一種車載通信網(wǎng)絡(luò)中的低復雜度中繼選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種車載通信網(wǎng)絡(luò)中的低復雜度中繼選擇方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 車載通信網(wǎng)絡(luò)（又稱車聯(lián)網(wǎng)）是物聯(lián)網(wǎng)的一種重要應用形式，它通過在交通工具 上配備具有通信能力的智能終端，使得交通工具在行駛過程中可相互連接而實現(xiàn)信息交 互。車聯(lián)網(wǎng)能夠有效增強行車安全性、提升交通管理效率、提供實時信息服務(wù)，因此在近年 來深受學術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注。在車聯(lián)網(wǎng)中，車輛之間的通信通常以多跳的方式完成，需要發(fā) 送消息和需要接收消息的車輛分別被稱為源節(jié)點和目的節(jié)點，而道路上的其余車輛則被視 為中繼節(jié)點，它們能夠形成虛擬的多天線陣列并幫助源節(jié)點和目的節(jié)點完成信息傳輸。為 了充分利用多中繼所提供的分集增益和復用增益，協(xié)作通信的概念應運而生。經(jīng)過多年的 深入研宄，已經(jīng)涌現(xiàn)出大量的協(xié)作傳輸協(xié)議，例如，網(wǎng)絡(luò)編碼、分布式空時碼、分布式波束成 形j等等°
[0003] 上述協(xié)作協(xié)議的共同特點在于，它們均要求各個中繼節(jié)點之間在傳輸信息時必須 保持嚴格同步，這在實際中是難以實現(xiàn)的。為此，Bletsas等人提出了一種"機會中繼"策略， 該策略在每個協(xié)作周期內(nèi)僅選擇一個最佳的中繼節(jié)點，由該節(jié)點完成源節(jié)點和目的節(jié)點之 間的協(xié)作傳輸，而選擇"最佳"中繼的依據(jù)是：各中繼鏈路的瞬時信道狀態(tài)信息（channel state information, CSI)?？梢酝ㄟ^嚴格的數(shù)學分析證明，該策略在系統(tǒng)總功率一定的條 件下具有最低的中斷概率。
[0004] 然而，"機會中繼"策略在工程實現(xiàn)方面存在一定的困難。這主要是基于如下 兩點原因：首先，分布式的實現(xiàn)方案會導致數(shù)據(jù)沖突的問題，從而引起中繼選擇過程失 ??；第二，集中式的實現(xiàn)方案要求連續(xù)的信道反饋，從而造成傳輸效率的下降并帶來傳 輸功耗的激增。為此，Krikidis等人提出了一種"部分中繼選擇"方案（partial relay selection, PRS)，該方案僅利用源節(jié)點和中繼節(jié)點間的信道狀態(tài)信息選出"最佳"中繼，而 不考慮中繼節(jié)點和目的節(jié)點之間的信道質(zhì)量，從而極大地降低了系統(tǒng)所需要的信道估計量 和CSI反饋開銷。
[0005] 盡管PRS方案具有較低的實現(xiàn)復雜度，但大量文獻研宄表明，該方案所能獲得的 分集階數(shù)僅為1，并且這一結(jié)果并不會隨著中繼節(jié)點數(shù)的增加而改變，這就意味著在實際系 統(tǒng)中PRS方案將體現(xiàn)出非常差的誤碼性能。而在車聯(lián)網(wǎng)應用中，所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)往往都具有 較為嚴格的服務(wù)質(zhì)量（quality of service, QoS)需求，因此PRS方案無法直接應用于車載 通信網(wǎng)絡(luò)。
[0006] 針對上述問題，本發(fā)明提出了一種新的低復雜度中繼選擇方案，該方案僅基于源 節(jié)點和中繼節(jié)點之間的信道功率增益（而非完整的信道信息）進行中繼選擇，保持了 PRS 方案低復雜度的優(yōu)勢；同時，通過引入非正交傳輸機制來提供額外的衰落路徑，從而為系統(tǒng) 帶來分集增益并改善誤碼性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種車載通信網(wǎng)絡(luò)中的低復 雜度中繼選擇方法，該方法的復雜度低，并且能夠有效的改善誤碼性能。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明所述的車載通信網(wǎng)絡(luò)中的低復雜度中繼選擇方法包括如 下步驟：
[0009] 1)在車載通信網(wǎng)絡(luò)中，每次源節(jié)點到目的節(jié)點的信息傳輸由M個協(xié)作周期構(gòu)成， 將各協(xié)作周期分為中繼選擇階段及數(shù)據(jù)傳輸階段，并將所述數(shù)據(jù)傳輸階段分為傳輸間隙1 及傳輸間隙2 ;
[0010] 2)在中繼選擇階段中，源節(jié)點根據(jù)各條S - Rk鏈路的信道信息及對應中繼節(jié)點 Rk在前一協(xié)作周期內(nèi)的解碼情況選擇出當前協(xié)作周期的轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點及重傳中繼節(jié)點，其 中，1彡k彡N，中繼節(jié)點的數(shù)量為N ;
