CN111756407A - 基于优化各态历经数据到达率的异构单中继通道传输方法 - Google Patents

基于优化各态历经数据到达率的异构单中继通道传输方法 Download PDF

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CN111756407A
CN111756407A CN202010587989.6A CN202010587989A CN111756407A CN 111756407 A CN111756407 A CN 111756407A CN 202010587989 A CN202010587989 A CN 202010587989A CN 111756407 A CN111756407 A CN 111756407A
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李奇越
操腾飞
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汪玉
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Hefei University of Technology
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Electric Power Research Institute of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
Hefei University of Technology
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Abstract

本发明公开了一种基于优化各态历经数据到达率的异构单中继通道传输方法，其步骤包括：1、将智能电网内的源数据按照时间进行编码；2、在第一时隙，源(S)节点将源数据通过有线(PLC)或者无线通道传输到中继(R)节点和目标(D)节点；3、在第二时隙，R节点接收到的信息通过电力线和无线数据通信介质转发到D节点。本发明能同时考虑异构网络的共存、传输链路丢失的影响和单中继通道的存在，并同时提高传输过程中的各态历经数据到达率，从而提高传输***的可靠性。

Description

基于优化各态历经数据到达率的异构单中继通道传输方法
技术领域
本发明涉及异构网络单中继通道与数据传输领域，具体说的是一种基于优化各态历经数据到达率的异构单中继通道传输方法。
背景技术
电力线通信与无线通信具有各自的优势。电力线通信为网络通信方式的一种，指借助有形的媒介，对信息以及数据进行传输。在该技术中，通信所借助的媒介，一般以电缆、光缆等为主。上述媒介可用于传输电信号、光信号。信号自传输端进入后，可自光缆与电缆传递至输出端，完成信号的转换，使输出端可获得相应的数据。PLC技术的优势，主要体现在信号稳定、可靠性强等方面。此外，因具备媒介的支持，信号的传输速度同样较快，且安全性强。但该通信方式，存在通信成本高的缺陷。由于需要相应媒介作为通信的支撑，故该通信方式同样存在便携性低的特点。无线通信属于网络通信中较为常见的一种，指以电磁波作为载体，使数据及信息能够自输入端到输出端之间传输的技术。无线通信技术具有成本低，移动性强的优点，但是抗干扰能力差、可靠性低。当前社会各领域常用的无线通信网络，以24GHz以及5GHz网络为主，两者的信息传递载体，均以微波为主。此外，RFID技术,同样属于无线通信领域的一大主要技术。无线网络建设的过程中，应以规避其缺陷、充分利用技术的优势为原则，对无线通信技术进行推广应用，以提高通信行业的发展水平。
广西科技大学电气与信息工程学院巫肇彬等提出了一个多重无线异构的云控制***(广西科技大学学报，2019，30(03):29-36，“多重无线异构网络的智能云控制***的设计”)，该***主要包括云端服务器、网关和众多终端节点，集成了ZigBee、WiFi、GSM等通信协议，实现不同协议之间的数据异构融合，将其应用于各种不同的复杂环境，实现对复杂环境的智能化监控。但是此***只考虑了无线异构网络，没有考虑有线传输对数据传输的影响。
华北电力大学刘然等提出了基于先空闲先征用模式的选择式CSMA/CA算法和基于全空闲都征用模式的并行传输式CSMA/CA算法(华北电力大学，2019，“电力线与无线协作通信***中MAC层协议研究”)，并且利用仿真验证了两种算法的***分析模型的有效性与可靠性。但是此模型没有考虑***各态历经数据到达率的问题，可能造成传输通信数据丢失。
上海宽带技术及应用工程研究中心徐云翔等提供一种异构网络融合的方法及***(公开号：CN 104640157B)，该方法包括：设置用于异构网络间互联以及与外部网络通信的网络锚点；网络锚点负责接收、转发用户数据；设置与网络锚点和用户终端分别通信相连的网络控制器；网络控制器通过网络锚点和用户终端搜集不同网络的信息，集中控制异构网络之间的互操作以及控制多层次异构网络的融合；用户终端通过至少1条数据传递隧道与网络锚点通信相连。但是该方法没有考虑传输链路丢失的情况，可能会造成数据的丢包。
广东广联电子科技有限公司孙友林等提供一种电力线无线路由器(公开号：CN105227478A)，该方法包括：路由模块对WiFi网络电路的所有信道进行扫描，若存在空闲信道，则随机选择任一空闲信道做为WiFi网络电路的通信信道，若不存在空闲信道，选择功率谱密度最低的信道、功率谱密度倒数第二低的信道和功率谱密度倒数第三低的信道；在这三个信道中选择无线客户端在线数最低的信道做为WiFi网络电路的通信信道。但是该方法没有考虑通信通道的中继策略，可能会影响***的可靠性。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供了一种基于优化各态历经数据到达率的异构单中继通道传输方法，以期能同时考虑异构网络的共存、传输链路丢失的影响和单中继通道的存在，并同时提高传输过程中的各态历经数据到达率，从而提高传输***的可靠性。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明一种基于优化各态历经数据到达率的异构单中继通道传输方法的特点是应用于由源节点S、中继节点R和目标节点D以及三个节点上的电力线通信PLC和无线接口所组成的异构网络环境中，所述中继传输方法是按如下步骤进行：
