一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法

1.本发明涉及通信工程领域，尤其涉及面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法。


背景技术：

2.共生通信技术被认为是解决物联网所面临的频谱资源短缺、成本高和设备电池容量受限等问题的有效技术之一。在共生通信系统中，反向散射链路与蜂窝链路共享同一射频源、同一频谱和同一接收机。在蜂窝链路中，基站直接与目的节点通信。在反向散射链路中，无源反向散射设备通过改变其天线阻抗将自身信息调制到蜂窝信号上，再以反向散射的方式将调制信号发送至目的节点。
3.受蜂窝链路干扰和乘积信道衰落的影响，反向散射链路的通信质量难于保证。协作中继技术可提供空间分集，增加通信可靠性和系统覆盖。为提升反向散射链路的传输性能，协作中继技术被引入至共生通信系统中，获得业界的广泛关注。然而，当前研究仅限于单中继系统。实际网络中，往往有多个中继的存在。但是，如果所有中继都参与转发，其系统复杂度较高。采用最优中继进行转发，能在降低成本和系统复杂度的同时，获得与所有中继都参与转发相同的分集增益。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，在共生通信系统中，受蜂窝链路干扰和乘积信道衰落的影响，反向散射链路的通信质量难于保证。本发明针对现有研究的不足，提供一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法。本发明同时考虑两种链路，选出的中继，可在保证蜂窝信号传输质量的条件下，最大化反向散射链路传输速率，同时也可以分布式实现，中继选择时各中继仅需知道局部信道状态信息，极大地降低了系统开销、复杂度和成本。
5.为达到上述目的，本发明所提供的技术方案为：
6.提供一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法，其特征在于，通信系统由一个基站s、k个中继一个目的节点d和一个反向散射设备b所组成；所有节点配置单根天线，基站与目的节点间无直接链路；蜂窝链路采用译码转发和半双工方式进行信号传输，所有中继形成一个簇，具体包括以下步骤：
7.步骤s1：基站广播蜂窝信号至全体中继，能正确解码的中继归于集合中；
8.步骤s2：采用分布式方法从中选出最优中继，目的节点广播短导频信号至全体中继和反向散射设备，集合中可正确解码短导频信号的中继归于集合中，同时，各中继估计自身至反向散射设备的信道状态信息和瞬时信噪比γ
kb
；集合中各中继启动各自的定时器tk，且tk与γ
kb
成反比；定时器先归零者被选为最优中继，同时，最优中继发送标志信号给其它中继，申明自己已被选出；
9.步骤s3：最优中继发送解码后的蜂窝信号给目的节点，反向散射设备将自身信息调制到蜂窝信号上进行传输；
10.步骤s4：目的节点采用串行干扰抵消技术对收到的复合信号进行检测，分离出蜂窝信号和反射信号；
11.步骤s5：定义中断概率事件，导出中断概率理论表达式。
12.优选地，所述步骤s1中，用h
sk
、h
kb
、h
bd
和h
kd
分别表示s
→rk
链路、rk→
b链路、b
→
d链路和rk→
d链路的复信道系数，用d
sr
、d
rb
、d
bd
和d
rd
分别表示上述对应链路节点间间距；所有信道h
ij
服从均值为0，方差为的复高斯随机变量；其中，d
ij
为对应链路距离和β为路径损耗因子；对应信道增益g
ij
＝|h
ij
|2服从指数分布；所有信道满足对称性，h
ij
＝h
ji
；整个信号传输过程分为两跳。
13.优选地，所述第一跳，基站广播能量归一化蜂窝信号xs至全体中继，第k个中继瞬时信噪比表达式为：
[0014][0015]
其中，是第一跳平均信噪比，ps是基站发射功率，是中继的接收噪声功率，g
sk
是s
→rk
链路的信道增益；蜂窝链路的中断概率门限值为γ
th1
，得到如下表达式
[0016][0017]
γ
sk
是是第k个中继接收端瞬时信噪比。
[0018]
优选地，所述步骤s2中，目的节点广播能量归一化短导频信号x
p
至全体中继和反向散射设备，各中继采用串行干扰抵消技术对收到的复合信号进行检测，第k个中继瞬时信噪比表达式为：
[0019][0020]
其中g
kd
是rk→
d链路的信道增益，g
kb
是rk→
b链路的信道增益，g
bd
是b
→
d链路的信道增益，是第二跳平均信噪比，pd是目的节点发射功率，α∈[0,1]是反向散射设备的反射因子，表达为：