[0011] 3)在傳輸時隙1時，源節(jié)點將需要傳輸?shù)男畔l(fā)送至步驟2)選擇出來的轉(zhuǎn)發(fā)中 繼節(jié)點中，同時重傳中繼節(jié)點將上一個協(xié)作周期內(nèi)源節(jié)點需要傳送的信息轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點 中，目的節(jié)點合并前一個協(xié)作周期的轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的需要傳輸?shù)男畔⒁约爱斍皡f(xié)作周 期的重傳中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的需要傳輸?shù)男畔?，然后再對合并后的信息進行譯碼；
[0012] 在傳輸時隙2時，當前協(xié)作周期的轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點采用譯碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議將所述當前協(xié) 作周期內(nèi)需要傳輸?shù)男畔l(fā)送至目的節(jié)點，同時源節(jié)點將當前協(xié)作周期需要傳輸?shù)男畔⑥D(zhuǎn) 發(fā)至各中繼節(jié)點中。
[0013] 步驟2)中源節(jié)點根據(jù)各條S - Rk鏈路的信道信息和對應中繼節(jié)點Rk在前一協(xié)作 周期內(nèi)的解碼情況選擇出當前協(xié)作周期的轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點的具體操作為：
[0014] 源節(jié)點S向各中繼節(jié)點Rk廣播導頻序列，中繼節(jié)點Rk基于接收到的導頻序列估計 出鏈路S - Rk的信道增益，再將估計出的鏈路S - Rk的信道增益反饋給源節(jié)點S，源節(jié)點S 根據(jù)估計出的鏈路S - Rk的信道增益判斷各條S - R k鏈路的SNR，并選擇最大SNR對應的 中繼節(jié)點4乍為轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點。
[0015] 步驟2)中源節(jié)點根據(jù)各條S - Rk鏈路的信道信息和對應中繼節(jié)點Rk在前一協(xié)作 周期內(nèi)的解碼情況選擇出當前協(xié)作周期的重轉(zhuǎn)中繼節(jié)點的具體操作為：
[0016] 將在前一協(xié)作周期內(nèi)成功譯碼源節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的需要傳輸?shù)南⒌闹欣^節(jié)點組成譯 碼集，當前一協(xié)作周期內(nèi)的轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點屬于所述譯碼集，并且該前一協(xié)作周期的轉(zhuǎn)發(fā)中 繼節(jié)點不是當前協(xié)作周期的轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點時，則將該前一協(xié)作周期的轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點作為當 前協(xié)作周期的重傳中繼節(jié)點，否則，源節(jié)點從譯碼集中隨機選擇除當前協(xié)作周期的轉(zhuǎn)發(fā)中 繼節(jié)點之外的任意一個中繼節(jié)點作為重傳中繼節(jié)點。
[0017] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0018] 本發(fā)明所述的車載通信網(wǎng)絡(luò)中的低復雜度中繼選擇方法在操作過程中，源節(jié)點根 據(jù)各條S - Rk鏈路的信道信息及對應中繼節(jié)點Rk在前一協(xié)作周期內(nèi)的解碼情況選擇出當 前協(xié)作周期的轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點及重傳中繼節(jié)點，而非根據(jù)完整的信道信息，從而有效的降低 中繼節(jié)點選擇的復雜度，同時目的節(jié)點在進行譯碼時，先合并前一個協(xié)作周期的轉(zhuǎn)發(fā)中繼 節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的需要傳輸?shù)男畔⒁约爱斍皡f(xié)作周期的重轉(zhuǎn)中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的需要傳輸?shù)男畔?，?后根據(jù)合并后的結(jié)果進行譯碼，有效的改善誤碼性能，從而能夠為車載通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù) 傳輸提供可靠的QoS保障。經(jīng)檢測，傳統(tǒng)的PRS策略的分集階數(shù)僅為1，然而本發(fā)明能夠獲 得的分集階數(shù)為2,因此與傳統(tǒng)的PRS策略相比，本發(fā)明具有更為優(yōu)越的中斷性能及誤碼性 能。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)模型示意圖；