步骤一、在所述异构网络环境中，将N个数据按照时间进行编号为{1,2,…,n,…,m,…,N}，其中，n表示第n个数据的序号，m表示第m个数据的序号，1≤n≤N；1≤m≤N；
令在第t个时隙中通过通信介质q发送的传输功率为Pt q，且q∈{P,W}，P表示电力线通信PLC，W表示无线信道，t∈{0,1}，当t＝0时，表示第一个时隙；当t＝1时，表示第二个时隙；
在两个时隙中分配给异构单中继通道HSRC的总传输功率为P＝PS+PR≥0，其中PS表示分配给源节点S传输功率，且PS＝Po P+Po W≥0，Po P表示第一时隙电力线通信的传输功率，Po W表示第一时隙无线通信的传输功率；PR表示分配给中继节点R的传输功率，且PR＝P1 P+P1 W≥0，P1 P表示第二时隙电力线通信的传输功率，P1 W表示第二时隙无线通信的传输功率；
令所述源节点S在第一时隙中发送的符号序列为{x[n]|n＝0,1,…N-1}；x[n]表示第n个数据的符号序列；
令所述源节点S通过所述通信介质q发送给中继节点R的第n个数据的符号序列估计值为
Figure BDA0002554484140000031
Figure BDA0002554484140000032
表示第n个数据的符号序列估计值；
令在信道输入处的第m个数据上的单一脉冲序列在链路l上通过所述通信介质q传输后，在信道输出处的第n个数据上的信道脉冲响应CIR的离散时间为
Figure BDA0002554484140000033
其中l∈{SD,SR,RD}分别表示SD链路、SR链路和RD链路；
令在SD链路上通过所述通信介质q发送的中继节点R在信道输入处的加性噪声为
Figure BDA0002554484140000034
令在SR链路上通过所述通信介质q发送的目标节点D在信道输入处的加性噪声为
Figure BDA0002554484140000035
令在RD链路上通过所述通信介质q发送的目标节点D在信道输入处的加性噪声为
Figure BDA0002554484140000036
步骤二、利用式(1)确定在链路l上通过所述通信介质q从节点MT到节点MR发送的符号序列的离散时间信号
Figure BDA0002554484140000037
Figure BDA0002554484140000038
式(1)中，{MT,MR}∈{{S,D},{S,R},{R,D}}，
Figure BDA0002554484140000039
表示符号序列，并有：
Figure BDA00025544841400000310
步骤三、将N个数据在链路l上通过所述通信介质q发送的信道脉冲响应CIR的离散时间
Figure BDA00025544841400000311
的傅里叶变换结果记为
Figure BDA00025544841400000312
从而利用式(3)和式(4)分别得到第一对角矩阵
Figure BDA00025544841400000313
和第二对角矩阵
Figure BDA00025544841400000314
Figure BDA00025544841400000315
Figure BDA00025544841400000316
式(3)和式(4)中，
Figure BDA0002554484140000041
表示第n个数据在链路l上通过所述通信介质q发送的信道脉冲响应CIR的离散时间
Figure BDA0002554484140000042
的傅里叶变换结果，
Figure BDA0002554484140000043
表示第m个数据在链路l上通过所述通信介质q发送的信道脉冲响应CIR的离散时间
Figure BDA0002554484140000044
的傅里叶变换结果；
假设当
Figure BDA0002554484140000045
时，则
Figure BDA0002554484140000046
和
Figure BDA0002554484140000047
是独立随机变量，并利用式(5)得到
Figure BDA0002554484140000048
和
Figure BDA0002554484140000049
之间的连接概率：
Figure BDA00025544841400000410
步骤四、确定在链路l上通过所述通信介质q发送的符号序列
Figure BDA00025544841400000411
输出的频域矢量表示Yl q；
步骤五、利用式(6)确定与符号序列
Figure BDA00025544841400000412
相关联的信噪比矩阵
Figure BDA00025544841400000413
Figure BDA00025544841400000414
式(5)中，
Figure BDA00025544841400000415
表示第t个时隙中通过所述通信介质q发送的符号序列的功率，
Figure BDA00025544841400000416
表示在链路l上通过所述通信介质q发送的加性噪声的矢量表示的方差，当t＝1时，l＝RD，当t＝0时，l＝SD或l＝SR；
步骤六、假设所述中继节点R使用放大转发合作协议AF，所述目标节点D使用选择合并方法SC；则利用式(7)得到在链路l的信道输出处的符号序列
Figure BDA00025544841400000417
的矢量频域表示：
Figure BDA00025544841400000418
式(7)中，
Figure BDA00025544841400000419
表示数据在链路RD上通过所述通信介质q发送的信道脉冲响应CIR的离散时间傅里叶变化，