[0021][0021]
基数为l。
[0022]
优选地，所述步骤s2中，集合中各中继启动各自的定时器tk与γ
kb
成反比，γ
kb
的表达式为
[0023][0024]
优选地，所述步骤s2中，定时器先归零者被选为最优中继，在中具有最大γ
kb
的中继被选出，其数学表达式为：
[0025][0026]
优选地，所述步骤s3中，在第二跳，最优中继r
k*
以功率pd发送解码后的蜂窝信号xs给目的节点，目的节点接收信号为：
[0027]
[0028]
其中，xb为能量归一化反射信号，nd为均值为0，噪声功率的目的节点处噪声，h
k*d
表示r
k*
→
d链路信道系数，h
k*b
表示r
k*
→
b链路信道系数。
[0029]
优选地，所述步骤s4中，目的节点采用串行干扰抵消技术对收到的复合信号yd进行检测；先把反射信号当成噪声，检测出蜂窝信号xs，其对应信噪比为：
[0030][0031]
再把蜂窝信号减掉，检测出反射信号xb，其对应信噪比为：
[0032]
γ
k*b
＝α2γ2g
k*bgbd
，
[0033]
其中g
k*d
是表示r
k*
→
d链路的信道增益，g
bd
是表示b
→
d链路的信道增益。
[0034]
优选地，，所述步骤s5中，反向散射设备中断概率定义为瞬时传输速率低于预定速率r2的概率，由全概率公式，反向散射设备中断概率表达式为：
[0035][0036]
其中，反向散射链路的中断概率门限值pr[
·
]表示概率运算符。
[0037]
优选地，所述的概率表示为：
[0038][0039]
与现有技术相比，本发明的优点在于以下几点：
[0040]
(1)本发明提供了一种面向共生通信系统的最优中继选择方法，与传统方法仅考虑蜂窝链路或反向散射链路不同，本方法同时考虑两种链路。选出的中继，可在保证蜂窝信号传输质量的条件下，最大化反向散射链路传输速率。因此，本中继选择方法是一种同时保证蜂窝和反向散射链路达到中断概率最小的最优中继选择算法。
[0041]
(2)本发明提供的最优中继选择方法可以分布式实现，中继选择时各中继仅需知道局部信道状态信息，无需知道全局信息，也无需中心控制器，极大地降低了系统开销、复杂度和成本，适合于多中继共生通信系统的工程实现。
[0042]
(3)本发明导出的中断概率封闭表达式简单、有效、可精确预测实际系统性能，能为实际网络布置与优化提供了理论指导。
附图说明
[0043]
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0044]
图1为本发明系统模型图。
[0045]
图2为本发明实现流程图。
[0046]
图3为本发明中继选择方法与传统中继选择方法反向散射链路中断概率对比图。
[0047]
图4为本发明中继选择方法与传统中继选择方法蜂窝链路中断概率对比图。
[0048]
图5为本发明中继选择方法在不同中继数目下的中断概率。
具体实施方式
[0049]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0050]
本发明提供了一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法，通信系统由一个基站(s)、k个中继一个目的节点(d)和一个反向散射设备(b)所组成；所有节点配置单根天线，基站与目的节点间无直接链路。蜂窝链路采用译码转发和半双工方式进行信号传输；所有中继形成一个簇，亦即中继间的距离相对于中继至基站、目的节点和反向散射设备的距离忽略不计；
[0051]
具体包括以下步骤：
[0052]
步骤s1：基站广播蜂窝信号至全体中继，能正确解码的中继归于集合中；
[0053]
步骤s2：采用分布式方法从中选出最优中继，目的节点广播短导频信号至全体中继和反向散射设备，集合中可正确解码短导频信号的中继归于集合中，同时，各中继估计自身至反向散射设备的信道状态信息和瞬时信噪比γ
kb
；集合中各中继启动各自的定时器tk，且tk与γ
kb
成反比；定时器先归零者被选为最优中继，同时，最优中继发送标志信号给其它中继，申明自己已被选出；
[0054]
步骤s3：最优中继发送解码后的蜂窝信号给目的节点，反向散射设备将自身信息调制到蜂窝信号上进行传输；
[0055]
步骤s4：目的节点采用串行干扰抵消技术对收到的复合信号进行检测，分离出蜂窝信号和反射信号；
[0056]
步骤s5：定义中断概率事件，导出中断概率理论表达式。
[0057]
在一个实施例中，所述步骤s1中，用h
