[发明专利]协作超宽带中的转发时隙分配及中继节点选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及协作超宽带中的转发时隙分配及中继节点选择方法，属于通信领域。

背景技术

近些年来，超宽带技术以其低功率谱密度、高多径分辨率等优点已经成为未来短距离无线互联以及无线传感器网络的候选技术之一，为了避免对现存系统造成干扰，美国联邦通信委员会于2002年发布了关于超宽带技术的“First Report and Order”，在容许了超宽带技术商业应用的同时也对超宽带发射机在室内和室外应用时的有效全向辐射功率（Effective Isotropic Radiated Power, EIRP）做出了严格的限制。其中，在超宽带发射机工作频段3.1GHz~10.6GHz处的峰值EIRP为-41.3dBm/MHz，由于这一峰值EIRP非常低，导致超宽带接收机接收到的信号功率也非常低，从而加大了超宽带接收机设计的难度。为了保证接收信号的质量，同时降低超宽带接收机的复杂度，现有文献提出将协作通信引入到超宽带系统中。

协作通信技术的基本思想起源于三终端中继信道，但是由于在实现中继的过程中存在着许多技术难题，因此对于协作通信的研究在上世纪80年代初期进入了瓶颈期。近些年来，由于一个在上行链路的条件下以分集形式建立的用户协作模型的提出，协作通信技术再一次受到了研究人员的广泛关注。

通过将协作技术引入到超宽带系统中，利用协作技术既可以提高接收信号的质量，同时还可以降低超宽带发射机的发射功率，从而延长节点的待机时间。但是由于超宽带接收机的复杂度限制以及超宽带信道的密集多径特性所导致的长时隙扩展使得超宽带接收机难于实现有效的分集合并，因此在协作超宽带系统中，一般仅仅选择一个中继节点，即仅仅建立一条有效的中继路由来实现对于发射信号的中继。由于每一个节点周围都存在着多个可能的中继节点，因此如何选择有效的中继节点便成为一个必须解决的问题，现有反馈式中继节点选择方法或者是同步的中继节点选择方法并没有考虑超宽带系统对于中继节点选择方法的简单化、实时化等特殊要求，因此不适合于直接应用到协作超宽带系统中。反馈式的中继节点选择方法需要额外的发射能量用以发射反馈信息，即使很少比特数的反馈信息也将耗费大量的节点能量，因此为了保证中继节点选择方法的简单化和实时化等要求，协作超宽带系统中的中继节点选择方法应该是异步无反馈的。

异步路由选择的过程中，最为关键的一个步骤就是中继节点对源节点发送的导频信号进行转发。为了避免各个中继节点转发的信号到达目的节点时产生冲突，造成接收到的多个信号相互干扰，必须有效地对中继节点的转发时隙进行合理的分配。

已有的算法中，一种方案是将转发时隙设置为同该信道增益成反比的形式，其中信道增益由中继节点根据两条子链路信道增益计算出由源节点到目的节点的信道增益，但这种方法是不合理的，因为信道的增益并不能完全反应实际链路的质量。另一种方案是采用误码率来评价信道质量的方法，将转发时隙设置为同误码率成正比的形式。

上述两种转发时隙分配方案本质上都是建立信道质量和时隙之间的线性映射。对于室内超宽带所处的密集多径环境中，信道增益以分贝为单位时呈现正态分布。因而，信道增益往往处于正态分布的均值附近，两个中继节点的转发时隙相隔较短，当这个时间间隔小于信道的多径时隙扩展时，两个中继转发的信号就会在目的节点处相互干扰，从而使得系统的性能有所下降。中继转发信号在接收端的冲突概率大。

发明内容

本发明目的是为了解决协作超宽带中采用现有算法进行中继转发信号在接收端的冲突概率大的问题，提供了协作超宽带中的转发时隙分配及中继节点选择方法。

本发明的协作超宽带中的转发时隙分配方法包括以下步骤：

步骤一、协作超宽带中的各中继节点接收源节点发送的导频信号；

步骤二、根据步骤一接收的导频信号分别获取源节点至k个中继节点的信道增益 ，其中i=1,2,3……k，k≤50；

步骤三、根据步骤二获取的k个信道增益来拟合服从正态分布的信道增益随概率密度变化的曲线，将曲线的[]增益区间分成N份面积相等的小增益区间，其中，N为大于k的自然数，且5000≥N≥100；

步骤四、按照N份小增益区间的信道增益比例关系分配转发时隙。

基于上述步骤，进一步包括如下步骤来实现协作超宽带中的中继节点选择方法：

步骤五、根据步骤三确定每个中继节点的信道增益所在的小增益区间；

步骤六、目的节点按照步骤四确定的转发时隙接收与其对应的中继节点转发的信号，并计算各个时隙对应的信号到达时的误码率；