基于空時分組碼的ofdm中繼協作通信系統中繼選擇方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于空時分組碼的OFDM中繼協作通信系統中繼選擇方法，適應于AF、DF或AF/DF混合中繼協作方式；目的節點根據源節點廣播的數據傳輸幀，判斷直達鏈路是否滿足傳輸要求，如不滿足則需協作，目的節點廣播中繼選擇幀，中繼節點估計中繼節點至目的節點信道；同時基于來自源節點的數據傳輸幀，中繼節點估計出源節點至中繼節點信道，計算判決量；當判決量是大于設定的門限值時，該中繼節點則有機會參與協作；目的節點告知源節點所采取何種傳輸模式，并告知所有有機會參與協作的中繼節點是否在第二個階段參與協作以及空時分組碼的編碼方式。提高了協作傳輸的可靠性及傳輸效率，增加了中繼選擇的成功率，降低了中繼節點的能耗。
【專利說明】基于空時分組碼的OFDM中繼協作通信系統中繼選擇方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及通信領域，更具體地，涉及一種基于Alamouti空時分組碼的0FDM中繼 協作通信系統中繼選擇方法，適應于AF、DF或AF/DF混合中繼協作方式。
【背景技術】
[0002] 0FDM中繼協作通信系統中繼選擇需要解決兩個問題：判斷什么時候采用協作傳 輸和選擇哪個中繼參與傳輸。為了判斷什么時候采用協作傳輸，需要判斷直達鏈路是否滿 足傳輸要求，比如直達鏈路的信道增益；為了選擇哪個中繼參與傳輸，需要判斷每條中繼鏈 路是否達到協作的要求，比如中繼鏈路的信道增益。
[0003] 申請號為201010559788. 1的專利申請"迭代增強型放大轉發協作通信方法"具體 公開了一種采用迭代式的轉發協作方式進行中繼選擇，該中繼選擇只適用于AF轉發方式， 由于協作節點需要按時間順序進行重復轉發，因此當需要參與的中繼節點較多時需要較長 的協作轉發傳輸時間（與協作節點個數相關）；該申請的目的節點采用最大比合并（MRC) 方式進行信號合并，具有較長的處理時延。
[0004] 申請號為201010595233. 2的專利申請"協作節點選擇方法、協作通信方法和系 統"公開的方案是根據中斷概率從眾多中繼節點中選出最優的中繼個數，以此動態選擇合 適數量的中繼節點；雖然有理論上的最優，但是協議二并沒有針對具體的中繼系統，導致其 實用性不夠。
[0005] 申請號為200910167636. 4的專利申請"一種空時編碼協作中繼選擇與功率分配 聯合方案"，其方案只針對廣義上的空時編碼，并沒有針對實際的空時編碼實現；而且并沒 有考慮具體的轉發方式（如AF或DF等）。由于并沒有針對具體的轉發方式和空時編碼方 式，導致其實用性也不夠。
[0006] 申請號為201110273378. 5的專利申請"基于網絡編碼的多接入中繼信道中的單 中繼選擇方法"，其方案針對是基于網絡編碼的2個源節點的多中繼系統的單中繼選擇。
【發明內容】
[0007] 本發明提出一種基于Alamouti碼的0FDM中繼協作通信系統中繼選擇方法，該中 繼選擇方法自適應AF、DF或AF/DF混合轉發方式。
[0008] 本發明的技術方案為：
[0009] -種基于Alamouti碼的0FDM中繼協作通信系統中繼選擇方法，該系統屬于多中 繼協作無線傳輸系統，由源節點、中繼節點和目標節點組成；每個節點配置單個天線，均采 用帶循環前綴的正交頻分復用CP-0FDM的多載波調制/解調方式；幀結構包含前綴、訓練 序列和數據序列三個部分；是基于Alamouti碼的0FDM中繼協作通信系統自適應AF、DF或 AF/DF混合中繼選擇方法，包括以下步驟：