sk
、h
kb
、h
bd
和h
kd
分别表示s
→rk
链路、rk→
b链路、b
→
d链路和rk→
d链路的复信道系数，用d
sr
、d
rb
、d
bd
和d
rd
分别表示上述对应链路节点间间距；所有信道h
ij
服从均值为0，方差为的复高斯随机变量；其中，d
ij
为对应链路距离和β为路径损耗因子；对应信道增益g
ij
＝|h
ij
|2服从指数分布；所有信道满足对称性，h
ij
＝h
ji
；整个信号传输过程分为两跳。
[0058]
优选地，所述第一跳，基站广播能量归一化蜂窝信号xs至全体中继，第k个中继瞬时信噪比表达式为：
[0059][0060]
其中，是第一跳平均信噪比，ps是基站发射功率，是中继的接收噪声功率，g
sk
是s
→rk
链路的信道增益；蜂窝链路的中断概率门限值为γ
th1
，得到如下表达式
[0061][0062]
γ
sk
是是第k个中继接收端瞬时信噪比。
[0063]
在一个实施例中，所述步骤s2中，目的节点广播能量归一化短导频信号x
p
至全体中继和反向散射设备，各中继采用串行干扰抵消技术对收到的复合信号进行检测，第k个中继瞬时信噪比表达式为：
[0064][0065]
其中g
kd
是rk→
d链路的信道增益，g
kb
是rk→
b链路的信道增益，g
bd
是b
→
d链路的信道增益，是第二跳平均信噪比，pd是目的节点发射功率，α∈[0,1]是反向散射设备的反射因子，表达为：
[0066][0066]
基数为l。
[0067]
在一个实施例中，所述步骤s2中，集合中各中继启动各自的定时器tk与γ
kb
成反比，γ
kb
的表达式为
[0068][0069]
在一个实施例中，所述步骤s2中，定时器先归零者被选为最优中继，在中具有最大γ
kb
的中继被选出，其数学表达式为：
[0070][0071]
在一个实施例中，所述步骤s3中，在第二跳，最优中继r
k*
以功率pd发送解码后的蜂窝信号xs给目的节点，目的节点接收信号为：
[0072][0073]
其中，xb为能量归一化反射信号，nd为均值为0，噪声功率的目的节点处噪声，h
k*d
表示r
k*
→
d链路信道系数，h
k*b
表示r
k*
→
b链路信道系数。
[0074]
优选地，所述步骤s4中，目的节点采用串行干扰抵消技术对收到的复合信号yd进行检测；先把反射信号当成噪声，检测出蜂窝信号xs，其对应信噪比为：
[0075][0076]
再把蜂窝信号减掉，检测出反射信号xb，其对应信噪比为：
[0077]
γ
k*b
＝α2γ2g
k*bgbd
，
[0078]
其中g
k*d
是表示r
k*
→
d链路的信道增益，g
bd
是表示b
→
d链路的信道增益。
[0079]
在一个实施例中，所述步骤s5中，反向散射设备中断概率定义为瞬时传输速率低于预定速率r2的概率，由全概率公式，反向散射设备中断概率表达式为：
[0080][0081]
其中，反向散射链路的中断概率门限值pr[
·
]表示概率运算符。
[0082]
在一个实施例中，所述的概率表示为：
[0083][0084]
本发明上述实施例，同时考虑两种链路。选出的中继，可在保证蜂窝信号传输质量的条件下，最大化反向散射链路传输速率。提供的最优中继选择方法可以分布式实现，中继选择时各中继仅需知道局部信道状态信息，无需知道全局信息，也无需中心控制器，极大地降低了系统开销、复杂度和成本，适合于多中继共生通信系统的工程实现。导出的中断概率
封闭表达式简单、有效、可精确预测实际系统性能，能为实际网络布置与优化提供了理论指导。
[0085]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图说明及具体实施例对本发明进一步说明，显然，所述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而非全部实施例。
[0086]
如图1所示，所述通信系统由一个基站(s)、k个中继一个目的节点(d)和一个反向散射设备(b)所组成。所有节点配置单根天线，基站与目的节点间无直接链路。蜂窝链路采用译码转发和半双工方式进行信号传输。所有中继形成一个簇，亦即中继间的距离相对于中继至基站、目的节点和反向散射设备的距离忽略不计。
[0087]
如图2所示，一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法，具体包括以下步骤：
[0088]
步骤s1：基站广播蜂窝信号至全体中继，能正确解码的中继归于集合中；
[0089]
