CN106374987A - 全双工中继网络中联合目的中继选择和天线选择 - Google Patents

全双工中继网络中联合目的中继选择和天线选择 Download PDF

Info

Publication number
CN106374987A
CN106374987A CN201610768069.8A CN201610768069A CN106374987A CN 106374987 A CN106374987 A CN 106374987A CN 201610768069 A CN201610768069 A CN 201610768069A CN 106374987 A CN106374987 A CN 106374987A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optimum
antenna
destination node
relay
relaying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610768069.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106374987B (zh
Inventor
高晖
吕铁军
汤亚南
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Posts and Telecommunications filed Critical Beijing University of Posts and Telecommunications
Publication of CN106374987A publication Critical patent/CN106374987A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106374987B publication Critical patent/CN106374987B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0602—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using antenna switching
    • H04B7/0608—Antenna selection according to transmission parameters
    • H04B7/061—Antenna selection according to transmission parameters using feedback from receiving side
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/022—Site diversity; Macro-diversity
    • H04B7/026—Co-operative diversity, e.g. using fixed or mobile stations as relays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0619—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal using feedback from receiving side
    • H04B7/0621—Feedback content
    • H04B7/0626—Channel coefficients, e.g. channel state information [CSI]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

本发明涉及全双工中继网络中联合目的中继选择和天线选择，在中继网络中，联合目的节点、中继节点和中继天线选择的操作步骤如下：(1)信源节点(Source node,SN)计算SN到目的节点(Destination node,DN)直传链路的信噪比(Signal‑to‑Noise Ratio,SNR),并根据SNR选择最优的DN。(2)在每个RN处，存在两根天线，每根天线既可工作在发送或接收模式。最优DN将每个中继处两根天线到最优目的节点的信道状态信息反馈给RN，同时每个RN也获得SN到中继每根天线的信道状态信息，RN根据接收到的CSI，计算中继两根天线工作在发送/接收或接收/发送模式时中继链路的信干噪比(Signal‑to‑Interference‑plus‑Noise,SINR)，并根据中继链路信干噪比选择中继天线的发送接收模式。本发明利用了部分CSI，降低了***的复杂度。并选择出最优DN，以及最优RN和天线工作模式，提高了***的性能。