[0010] S1.源節點廣播數據傳輸巾貞，目的節點解碼來自源節點第一階段的數據傳輸巾貞，判 斷直達鏈路是否滿足傳輸要求，并告知源節點和中繼節點是否需要協作；
[0011] S2.在需要協作的前提下，目的節點廣播中繼選擇幀，中繼節點估計中繼節點至目 的節點信道；同時基于來自源節點的數據傳輸幀，中繼節點估計出源節點至中繼節點信道， 計算判決量；
[0012] 在需要協作的前提下，目的節點廣播中繼選擇幀，中繼節點估計中繼節點至目的 節點信道；同時基于來自源節點的數據傳輸幀，中繼節點完成信道譯碼；對于能正確譯碼 的中繼節點，計算判決量；
[0013] S3.當中繼節點的判決量大于預設的門限值時，該中繼節點則有機會 參與協作，告知目的節點；
[0014] S4.目的節點告知源節點所采取何種傳輸模式，并告知所有有機會參與協作的中 繼節點是否在第二個階段參與協作以及空時分組碼的編碼方式。
[0015] 在具體中，對于AF中繼選擇，中繼系統各節點的具體實現方式：
[0016] S11.源節點廣播數據傳輸幀，目的節點解碼來自源節點第一階段的數據傳輸幀， 并判斷直達鏈路是否滿足傳輸要求，然后通過兩個比特信息告知源節點和中繼節點是否需 要協作；
[0017] S12.在需要協作的前提下，目的節點廣播中繼選擇幀，中繼節點估計中繼節點 至目的節點信道
【權利要求】
1. 一種基于空時分組碼的OFDM中繼協作通信系統中繼選擇方法，該系統屬于多中繼 協作無線傳輸系統，由源節點、中繼節點和目標節點組成；每個節點配置單個天線，均采用 帶循環前綴的正交頻分復用CP-0FDM的多載波調制/解調方式；幀結構包含前綴、訓練序列 和數據序列三個部分；其特征在于，包括以下步驟：
51. 源節點廣播數據傳輸幀，目的節點解碼來自源節點第一階段的數據傳輸幀，判斷直 達鏈路是否滿足傳輸要求，并告知源節點和中繼節點是否需要協作；
52. 在放大轉發AF協議，且需要協作的前提下，目的節點廣播中繼選擇幀，中繼節點估 計中繼節點至目的節點信道；同時基于來自源節點的數據傳輸幀，中繼節點估計出源節點 至中繼節點信道，計算判決量； 或在解碼轉發DF協議，且需要協作的前提下，目的節點廣播中繼選擇幀，中繼節點估 計中繼節點至目的節點信道；同時基于來自源節點的數據傳輸幀，中繼節點完成信道譯碼； 對于能正確譯碼的中繼節點，計算判決量；
53. 當中繼節點的判決量大于預設的門限值時，該中繼節點則有機會參與 協作，告知目的節點；
54. 目的節點告知源節點所采取何種傳輸模式，并告知所有有機會參與協作的中繼節 點是否在第二個階段參與協作以及Alamouti的編碼方式。
2. 根據權利要求1所述的基于空時分組碼的OFDM中繼協作通信系統中繼選擇方法，其 特征在于，對于AF中繼選擇，中繼系統各節點的具體實現方式：
511. 源節點廣播數據傳輸幀，目的節點解碼來自源節點第一階段的數據傳輸幀，并判 斷直達鏈路是否滿足傳輸要求，然后通過兩個比特信息告知源節點和中繼節點是否需要協 作；
512. 在需要協作的前提下，目的節點廣播中繼選擇幀，中繼節點估計中繼節點至 目的節點信道
表示中繼節點m到目的節點d的時域多徑 信道參數；同時基于來自源節點的數據傳輸幀，中繼節點估計出源節點至中繼節點信 道
源節點到中繼節點m的時域多徑信道參數，計算判決量
是AF轉發條件下中繼節點m自身鏈路的信道信息計算判決 量，η表示子載波位置，〃/和//,，分別代表中繼節點m到目的節點，源節點到中繼節點m的 第η個子載波的頻域信道增益；