步骤s2：采用分布式方法从中选出最优中继，目的节点广播短导频信号至全体中继和反向散射设备，集合中可正确解码短导频信号的中继归于集合中，同时，各中继估计自身至反向散射设备的信道状态信息和瞬时信噪比γ
kb
；集合中各中继启动各自的定时器tk，且tk与γ
kb
成反比；定时器先归零者被选为最优中继，同时，最优中继发送标志信号给其它中继，申明自己已被选出；
[0090]
步骤s3：最优中继发送解码后的蜂窝信号给目的节点，反向散射设备将自身信息调制到蜂窝信号上进行传输；
[0091]
步骤s4：目的节点采用串行干扰抵消技术对收到的复合信号进行检测，分离出蜂窝信号和反射信号；
[0092]
步骤s5：定义中断概率事件，导出中断概率理论表达式。
[0093]
在一个实施例中，所述步骤s1中，用h
sk
、h
kb
、h
bd
和h
kd
分别表示s
→rk
链路、rk→
b链路、b
→
d链路和rk→
d链路的复信道系数，用d
sr
、d
rb
、d
bd
和d
rd
分别表示上述对应链路节点间间距；所有信道h
ij
服从均值为0，方差为的复高斯随机变量；其中，d
ij
为对应链路距离和β为路径损耗因子；对应信道增益g
ij
＝|h
ij
|2服从指数分布；所有信道满足对称性，h
ij
＝h
ji
；整个信号传输过程分为两跳。
[0094]
优选地，所述第一跳，基站广播能量归一化蜂窝信号xs至全体中继，第k个中继瞬时信噪比表达式为：
[0095][0096]
其中，是第一跳平均信噪比，ps是基站发射功率，是中继的接收噪声功率，g
sk
是s
→rk
链路的信道增益；蜂窝链路的中断概率门限值为γ
th1
，得到如下表达式
[0097][0098]
γ
sk
是是第k个中继接收端瞬时信噪比。
[0099]
在一个实施例中，所述步骤s2中，目的节点广播能量归一化短导频信号x
p
至全体中继和反向散射设备，各中继采用串行干扰抵消技术对收到的复合信号进行检测，第k个中
继瞬时信噪比表达式为：
[0100][0101]
其中g
kd
是rk→
d链路的信道增益，g
kb
是rk→
b链路的信道增益，g
bd
是b
→
d链路的信道增益，是第二跳平均信噪比，pd是目的节点发射功率，α∈[0,1]是反向散射设备的反射因子，表达为：
[0102][0102]
基数为l。
[0103]
在一个实施例中，所述步骤s2中，集合中各中继启动各自的定时器tk与γ
kb
成反比，γ
kb
的表达式为
[0104][0105]
在一个实施例中，所述步骤s2中，定时器先归零者被选为最优中继，在中具有最大γ
kb
的中继被选出，其数学表达式为：
[0106][0107]
在一个实施例中，所述步骤s3中，在第二跳，最优中继r
k*
以功率pd发送解码后的蜂窝信号xs给目的节点，目的节点接收信号为：
[0108][0109]
其中，xb为能量归一化反射信号，nd为均值为0，噪声功率的目的节点处噪声，h
k*d
表示r
k*
→
d链路信道系数，h
k*b
表示r
k*
→
b链路信道系数。
[0110]
优选地，所述步骤s4中，目的节点采用串行干扰抵消技术对收到的复合信号yd进行检测；先把反射信号当成噪声，检测出蜂窝信号xs，其对应信噪比为：
[0111][0112]
再把蜂窝信号减掉，检测出反射信号xb，其对应信噪比为：
[0113]
γ
k*b
＝α2γ2g
k*bgbd
，
[0114]
其中g
k*d
是表示r
k*
→
d链路的信道增益，g
bd
是表示b
→
d链路的信道增益。
[0115]
在一个实施例中，所述步骤s5中，反向散射设备中断概率定义为瞬时传输速率低于预定速率r2的概率，由全概率公式，反向散射设备中断概率表达式为：
[0116][0117]
其中，反向散射链路的中断概率门限值pr[
·
]表示概率运算符。
[0118]
在一个实施例中，所述的概率表示为：
[0119][0120]
为描述的方便，记x＝g
bd
,y＝g
kb
,,那么，可以得到如
下表达式
[0121][0122][0123][0124]
采用高斯-切比雪夫积分公式，反向散射设备中断概率可最终表示为
[0125][0126]
其中，ξn＝(ψn 1)ω/2,n是一个高斯-切比雪夫积分计算复杂度与精度均衡参数，ω是一个较大的常数，是二项式系数
[0127]
对于蜂窝链路，当时，发生传输中断，其中断概率表达式为
[0128][0129]
其中，γ(
·
,
·
)是上不完全伽马函数。
[0130]
