[发明专利]一种基于非理想信道状态信息的中继协作预编码方法

说明书

本发明公开了一种基于非理想信道状态信息的中继协作预编码方法，其解决非理想信道的多中继高效协作问题：首先源节点将信息发送给所有的中继节点，然后选择出能够成功解码源节点信息的中继节点，接着对成功解码的中继节点加权因子进行优化以实现协作预编码，最后转发给目的节点。本发明提出的中继协作预编码方法考虑了信道状态估计误差，相比较于传统的预编码方法提高了传输速率，显著降低了无线传输系统的中断概率。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，主要涉及无线中继通信系统中的多中继选择与协作预编码方法。

背景技术

随着移动通信技术的发展，人们对信息速率以及通信质量的需求也越来越高，但无线通信受其带宽、传输功率以及无线信道多径衰落的限制，很难达到理想的传输速率和通信质量。而分集技术具有不占用额外时间和带宽资源对抗多径衰落的优点，作为分集技术的典型代表，MIMO技术能够抵抗多径衰落，改善系统性能。但在很多实际场景中由于用户终端体积、功耗的限制，在用户终端安装多根天线来实现空间分集增益非常困难。在这种情况下，采用中继协作通信技术，通过多个中继的天线共享，形成虚拟的MIMO，可以有效地改进系统的物理层安全性能。

目前，协作通信的研究主要集中在以下几个方面，第一是信道容量的研究，即如何在有限的带宽资源下最大限度的提高信道容量；第二是有关协作方式的研究，即考虑中继的选择及协作方案；第三是有关协作中继可靠性的研究，即如何降低协作传输的误码率；第四是有关协作功率分配的研究，即在总功率一定的情况下如何分配节点间功率去提高系统的物理层安全性能。以上的研究很多假设信道的瞬时信道状态信息已知，但在实际通信中，由于受多种因素的影响，信道信息往往不断变化且存在误差。

考虑到实际情况，本发明公开了一种基于非理想信道状态信息的中继协作预编码方法，旨在解决具有信道估计误差的多中继高效协作问题。通过优化中继节点的加权因子以实现最佳的协作预编码方案，从而提高通信系统性能，本发明所公开的中继协作预编码方法相较于传统的预编码方法不仅提高了传输速率，同时显著降低了传输系统的中断概率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中的问题提出了一种基于非理想信道状态信息的多中继选择方法，其解决具有信道估计误差的多中继高效协作问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种基于非理想信道状态信息的中继协作预编码方法，具体包含如下步骤：

步骤1，将源节点信息发送给所有的中继节点；

步骤2，通过信道估计获得源节点到中继节点的瞬时状态信息及估计误差，计算出源节点到中继节点的信道容量；

步骤3，获取能够成功解码源节点信息的中继节点集合；

步骤4，对成功解码源节点信息的中继节点的加权因子进行优化以实现中继协作预编码，共同将预编码后的源节点信息转发到目的节点；

步骤5，目的节点解码来自中继节点转发的源节点信息，进而获取中继节点到目的节点的信道容量。

作为本发明一种基于非理想信道状态信息的中继协作预编码方法的进一步优选方案，在步骤1中，源节点信息具体为：

其中，表示第i个中继收到的信号，n_i表示高斯噪声，为基于信道估计获得的源节点到第i个中继的瞬时信道衰落系数，e_hsi为信道估计误差，P_s为发送功率，s为源节点信息。

作为本发明一种基于非理想信道状态信息的中继协作预编码方法的进一步优选方案，在步骤2中，源节点到中继节点的信道容量的具体计算如下：