513. 當中繼節點的判決量大于預設的門限值時，該中繼有機會參與協 作，并以一個比特信號告知目的節點；
514. 目的節點通過兩個比特信息告知源節點所采取的傳輸模式，另外通過兩個比特信 息告知所有有機會參與協作的中繼是否在第二個階段參與協作以及空時分組碼的編碼方 式。
3. 根據權利要求2所述的基于空時分組碼的OFDM中繼協作通信系統中繼選擇方法， 其特征在于，步驟S14中的傳輸模式是指直達鏈路和單中繼協作傳輸模式或雙中繼協作傳 輸； 當直達鏈路和單中繼協作傳輸模式時，且確定為需要中繼，其中繼節點的基帶數字處 理過程包括接收和發送兩個環節，在接收環節，中繼節點依次完成時間同步、頻率同步以及 信道估計，信道估計輸出信道參數估計值，信道參數估計值用于計算中繼選擇所需的判決 量；在被選中參與協作之后，中繼節點對時域的數據序列先進行OFDM解調，包括去除CP和 FFT變化，得出頻域的數據序列，然后根據OFDM系統的Alamouti編碼方式完成Alamouti編 碼，進行OFDM再調制，包括IFFT變化和添加新的CP，并與訓練序列和前綴一起經過頻率再 補償實現與源節點發送載波頻率對齊，最后發送； 其中所沭的頻率再補償是中繼節點將時域信號調制到與源節點相同的載波發送頻率 再發送出去，以實現頻率再補償； 當雙中繼協作傳輸時，需選擇兩個中繼節點，中繼節點一和中繼節點二，中繼節點一需 要對來自源節點的數字信號進行Alamouti編碼，而中繼節點二則只需要直接轉發來自源 節點的數字信號，并不需要進行Alamouti編碼； 所述中繼節點一的基帶數字處理過程與直達鏈路和單中繼協作傳輸模式下的單中繼 節點的基帶數字處理過程相同； 中繼節點二在被選中參與協作之后，中繼節點二在對時域的數據序列進行OFDM解調 得出頻域的數據序列后，包括去除CP和FFT變化，馬上進行OFDM再調制，包括IFFT變化和 添加新的CP，并與訓練序列和前綴一起經過頻率再補償實現與源節點發送載波頻率對齊， 最后發送。
4. 根據權利要求1或3所述的基于空時分組碼的OFDM中繼協作通信系統中繼選擇方 法，其特征在于，對于DF中繼選擇，中繼系統各節點的具體實現方式：
521. 源節點廣播數據傳輸幀，目的節點解碼來自源節點第一階段的數據傳輸幀，并判 斷直達鏈路是否滿足傳輸要求，然后通過兩個比特信息告知源節點和中繼節點是否需要協 作；
522. 在需要協作的前提下，目的節點廣播中繼選擇幀，中繼節點估計中繼節點至目的 節點信道
^中繼節點m到目的節點的時域多徑信道參數；同時基 于來自源節點的數據傳輸幀，中繼節點完成信道譯碼；對于能正確譯碼的中繼節點，計算判 決量：
是DF轉發條件下中繼節點m自身鏈路的信道信息計算判決量， 表示中繼節點m到目的節點的第η個子載波的頻域信道增益；
523. 當中繼節點的判決量大于預設的門限值TRelaySeleeti"時,該中繼有機會參與協 作，并以一個比特信號告知目的節點可參與協作；
524. 目的節點通過兩個比特信息告知源節點所采取的傳輸模式，另外通過兩個比特信 息告知所有有機會參與協作的中繼是否在第二個階段參與協作以及空時分組碼的編碼方 式。