Description

全双工中继网络中联合目的中继选择和天线选择
技术领域
本发明涉及一种用于全双工中继网络中，联合目的节点、中继和中继天线选择策略。确切的说，是首先从目的节点处选择最优目的节点，然后根据此最优目的节点，选择中继天线的工作模式，并选择出最优中继，最后从最优直传链路和最优中继链路选择一条链路进行信息传递，属于无线通信技术领域。
背景技术
全双工中继传输可以提高频谱效率和中继网络的容量，因此在未来的无线通信网络中会采用此技术。在全双工中继网络中，中继的接收和发送信号是同时同频进行的，而在半双工中继网络中，中继的接收和发送信号是在正交的信道中进行的。全双工中继网络可以提高中继网络的***容量，同时也可以提高小区边缘用户的性能。然而，因为在全双工中继网络中，中继的接收天线可以接收到中继发送天线发送的信号，故中继节点处存在很强的自干扰。因此，在全双工中继网络中需要采用自干扰消除技术来消除自干扰的影响。很多关于干扰消除的技术已经提出了，例如天线分离和时域的干扰消除。然而，由于实际上并不完美的干扰消除过程，自干扰并不能完全被消除，不可避免的会残留一些自干扰。通常情况下残留的自干扰一般建模为衰落信道。
在实际的多目的节点多中继的***中，选择中继和目的节点的一部分进行协作通信可以通过利用中继网络的协作分集和多用户分集来提高***的性能。同时，信号负载和操作复杂度都会降低。在传统的联合目的节点中继选择方案中，源节点和目的节点之间的直传链路并没有考虑。但是在一些简单的三节点模型中考虑到直传链路作为一个传输路径来消除全双工中继网络中的零分集。目前很少有文章将直传链路应用在多目的节点多中继网络中。并且，几乎所有研究多目的节点多中继***的工作都假设中继的发送天线和接收天线模式不会改变。但是，当源节点到中继接收天线或者发送天线到目的节点的链路质量变差时，会影响***的性能表现。因此，中继处天线的发送和接收模式根据链路状态自适应调整是值得考虑的。而且，为了提高中继***的性能，MIMO中继网络因为可以提高传输的有效性和频谱效率，正在被深入研究。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种适用于多目的节点多中继网络的低复杂度联合目的节点、中继和中继天线模式选择的策略。即在多目的节点多中继网络中，首先根据源节点和目的节点之间的直传链路选择出最优的目的节点接收消息。然后基于选出的最优目的节点，中继节点获得最优目的节点和源节点到两根天线的信道状态信息，中继节点计算两根天线工作在发送/接收或接收/发送模式时中继链路的SINR，据此中继配置每根天线的发送传输模式。然后根据配置后的中继选择出最优的中继链路。从最优直传链路和最优中继链路中选择一条进行信息的传递。此联合目的节点、中继和中继天线的选择策略可以工作在分布式模式，从而降低了信道状态信息的复杂度，并且提高了***的性能。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于多目的节点多中继网络的低复杂度联合目的节点、中继和中继天线选择的策略。此方法用于下述场景：在全双工中继网络存在M个目的节点，N个中继节点，一个信源节点。其中每个中继节点存在两根天线，且工作在全双工模式。中继节点处两根天线可以工作在发送/接收或接收/发送模式。我们假设信源节点S和目的节点D之间的直传链路可以用来传递消息。特别地，在信源节点处我们假设存在L根天线，并且采用了波束成形技术。但是因为成本和复杂度的限制，在每个目的节点处只存在一根天线。每个中继处配置两根天线，其中一根用来接收信号，另一根用来发送信号。并且天线的发送接收模式是根据中继链路的状态动态选择。中继处两根天线之间的剩余自干扰(Residual self-interference，RSI)不随着天线模式的改变而发生变化。并且，所有的链路都满足块瑞丽衰落。联合目的节点、中继和中继天线选择的操作步骤为：
(1)最优目的节点选择过程：在源节点处采用了波束成形技术。首先，源节点利用MRT通过直传链路将信号发送给目的节点，目的节点根据接收SNR选出最优的目的节点。
(2)最优中继和中继天线模式选择过程：最优目的节点将中继处两根天线到最优目的节点的信道状态信息反馈给相应的中继，同时中继也将获得信源到每根天线的信道状态信息。中继根据获得的信道状态信息计算中继天线工作在发送/接收或接收/发送模式时的SINR，选择SINR最大的天线模式作为中继天线工作模式。同时根据不同中继的SINR选择出最大SINR的中继作为最优中继。信源节点从最优的直传链路和最优中继链路选择出一条链路用来传输信号。
附图说明
图1是本发明的流程图方案，说明了本发明的工作流程。
图2是本发明的应用场景：基于多目的节点，多中继节点的联合目的、中继和天线选择的***模型图。
图3是本发明实施例中，不同中继数目情况下的中断概率情况。
图4是本发明实施例中，不同自干扰情况下的中断概率情况。
图5是本发明实施例中，比较不同中继目的节点选择方案的中断概率。
图5中参考方案1为G.O.Okeke,W.A.Krzymien,Y.Jing,and J.Melzer,“A novellow-complexity joint user-relay selection and association for multi-usermulti-relay MIMO uplink,”IEEE Commnun.Lett.,vol.4,no.3,pp.309-312,June.2015
参考方案2为C.Zhong,H.A.Suraweera,G.Zheng,I.Krikidis,and Z.Zhang,“Improving the throughput of wireless powered dual-hop systems with fullduplex relaying,”Proc.IEEE Int.Conf.Commun.2015,pp.4253-4258,June.2015
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
参见图1，先介绍本发明的应用场景：在一个中继网络中，存在一个信源节点S，源节点S共配置L根天线，M个目的节点Dm,m＝1,2,…,M，N个FD中继Rn,n＝1,2,…,N。信源S处存在L根天线，在发送信号时使用了MRT技术。中继Rn处存在两根天线，其中一根天线用来接收信号，另一根天线用来发送信号，且天线的发送接收模式是根据中继链路的瞬时SINR动态选择，且中继工作在全双工模式。目的节点Dm处只存在一根天线。信源S和目的节点Dm之间的直传链路存在并且能够传递信号。
(1)选择最优目的节点：首先通过直传链路，信源S利用MRT技术发送信号xs到目的节点，则目的节点Dm处接收到的信号可以表示为则目的节点接收到的SNR可以表示为其中hm表示为信源S和目的节点Dm之间的信道。Ps表示信源的发送功率。N0表示噪声的功率。
(11)根据目的节点Dm处接收到的SNR，选择出最优的目的节点Dm*。最优目的节点Dm*满足
(2)选择最优中继以及中继天线的工作模式：中继处的天线表示为Tj/Tk，其中Tj表示接收天线，Tk表示发送天线，j,k∈1,2，并且j≠k。中继处天线Tj接收信源S发送的信号表示为并利用天线Tk以的放大系数发送给最优目的节点Dm*，中继处天线Tk发送的信号可以表示为其中通过中继链路在最优目的节点Dm*处接收到的信号表示为则接收到的SINR可以表示为其中表示中继Rn处的天线Tk与最优目的节点之间的信道。表示信源S与中继Rn处的天线Tj之间的信道。表示中继Rn处发送天线Tk与接收天线Tj之间的剩余自干扰信道。Pr表示中继的发送功率。
(21)首先选择中继Rn处两根天线的发送接收模式，可以表示为其中表示中继Rn的天线T1作为发送天线，T2作为接收天线。表示表示中继Rn的T2天线作为发送天线，T1作为接收天线。
(22)从所有中继处选择最优中继最优中继满足
从直传链路和中继链路中选择最优的一条链路传递信号，则***端到端的SINR可以表示为
为了展示本发明的实用性，申请人进行了多次仿真实施试验。试验***中的网络模型为图1所示的应用场景。仿真试验的结果如图2、图3和图4所示，从***的中断概率方面进行了仿真。
以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (3)

