[发明专利]一种基于窄脉冲的协作超宽带通信系统的中继方法

摘要

一种基于窄脉冲的协作超宽带通信系统的中继方法，属于无线通信领域。该系统包括信源节点、中继节点和目的节点。本发明方法通过距离信息来表征信道状态，在通信节点都静止的情况下只需发送一次控制帧来确定各节点间的距离以及信道场景，从而节省了用于发送控制信息的开销，提高了系统吞吐量；由于不需要交换瞬时状态信息，亦可节省用于空闲侦听、控制报文开销的无效功耗，从而降低了节点功耗、延长了工作时间；本发明在中继节点引入了自适应中继协议转换方法，最大限度地减小了协作超宽带系统的误比特率，提高了系统性能。

主权项

1.一种基于窄脉冲的协作超宽带通信系统的中继方法，由以下系统实现，该系统包括单信源节点、多中继节点、单目的节点，所有通信节点均只需配置单天线并具有获取信道信息的能力。信源节点通过无线信道向中继节点和目的节点广播信号；中继节点接收到来自于信源节点的信号后，根据已经获得的链路信息选择使中继链路误比特率性能最好的中继协议，然后通过其天线将信号发送至目的节点；目的节点收到的信号来自于信源节点的直传链路和中继节点的中继传输，该中继方法的具体步骤如下：A、协作超宽带通信系统准备开始工作；B、信源节点及中继节点利用自身高精度的超宽带测距能力分别测量各中继节点到信源节点及目的节点间的距离，并鉴别信道场景；C、确定各中继节点到信源节点和目的节点间的距离以及信道场景(LOS或者NLOS)后，利用距离信息分别计算直传链路与中继链路的误比特率；第i条中继链路的误比特概率可以近似表示为P_b(d_i1，d_i2)＝1-(1-BER(d_i1，γ))(1-BER(d_i2，γ))，其中d_i1、d_i2分别为第i条中继链路第一跳和第二跳的传输距离，γ表示特定信道场景(LOS或者NLOS)下的路径损耗指数，链路任一跳的误比特率为其中erfc()为互补误差函数，E_p为发送单个脉冲消耗的能量，N_s为每一比特的重复次数，N₀为加性高斯白噪声的单边功率谱密度，ζ(δ)表示单极性脉冲的自相关函数，α(d，γ)＝A₁d^γ为信道增益，d表示两通信节点间的距离，A₁表示在1m处的路径损耗，γ表示在特定信道场景下的路径损耗指数；直传链路的误比特率可表示为BER(d_sd，γ)，其中d_sd表示直传链路的距离；D、比较计算得到的直传链路误比特率BER(d_sd，γ)和每条中继链路的近似误比特概率P_b(d_i1，d_i2)，以最小化误比特率为目标来判断选用直传链路还是中继链路；E、如果步骤D的判断结果为直传链路误比特率小于各中继链路的误比特率，则使用信源节点与目的节点间的直接链路传输信息，同时所有中继节点进行退避；F、如果比较结果为某条中继链路的误比特率小于直传链路的误比特率，则使用误比特率最小的中继链路辅助信源节点传输信息，其他中继节点进行退避，选定的中继节点根据位置信息和信道场景分别计算采用放大前向转发协议和译码前向转发协议时的误比特率：①采用AF协议时，P_b，AF＝erfc(SNR)/2，其中P_b，AF表示采用AF中继协议时的误比特率，SNR表示整条链路的信噪比，其表达式如下：SNR＝min{SNR(d₁，γ)，SNR(d₂，γ)}，其中SNR(d₁，γ)、SNR(d₂，γ)分别表示第一跳和第二跳链路的信噪比，SNR进一步可由下式表示信道增益α与距离d和γ的关系、E_p、N_s、ζ(δ)、N₀参数的含义表示与步骤C相同；②采用DF协议时，P_bDF＝1-(1-BER(d₁，γ))(1-BER(d₂，γ))，其中P_bDF表示采用DF中继协议时的误比特率，BER(d₁，γ)、BER(d₂，γ)分别表示第一跳和第二跳链路的比特错误概率，BER与d和γ的关系表示与步骤C相同；G、比较AF中继协议和DF中继协议下的误比特率，以最小化误比特率为目标判断使用AF中继协议或DF中继协议；H、如果比较结果为采用AF中继协议时该链路的误比特率小于DF中继协议时的误比特率，则在该中继节点采用AF中继协议；I、如果比较结果为采用AF中继协议时该链路的误比特率大于DF中继协议时的误比特率，则在该中继节点采用DF中继协议；J、根据上面确定的通信链路及协作方式，信源节点开始发送信息帧；如果使用直接链路传输，则信源节点连续发送信息帧；如果使用中继辅助信源节点进行信息传输，则在帧结构中要提供一中继帧用于中继节点发送信息到目的节点；K、判断信源节点和中继节点是否已到达更新控制信息的时刻，如果已经达到，则转入步骤B，否则转入步骤J；L、当信息发送结束时，通信完毕。