Figure BDA00025544841400000420
表示在RD链路上通过所述通信介质q发送的目标节点D在信道输入处的加性噪声的矢量表示，
Figure BDA00025544841400000421
表示第二时隙通过所述通信介质q发送的符号的幅度矩阵，
Figure BDA00025544841400000422
表示输出的频域矢量表示Y的方差，并有：
Figure BDA0002554484140000051
式(8)中，
Figure BDA0002554484140000052
表示第一时隙通过所述通信介质q发送的符号的功率矩阵，
Figure BDA0002554484140000053
表示
Figure BDA0002554484140000054
对应的矩阵的方差，
Figure BDA0002554484140000055
表示符号的频域矢量表示X的方差，
Figure BDA0002554484140000056
表示在SR链路上通过所述通信介质q发送的中继节点R在信道输入处的加性噪声的矢量表示方差；
式(7)中，
Figure BDA0002554484140000057
表示由中继节点R传输到述目标节点D的符号序列，且
Figure BDA0002554484140000058
Figure BDA0002554484140000059
表示在链路SR上通过所述通信介质q发送的符号序列
Figure BDA00025544841400000510
输出的频域矢量表示，
Figure BDA00025544841400000511
表示
Figure BDA00025544841400000512
的倒数；
步骤七、利用式(9)确定与矢量频域表示
Figure BDA00025544841400000513
相关的信噪比矩阵
Figure BDA00025544841400000514
Figure BDA00025544841400000515
式(9)中，
Figure BDA00025544841400000516
表示第二时隙通过所述通信介质q发送的符号的功率矩阵，
Figure BDA00025544841400000517
表示
Figure BDA00025544841400000518
对应矩阵的方差，
Figure BDA00025544841400000519
表示在RD链路上通过所述通信介质q发送的目标节点D在信道输入处的加性噪声的矢量表示方差；
步骤八、将式(5)与式(9)结合起来，从而利用式(10)确定目标节点D处的信噪比矩阵
Figure BDA00025544841400000520
的(k,k)元素
Figure BDA00025544841400000521
Figure BDA00025544841400000522
式(10)中，
Figure BDA00025544841400000523
表示在SD链路上目标节点D处的信噪比矩阵
Figure BDA00025544841400000524
的(k,k)元素，
Figure BDA00025544841400000525
表示SD链路上目标节点D处的信噪比矩阵
Figure BDA00025544841400000526
的(k,k)元素，
Figure BDA00025544841400000527
表示SRD链路上目标节点D处的信噪比矩阵
Figure BDA00025544841400000528
的(k,k)元素，
Figure BDA00025544841400000529
表示SRD链路上目标节点D处的信噪比矩阵
Figure BDA00025544841400000530
的(k,k)元素，k＝0,1,...,N-1；
步骤九、利用式(11)确定发送和接收符号序列
Figure BDA00025544841400000531
之间的相互关系I(X,Y)：
Figure BDA00025544841400000532
式(11)中，IN表示符号的频域矢量表示X的方差；
步骤十、利用式(12)确定各态历经的符号序列
Figure BDA0002554484140000061
的数据到达率
Figure BDA0002554484140000062
Figure BDA0002554484140000063
式(12)中，BW是与电力线和无线信道相关的频率带宽；
Figure BDA0002554484140000064
是是与电力线和无线信道相关的频率带宽的期望；IN表示符号序列经频域数字调制后的矢量表示的方差；
Figure BDA0002554484140000065
表示使用AF协议得到的目标节点D处的信噪比矩阵，ΛP表示符号序列
Figure BDA0002554484140000066
传输功率的方差；
Figure BDA0002554484140000067
且式(7)满足Tr(ΛP)≤P，P表示符号序列
Figure BDA0002554484140000068
的传输功率。
本发明所述的异构单中继通道传输方法的特点是，所述步骤四是按如下过程进行：
步骤4.1、令源节点S在第一时隙中发送的符号序列{x[n]|n＝0,1,…N-1}经频域数字调制后的矢量表示记为X；
令Vl P和Vl W分别是在链路l上电力线通信PLC和无线信道的频域加性噪声的矢量表示；
步骤4.2、假设E{X}＝0，
Figure BDA0002554484140000069
其中E{·}是期望算子，
Figure BDA00025544841400000610
是共轭转置算子；
令在链路l上通过通信介质q发送的符号序列在信道输入处的加性噪声的矢量表示记为Vl q；
假设E{Vl q}＝0，
Figure BDA00025544841400000611
Figure BDA00025544841400000612
是Vl q的方差矩阵，
Figure BDA00025544841400000613
是Vl q方差对角矩阵中第n个元素；
