CN107197500A

CN107197500A - 一种用于空间调制解码转发中继***的中继节点选择方法

Info

Publication number: CN107197500A
Application number: CN201710533308.6A
Authority: CN
Inventors: 肖悦; 王宇; 王鹏飞
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2017-07-03
Filing date: 2017-07-03
Publication date: 2017-09-22

Abstract

本发明属于通信抗干扰技术领域，具体的说是涉及一种空间调制解码转发中继***的中继节点选择方法。本发明中继节点选择方法主要为通过中继节点从源节点接收到信号的星座图估计该中继节点正确解调源节点信息的概率，由此通过回程链路选择出被激活的中继节点组。本发明的有益效果为，本发明提供了一种基于中继节点正确解调概率的空间调制解码转发中继***的中继节点选择方法，该技术通过从若干个中继节点中选取一个子集，作为解码转发信息的中继节点，能够使选择出正确解调源节点信息概率最大的节点进行中继转发，在使***在引入较小的反馈量和增加很小的复杂度的情况下，使***的BER性能得到显著的提高。

Description

一种用于空间调制解码转发中继***的中继节点选择方法

技术领域

本发明属于通信抗干扰技术领域，涉及空间调制(Spatial Modulation,SM)技术，中继技术(Relaying technology)，正交振幅(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)调制技术，及其相关的MIMO(Multiple Input Multiple Output)技术。

背景技术

MIMO调制技术是一种无线环境下的高速传输技术，它在发射端和/或接收端配置更多的天线单元，并结合先进的空时编码调制方案，通过对空间自由度的充分利用，可以带来额外的分集，复用和波束成型增益。

近来，SM技术作为一种新的MIMO调制方案被提出来作为一种新的调制技术。该技术的基本原理是通过激活不同的天线，将天线索引值调制用于传输信息比特。这种传输方案的本质是利用MIMO***中不同信道的独立性。因为每次只有一根天线被激活，进而在发射端只需要一个射频单元且此过程能传输部分比特，所以这种方案提高了传输速率，并降低了MIMO***的成本和复杂度。

然而，当接收天线数目很少，甚至只有一根的时候，会因为缺少空间自由度，而导致性能显著下降。一种将中继技术和空间调制技术相结合的空间调制解码转发中继(Spatial Modulation with Multiple Decode and Forward Relays，SM-DF-Relay)***，很好的解决了这一问题，这使得这一***更好的适用于无线通信的下行链路。

然而，它也存在一些缺陷，SM-DF中继***的通信过程要求多个中继节点同时参与，要提高接收端的BER性能，就要增加中继节点的数目，这就必然造成严重的资源浪费，加重中继节点的负担，同时，也会使接收端的检测复杂度随着中继节点数目线性增长。

发明内容

本发明的目的，就是针对多个中继节点造成的资源浪费，提供一种中继节点选择方法。

本发明的技术方案：一种基于中继节点正确解调概率的空间调制解码转发中继***的中继节点选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.在SM-DF-Relay的***模型中，表示源节点到第i个中继节点的信道矩阵，计算每一个中继节点接收到的源节点信号星座图中的点的最小欧氏距离d，即得到源节点经过中继节点i到目标节点的复合信道：

其中N_t为源节点发射天线数目；

b.从所有备选的中继节点子集中选取使d_min(H)最大的中继节点子集，即

其中，Set_I表示所有备选的中继节点子集组成的集合。

本发明的有益效果为，本发明提供了一种基于中继节点正确解调概率的空间调制解码转发中继***的中继节点选择方法，该技术通过从若干个中继节点中选取一个子集，作为解码转发信息的中继节点，能够使选择出正确解调源节点信息概率最大的节点进行中继转发，在使***在引入较小的反馈量和增加很小的复杂度的情况下，使***的BER性能得到显著的提高。

附图说明

图1是传统SM***框图。

图2是空间调制解码转发中继***框图。

图3是本发明提出的空间调制解码转发中继***中继节点选择***框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里讲被忽略。

为更好地对本发明进行说明，先介绍本发明技术方案所用到的术语和空间调制***发射机结构。

空间调制：如图1，b是需要传输的比特数据，可以被视为一个L×T的矩阵，其中L＝log2(M)+log2(Mary)是一个SM调制符号所携带的比特数量，Mary是正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)阶数。可以看出，一个SM调制符号所能携带的比特数量由QAM调制阶数和发射天线数量共同决定。SM调制准则是根据SM转化表将b转化成为一个M×T的矩阵x。在x中，一列代表一个时刻发送的数据，任意一列只有一个非零数据，意味着任意时刻只有一根天线发送数据。

