供电电池剩余能量的大小，按响应式分布分簇算法（RDCA）选择出簇头节点(CH)；非簇头采集节点则按照具有负载平衡性能的基于最短距离(closest)的代价函数选择各自的簇头；