步骤4.3、利用式(13)和式(14)确定在第t个时隙处通过通信介质q发送的符号序列的矢量表示X在频率域中的功率
Figure BDA00025544841400000614
和幅度矩阵
Figure BDA00025544841400000615
Figure BDA00025544841400000616
Figure BDA00025544841400000617
式(13)和式(14)中，
Figure BDA00025544841400000618
是第一时隙通过传输介质q发送的第n个符号的传输功率，并有：
Figure BDA00025544841400000619
Tr(·)表示跟踪运算符；
步骤4.4、利用式(15)确定在N个符号周期内在链路l上通过所述通信介质q发送的符号序列
Figure BDA0002554484140000071
输出的频域矢量表示Yl q：
Figure BDA0002554484140000072
式(15)中，
Figure BDA0002554484140000073
是符号序列
Figure BDA0002554484140000074
的矢量表示，并有：
Figure BDA0002554484140000075
式(16)中，
Figure BDA0002554484140000076
表示通过所述通信介质q发送的符号序列
Figure BDA0002554484140000077
在中继节点R的输出处所接收到的估计符号的频域矢量表示。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明异构单中继通道传输方法包含了异构有线/无线网络的共存、传输链路的丢失和***单中继通道，从而使智能电网内数据传输过程中各态历经数据到达率增加，***更可靠。在传输链路丢失的情况下，仍然能够完成数据的传输，使得***传输的数据丢包率降低。
2、本发明异构单中继通道传输方法在中继节点R使用放大转发合作协议，在目标节点D使用SC技术，量化采用异构概念可以提高数据通信性能的收益；通过傅里叶变化，给出符号的矢量表示以及提出信噪比的公式，推出了各态历经数据到达率的数学表达式；将抽象问题数据化，使得能够更加直接得观察***的各态历经数据到达率，以及比较不同方法的各态历经数据到达率的大小。
附图说明
图1为本发明异构单中继通道传输方法的架构图。
具体实施方式
本实施例中，如图1所示，异构网路环境中拥有一个源节点S，一个中继节点R，一个目标节点D和每个节点上面的电力线通信PLC和无线接口；其中：
S、R、D节点：每个节点利用其上面的PLC和无线接口在源节点、中继节点和目的节点之间传输信号。为了降低R节点的操作复杂性，它以半双工模式运行，并且不对通过PLC和无线接口接收的信号应用任何组合技术。
在第一时隙，源节点S将源数据通过PLC或者无线通道传输到中继节点R和目标节点D，在第二时隙，中继节点R接收到的信息通过电力线和无线数据通信介质转发到目标节点D。旨在量化采用异构概念可以提高数据通信性能的收益，在中继节点R使用放大转发合作协议，在目标节点D使用SC技术。
如图1所示，一种基于优化各态历经数据到达率的异构单中继通道传输方法能灵活地处理SD链路丢失，同时使得各态历经数据到达率增大，具体的说，是按如下步骤进行：
步骤一、在异构网络环境中，将N个数据按照时间进行编号{1,2,…,n,…,m,…,N}，其中，n表示第n个数据的序号，m表示第m个数据的序号，1≤n≤N；1≤m≤N；本实施例中，各个数据按时间进行编号{1,2,3,...,50}；
令分配给第t个时隙中通过q通信介质发送的传输功率为Pt q，q∈{P,W}，P表示PLC，W表示无线通道，t∈{0,1}，当t＝0时，表示第一个时隙；当t＝1时，表示第二个时隙；
在两个时隙中分配给异构单中继通道HSRC的总传输功率是P＝PS+PR≥0，其中PS表示分配给源节点S传输功率，且PS＝Po P+Po W≥0，Po P表示第一时隙电力线通信的传输功率，Po W表示第一时隙无线通信的传输功率，PS＝90mW；PR表示分配给中继节点R的传输功率，且PR＝P1 P+P1 W≥0，P1 P表示第二时隙电力线通信的传输功率，P1 W表示第二时隙无线通信的传输功率，PR＝80mW；
令源节点S在第一时隙中发送的符号序列为{x[n]|n＝0,1,…N-1}；x[n]表示第n个数据的符号序列；
令源节点S通过通信介质q发送给中继节点R的第n个数据的符号序列估计值为
Figure BDA0002554484140000081
Figure BDA0002554484140000082
表示第n个数据的符号序列估计值；
令在信道输入处的第m个数据上的单一脉冲序列在链路l上通过通信介质q传输后，在信道输出处的第n个数据上的信道脉冲响应CIR的离散时间为
Figure BDA0002554484140000083
其中l∈{SD,SR,RD}分别表示SD链路、SR链路和RD链路；
令在SD链路上通过通信介质q发送的中继节点R在信道输入处的加性噪声为
Figure BDA0002554484140000084
Figure BDA0002554484140000085
令在SR链路上通过通信介质q发送的目标节点D在信道输入处的加性噪声为
Figure BDA0002554484140000086
Figure BDA0002554484140000087
令在RD链路上通过通信介质q发送的目标节点D在信道输入处的加性噪声为
Figure BDA0002554484140000091
Figure BDA0002554484140000092
步骤二、利用式(1)确定在链路l上通过通信介质q从节点MT到节点MR发送的符号序列的离散时间信号
Figure BDA0002554484140000093
Figure BDA0002554484140000094
式(1)中，{MT,MR}∈{{S,D},{S,R},{R,D}}，
Figure BDA0002554484140000095
表示符号序列，并有：
Figure BDA0002554484140000096
