[发明专利]一种基于不完全信道信息的协作空间调制系统中功率分配方法

说明书

本发明提供了一种基于不完全信道信息下协作空间调制系统的功率分配方法。针对协作空间调制系统，考虑接收端的不完全信道估计，利用信道估计值对天线序号和星座符号进行联合解调，并基于该解调算法给出了系统误比特率的理论表达式和渐进近似表达式。根据渐进近似表达式，以最小化近似误比特率为优化目标，利用梯度下降法和卡尔丹公式给出次优功率分配方法。经仿真验证，本发明所提出的功率分配方法相比于等功率分配方法，可以有效降低系统误比特率，提高系统性能。

技术领域：

本发明属于移动通信领域，涉及移动通信系统的资源分配方法，尤其是涉及一种基于空间调制的无线中继协作网络中功率分配方法。

背景技术：

协作通信作为近几年无线通信领域的研究热点之一，利用无线通信网络中其他用户的天线作为中继节点协作信号的传输，解决了传统的多输入多输出(MIMO，Multi-InputMulti-output)系统中移动终端由于体积和功率限制无法放置多天线的问题，在提高频谱利用率的同时，有效地较低了基站所带来的大量成本。根据中继节点对接收信号的处理方式的不同，可以分为不同的协作协议。放大转发(AF，Amplify-and-Forward)协作协议相比于其他协议较为简单易于实现，因此被广泛应用于协作系统中。其基本思想是中继节点直接将接收到的信号放大之后再转发至目的。空间调制(SM，Spaial Modulaion)技术通过每一时隙只激活一根天线发送符号，可以实现单链路收发设计，有效克服信道间干扰以及同步问题；同时利用发射天线序号与传输信息比特的一一映射，是天线序号“隐形”地传输信息，速率高，容量大。将SM技术与协作通信相结合，一方面可以体现出SM技术的优势，有效避免了协作通信系统中的弊端，另一方面还能利用协作中继节点帮助源节点传输信息，体现协作通信的优势。

在研究系统性能时，为便于分析一般会假设接收端可获得完全信道状态信息(CSI，Channel-state-information)。但在实际通信过程中，接收端根据信道估计值对接收信号进行检测，由于信道的不稳定性以及不完全估计，信道估计值与实际值之间会产生一定偏差，从而接收机对信号检测的准确度会有所下降。因此，在系统进行分析时考虑信道估计误差所带来的影响具有实际意义。文献1(R.Mesleh，S.S.Ikki.Analysis ofCooperative Communication spaial modulaion with imperfect channel estimation[C].Annual International Symposium on Personal，Indoor and Mobile RadioCommunications，2013：2023-2027.)和文献2(A.Afana，T.M.N.Ngatched，O.A.Dobre，S.Ikki.Cooperative DF cognitive radio networks with spatial modulation withchannel estimation errors[C].IEEE Wireless Communications and NetworkingConference，2017：1-5.)假设中继和目的可获得不完全CSI，推导了基于译码转发(DF，Decode-and-forward)SM系统和DF-SM认知无线电系统的误比特率表达式和渐进近似表达式，分析了不同信道估计误差下的误比特率性能。在协作通信系统中，源节点和中继节点所分配的功率大小会对系统性能产生一定的影响，因此根据中继位置以及路径损耗采用合理的功率分配方案可以有效提高系统性能。文献3(C.L.Wang and J.Y.Chen.Powerallocation and relay selection for AF cooperative relay systems withimperfect channel estimation.IEEE Transactions on Vehicular Technology，2016，65(9)：7809-7813.)针对不完全信道状态信息下的AF多中继协作系统，通过最大化容量，提出了一种最优闭式功率分配方案。文献4(Miaowen Wen，Xiang Cheng，H.Vincent Poor andBingli Jiao.Use of SSK modulation in two-way amplify-and-forwardrelaying.IEEE Transactions on Vehicular Technology，2014，63(4)：1498-1504)是将空移键控(SSK，Space Shift Keying)技术引入双中继协作系统中，给出了令误比特率最小化的功率分配系数。以上文献都是基于协作通信系统或者协作空移键控系统进行的功率分配方案研究，而目前大部分协作空间调制系统都考虑的是等功率分配和完全CSI。因此，为提升不完全CSI下的协作空间调制系统性能，研究基于该系统的自适应功率分配方案是非常必要的。