CN107070508B - 协作通信网络***中的信噪比自适应转发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种协作通信网络***中的信噪比自适应转发方法。根据实时信号传输环境及信道条件，采用信噪比自适应的估计方法从接收到的信号中获得软信息；中继节点对发送功率进行归一化处理，并向接收节点发送所述软信息；接收节点采用球形检测算法来检测所述中继节点发来的信号。本发明既克服了放大转发和译码转发的缺陷，又充分利用线性处理技术，降低了中继节点上获取信号时的算法复杂度，提高了信号传输的实时性和效率。
Description
技术领域
本发明涉及交通通信领域，具体涉及一种协作通信网络***中的信噪比自适应转发方法。
背景技术
在协作通信网络中，关键技术之一是信号的传输及转发技术。传统的两种协作转发方法是放大转发和译码转发。放大转发是实现最为简单的一种协作协议，中继节点只简单放大并转发接收到的来自源节点的信号，在放大转发过程中，接收信号中包含的噪声也会被放大。译码转发较为复杂，在中继节点上先去除噪声再转发，从而克服了噪声放大效应。但是，译码转发方法的缺点是：一旦中继节点译码错误，就会将错误的信号转发到目的节点。
现有专利文件CN105490721A(发明名称：一种全双工交通协作通信网络的估计转发方法，公布日：2016.04.13)提出，中继节点采用Unconstrained(无约束的)最小均方误差算法来获取发送信号的估计软信息。这种方法主要针对全双工协作通信网络，能够解决上述放大转发和译码转发的缺陷，但该方法的实现需要已知全双工网络中两条发送通信链路的信道状态信息(或通过信道估计得到信道信息)，因此计算方法较为复杂，并且在未知信道状态信息的情况下有可能因信道估计的误差带来性能的损失。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种协作通信网络***中的信噪比自适应转发方法，既克服了放大转发和译码转发的缺陷，又降低了中继节点上获取信号时的算法复杂度，提高了信号传输的实时性和效率。
本发明提出一种协作通信网络***中的信噪比自适应转发方法，该方法包括：
中继节点根据实时信号传输环境及信道条件，采用信噪比自适应的估计方法从接收到的信号中获得软信息(soft information)。
优选地，所述采用信噪比自适应的估计方法从接收到的信号中获得软信息，具体为：
其中，
为软信息，
为采用线性最小均方误差估计法获取的信号，
为采用最大似然估计法获取的信号，ωopt为自适应参数的最优值，通过数学分析得到：
其中，E表示数学期望，ω为自适应参数，x为发送节点发出的信号。
优选地，所述
为采用线性最小均方误差估计法获取的信号，具体估计方法为：
r＝G1x+n1，
其中，G1为发送节点到中继节点的信道状态信息，σ2为噪声方差，I表示单位矩阵，H表示共轭转置，r为所述中继节点接收到的信号，n1为发送节点到中继节点的信道噪声。
优选地，所述
为采用最大似然估计法获取的信号，具体估计方法为：
其中，
为信号调制符号所有可能元素的集合。
优选地，所述中继节点对发送功率进行归一化处理，并向接收节点发送所述软信息。
优选地，所述接收节点采用球形检测算法来检测所述中继节点发来的信号。
优选地，所述协作通信网络***为单天线***和/或多天线***。
优选地，在交通协作通信网络***中，中继节点为具有协作通信功能的车载终端和/或路侧基站。
本发明在中继节点上根据实时信号传输环境及信道条件，采用信噪比自适应的估计方法从接收到的信号中获得软信息；中继节点对发送功率进行归一化处理，并向接收节点发送所述软信息；接收节点采用球形检测算法来检测所述中继节点发来的信号。本发明既克服了放大转发和译码转发的缺陷，又充分利用线性处理技术，降低了中继节点上获取信号时的算法复杂度，提高了信号传输的实时性和效率。
附图说明
图1为本实施例中，交通协作通信中经过一次转发的示意图；
图2为本实施例中，交通协作通信中经过两次转发的示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
本发明提出一种协作通信网络***中的信噪比自适应转发方法，该方法包括：中继节点根据实时信号传输环境及信道条件，采用信噪比自适应的估计方法从接收到的信号中获得软信息。
本发明适用于协作通信网络***，包括：单天线及多天线***。由于协作通信网络中，中继节点上的信号处理技术非常关键，尤其是针对车联网中车辆快速移动的环境，中继节点转发信号的可靠性直接影响车与车、车与路之间信号的传输质量。另外，交通信道的时变性和多普勒频移严重，使得信号受干扰和信道衰落影响严重，更加突出了交通协作通信网络中中继节点信号处理及转发方法的重要性。