步骤三、将N个数据在链路l上通过通信介质q发送的信道脉冲响应CIR的离散时间
Figure BDA0002554484140000097
的傅里叶变换结果记为
Figure BDA0002554484140000098
从而利用式(3)和式(4)分别得到第一对角矩阵
Figure BDA0002554484140000099
和第二对角矩阵
Figure BDA00025544841400000910
Figure BDA00025544841400000911
Figure BDA00025544841400000912
式(3)和式(4)中，
Figure BDA00025544841400000913
表示第n个数据在链路l上通过通信介质q发送的信道脉冲响应CIR的离散时间
Figure BDA00025544841400000914
的傅里叶变换结果，
Figure BDA00025544841400000915
表示第m个数据在链路l上通过通信介质q发送的信道脉冲响应CIR的离散时间
Figure BDA00025544841400000916
的傅里叶变换结果；
假设当
Figure BDA00025544841400000917
时，则
Figure BDA00025544841400000918
和
Figure BDA00025544841400000919
是独立随机变量，并利用式(5)得到
Figure BDA00025544841400000920
和
Figure BDA00025544841400000921
之间的连接概率：
Figure BDA00025544841400000922
步骤四、确定在链路l上通过所述通信介质q发送的符号序列
Figure BDA00025544841400000923
输出的频域矢量表示Yl q；
步骤4.1、令源节点S在第一时隙中发送的符号序列{x[n]|n＝0,1,…N-1}经频域数字调制后的矢量表示记为X；
令Vl P和Vl W分别是在链路l上电力线通信PLC和无线信道的频域加性噪声的矢量表示；
步骤4.2、假设E{X}＝0，
Figure BDA0002554484140000101
其中E{·}是期望算子，
Figure BDA0002554484140000102
是共轭转置算子；
令在链路l上通过通信介质q发送的符号序列在信道输入处的加性噪声的矢量表示记为Vl q；
假设E{Vl q}＝0，
Figure BDA0002554484140000103
Figure BDA0002554484140000104
是Vl q的方差矩阵，
Figure BDA0002554484140000105
是Vl q方差对角矩阵中第n个元素；
步骤4.3、利用式(6)和式(7)确定在第t个时隙处通过通信介质q发送的符号序列的矢量表示X在频率域中的功率
Figure BDA0002554484140000106
和幅度矩阵
Figure BDA0002554484140000107
Figure BDA0002554484140000108
Figure BDA0002554484140000109
式(6)和式(7)中，
Figure BDA00025544841400001010
是第一时隙通过传输介质q发送的第n个符号的传输功率，并有：
Figure BDA00025544841400001011
Tr(·)表示跟踪运算符；
步骤4.4、利用式(8)确定在N个符号周期内在链路l上通过通信介质q发送的符号序列
Figure BDA00025544841400001012
输出的频域矢量表示Yl q：
Figure BDA00025544841400001013
式(8)中，
Figure BDA00025544841400001014
是符号序列
Figure BDA00025544841400001015
的矢量表示，并有：
Figure BDA00025544841400001016
式(9)中，
Figure BDA00025544841400001017
表示通过通信介质q发送的符号序列
Figure BDA00025544841400001018
在中继节点R的输出处所接收到的估计符号的频域矢量表示。
步骤五、利用式(10)确定与符号序列
Figure BDA00025544841400001019
相关联的信噪比矩阵
Figure BDA00025544841400001020
Figure BDA0002554484140000111
式(10)中，
Figure BDA0002554484140000112
表示第t个时隙中通过通信介质q发送的符号序列的功率，
Figure BDA0002554484140000113
表示在链路l上通过通信介质q发送的加性噪声的矢量表示的方差，当t＝1时，l＝RD，当t＝0时，l＝SD或l＝SR；
步骤六、假设中继节点R使用放大转发合作协议AF，目标节点D使用选择合并方法SC；则利用式(11)得到在链路l的信道输出处的符号序列
Figure BDA0002554484140000114
的矢量频域表示：
Figure BDA0002554484140000115
式(11)中，
Figure BDA0002554484140000116
表示数据在链路RD上通过通信介质q发送的信道脉冲响应CIR的离散时间傅里叶变化，
Figure BDA0002554484140000117
表示在RD链路上通过通信介质q发送的目标节点D在信道输入处的加性噪声的矢量表示，
Figure BDA0002554484140000118
表示第二时隙通过通信介质q发送的符号的幅度矩阵，
Figure BDA0002554484140000119
表示输出的频域矢量表示Y的方差，并有：
Figure BDA00025544841400001110
式(12)中，
Figure BDA00025544841400001111
表示第一时隙通过通信介质q发送的符号的功率矩阵，
