一种过时信道信息下的放大转发中继选择方法

摘要

本发明公开了一种过时信道信息下的中继选择方法，特征是在进行中继选择时，源节点通过反馈获得第一跳链路的过时信噪比信息，并利用信道相关系数为辅助，计算并比较各中继对应的条件中断概率，然后选择使该中断概率最小的中继作为协作中继。相比于传统的仅依靠信噪比信息的中继选择方案，由于考虑了信道相关性，提高了中继选择的可靠度，本发明对信道延时具有更强的鲁棒性，能够明显地提高系统性能。

主权项

1.一种过时信道信息下的放大转发中继选择方法，包括：在单源、单目的节点、多中继的协作网络中，通信过程在两个时隙完成，在第一个时隙，源节点根据反馈信息选择一个中继并向其发送数据包；在第二个时隙，被选中的中继节点通过放大转发的方式向目的节点转发数据包完成通信；其特征在于：在进行中继选择时，源节点通过反馈获得第一跳链路的过时信噪比信息后，利用信道相关系数为辅助，计算并比较各中继对应的条件中断概率，然后选择使该中断概率最小的中继作为协作中继；具体操作步骤如下：第一步：系统初始化，源节点获取各节点的位置信息，计算源节点到中继节点和中继节点到目的节点的距离d_1(i)和d_2(i)；然后计算各条链路的大尺度衰落：${\lambda }_{2\left(i\right)}=d_{2\left(i\right)}^{-\alpha },$以及平均信噪比：${\eta }_{1\left(i\right)}=E\left\{{\gamma }_{1\left(i\right)}\right\}=\frac{P_S}{N_{01}}{\lambda }_{1\left(i\right)},$${\eta }_{2\left(i\right)}=\frac{P_r}{N_{02}}{\lambda }_{2\left(i\right)},$i＝1,2,...,N_r；其中下标1和2分别表示源节点到中继节的第一跳链路和中继节点到目的节点的第二跳链路，i∈[1,N_r]表示中继标号，N_r表示可选的中继总数，α表示路径损耗因子，P_S为源节点的发送功率，P_r为中继节点的发送功率，N₀₁、N₀₂为第一跳、第二跳链路的加性高斯白噪声的功率；第二步：源节点发送中继选择启动命令；第三步：每个中继节点接收到启动命令后，获得各自第一跳链路（源节点到中继节点链路）的信道信息并测量多普勒频移f_d(i)，然后将这些信息反馈给源节点；第四步：计算每个中继对应的中断概率：源节点在获得多普勒频移、信道信息参数后，计算第一跳链路的信道相关系数ρ_1(i)＝J₀(2πf_d(i)τ)和信噪比τ为信道时延；然后根据这些信息计算每个中继对应的条件中断概率所述条件中断概率的计算式为：$P_{\mathrm{out}}\left({\gamma }_0\right|{\hat{\gamma }}_{1\left(i\right)})=\underset{m=0}{\overset{\infty }{\Sigma }}\frac{e^{-\frac{{\rho }_{1\left(i\right)}^2{\hat{\gamma }}_{1\left(i\right)}}{(1-{\rho }_{1\left(i\right)}^2){\eta }_{1\left(i\right)}}}}{{(m!)}^2}{\left(\frac{{\rho }_{1\left(i\right)}^2{\hat{\gamma }}_{1\left(i\right)}}{(1-{\rho }_{1\left(i\right)}^2){\eta }_{1\left(i\right)}}\right)}^m$$\times \{\Gamma (m+1)-\frac{2e^{-\frac{{\gamma }_0}{(1-{\rho }_{1\left(i\right)}^2){\eta }_{1\left(i\right)}}}}{(1-{\rho }_{1\left(i\right)}^2){\eta }_{1\left(i\right)}}{\left(\frac{1}{(1-{\rho }_{1\left(i\right)}^2){\eta }_{1\left(i\right)}}\right)}^m$$\times \underset{v=0}{\overset{m}{\Sigma }}\left[\left(\begin{array}{c}m\\ v\end{array}\right){\gamma }_0^{m-v}{\left(\frac{C{\gamma }_0}{{\eta }_{2\left(i\right)}}(1-{\rho }_{1\left(i\right)}^2){\eta }_{1\left(i\right)}\right)}^{\frac{1}{2}(v+1)}{K}_{v+1}\left({\left(\frac{4C{\gamma }_0}{{\eta }_{2\left(i\right)}}\right)}^{1/2}\frac{1}{\sqrt{(1-{\rho }_{1\left(i\right)}^2){\eta }_{1\left(i\right)}}}\right)\right]\}$其中，γ₀表示信噪比门限，η_1(i)表示第一跳链路的平均信噪比，η_2(i)表示第二跳链路的平均信噪比，是与第一跳链路平均信噪比相关的参数，Γ(·)表示伽马函数，K_v(·)表示第一类修正的v阶贝塞尔函数;第五步：源节点比较每个中继节点对应的中断概率，选择使其最小的中继节点作为协作中继，记为$k=\underset{i}{\min }\left\{P_{\mathrm{out}}\left({\gamma }_0\right|{\hat{\gamma }}_{1\left(i\right)})\right\},$具体计算过程如下：初始化i＝1,2,...,N_r，迭代次数m＝0；按照条件中断概率的计算式更新i＝1,2,...,N_r：$B_{m,i}=\frac{e^{-\frac{{\rho }_{1\left(i\right)}^2{\hat{\gamma }}_{1\left(i\right)}}{(1-{\rho }_{1\left(i\right)}^2){\eta }_{1\left(i\right)}}}}{{(m!)}^2}{\left(\frac{{\rho }_{1\left(i\right)}^2{\hat{\gamma }}_{1\left(i\right)}}{(1-{\rho }_{1\left(i\right)}^2){\eta }_{1\left(i\right)}}\right)}^m\times \{\Gamma (m+1)-\frac{2e^{-\frac{{\gamma }_0}{(1-{\rho }_{1\left(i\right)}^2){\eta }_{1\left(i\right)}}}}{(1-{\rho }_{1\left(i\right)}^2){\eta }_{1\left(i\right)}}{\left(\frac{1}{(1-{\rho }_{1\left(i\right)}^2){\eta }_{1\left(i\right)}}\right)}^m$$\times \underset{v=0}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{-}{\overset{-}{|}}\left(\begin{array}{c}m\\ v\end{array}\right){\gamma }_0^{m-v}{\left(\frac{C{\gamma }_0}{{\eta }_{2\left(i\right)}}(1-{\rho }_{1\left(i\right)}^2){\eta }_{1\left(i\right)}\right)}^{\frac{1}{2}(v+1)}{K}_{v+1}\left({\left(\frac{4C{\gamma }_0}{{\eta }_{2\left(i\right)}}\right)}^{1/2}\frac{1}{\sqrt{(1-{\rho }_{1\left(i\right)}^2){\eta }_{1\left(i\right)}}}\right)\left]\right\},$$P_{\mathrm{out}}\left({\gamma }_0\right|{\hat{\gamma }}_{1\left(i\right)})=P_{\mathrm{out}}\left({\gamma }_0\right|{\hat{\gamma }}_{1\left(i\right)})+B_{m,i};$若1≤i≤N_r，更新m＝m+1，跳到按照条件中断概率的计算式更新步骤；否则，结束循环；选择使中断概率最小的中继节点,中继标号记为k,第六步：节点通知被选择的中继节点k，向该中继节点发送数据，其它中继节点保持待命状态；第七步：中继节点k收到数据后，向目的节点进行放大转发，协助源节点完成数据传输。