综合考虑传统的放大转发和译码转发方法各自的缺点，本发明提出的信噪比自适应转发方法可以获得优于以上两种转发方法的***性能，并且无需切换。中继节点接收到来自发送节点的信息，对其进行信噪比自适应的软信息计算，之后调整发送功率系数转发给目的车辆节点。
本实施例中，以交通协作通信网络***为例，来说明信噪比自适应转发的方法。如图1所示，所有的车载终端和路侧基站都具有协作通信功能，均可作为中继节点。假设信号由发送节点Vs发出，经过中继节点V1转发后，被接收节点Vd所接收，其具体步骤为：
步骤S1，发送节点Vs发出信号x；
步骤S2，中继节点V1接收信号，接收到的信号如公式(1)所示：
r＝G1x+n1 (1)
其中，G1为发送节点Vs到中继节点V1的信道状态信息，n1为发送节点Vs到中继节点V1的信道噪声；
步骤S3，在中继节点V1上，通过采用信噪比自适应估计方法，得到软信息
如公式(2)所示：
其中，ω为自适应参数，
为采用线性最小均方误差估计法获取的信号，如公式(3)所示：
其中，σ2为噪声方差，I表示单位矩阵，H表示共轭转置；
其中，
为信号调制符号所有可能元素的集合；
对于自适应参数ω，通过公式(5)所示的数学分析得到其最优值ωopt：
其中，E表示数学期望；
因此，最终估计得到的软信息
如公式(6)所示：
步骤S4，中继节点V1对发送功率进行归一化处理，并向接收节点Vd发送所述软信息；
步骤S5，接收节点Vd接收信号，接收到的信号如公式(7)所示：
其中，G2为中继节点到接收节点的信道状态信息，n2为中继节点到接收节点的信道噪声；
步骤S6，接收节点采用球形检测算法来获取最终的信号，有效降低检测复杂度。
如图2所示，信号从发送节点Vs发出后，先后经过R1和V1这两个中继节点的转发，最后才被接收节点Vd所收到，其具体步骤与上述步骤S1～步骤S6类似，只是多转发了一次：
在发送节点Vs发出信号后，最先接收到信号的是中继节点R1，在R1上采用信噪比自适应估计方法获取软信息，然后对发送功率归一化处理，并向外发出；紧接着，中继节点V1接收到信号，在V1上采用信噪比自适应估计方法获取软信息，然后对发送功率归一化处理，并向外发出；最后由接收节点Vd接收信号。
同样道理，当发送节点和接收节点之间距离较远时，可能会经过多次转发，才能最终被接收节点收到。其中，所有中继节点均可采用本发明的信噪比自适应的转发方法。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种协作通信网络***中的信噪比自适应转发方法，其特征在于，该方法包括：
中继节点根据实时信号传输环境及信道条件，采用信噪比自适应的估计方法从接收到的信号中获得软信息；
所述采用信噪比自适应的估计方法从接收到的信号中获得软信息，具体为：
其中，
为软信息，
为采用线性最小均方误差估计法获取的信号，
为采用最大似然估计法获取的信号，ωopt为自适应参数的最优值，通过数学分析得到：
其中，E表示数学期望，ω为自适应参数，x为发送节点发出的信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
为采用线性最小均方误差估计法获取的信号，具体估计方法为：
r＝G1x+n1，
其中，G1为发送节点到中继节点的信道状态信息，σ2为噪声方差，I表示单位矩阵，H表示共轭转置，r为所述中继节点接收到的信号，n1为发送节点到中继节点的信道噪声。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述
为采用最大似然估计法获取的信号，具体估计方法为：
其中，
为信号调制符号所有可能元素的集合。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述中继节点对发送功率进行归一化处理，并向接收节点发送所述软信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述接收节点采用球形检测算法来检测所述中继节点发来的信号。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，所述协作通信网络***为单天线***和/或多天线***。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，在交通协作通信网络***中，中继节点为具有协作通信功能的车载终端和/或路侧基站。
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