共生通信技术被认为是解决物联网所面临的频谱资源短缺、成本高和设备电池容量受限等问题的有效技术之一。在共生通信系统中，反向散射链路与蜂窝链路共享同一射频源、同一频谱和同一接收机。在蜂窝链路中，基站直接与目的节点通信。在反向散射链路中，无源反向散射设备通过改变其天线阻抗将自身信息调制到蜂窝信号上，再以反向散射的方式将调制信号发送至目的节点。受蜂窝链路干扰和乘积信道衰落的影响，反向散射链路的通信质量难于保证。协作中继技术可提供空间分集，增加通信可靠性和系统覆盖。为提
升反向散射链路的传输性能，协作中继技术被引入至共生通信系统中，获得业界的广泛关注。然而，当前研究仅限于单中继系统。实际网络中，往往有多个中继的存在。本发明的目的在于针对现有研究的不足，提供一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法，在保证蜂窝信号传输质量的条件下，最大化反向散射链路传输速率。
[0131]
采用以下实施例验证上述实施方式的有益效果：
[0132]
仿真条件：考虑一个二维平面网络拓扑，基站、中继、反向散射设备和目的节点归一化坐标分别为(
–
1,0)、(0,0)、(0.5,0.6)和(1,0)，反射因子α＝0.3，路径损耗因子β＝2，r1＝1bps/hz，r2＝0.3bps/hz，n＝40，ω＝500。采用matlab软件进行仿真，蒙特卡洛仿真次数为106次。
[0133]
仿真和内容结果分析：图3为本发明中继选择方法与传统中继选择方法反向散射链路中断概率对比图，图4为本发明中继选择方法与传统中继选择方法蜂窝链路中断概率对比图。
[0134]
从图3和图4可以看出，相比于随机中继选择，传统主动式与被动式中继选择方法，本发明所提出的中继选择方法能够同时在反向散射链路和蜂窝链路上获得最小中断概率，这说明本发明选出中继中断性能的最优。此外，从图中还可发现，本发明所导出的理论值与仿真值完美匹配，这证明了本发明理论推导的正确性。
[0135]
图5为本发明中继选择方法在不同中继数目下的中断概率。
[0136]
从图5可以发现，不管是反向散射链路还是蜂窝链路，其中断概率皆随着中继数目的增加而降低。这说明在实际网络中，通过采用本发明所提出的中继选择方法，在维持系统成本和复杂度与单中继系统相当的情况下，可获得更高的系统中断性能，保障通信传输的可靠性。这是因为，更多的中继可带来更高的分集阶数。
[0137]
综上所述，本发明提供了一种面向共生通信系统的最优中继选择方法，与传统方法仅考虑蜂窝链路或反向散射链路不同，本方法同时考虑两种链路。选出的中继，可在保证蜂窝信号传输质量的条件下，最大化反向散射链路传输速率。因此，本中继选择方法是一种同时保证蜂窝和反向散射链路达到中断概率最小的最优中继选择算法。
[0138]
本发明提供的最优中继选择方法可以分布式实现，中继选择时各中继仅需知道局部信道状态信息，无需知道全局信息，也无需中心控制器，极大地降低了系统开销、复杂度和成本，适合于多中继共生通信系统的工程实现。
[0139]
本发明导出的中断概率封闭表达式简单、有效、可精确预测实际系统性能，能为实际网络布置与优化提供了理论指导。
[0140]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法，其特征在于，通信系统由一个基站s、k个中继一个目的节点d和一个反向散射设备b所组成；所有节点配置单根天线，基站与目的节点间无直接链路；蜂窝链路采用译码转发和半双工方式进行信号传输，所有中继形成一个簇，具体包括以下步骤：步骤s1：基站广播蜂窝信号至全体中继，能正确解码的中继归于集合中；步骤s2：采用分布式方法从中选出最优中继，目的节点广播短导频信号至全体中继和反向散射设备，集合中可正确解码短导频信号的中继归于集合中，同时，各中继估计自身至反向散射设备的信道状态信息和瞬时信噪比γ
kb
；集合中各中继启动各自的定时器t
k
，且t
k
与γ
kb
成反比；定时器先归零者被选为最优中继，同时，最优中继发送标志信号给其它中继，申明自己已被选出；步骤s3：最优中继发送解码后的蜂窝信号给目的节点，反向散射设备将自身信息调制到蜂窝信号上进行传输；步骤s4：目的节点采用串行干扰抵消技术对收到的复合信号进行检测，分离出蜂窝信号和反射信号；步骤s5：定义中断概率事件，导出中断概率理论表达式。2.根据权利要求1所述的一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法，其特征在于，所述步骤s1中，用h
sk
、h
kb
、h
bd
和h
kd
分别表示s
→
r
k
链路、r
k
→
b链路、b
→
d链路和r