Figure BDA00025544841400001112
表示
Figure BDA00025544841400001113
对应的矩阵的方差，
Figure BDA00025544841400001114
表示符号的频域矢量表示X的方差，
Figure BDA00025544841400001115
表示在SR链路上通过通信介质q发送的中继节点R在信道输入处的加性噪声的矢量表示方差；
式(10)中，
Figure BDA00025544841400001116
表示由中继节点R传输到述目标节点D的符号序列，且
Figure BDA00025544841400001117
Figure BDA00025544841400001118
表示在链路SR上通过通信介质q发送的符号序列
Figure BDA00025544841400001119
输出的频域矢量表示，
Figure BDA00025544841400001120
表示
Figure BDA00025544841400001121
的倒数；
步骤七、利用式(13)确定与矢量频域表示
Figure BDA00025544841400001122
相关的信噪比矩阵
Figure BDA00025544841400001123
Figure BDA00025544841400001124
式(13)中，
Figure BDA0002554484140000121
表示第二时隙通过通信介质q发送的符号的功率矩阵，
Figure BDA0002554484140000122
表示
Figure BDA0002554484140000123
对应矩阵的方差，
Figure BDA0002554484140000124
表示在RD链路上通过通信介质q发送的目标节点D在信道输入处的加性噪声的矢量表示方差；
步骤八、将式(5)与式(13)结合起来，从而利用式(14)确定目标节点D处的信噪比矩阵
Figure BDA0002554484140000125
的(k,k)元素
Figure BDA0002554484140000126
Figure BDA0002554484140000127
式(14)中，
Figure BDA0002554484140000128
表示在SD链路上目标节点D处的信噪比矩阵
Figure BDA0002554484140000129
的(k,k)元素，
Figure BDA00025544841400001210
表示SD链路上目标节点D处的信噪比矩阵
Figure BDA00025544841400001211
的(k,k)元素，
Figure BDA00025544841400001212
表示SRD链路上目标节点D处的信噪比矩阵
Figure BDA00025544841400001213
的(k,k)元素，
Figure BDA00025544841400001214
表示SRD链路上目标节点D处的信噪比矩阵
Figure BDA00025544841400001215
的(k,k)元素，k＝0,1,...,N-1；
步骤九、利用式(15)确定发送和接收符号序列
Figure BDA00025544841400001216
之间的相互关系I(X,Y)：
Figure BDA00025544841400001217
式(15)中，IN表示符号的频域矢量表示X的方差；
步骤十、利用式(16)确定各态历经的符号序列
Figure BDA00025544841400001218
的数据到达率
Figure BDA00025544841400001219
Figure BDA00025544841400001220
式(16)中，BW是与电力线和无线信道相关的频率带宽；
Figure BDA00025544841400001221
是是与电力线和无线信道相关的频率带宽的期望；IN表示符号序列经频域数字调制后的矢量表示的方差；
Figure BDA00025544841400001222
表示使用AF协议得到的目标节点D处的信噪比矩阵，ΛP表示符号序列
Figure BDA00025544841400001223
传输功率的方差；
Figure BDA00025544841400001224
且式(7)满足Tr(ΛP)≤P，P表示符号序列
Figure BDA00025544841400001225
的传输功率；
表1基于优化各态历经数据到达率的异构单中继通道传输***参数
Figure BDA00025544841400001226
Figure BDA0002554484140000131
表1中给出了上述步骤中的所有参数。

Claims (2)

1.一种基于优化各态历经数据到达率的异构单中继通道传输方法，其特征是应用于由源节点S、中继节点R和目标节点D以及三个节点上的电力线通信PLC和无线接口所组成的异构网络环境中，所述中继传输方法是按如下步骤进行：
步骤一、在所述异构网络环境中，将N个数据按照时间进行编号为{1,2,···,n,···,m,···,N}，其中，n表示第n个数据的序号，m表示第m个数据的序号，1≤n≤N；1≤m≤N；
令在第t个时隙中通过通信介质q发送的传输功率为Pt q，且q∈{P,W}，P表示电力线通信PLC，W表示无线信道，t∈{0,1}，当t＝0时，表示第一个时隙；当t＝1时，表示第二个时隙；
在两个时隙中分配给异构单中继通道HSRC的总传输功率为P＝PS+PR≥0，其中PS表示分配给源节点S传输功率，且PS＝Po P+Po W≥0，Po P表示第一时隙电力线通信的传输功率，Po W表示第一时隙无线通信的传输功率；PR表示分配给中继节点R的传输功率，且PR＝P1 P+P1 W≥0，P1 P表示第二时隙电力线通信的传输功率，P1 W表示第二时隙无线通信的传输功率；
令所述源节点S在第一时隙中发送的符号序列为{x[n]|n＝0,1,…N-1}；x[n]表示第n个数据的符号序列；
令所述源节点S通过所述通信介质q发送给中继节点R的第n个数据的符号序列估计值为
