[发明专利]一种全双工中继系统的中继选择方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种全双工中继系统的中继 选择方法及装置。

背景技术

最近几年，协作通信技术受到了世界各地研究人员的广泛关注。协作通 信是一种新型的空间分集技术，实质上能够视为类似MIMO(多输入多输出技 术)的通信原理，利用无线通信信道所具有的广播特性，用户通过互相协作 的方式，分布式传输和信息处理，构成虚拟的分布式天线阵列，在扩大覆盖 率的同时，获得较高的系统容量和频谱利用效率。在协作通信系统中，由于 中继具有组件成本低、布局灵活等优势，所以为了实现数据的高速及有效传 输，会通常以中继技术为基础。协作通信系统中若固定选择单个中继进行信 号传输，中继信道环境变化较大，不够稳定，所以需要建立多个中继协作通 信系统，进一步提升系统性能。在多中继协作通信系统中，需要考虑“与谁 协作”的问题，即进行中继选择，如何从多个候选中继选择出最优中继进行 信号传输是协作通信的研究重点。研究表明选择出一个最优中继进行信号传 输是平衡分级增益和频谱效率的最佳解决方案。

现有的中继选择技术大部分是基于两种易于实现的中继转发协议即：AF (放大转发)协议和DF(解码转发)协议。AF中继全双工协作系统由于其设 计相对简单，易于实现和部署成本低，率先得到了大量研究。在AF协议下， 源节点持续不断的发送信号，中继节点只是按照特定的系数放大收到的信号， 并转发该放大信号，不对信号做其他处理，然后运用通信基本原理知识，可 以得到系统容量表达式。再设置各个信道系数服从I.I.D.(独立同分布)的瑞 利衰落，根据反馈的CSI(信道状态信息)选择出最优中继进行信号传输，再 运用概率论等数学手段推导出中继概率的表达式和近似表达式。最后，通过 计算机仿真分析不同中继选择方案的性能。在DF协议下的全双工多中继系统， 中继节点将接收信号解码重新调制后，再转发到目的节点。在现有的研究中 为了简化分析过程，假设中继节点的自干扰为恒衰落，再运用类似半双工和 全双工AF中继中已存在的中继选择方法，推导出系统的平均容量，中断概率 或者误码率，再通过计算机仿真分析出各个中继选择方案的性能。

虽然利用AF协议也能实现中继选择，但是AF中继节点只是按照特定的系 数放大收到的信号，并转发该放大信号，不对信号做其他处理，所以中继节 点的放大信号不仅含有有效信号，还包含一定的噪声，这部分经过放大的噪 声信号将于下一跳接收的噪声一起影响系统的性能。在DF中继中，虽然假设 自干扰为恒衰落简化了分析过程，但是实际情况下的自干扰是不断变化的， 中继节点的输出对输入的自干扰信道链路衰落系数是一个瑞利分布随机过 程，不能保证用户的服务质量。显然，基于AF协议和DF协议的现有技术已经 不能满足在全双工中继系统中继选择的要求。

发明内容

针对于上述问题，本发明提供一种全双工中继系统的中继选择方法及装 置，实现了有效的提升系统性能和用户服务质量以及节约设备成本的目的。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种全双工中继系 统的中继选择方法，所述全双工中继系统包含一个源节点、一个目的节点、 多个中继节点以及源节点到中继节点的信道链路、中继节点到目的节点的信 道链路和中继节点自干扰信道链路，所述全双工中继系统的中继选择方法包 括：

基于DF协议，根据所述全双工中继系统中的信道链路的信道状态信息， 预设四种中继选择方案，其中，所述四种中继选择方案包含一种最优中继选 择方案和三种次优中继选择方案；

根据独立同分布的瑞利衰落信道的系统中断性能理论，对所述四种中继 选择方案进行分析计算，分别得到各个中继选择方案所对应的中断概率；

将实际所测量的信道环境下的信道链路的信道状态信息、实际的全双工 中继系统的中继数目和所述各个中继选择方案所对应的中断概率作为仿真分 析因素，采用计算机对所述仿真因素进行仿真分析，获得所述四种中继选择 方案在所述实际所测量的信道环境下的性能状态；

根据所述四种中继选择方案在所述实际所测量的信道环境下的性能状 态，将所述三种次优中继选择方案的实际所测量的信道环境下的性能状态与 所述最优中继选择方案的性能状态进行对比，选择所述三种次优中继选择方 案中的性能状态最接近所述最优中继选择方案的性能状态的一种次优中继选 择方案，作为所述实际的全双工中继系统的中继选择方案。

优选的，该方法还包括：