[发明专利]一种协作分集系统下最优中继节点选择及功率分配方法

权利要求书

1.一种协作分集系统下最优中继节点选择及功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：源节点发射信号，包括以下步骤，

S11：源节点对将要传输的原始信号，即二进制比特数据，执行信道极化编码；

S12：将步骤S11所得的编码后的码字，执行幅度或相位调制方法，得到调制信号，再经发射天线广播到所有中继和目的节点；

S2：将步骤S12所得调制后的信号作为输入参数，按备选中继节点集构建方法执行计算，得到从源节点到中继节点信道质量较好的备选中继节点集；

S3：将步骤S2所得备选中继节点集作为输入参数，按协作判决方法执行计算，得到适合协作的中继节点集；

S4：将S3所得适合协作的中继节点集作为输入参数，按最优中继节点选取及功率分配方法，执行计算，得到使源节点到目的节点信道容量最大的最优中继节点；

S5：目的节点接收信号；

步骤S2中，备选中继节点集构建方法采用以下步骤：

S21：在多中继协作系统中，包括一个源节点S，一个目的节点D和多个中继节点R_i，i的范围为1～M；其中，M表示所有中继节点数目；源节点将信号广播给中继和目的节点，目的节点D和第i个中继节点R_i收到的信号分别为：

其中，1≤i≤M，x_s为实数，表示步骤S12所得调制后的信号；P_s为实数，表示源节点S的发射功率；h_sd和是零均值且方差分别是和且相互独立的复高斯随机变量，分别表示S-D和S-R_i链路的信道系数；其中，η_sd和是实数，分别表示S-D和S-R_i链路信道系数的标准差；而n_sd和是零均值且方差为实数且相互独立的复高斯随机变量，分别表示S-D和S-R_i链路的加性高斯白噪声；其中，σ_n是实数，表示加性高斯白噪声的标准差；

S22：设置一门限θ，当S-R_i链路的信道系数模的平方大于门限值时，将该中继节点选入备选中继节点集合Ω

步骤S3中，协作判决方法采用以下步骤完成：

S31：采用步骤S22选出的备选中继节点集合，若备选中继节点集合Ω为空，即从源节点到中继节点的信道质量都不满足要求，则系统不依赖中继节点，采用链路直接传输，系统的全部功率都用于直传：

其中，为复数，表示采用链路直接传输情况下目的节点D接收到的信号，P_Total为实数，表示系统发射的总功率；

由于没有中继节点的参与，则链路直传的信道容量表示为

其中，I_DT为实数，表示链路直传的信道容量；

S32：若备选中继节点集合Ω非空，对于Ω中任意中继节点R_i，要使得中继节点能正确译码源节点信号并转发出去，需要满足S-R_i链路的信道容量大于系统的传输速率V，即

为了保证中继节点正确译码的源节点发射功率，还需满足以下关系

其中，为实数，表示满足第i个中继节点能成功译码时源节点的发射功率；针对系统总功率受限情况，若系统总功率P_Total小于满足中继节点R_i能正确译码所需的功率最小值则第i个中继节点不参与协作，i为自然数，范围为1～|Ω|，|Ω|为候选中继节点集合Ω中的元素个数；

S33：分别计算R_i-D链路和S-D链路的信道系数模的平方，若则表明第i个中继节点R_i-D链路的信道质量要差于S-D链路的信道质量，则第i个中继节点不参与协作；其中，是零均值且方差为的相互独立的复高斯随机变量，表示R_i-D链路的信道系数，是实数，表示R_i-D链路信道系数的标准差；

步骤S4中，最优中继节点选取及功率分配方法采用以下步骤完成：

S41：对于系统总功率P_Total大于满足中继节点R_i能正确译码所需的功率最小值且的情况，在中继节点R_i能正确译码且R_i-D链路的信道质量要强于S-D链路的信道质量条件下；

第i个中继节点R_i的发射功率为

则此时源节点到目的节点的信道容量表示为

S42：比较链路直传的源节点到目的节点的信道容量I_DT和选择第i个中继节点R_i时源节点到目的节点的信道容量I_i的大小；

系统的中断概率为Pr(I＜V),其中I表示源节点到目的节点的信道容量，Pr(.)为实数，表示概率值；选择使源节点到目的节点的信道容量最大能降低系统的中断概率；

选择有最大信道容量的节点译码转发或是直传；

I_max＝max(I_DT,I_i,i＝1～|Ω|) (10)

其中，I_max为选择的最大信道容量，若I_max＝I_DT,表明链路直传的信道容量最大，则跳转到步骤S31，优先选择直传链路S-D传输，中继节点不参与协作传输；若I_max＝I_i,i＝1～|Ω|，则选中的第i个中继节点R_i对接收信号执行极化码连续删除译码方法处理后，再次执行信道极化编码转发给目的节点D；在R_i处，经译码转发的信号表示为则D接收的信号表示为

其中，是零均值且方差为实数的相互独立的复高斯随机变量，表示R_i-D链路的加性高斯白噪声。

2.根据权利要求1所述的协作分集系统下最优中继节点选择及功率分配方法，其特征在于，步骤S5中，目的节点接收信号步骤为：

当接收到步骤S21和步骤S42的信号或步骤S31依靠链路直传转发的信号后，目的节点执行最大比合并方法合并所有接收到的信号，然后依次执行解调、连续删除译码方法解码得到目的节点估计的信号序列，即为最后的结果。