Figure FDA0002554484130000011
Figure FDA0002554484130000012
表示第n个数据的符号序列估计值；
令在信道输入处的第m个数据上的单一脉冲序列在链路l上通过所述通信介质q传输后，在信道输出处的第n个数据上的信道脉冲响应CIR的离散时间为
Figure FDA0002554484130000013
其中l∈{SD,SR,RD}分别表示SD链路、SR链路和RD链路；
令在SD链路上通过所述通信介质q发送的中继节点R在信道输入处的加性噪声为
Figure FDA0002554484130000014
令在SR链路上通过所述通信介质q发送的目标节点D在信道输入处的加性噪声为
Figure FDA0002554484130000015
令在RD链路上通过所述通信介质q发送的目标节点D在信道输入处的加性噪声为
Figure FDA0002554484130000016
步骤二、利用式(1)确定在链路l上通过所述通信介质q从节点MT到节点MR发送的符号序列的离散时间信号
Figure FDA0002554484130000017
Figure FDA0002554484130000021
式(1)中，{MT,MR}∈{{S,D},{S,R},{R,D}}，
Figure FDA0002554484130000022
表示符号序列，并有：
Figure FDA0002554484130000023
步骤三、将N个数据在链路l上通过所述通信介质q发送的信道脉冲响应CIR的离散时间
Figure FDA0002554484130000024
的傅里叶变换结果记为
Figure FDA0002554484130000025
从而利用式(3)和式(4)分别得到第一对角矩阵
Figure FDA0002554484130000026
和第二对角矩阵
Figure FDA0002554484130000027
Figure FDA0002554484130000028
Figure FDA0002554484130000029
式(3)和式(4)中，
Figure FDA00025544841300000210
表示第n个数据在链路l上通过所述通信介质q发送的信道脉冲响应CIR的离散时间
Figure FDA00025544841300000211
的傅里叶变换结果，
Figure FDA00025544841300000212
表示第m个数据在链路l上通过所述通信介质q发送的信道脉冲响应CIR的离散时间
Figure FDA00025544841300000213
的傅里叶变换结果；
假设当
Figure FDA00025544841300000214
时，则
Figure FDA00025544841300000215
和
Figure FDA00025544841300000216
是独立随机变量，并利用式(5)得到
Figure FDA00025544841300000217
和
Figure FDA00025544841300000218
之间的连接概率：
Figure FDA00025544841300000219
步骤四、确定在链路l上通过所述通信介质q发送的符号序列
Figure FDA00025544841300000220
输出的频域矢量表示Yl q；
步骤五、利用式(6)确定与符号序列
Figure FDA00025544841300000221
相关联的信噪比矩阵
Figure FDA00025544841300000222
Figure FDA00025544841300000223
式(5)中，
Figure FDA00025544841300000224
表示第t个时隙中通过所述通信介质q发送的符号序列的功率，
Figure FDA00025544841300000225
表示在链路l上通过所述通信介质q发送的加性噪声的矢量表示的方差，当t＝1时，l＝RD，当t＝0时，l＝SD或l＝SR；
步骤六、假设所述中继节点R使用放大转发合作协议AF，所述目标节点D使用选择合并方法SC；则利用式(7)得到在链路l的信道输出处的符号序列
Figure FDA0002554484130000031
的矢量频域表示：
Figure FDA0002554484130000032
式(7)中，
Figure FDA0002554484130000033
表示数据在链路RD上通过所述通信介质q发送的信道脉冲响应CIR的离散时间傅里叶变化，
Figure FDA0002554484130000034
表示在RD链路上通过所述通信介质q发送的目标节点D在信道输入处的加性噪声的矢量表示，
Figure FDA0002554484130000035
表示第二时隙通过所述通信介质q发送的符号的幅度矩阵，
Figure FDA0002554484130000036
表示输出的频域矢量表示Y的方差，并有：
Figure FDA0002554484130000037
式(8)中，
Figure FDA0002554484130000038
表示第一时隙通过所述通信介质q发送的符号的功率矩阵，
Figure FDA0002554484130000039
表示
Figure FDA00025544841300000310
对应的矩阵的方差，
Figure FDA00025544841300000311
表示符号的频域矢量表示X的方差，
Figure FDA00025544841300000312
表示在SR链路上通过所述通信介质q发送的中继节点R在信道输入处的加性噪声的矢量表示方差；
式(7)中，
Figure FDA00025544841300000313
表示由中继节点R传输到述目标节点D的符号序列，且
Figure FDA00025544841300000314
Figure FDA00025544841300000315
表示在链路SR上通过所述通信介质q发送的符号序列
Figure FDA00025544841300000316
输出的频域矢量表示，