k
→
d链路的复信道系数，用d
sr
、d
rb
、d
bd
和d
rd
分别表示上述对应链路节点间间距；所有信道h
ij
服从均值为0，方差为的复高斯随机变量；其中，d
ij
为对应链路距离和β为路径损耗因子；对应信道增益g
ij
＝|h
ij
|2服从指数分布；所有信道满足对称性，h
ij
＝h
ji
；整个信号传输过程分为两跳。3.根据权利要求2所述的一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法，其特征在于，所述第一跳，基站广播能量归一化蜂窝信号x
s
至全体中继，第k个中继瞬时信噪比表达式为：其中，是第一跳平均信噪比，p
s
是基站发射功率，是中继的接收噪声功率，g
sk
是s
→
r
k
链路的信道增益；蜂窝链路的中断概率门限值为γ
th1
，得到如下表达式γ
sk
是是第k个中继接收端瞬时信噪比。4.根据权利要求1所述的一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法，其特征在于，所述步骤s2中，目的节点广播能量归一化短导频信号x
p
至全体中继和反向散射设备，各中继采用串行干扰抵消技术对收到的复合信号进行检测，第k个中继瞬时信噪比表达式为：其中g
kd
是r
k
→
d链路的信道增益，g
kb
是r
k
→
b链路的信道增益，g
bd
是b
→
d链路的信道增
益，是第二跳平均信噪比，p
d
是目的节点发射功率，α∈[0,1]是反向散射设备的反射因子，表达为：表达为：基数为l。5.根据权利要求4所述的一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法，其特征在于，所述步骤s2中，集合中各中继启动各自的定时器t
k
与γ
kb
成反比，γ
kb
的表达式为6.根据权利要求5所述的一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法，其特征在于，所述步骤s2中，定时器先归零者被选为最优中继，在中具有最大γ
kb
的中继被选出，其数学表达式为：7.根据权利要求6所述的一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法，其特征在于，所述步骤s3中，在第二跳，最优中继以功率p
d
发送解码后的蜂窝信号x
s
给目的节点，目的节点接收信号为：其中，x
b
为能量归一化反射信号，n
d
为均值为0，噪声功率的目的节点处噪声，h
k*d
表示链路信道系数，h
k*b
表示链路信道系数。8.根据权利要求7所述的一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法，其特征在于，所述步骤s4中，目的节点采用串行干扰抵消技术对收到的复合信号y
d
进行检测；先把反射信号当成噪声，检测出蜂窝信号x
s
，其对应信噪比为：再把蜂窝信号减掉，检测出反射信号x
b
，其对应信噪比为：γ
k*b
＝α2γ2g
k*b
g
bd
，其中g
k*d
是表示链路的信道增益，g
bd
是表示b
→
d链路的信道增益。9.根据权利要求1所述的一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法，其特征在于，所述步骤s5中，反向散射设备中断概率定义为瞬时传输速率低于预定速率r2的概率，由全概率公式，反向散射设备中断概率表达式为：其中，反向散射链路的中断概率门限值pr[
·
]表示概率运算符。10.根据权利要求2或3所述的一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法，所述的概率表示为：

技术总结
本发明提供了一种面向共生通信系统的最优中继选择与性能预测方法，由一个基站(s)、K个中继一个目的节点(d)和一个反向散射设备(b)所组成。所有节点配置单根天线，基站与目的节点间无直接链路。蜂窝链路采用译码转发和半双工方式进行信号传输，所有中继形成一个簇，亦即中继间的距离相对于中继至基站、目的节点和反向散射设备的距离忽略不计。本发明实现了在保证蜂窝信号传输质量的条件下，最大化反向散射链路传输速率，极大地降低了系统开销、复杂度和成本，适合于多中继共生通信系统的工程实现。于多中继共生通信系统的工程实现。于多中继共生通信系统的工程实现。


技术研发人员：杨平 邝伟潮 王善进
受保护的技术使用者：东莞理工学院
技术研发日：2022.03.28
技术公布日：2022/5/25