如图2，空间调制解码转发中继***模型包含一个信息源节点，该源节点配备N_t根发射天线，L个中继节点，每个中继节点配备一根发射天线，和一个目标节点。

该***的一个协作通信过程包含两个时隙：

(1)第一个时隙(广播阶段)：信息源节点将log₂(MN_t)个比特信息经过SM调制，广播发送给中继节点和目标节点，其中，M为QAM/PSK符号的调制阶数，在第l个中继节点处的接收信号可以表示为如下形式：

其中，为第l个中继节点处的高斯白噪声，被激活的发射天线与第l个中继节点之间的信道信息。类似地，在目标节点处的接收信号表示为：

y_s,d＝h_sd,jx+n_s,d，j∈{1,...,N_t}

其中，n_s,d为目标节点处的高斯白噪声，h_sd,j被激活的发射天线与目标节点之间的信道信息，中继节点解调收到的信号，并对解调结果进行校验；

(2)第二个时隙(解码转发阶段)：正确解调出接收信号的中继节点，将接收信号到的转发给目标节点。这里假设了一个理想情况，即中继节点处的接收机能够通过循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)准确的确定自己检测出的信号是否正确。在目标节点处接收到的第l个中继节点转发的信号可以表示为：

其中，g_l表示第l个中继节点到目标节点处信道信息，目标节点处的高斯白噪声。

最后，目标节点的接收机通过两个时隙接收到的信号，联合检测出发射天线索引和发送符号，最优的最大似然(maximum likelihood，ML)检测器表示为如下形式：

其中，C是正确解调的中继节点集合，X为QAM/PSK符号集合。

图三展示了空间调制解码转发中继***的中继节点选择模型。本发明的具体实施方案如图3所示的***图。

发射机结构大致分为如下几步：

步骤1：确定要选择的***的参数，即确定源节点发射天线个数nTx，调制的阶数M，待选中继节点个数，激活的中继节点个数等参数；

步骤2：各个中继节点依据信道信息，采用发明内容中的方法计算出每个中继节点的正确解调出源节点信息的概率衡量值，通过回程链路通信互相通知(这里假设回程链路数据的传输是完全可靠的)，激活该值最大的若干个中继节点，进行解码转发中继；

步骤3：源节点根据***参数计算出一帧的比特数量，将此帧数据分成两组，一组为天线索引比特，用于选择被激活的发射天线，一组为调制比特，用于进行QAM调制。再对得到的发送向量进行SM调制，并对中继节点和目标节点进行广播；

步骤4：被激活的中继节点对源节点发送的信息进行解调，并验证是否正确，若正确，则转发给目标节点，否则，保持静默；

步骤5：目标节点根据两个阶段接收到的信号，联合解调出源节点发送的信息。

Claims

1.一种空间调制解码转发中继***的中继节点选择方法，定义所述的空间调制解码转发中继***中源节点发射天线数目为Nt，源节点到第i个中继节点的信道矩阵为其特征在于，包括以下步骤：

a.计算每一个中继节点接收到的源节点信号星座图中的点的最小欧氏距离d，即得到源节点经过中继节点i到目标节点的复合信道：

<mrow> <msub> <mi>d</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munder> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>&Element;</mo> <mi>&chi;</mi> <mo>,</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&NotEqual;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </munder> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <mi>I</mi> </mrow> </munder> <mo>|</mo> <mo>|</mo> <msubsup> <mi>H</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>r</mi> </mrow> <mi>i</mi> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>|</mo> <mo>|</mo> </mrow>

I表示中继节点集合，x为调制符号；

b.从所有备选的中继节点子集中选取使d_min(H)最大的中继节点子集，即：

<mrow> <msub> <mi>I</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <munder> <mi>arg</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <msub> <mi>Set</mi> <mi>I</mi> </msub> </mrow> </munder> <mi>max</mi> <mi> </mi> <msubsup> <mi>d</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> <mi>i</mi> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <msub> <mi>sr</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中，Set_I表示所有备选的中继节点子集组成的集合。