Figure FDA00025544841300000317
表示
Figure FDA00025544841300000318
的倒数；
步骤七、利用式(9)确定与矢量频域表示
Figure FDA00025544841300000319
相关的信噪比矩阵
Figure FDA00025544841300000320
Figure FDA00025544841300000321
式(9)中，
Figure FDA00025544841300000322
表示第二时隙通过所述通信介质q发送的符号的功率矩阵，
Figure FDA00025544841300000323
表示
Figure FDA00025544841300000324
对应矩阵的方差，
Figure FDA00025544841300000325
表示在RD链路上通过所述通信介质q发送的目标节点D在信道输入处的加性噪声的矢量表示方差；
步骤八、将式(5)与式(9)结合起来，从而利用式(10)确定目标节点D处的信噪比矩阵
Figure FDA00025544841300000326
的(k,k)元素
Figure FDA0002554484130000041
式(10)中，
Figure FDA0002554484130000042
表示在SD链路上目标节点D处的信噪比矩阵
Figure FDA0002554484130000043
的(k,k)元素，
Figure FDA0002554484130000044
表示SD链路上目标节点D处的信噪比矩阵
Figure FDA0002554484130000045
的(k,k)元素，
Figure FDA0002554484130000046
表示SRD链路上目标节点D处的信噪比矩阵
Figure FDA0002554484130000047
的(k,k)元素，
Figure FDA0002554484130000048
表示SRD链路上目标节点D处的信噪比矩阵
Figure FDA0002554484130000049
的(k,k)元素，k＝0,1,...,N-1；
步骤九、利用式(11)确定发送和接收符号序列
Figure FDA00025544841300000410
之间的相互关系I(X,Y)：
Figure FDA00025544841300000411
式(11)中，IN表示符号的频域矢量表示X的方差；
步骤十、利用式(12)确定各态历经的符号序列
Figure FDA00025544841300000412
的数据到达率
Figure FDA00025544841300000413
Figure FDA00025544841300000414
式(12)中，BW是与电力线和无线信道相关的频率带宽；
Figure FDA00025544841300000415
是是与电力线和无线信道相关的频率带宽的期望；IN表示符号序列经频域数字调制后的矢量表示的方差；
Figure FDA00025544841300000416
表示使用AF协议得到的目标节点D处的信噪比矩阵，ΛP表示符号序列
Figure FDA00025544841300000417
传输功率的方差；
Figure FDA00025544841300000418
且式(7)满足Tr(ΛP)≤P，P表示符号序列
Figure FDA00025544841300000419
的传输功率。
2.根据权利要求1所述的异构单中继通道传输方法，其特征是，所述步骤四是按如下过程进行：
步骤4.1、令源节点S在第一时隙中发送的符号序列{x[n]|n＝0,1,…N-1}经频域数字调制后的矢量表示记为X；
令Vl P和Vl W分别是在链路l上电力线通信PLC和无线信道的频域加性噪声的矢量表示；
步骤4.2、假设E{X}＝0，
Figure FDA00025544841300000420
其中E{·}是期望算子，
Figure FDA00025544841300000421
是共轭转置算子；
令在链路l上通过通信介质q发送的符号序列在信道输入处的加性噪声的矢量表示记为Vl q；
假设E{Vl q}＝0，
Figure FDA0002554484130000051
Figure FDA0002554484130000052
是Vl q的方差矩阵，
Figure FDA0002554484130000053
是Vl q方差对角矩阵中第n个元素；
步骤4.3、利用式(13)和式(14)确定在第t个时隙处通过通信介质q发送的符号序列的矢量表示X在频率域中的功率
Figure FDA0002554484130000054
和幅度矩阵
Figure FDA0002554484130000055
Figure FDA0002554484130000056
Figure FDA0002554484130000057
式(13)和式(14)中，
Figure FDA0002554484130000058
是第一时隙通过传输介质q发送的第n个符号的传输功率，并有：
Figure FDA0002554484130000059
Tr(·)表示跟踪运算符；
步骤4.4、利用式(15)确定在N个符号周期内在链路l上通过所述通信介质q发送的符号序列
Figure FDA00025544841300000510
输出的频域矢量表示Yl q：
Figure FDA00025544841300000511
式(15)中，
Figure FDA00025544841300000512
是符号序列
Figure FDA00025544841300000513
的矢量表示，并有：
Figure FDA00025544841300000514
式(16)中，
Figure FDA00025544841300000515
表示通过所述通信介质q发送的符号序列
Figure FDA00025544841300000516
在中继节点R的输出处所接收到的估计符号的频域矢量表示。
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