1.本发明提供了一种用于中继网络中，联合中继，目的节点和中继天线的选择策略。此选择策略用于下述场景：此中继网络中存在一个信源节点，多个中继节点，多个目的节点。其中中继节点处存在两根天线，一根用于接收信号，另一根用于发送信号。其特征在于：所述方法包含下列两个操作步骤：
(1)最优目的节点选择：每个目的节点将信源到目的节点直传链路的信道状态信息到信源节点。接下来，信源节点根据接收到的信道状态信息，计算出直传链路SINR，然后选择出SINR最大的目的节点作为最优目的节点用于接收信息。
(2)最优中继及中继天线模式选择：最优目的节点将中继处两根天线到最优目的节点的信道状态信息反馈给相应的中继，同时中继也将获得信源到每根天线的信道状态信息。中继根据获得的信道状态信息计算中继天线工作在发送/接收或接收/发送模式时的SINR，选择SINR最大的天线模式作为工作模式。同时根据不同中继的SINR选择出最大SINR的中继作为最优中继。信源节点从最优的直传链路和最优中继链路选择出一条链路用来传输信号。本发明只利用了部分信道状态信息，降低了信道状态信息的复杂度。同时选择出最优目的节点，根据最优目的节点选择出最优天线工作模式及最优中继，提高了***的性能。
2.根据权利要求1所述的方法，所述步骤(1)中，最优目的节点选择包含以下内容：
(11)源节点利用发送波束成形技术将信号通过直传链路传送到目的节点，目的节点接收到的信号表示为则通过直传链路目的节点接收到的SNR可以表示为
(12)根据目的节点接收到的直传链路SNR，选择出最优的目的节点最优目的节点满足
3.根据权利要求1所述的方法，所述步骤(1)中，最优中继及中继天线模式选择包含以下内容：
(21)假定中继Rn处的天线Tj/Tk被设置为接收发送天线。则中继接收天线Tj接收到的信号可以表示为中继发送的信号表示为 最优目的节点接收到的信号可以表示为
则可以得到最优目的节点接收到的中继链路端到端
(22)首先选择每个中继处天线的工作模式，可以表示为然后选择出最优中继最优中继满足则***端到端SINRγ可以表示为
CN201610768069.8A 2016-07-15 2016-08-30 一种全双工中继联合目的-中继-天线选择方法 Active CN106374987B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610561261 2016-07-15
CN201610561261X 2016-07-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106374987A true CN106374987A (zh) 2017-02-01
CN106374987B CN106374987B (zh) 2020-08-14

Family

ID=57901624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610768069.8A Active CN106374987B (zh) 2016-07-15 2016-08-30 一种全双工中继联合目的-中继-天线选择方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106374987B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108513334A (zh) * 2018-03-13 2018-09-07 重庆邮电大学 一种应用于认知混合双工网络的中继选择方法
CN111106856A (zh) * 2019-12-31 2020-05-05 华侨大学 一种协作中继网络及其传输方法
CN111970740A (zh) * 2020-08-04 2020-11-20 汕头大学 一种无线中继通信***
CN114301507A (zh) * 2021-12-21 2022-04-08 京信网络***股份有限公司 波束训练方法、装置、通信设备及存储介质

