[发明专利]一种多中继选择极化译码转发方法

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1.一种多中继选择极化译码转发方法，其特征在于，依次采用根据极化信道的信道状态信息构造码率变化的极化编码方法和最佳中继选择方法，并联合极化信道编码与多中继协作译码方法，以实现信息的转发；

所述码率变化的极化编码方法，包括以下步骤：

S11、设衰落信道的信道模型如下：

y＝h×x+n

其中，h为实数，表示衰落系数，服从均值为0，方差为1的标准正态分布；n是实数，表示加性高斯白噪声，其均值为0，方差为σ²；x为取值+1或-1，表示信道输入的信号变量；y是实数，表示信号x经过衰落信道后的输出；首先，执行将多个独立的信道拼接为一个整体信道的操作；设整个通信系统的传输信道用W标识；把N个W字段，拼接在一起，形成WWW...W，长为N的向量字符串，且标记为：W^N；定义一实向量h，表示N次拼接后的衰落信道的衰落系数，且h＝(h₁,h₂,...,h_n)，h_i为实数，表示为第i个衰落信道的信道衰落系数；

S12、系统的误码率与信道容量及码率的关系如下：

其中，Q^-1(x)是的反函数；R为实数，取值范围是(0,1]，表示码字的码率；W是实数，表示信道的转移概率；I为实数，表示为平均互信息，I(W)计算为信道的容量；

设计一个信道分析器，给定阈值α，其取值范围是[0,1]，统计出信道衰落系数h_i＜α的概率，表示为：

p＝Pr{|h_i|＜α},i＝1,2,...,N

其中，“Pr(.)”是0～1之间的实数，表示在所有信道中，信道衰落系数小于给定阈值的概率；

再将经信道分析器得到的在所有信道中，信道衰落系数小于给定阈值的概率p作为极化编码的码率变化依据；若原来极化编码的码率为R，则极化编码的码率为R*(1-p)，达到极化编码码率变化的效果；

所述最佳中继选择方法，包括以下步骤：

S21、整个协作过程分两个时隙完成；在第一时隙，源节点向目的节点和所有中继节点发送信息；定义信道容量为c，所有中继节点在接收到信息后，若需正确解码，要求源节点到中继节点链路的信道容量不小于信息传输速率V，即则通过预选择得到的候选中继节点集合表示为：

其中，R_i是所有中继节点；是实数，表示源节点到第i个中继节点的信道容量；i和k均为自然数；V是实数，表示信号传输速率；

S22、基于步骤S21得到的候选中继集，分以下情况分别执行不同操作；

若候选的中继集合Ω_k为空，即所有的中继节点都不能正确解码源节点发送过来的信息，则启动直接传输重传DRT模式，即源节点重新发送信息到目的节点；此时，系统的信道容量为：

C_DRT＝1/2·log₂(1+2γ_sd)

其中，γ_sd＝P_s|h_sd|²/N₀为实数，表示目的节点接收源节点信号的瞬时信噪比；P_S为大于0的实数，表示源节点广播信息时的发射功率，h_sd为实数，表示源节点到目的节点的信道衰落系数，N₀是实数，表示噪声功率的方差；

若候选中继集合Ω_k不为空，则在第二时隙执行对候选中继集合中的中继的再选择操作，即从所有候选的中继节点中，选出中继到目的链路信道质量最好的一个中继节点作为最佳中继R_opt，用来向目的节点转发源节点发送的信息；

最佳中继定义如下：在所有候选中继节点中，中继节点到目的节点链路信噪比最大的一个中继，作为最佳中继，且可表示为：

其中，“argmax{.}”表示求使目标函数取最大值时所取参数的函数，具体表示为：求使取得最大值的中继节点R_i；为实数，表示为：即目的节点从中继接收到信号的信噪比，其大小与中继发射功率和中继到目的节点链路的信道衰落系数相关；其中，为大于0的实数，表示中继节点的发射功率；为实数，表示中继到目的节点链路的信道衰落系数；i为自然数；

S23、最佳中继协作能力表示为：其中，是实数，表示最佳中继节点到目的节点链路的增量系数，β_sd＝|h_sd|²是源节点到目的节点链路的增量系数；

定义一个最佳中继协作门限θ，其取值范围为(0,2]；然后，将最佳中继的协作能力γ_{β_sd}与协作门限θ比较大小；根据所得结果决定是否使用最佳中继协作转发源节点的信息；

当γ_{β_sd}θ时，表示最佳中继到目的节点的信道状况良好，可参加协作传输；于是最佳中继节点将从源节点接收到的信息译码再重新极化编码后转发到目的节点；此时，目的节点收到信号为：

其中，h_{rd_opt}是实数，取值范围是[0,+∞)，+∞表示正无穷大，h_{rd_opt}表示最佳中继到目的节点链路的信道衰落系数；是大于0的实数，表示最佳中继转发信息时的发射功率；为取值+1或-1的整数，是最佳中继将接收到的信号解码后再重新编码后的信息；n_{rd_opt}是实数，表示最佳中继到目的节点链路的信道干扰噪声；

当γ_β,sd≤θ时，表示最佳中继到目的节点的信道状况一般，不使用中继协作传输，而是使源节点重新发送信息到目的节点；此时，目的节点收到的信号为：

其中，h_sd(2)是实数，取值范围是[0,+∞)，+∞表示正无穷大，h_sd(2)表示重发送阶段源节点到目的节点链路的信道衰落系数；P_s是大于0的实数，表示源节点的发射功率；x_s为取值+1或-1的整数，表示源节点要发送的信息；n_sd(2)是实数，表示重发送阶段源节点到目的节点的信道干扰噪声；

所述联合极化信道编码与多中继协作译码方法，包括以下步骤：

S31、在源节点处，采用码率变化的极化编码方法对待发送的消息编码，然后广播至所有中继节点；各中继节点采用连续删除译码算法对接收信息执行解码操作；

S32、当使用最佳中继转发信息到目的节点时，再次采用码率变化的极化编码方法对中继节点的译码结果重新执行极化编码后转发到目的节点；

S33、最后，在目的节点处，将两个时隙接收到的信息按照比例相加得到最终的结果信息；随后，对最终的结果信息采用连续删除译码算法译码，恢复源节点发送的信息。