[发明专利]无线多播系统中的中继协作传输方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域，特别是涉及一种无线多播系统中的中继协作传输方法。

背景技术

由于无线信道受到阴影衰落、多径衰落、干扰等因素影响，发送信号在无线信道中经历严重的衰减和波动。现有大量研究成果表明，多天线技术可获得空间分集增益，能有效抵抗无线传输中多径衰落的影响，提高无线网络容量和覆盖范围。然而，无线网络用户终端由于受到体积、复杂度和功率等限制，难以应用多天线技术获取空间分集增益。

新兴的无线通信系统致力于支持更高速率、更多类型的数据业务，同时，需要提高网络覆盖范围、提高无线资源利用率和无线传输可靠性。在现有无线网络中使用“中继协作”策略，可通过中继与源节点的分布式传输和信号处理，为目的节点构造“虚拟多天线阵列”，为复杂度和体积等方面受限的无线用户终端提供空间分集增益，保障无线用户不同类型业务的服务质量，提高无线网络容量、覆盖率、误码率和中断概率等多项关键性能指标。

在无线多播系统中采用“中继协作”策略，需要根据多播传输性能受限于最差链路的特点，确定如何选择合适的中继对多播传输进行协作，以更好地协助源节点与用户间的多播传输，从而使得多播系统的分集增益和频谱效率最大化。因此，中继选择问题是无线多播系统中重要的研究内容。

针对上述问题，近年来学术界已展开了广泛的研究，并取得了一定的研究成果。

2010年H.Vicky Zhao等在“IEEE Transactions on Wireless Communications”(《国际电气电子工程师协会无线通信汇刊》)(2010年6月第9卷)发表的“Cooperative Wireless Multicast:Performance Analysis and Power/Location Optimization”(《协作无线多播：性能分析与功率/位置优化》)中提出了两种协作多播方法，分析了这两种协作多播方法的中断性能。理论分析表明，相比于直接多播传输，该文提出的两种协作多播传输方法可以显著改善多播传输的中断性能，使多播用户获得2阶空间分集增益。此外，文中还根据中断概率的分析结果，研究了功率分配和中继位置对协作多播中断性能的影响。2013年B.Hu等在“IEEE Transactions on Vehicular Technology”(《国际电气电子工程师协会车辆技术汇刊》)(2013年6月第62卷)发表的“Wireless Multicast Using Relays:Incentive Mechanism and Analysis”(《无线多播使用中继：激励机制和分析》)中提出了一种基于博弈理论的中继协作多播传输的激励机制，并分析了该机制的吞吐量性能。理论分析表明，该激励机制可显著提升无线多播系统的吞吐量。然而，上述研究均考虑所有正确译码的中继同时协作多播传输，没有涉及如何在系统中利用中继选择来进一步提升多播传输性能，不能获得最大的空间分集增益。

2013年I-H.Lee等在“IEEE Communications Letters”(《国际电气电子工程师协会通信快报》)(2013年3月第17卷)发表的“Exact Outage Probability of Relay Selection in Decode-and-Forward Based Cooperative Multicast Systems”(《基于解码转发的协作多播系统的中继选择精确中断概率》)上分析了协作多播系统的最优中继选择中断性能。该文的中断分析表明，协作多播系统的最优中继选择可获得最大的空间分集增益，提高协作多播传输的可靠性。但该文考虑的最优中继选择需要整个系统的全局瞬时信道状态信息，系统复杂度高，协作开销大，不利于在实际多播系统中应用。

发明内容

本发明的目的在于上述现有技术的不足，提出一种无线多播系统中的中继协作传输方法，以在提高多播传输可靠性，满足多播业务服务质量要求的同时，充分利用信道和发送功率等系统资源，使无线用户终端获得最大的空间分集增益，从而降低协作开销，提高多播传输可靠性和无线资源利用效率。