採用正交幅度調製的差分中繼協作通信方法

2023-06-10 17:00:51

專利名稱：採用正交幅度調製的差分中繼協作通信方法
技術領域：
本發明屬於通信領域，涉及一種採用正交幅度調製QAM的差分中繼協作通信方法，可用於提高差分多中繼協作通信系統的誤碼率性能。
背景技術：
多輸入多輸出MIMO技術能夠充分利用空間資源，在不增加系統帶寬和發送功率的情況下，可以有效地對抗無線信道的衰落，從而提高通信系統的頻譜利用率。然而在一些實際的應用場景，比如蜂窩系統的上行鏈路，無線自組織網絡和無線傳感器網絡，移動終端或者網絡節點受到自身體積，複雜度和功耗的限制，很難直接應用MIMO技術。於是，一種新的空間分集技術-協作分集技術應運而生。它的基本原理是參與協作通信的多個終端或者節點通過組成一種虛擬的MIMO系統來彼此共享鏈路資源從而獲得空間分集增益。協作分集技術突破了傳統MIMO技術對終端設備的限制，為其走向實用化提供了新思路。最初關於協作分集技術的研究都主要集中在單中繼節點的情形下。隨著研究的深入，採用多中繼節點的協作傳輸方案受到越來越多的關注。這種方案可以大大地增加協作通信的分集增益，從而可以滿足更高的服務質量需求。在多中繼協作通信系統中，源節點和中繼節點按照時分或者頻分的方式來分配正交子信道，而且所有的中繼節點都參與協作傳輸。該方案雖然可以獲得與中繼節點個數成正比的分集增益階數，但同時犧牲了系統的頻譜效率。針對多中繼協作通信系統的頻譜效率比較低的問題，研究人員提出了中繼選擇方案，即根據中繼鏈路的信道質量，每次只選擇一個最佳的中繼節點參與協作傳輸。研究證明，與所有的中繼節點都參與協作傳輸的方案相比，中繼選擇方案在保證獲得相同分集增益階數的前提下可以大幅度地提升協作通信的頻譜效率。另外，現有的中繼選擇方案大都採用的是相干調製，這就要求中繼節點和目的節點要知道完整的信道狀態信息，然而這對於協作通信系統來說是一件開銷大且比較困難的事情。為了避免估計信道狀態信息，研究人員又提出了將差分調製和中繼選擇相結合的協作通信方案。目前，該方案大都採用的是恆定幅度的差分調製，比如差分相移鍵控PSK。 利用差分PSK，接收節點不再需要獲取信道狀態信息，即可正確解碼，從而實現了協作通信系統在複雜度和性能上的一種折中。然而，當調製階數比較高時，差分PSK的誤碼率性能比較差，從而導致上述方案不適用於高速數據傳輸的情形。

發明內容
本發明的目的在於克服已有技術的不足，提出一種採用QAM的差分中繼協作通信方法，以在調製階數比較高時提高協作通信系統的誤碼率性能。為實現上述目的，本發明的技術方案包括如下步驟(1)根據網絡規劃要求，為源節點S分配Nk個中繼節點Rj, j = 1,2, L Ne ；(2)比較Nk個中繼鏈路的信噪比，選擇一個具有最大信噪比的中繼節點&參與協作通信；(3)源節點S首先對信源信息進行星座映射和差分調製，然後將差分調製的輸出信號發送至目的節點D和最佳的中繼節點&；(4)最佳的中繼節點&首先對接收信號進行差分解調和差分調製，其次將差分調製的輸出信號轉發至目的節點D ；(5)目的節點D首先對源節點S的發送信號和最佳中繼節點&的發送信號分別進行差分解調，其次對差分解調的輸出信號進行最大比合併，最後對最大比合併的輸出信號進行星座逆映射，得到信源信息。本發明由於聯合採用了差分調製和中繼選擇技術，不僅使得接收節點在不需要估計信道狀態信息的情況下即可正確解碼，同時也保證了協作通信系統可以獲得全分集增益。當調製階數較高時，由於QAM星座具有比PSK星座更大的最小距離，因此本發明提出的方法可以獲得比採用差分PSK的現有方法更高的信噪比增益，從而提高了協作通信系統的誤碼率性能，同時更適用於高速數據傳輸的情形。