5. 根據權利要求4所述的基于Alamouti碼的OFDM中繼協作通信系統中繼選擇方法， 其特征在于，步驟S24中的傳輸模式是指直達鏈路和單中繼協作傳輸模式或雙中繼協作傳 輸； 當直達鏈路和單中繼協作傳輸模式時，且確定為需要中繼，其中繼節點的基帶數字處 理過程包括接收和發送兩個環節，在接收環節，中繼節點依次完成時間同步、頻率同步以及 信道估計，信道估計輸出信道參數估計值，信道參數估計值用于計算中繼選擇所需的判決 量；還需對數據序列中的信息序列進行頻率的信道均衡，符號解調和信道譯碼，并譯碼輸出 的比特序列進行循環冗余校驗，以檢驗比特數據的完整性，并將檢驗正確與否告知中繼節 點，在被選擇參與協作之后，中繼節點對信道譯碼輸出的比特序列重新進行信道編碼以及 后續的符號調制，得出頻域的信息序列，并與導頻信號一起送入Alamouti編碼模塊；然后 進行OFDM調制得出時域的數據序列，并與訓練序列和前綴一起經過頻率再補償實現與源 節點發送載波頻率對齊，最后發送； 其中所述的頻率再補償是中繼節點將時域信號調制到與源節點相同的載波發送頻率 再發送出去，以實現頻率再補償； 當雙中繼協作傳輸時，需選擇兩個中繼節點，中繼節點一和中繼節點二，中繼節點一需 要對來自源節點的數字信號進行Alamouti編碼，而中繼節點二則只需要直接轉發來自源 節點的數字信號，并不需要進行Alamouti編碼； 所述中繼節點一的基帶數字處理過程與直達鏈路和單中繼協作傳輸模式下的單中繼 節點的基帶數字處理過程相同； 中繼節點二在被選中參與協作之后，DF中繼節點對重新進行信道編碼以及后續的符號 調制所得的頻域的信息序列，與導頻信號一起直接進行OFDM調制得出時域的數據序列，并 與訓練序列和前綴一起經過頻率再補償實現與源節點發送載波頻率對齊，最后發送。
6. 根據權利要求5所述的基于Alamouti碼的OFDM中繼協作通信系統中繼選擇方法， 其特征在于，在計算中繼選擇所需的判決量后，對于時變信道，還需提前數據序列中的導頻 信號進行源節點至中繼節點信道參數的跟蹤估計。
7. 根據權利要求1所述的基于Alamouti碼的OFDM中繼協作通信系統中繼選擇方法， 其特征在于，對于AF/DF混合中繼選擇，中繼系統各節點的具體實現方式 ：
531. 源節點廣播數據傳輸幀，目的節點解碼來自源節點第一階段的數據傳輸幀，并判 斷直達鏈路是否滿足傳輸要求，然后通過兩個比特信息告知源節點和中繼節點是否需要協 作；
532. 在需要協作的前提下，目的節點廣播中繼選擇幀，中繼節點估計中繼節點至 目的節點信道：
表示中繼節點m到目的節點d的時域多徑信 道參數；同時基于來自源節點的數據傳輸幀，中繼節點估計出源節點至中繼節點信道
'表示源節點到中繼節點m的時域多徑信道參數，計算AF判決量
是AF轉發條件下中繼節點m自身鏈路的信道信息計算判決 量，η表示子載波位置，//f和iff?分別代表中繼節點m到目的節點，源節點到中繼節點m 的第η個子載波的頻域信道增益，σ】為噪聲方差；而且中繼節點還完成信道譯碼，若能正 確譯碼的中繼節點，計算判決量，
是DF轉發條件下中繼節點m自身鏈 路的信道信息計算判決量，///表示中繼節點m到目的節點第η個子載波的頻域信道增益， 為噪聲方差；
533. 當中繼節點的判決量Af或Ajf大于預設的門限值TReleySelMti"時，該中繼節點有 機會參與協作，并告知目的節點可參與協作，以及AF判決量和DF判決量；
534. 目的節點通過兩個比特信息告知源節點所采取的傳輸模式，另外通過兩個比特信 息告知所有有機會參與協作的中繼是否在第二個階段參與協作，采取協作方式DF或AF以 及空時分組碼的編碼方式。
【文檔編號】H04L25/02GK104052689SQ201410196032
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月9日 優先權日:2014年5月9日
【發明者】崔苗, 張欣, 劉振海, 楊濤, 趙晨, 周景榮 申請人:中國電子科技集團公司第七研究所