[发明专利]一种高斯信源的分布式压缩转发系统及其优化方法

说明书

本发明公开了一种高斯信源的分布式压缩转发系统及其优化方法，该系统中，信源发送模拟高斯信号，在中继器进行分布式压缩编码，并进行数字传输。考虑在加性高斯白噪声信道下，各个中继的接收信噪比符合一定的比例关系，接收端对不同中继信号的接收信噪比不同，提出了该系统的理论分析框架。对多中继的分布式信源编码问题，采用CEO理论建立多中继网络的率失真函数，得到各个中继的传输速率，结合Shannon信道容量理论，将中继压缩后的传输速率与中继到接收端的信道容量建立联系，给出了系统的优化设计方程，提出一种最优求解算法。在总功率受限条件下，在信源和中继网络之间基于信噪比进行功率分配，使得系统接收端的信噪比性能达到最大。

技术领域

本发明公开了一种高斯信源下多中继网络的分布式压缩转发系统设计方法，属于无线通信的技术领域。

背景技术

无线中继技术能够有效地对抗信道衰落、扩大无线网络覆盖范围、提髙系统容量，增加分集增益，提高信息的可靠性，改善通信质量，广泛应用于各类无线通信系统。如卫星通信和微波中继通信系统就是经典的无线中继通信系统。移动通信中采用中继站扩大信号覆盖范围，提高系统的容量，现已成为移动通信系统的关键技术。此外，无线传感器网络在军情侦察，环境监控，智能家居，医疗健康状况的检测和监控等方面的普及和广泛应用使得对模拟中继网络的研究具有越来越重要的意义。

目前的中继网络研究主要以数字中继网络为主。传统的数字中继转发策略主要有以下几种：放大转发，中继节点将接收到的信源信号直接进行功率放大，然后再转发到目的节点；译码转发，中继节点将接收到的信号先进行解调并译码恢复出原始信息，再用一定的编码方式重新编码，发送到目的节点；编码转发，在编码协作模式下，将码字分成两部分，源节点信息在码字的第一部分传输给中继节点和目的节点，校验位在码字的第二部分通过源节点或者中继节点传输，通过事先确定好的编码方案进行协作，实现信源与目的节点之间信息的传输。

在放大转发策略下，信源节点S将模拟信号x(t)发送出去，经AWGN信道传输，第i个中继节点接收到的信号为

y_ri(t)＝x(t)+n_ri(t),i＝1,2,...,L

其中n_ri(t)表示第i个中继节点处的高斯白噪声，中继接收功率中继节点将接收到的信号y_ri(t)直接进行放大处理，再发送到目的节点D，令功率放大因子为

经中继放大后，不考虑信道衰减，接收端收到来自第i个中继节点的信号为

y_di(t)＝βy_ri(t)+n_di(t),i＝1,2,...,L

其中n_di(t)为接收端接收来自第i个中继节点信号时的高斯噪声，接收到的信号的功率为P_r。

目前，针对模拟信号在多中继网络传输中的的工作很少，分布式信源编码的CEO问题针对信源与噪声均服从高斯分布的情况，描述了在一定的失真约束条件下，中继节点进行分布式信源编码后的率失真区域和码率。针对信源信息X(t)无法被信息处理中心直接观测到的情况，处理中心通过L个中继节点相互独立地对信源信息进行观测，中继节点观测到添加噪声后的信源信号为Y_ri(t),i＝1,2,...,L，每个中继节点相互独立地对接收到的信源信息进行分布式信源编码，将信息压缩后，再统一发送到处理中心，发送的总速率为R。处理中心将接收到的信号进行联合译码后得到信源信息X(t)的估计将X(t)和Y_ri(t)用n个采样点来描述为

定义平均失真为

定义总的传输速率R和失真度d的关系对(R,d)是可达的，如果存在相应的中继分布式编码方案与处理中心的解码方案使得