[0020] 圖2 (a)為本發(fā)明中傳輸時隙1的示意圖；
[0021] 圖2(b)為本發(fā)明中傳輸時隙2的示意圖；
[0022] 圖3為采用傳統(tǒng)策略和本發(fā)明的中斷概率隨平均信噪比變化的關(guān)系曲線；
[0023] 圖4為采用傳統(tǒng)策略和本發(fā)明中誤比特率隨平均信噪比變化的關(guān)系曲線；
[0024] 圖5為本發(fā)明在不同中繼節(jié)點數(shù)時系統(tǒng)的中斷概率曲線。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：
[0026] 參考圖1，本發(fā)明所述的車載通信網(wǎng)絡(luò)中的低復雜度中繼選擇方法包括如下步 驟：
[0027] 1)在車載通信網(wǎng)絡(luò)中，每次源節(jié)點到目的節(jié)點的信息傳輸由M個協(xié)作周期構(gòu)成， 將各協(xié)作周期分為中繼選擇階段及數(shù)據(jù)傳輸階段，并將所述數(shù)據(jù)傳輸階段分為傳輸間隙1 及傳輸間隙2 ;
[0028] 2)在中繼選擇階段中，源節(jié)點根據(jù)各條S - Rk鏈路的信道信息及對應中繼節(jié)點 Rk在前一協(xié)作周期內(nèi)的解碼情況選擇出當前協(xié)作周期的轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點及重傳中繼節(jié)點，其 中，1彡k彡N，中繼節(jié)點的數(shù)量為N ;
[0029] 3)在傳輸時隙1時，源節(jié)點將需要傳輸?shù)男畔l(fā)送至步驟2)選擇出來的轉(zhuǎn)發(fā)中 繼節(jié)點中，同時重傳中繼節(jié)點將上一個協(xié)作周期內(nèi)源節(jié)點需要傳送的信息轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點 中，目的節(jié)點合并前一個協(xié)作周期的轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的需要傳輸?shù)男畔⒁约爱斍皡f(xié)作周 期的重傳中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的需要傳輸?shù)男畔?，然后再對合并后的信息進行譯碼；
[0030] 在傳輸時隙2時，當前協(xié)作周期的轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點采用譯碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議將所述當前協(xié) 作周期內(nèi)需要傳輸?shù)男畔l(fā)送至目的節(jié)點，同時源節(jié)點將當前協(xié)作周期需要傳輸?shù)男畔⑥D(zhuǎn) 發(fā)至各中繼節(jié)點中。
[0031] 步驟2)中源節(jié)點根據(jù)各條S - Rk鏈路的信道信息和對應中繼節(jié)點Rk在前一協(xié)作 周期內(nèi)的解碼情況選擇出當前協(xié)作周期的轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點的具體操作為：
[0032] 源節(jié)點S向各中繼節(jié)點Rk廣播導頻序列，中繼節(jié)點Rk基于接收到的導頻序列估計 出鏈路S - Rk的信道增益，再將估計出的鏈路S - Rk的信道增益反饋給源節(jié)點S，源節(jié)點S 根據(jù)估計出的鏈路S - Rk的信道增益判斷各條S - R k鏈路的SNR，并選擇最大SNR對應的 中繼節(jié)點作為轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點。
[0033] 步驟2)中源節(jié)點根據(jù)各條S - Rk鏈路的信道信息和對應中繼節(jié)點Rk在前一協(xié)作 周期內(nèi)的解碼情況選擇出當前協(xié)作周期的重轉(zhuǎn)中繼節(jié)點的具體操作為：
[0034] 將在前一協(xié)作周期內(nèi)成功譯碼源節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的需要傳輸?shù)南⒌闹欣^節(jié)點組成譯 碼集，當前一協(xié)作周期內(nèi)的轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點屬于所述譯碼集，并且該前一