[发明专利]基于分布式空时编码的Ad hoc网络协作中继方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域，特别涉及协作通信中寻找中继节点的方法，可用于协作通信领域中虚拟多输入多输出MIMO系统在Ad hoc网络中的通信。

背景技术

随着蜂窝移动通信、因特网和多媒体业务的发展，世界范围内无线通信的容量需求在迅速增长。另一方面，可利用的无线频谱是有限的，如果通信频谱的利用率没有得到显著提高，就不可能满足通信容量的需求。在单天线链路系统中，采用先进的编码，例如Turbo码和低密度奇偶校验码，就可以接近香农容量极限。通过增加发射端和接收端的天线数量，可以进一步显著提高频谱利用率，这就是多输入多输出MIMO系统。与之相对的就是单输入单输出SISO系统。

使用空时编码是达到或接近MIMO无线信道容量的一种可行、有效的方法。空时编码是一种用于多发射天线的编码技术。该编码在多根发射天线和各个时间周期的发射信号之间能够产生空域和时域的相关性。这种空时相关性可以使接收机克服MIMO信道衰落并减少接收误码。对于空间未编码系统，空时编码可以在不牺牲带宽的情况下起到发射分集和功率增益的作用。空时编码在编码结构上有多种方法，包括空时分组码，空时网格码等。所有这些编码方案的核心思想都是使用多径能力达到获得较高的频谱利用率和性能增益的目的。

虽然MIMO可以提供发射分集和功率增益，但是在某些领域中，终端设备上无法安装多个分集天线，如低功耗或尺寸受限的传感器节点，小型手持设备等，因而无法使用MIMO技术。为了解决这个问题，分布式空时编码提出了在多个单天线终端上以分布式的方式进行空时编码，构建虚拟MIMO传输信道，提供协作分集的技术。国内外对分布式空时编码的研究已取得了一些成果。如“J.N.Laneman and G.W.Wornell.“Distributed Space-Time-Coded Protocols for Exploiting Cooperative Diversity in Wireless Networks.”IEEE Global Telecommunications Conference.2002.”里提出“放大并转发”和“解码并转发”两种中继节点转发信号的方式。“H.T.Cheng et al.“Distributed Space-Time Block Coding with Imperfect Channel Estimation.”IEEE International Conference on Communications.2005.”研究了分布式空时编码在信道估计不准确时的应用。“S.Moh，et al.“CD-MAC：Cooperative Diversity MAC for Robust Communication in Wireless Ad Hoc Networks.”IEEE International Conference on Communications.2007.”提出了协作分集的媒体接入控制MAC算法。“M.Wódczak.“Extended REACT-Routing information Enhanced Algorithm for Cooperative Transmission.”Mobile and Wireless Communications Summit.2007.”中提出了适合协同传输的路由信息增强算法。

然而在现有的研究中，需要较多数量的中继节点参与协作，并且发射节点仅在SISO方式的传输范围内寻找中继节点。例如在“Gentian Jakllari，et al.“A Cross-Layer Framework for Exploiting Virtual MISO Links in Mobile Ad Hoc Networks.”IEEE Transactions on Mobile Computing.2007.”中需要多达4个中继节点才能完成协作，且寻找中继节点的范围较小，故这种方法在网络较为稀疏或网络负荷较大时，很难找到足够的节点参与协作，最终导致网络延迟增大，吞吐量下降。

发明内容

本发明的目的在于针对述已有技术的不足，提出一种基于分布式空时编码的Ad hoc网络协作中继方法，以在网络较为稀疏或网络负荷较大时，减小网络延迟，提高吞吐量。

实现本发明目的技术关键是要找到较多的节点参与协作，具体步骤包括如下：

(1)对Ad hoc网络的物理层，通过约束控制分组的长度，得到一个专用于发送控制分组的通信范围：