圖1是現有差分中繼協作通信方法的信道模型圖；圖2是本發明實現的流程圖；圖3是本發明與現有的差分中繼協作通信方法的誤碼率性能仿真比較圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明方法為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作步驟，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。本發明採用的差分中繼協作通信方法的信道模型如圖1所示，其中S為源節點，D 為目的節點，民為中繼節點，j = 1,2,L Nk，其中Nk表示中繼節點的總個數。所有的通信節點都採用單天線且工作在時分雙工模式。參照圖2，本發明的實現步驟如下步驟1，根據網絡規劃要求，從距離源節點S最近的節點中任意選擇Nk個節點民，j =1,2, L Nk，作為源節點S的中繼節點，考慮到協作通信系統的實現複雜度，當源節點S附近的中繼節點數目比較多時，選擇4 8個中繼節點。步驟2，比較Nk個中繼鏈路的信噪比，選擇一個具有最大信噪比的中繼節點&參與協作通信。2a)估計源節點S到中繼節點民的鏈路信噪比，j = 1，2，L，Nk ；2b)估計中繼節點民到目的節點D的鏈路信噪比<，j = 1，2，L，Nk ；2c)利用上述估計的參數&和片。，計算中繼鏈路的信噪比弋=mm{r^}，j = 1， 2，L，Ne ；2d)比較中繼鏈路的信噪比弋，選擇具有最大信噪比的中繼節點&參與協作通信。步驟3，源節點S對信源信息進行星座映射和差分調製。3a)根據QAM的星座圖，源節點S將信源信息映射成信源符號，其中，η彡1代表信號的離散時間下標；3b)設定差分調製的初始化輸出信號為=1，計算差分調製信號xs,n = ss,nxs, 11-1/ #1，其中，\11-1= XS,n-l為功率歸一化係數。步驟4，源節點S將差分調製的輸出信號同時發送至目的節點D和最佳的中繼節點步驟5，最佳的中繼節點&對源節點S的發送信號進行差分解調。5a)估計源節點S到最佳中繼節點&的信道功率
權利要求
1. 一種採用正交幅度調製的差分中繼協作通信方法，包括如下步驟(1)根據網絡規劃要求，為源節點S分配Nk個中繼節點I^，j= 1,2, L Ne；(2)比較Nk個中繼鏈路的信噪比，選擇一個具有最大信噪比的中繼節點&參與協作通(3)源節點S首先對信源信息進行星座映射和差分調製，然後將差分調製的輸出信號發送至目的節點D和最佳中繼節點&；(4)最佳中繼節點&首先對接收信號進行差分解調和差分調製，其次將差分調製的輸出信號轉發至目的節點D ；(5)目的節點D首先對源節點S的發送信號和最佳中繼節點&的發送信號分別進行差分解調，其次對差分解調的輸出信號進行最大比合併，最後對最大比合併的輸出信號進行星座逆映射，得到信源信息。
2.根據權利要求1所述的協作通信方法，其中步驟( 所述的從 個中繼節點中選擇一個最佳中繼節點&參與協作通信，按如下步驟進行(2a)估計源節點S到中繼節點民的鏈路信噪比A，j = 1,2, L, Ne ； (2b)估計中繼節點民到目的節點D的鏈路信噪比<，j = 1,2, L, Ne； (2c)利用所述的&和^ο，計算中繼鏈路的信噪比弋，j = 1,2, L, Ne； (2d)比較中繼鏈路的信噪比弋，選擇具有最大信噪比的中繼節點&參與協作通信。
3.根據權利要求1所述的協作通信方法，其中步驟(3)所述的源節點S對信源信息進行星座映射和差分調製，按如下步驟進行(3a)根據正交幅度調製的星座圖，源節點S將信源信息映射成信源符號ss,n，其中， η ^ 1代表信號的離散時間下標；(3b)設定差分調製的初始化輸出信號為C1= 1，利用如下公式計算差分調製信號xs, η= Ss, nXs, ^/ ,^，其中， & = Xs,n_J為功率歸一化係數。
4.根據權利要求1所述的協作通信方法，其中步驟(4)所涉及的最佳中繼節點&對接收信號進行差分解調，按如下步驟進行(4a)估計源節點S到最佳中繼節點&的信道功率/4， …2|2，其中ySK,n/=1表示最佳中繼節點&的接收信號，L表示信道功率的估計範圍；(4b)利用所述的^^和μ 『 SK,n，估計源節點S到最佳中繼節點&的功率歸一化係數aSR,η ~ \ySR,n \ 丨 MSR,η ；(4c)利用所述的μ 『 SE,n和a 『 SE,n,計算差分解調的輸出信號 SSR,n=ySR,n+ySR,n^MsR,naSR,n，其中*表示複數的共軛運算。
5.根據權利要求1所述的協作通信方法，其中步驟(5)所涉及的目的節點D對源節點 S的發送信號進行差分解調，按如下步驟進行(5a)估計源節點S到目的節點D的信道功率/4， …J，其中ySD,n表示/=1目的節點D的接收信號，L表示信道功率的估計範圍；(5b)利用所述的化「和μ 』 SD,n，估計源節點S到目的節點D的功率歸一化係數
6.根據權利要求1所述的協作通信方法，其中步驟( 所涉及的目的節點D對最佳中繼節點&的發送信號進行差分解調，按如下步驟進行(6a)估計最佳中繼節點&到目的節點D的信道功率…J，其中
7.根據權利要求1所述的協作通信方法，其中步驟(5)所述的目的節點D的最大比合併，按照如下步驟實現(7a)分別計算源節點S到目的節點D的最大比合併參數和最佳中繼節點&到目的節點D的最大比合併參數n
全文摘要
本發明提供了一種採用正交幅度調製的差分中繼協作通信方法，主要解決現有技術在高階調製下誤碼率性能比較差的問題。其實現步驟是(1)比較中繼鏈路的信噪比，從多個中繼節點中選擇信噪比最高的一個作為最佳中繼節點；(2)源節點先對發送信息進行星座映射和差分調製，然後將差分調製的輸出信號發送至目的節點和最佳的中繼節點；(3)最佳的中繼節點先對接收信號進行差分解調和差分調製，然後將差分調製的輸出信號轉發至目的節點；(4)目的節點先對源節點的發送信號和最佳中繼節點的發送信號分別進行差分解調，再對差分解調的輸出信號進行最大比合併，最後對最大比合併的輸出信號進行星座逆映射，得到信源信息。本發明可提高協作通信系統的誤碼率性能。
文檔編號H04L1/00GK102271119SQ201110260839
公開日2011年12月7日 申請日期2011年9月5日 優先權日2011年9月5日
發明者宮豐奎, 李靖, 王勇, 葛建華, 高明, 高洋 申請人:西安電子科技大學