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1771701A (zh) * 2003-04-11 2006-05-10 艾利森电话股份有限公司 多用户分集转发
WO2008109912A1 (en) * 2007-03-14 2008-09-18 The University Of Sydney Distributed turbo coding and relaying protocols
CN101656600A (zh) * 2009-09-14 2010-02-24 西安交通大学 基于增强型选择放大转发的机会协作分集协议的实现方法
CN102014438A (zh) * 2010-11-26 2011-04-13 北京交通大学 多小区网络的联合中继选择和功率控制的通信方法与***
CN102036345A (zh) * 2009-09-24 2011-04-27 北京邮电大学 一种移动多跳中继网络中分布式最优中继选择方法
CN102035586A (zh) * 2009-09-28 2011-04-27 北京邮电大学 一种无线协同中继网络中能量高效的分布式中继选择算法
CN102545992A (zh) * 2011-12-21 2012-07-04 北京邮电大学 Df中继***的最优中继选择和功率分配方法
CN103228020A (zh) * 2012-12-14 2013-07-31 北京邮电大学 基于智能水滴的移动自组网路由***及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1771701A (zh) * 2003-04-11 2006-05-10 艾利森电话股份有限公司 多用户分集转发
WO2008109912A1 (en) * 2007-03-14 2008-09-18 The University Of Sydney Distributed turbo coding and relaying protocols
CN101656600A (zh) * 2009-09-14 2010-02-24 西安交通大学 基于增强型选择放大转发的机会协作分集协议的实现方法
CN102036345A (zh) * 2009-09-24 2011-04-27 北京邮电大学 一种移动多跳中继网络中分布式最优中继选择方法
CN102035586A (zh) * 2009-09-28 2011-04-27 北京邮电大学 一种无线协同中继网络中能量高效的分布式中继选择算法
CN102014438A (zh) * 2010-11-26 2011-04-13 北京交通大学 多小区网络的联合中继选择和功率控制的通信方法与***
CN102545992A (zh) * 2011-12-21 2012-07-04 北京邮电大学 Df中继***的最优中继选择和功率分配方法
CN103228020A (zh) * 2012-12-14 2013-07-31 北京邮电大学 基于智能水滴的移动自组网路由***及方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108513334A (zh) * 2018-03-13 2018-09-07 重庆邮电大学 一种应用于认知混合双工网络的中继选择方法
CN108513334B (zh) * 2018-03-13 2021-11-16 重庆邮电大学 一种应用于认知混合双工网络的中继选择方法
CN111106856A (zh) * 2019-12-31 2020-05-05 华侨大学 一种协作中继网络及其传输方法
CN111106856B (zh) * 2019-12-31 2023-10-31 华侨大学 一种协作中继网络及其传输方法
CN111970740A (zh) * 2020-08-04 2020-11-20 汕头大学 一种无线中继通信***
CN111970740B (zh) * 2020-08-04 2022-05-27 汕头大学 一种无线中继通信***
CN114301507A (zh) * 2021-12-21 2022-04-08 京信网络***股份有限公司 波束训练方法、装置、通信设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN106374987B (zh) 2020-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tang et al. Optimal design of non-regenerative MIMO wireless relays
Jayaweera An energy-efficient virtual MIMO architecture based on V-BLAST processing for distributed wireless sensor networks
CN102740303B (zh) 改进型中继***的联合功率分配和子载波匹配方法
CN101479961A (zh) 具有自干扰抵消的多天线中继
CN106374987A (zh) 全双工中继网络中联合目的中继选择和天线选择
CN103167587B (zh) 一种中继协同移动通信***的中继节点选择方法
Kim et al. Virtual full-duplex buffer-aided relaying—Relay selection and beamforming
Kamruzzaman et al. Performance of relay assisted uplink wireless communication using multi-layered STBC for multiple access channel
Jing et al. Single and multiple relay selection schemes and their diversity orders
CN108521290A (zh) 一种基于空间调制的无线中继协作网络中功率分配方法
Zhang et al. Cooperative spatial multiplexing in multi-hop wireless networks
Kalantari et al. A diversity achieving power profile in MIMO decode and forward relay networks
CN101656560B (zh) 一种高效频谱利用率的协作通信方法
Dogbe et al. Analysis of full-duplex AF relaying under imperfect channel state information
Kim et al. Virtual full-duplex relay selection in relay-assisted cognitive radio networks
Zhang et al. Outage analysis of cooperative NOMA in 5G systems over Nakagami-m fading channels
Wu et al. A novel relay selection scheme with simplified power allocation for wireless relay networks
CN103532678B (zh) 一种利用串扰分布式空时编码的方法
Katiyar et al. Adaptive power allocation for repetition based cooperative relay in Nakagami-m fading channel
Aljadai et al. Outage Probability Analysis of One-way Distributed Cooperative Relay Selection Networks
Poonsawatt et al. Improving dual-hop amplify-and-forward cooperative mobile network based on path selection and STBC with pre-coding scheme
Nasaruddin et al. Multi-relay orthogonal and non-orthogonal amplify and forward for two-way cooperative WLANs
Somrobru et al. Interference cancellation using joint beamforming and power control techniques in cooperative networks
Karademir et al. SER of multiple-relay cooperative systems with selection combining in generalized-K channels
Dai et al. A distributed on-off amplify-and-forward protocol for the fading parallel relay channel

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant