1.一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法,其特征在于,包括步骤:S1.源节点对需要传输的信息序列通过信道极化以及极化编码的方法执行,得到编码后的码字,通过调制方法执行编码后的码字,得到调制后的信息,并将得到的调制后的信息通过发射天线广播到所有中继节点和目的节点;
S2.将通过发射天线广播的调制后的信息作为输入参数,构建候选中继节点集,并通过构建候选中继节点集的方法计算协作中继的阈值,并将链路的瞬时信噪比与协作中继的阈值进行比较,得到正确译码的候选中继节点集合;
S3.将得到的正确译码的候选中继节点集合作为输入参数,构建最优中继节点集,并通过构建最优中继节点集的方法计算候选中继节点集合中各个中继节点的等效信道增益,得到中断概率最小的最优中继节点集;
S4.将得到的中断概率最小的最优中继节点集作为输入参数,判断中继节点是否参与协作传输,若是,则中断概率最小的最优中继节点集中的中继节点对接收信息通过极化码连续删除译码方法处理,并对处理后的信息通过信道极化编码方法转发至目的节点;
S5.将转发至目的节点的信息通过最大比合并方法合并所有接收到的信息,得到信息序列,并将信息序列依次执行解调、极化码译码方法,得到目的节点估计的信息序列。
2.根据权利要求1所述的一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法,其特征在于,所述步骤S2具体为:S21.源节点将信号广播给中继节点和目的节点,目的节点D和第i个中继节点Ri收到的信号分别为:
其中,S表示一个源节点;D表示一个目的节点;Ri表示多个中继节点,1≤i≤N,N表示所有中继节点数目;Ps为实数,表示源节点S的发射功率;hsd和 是零均值且方差分别是实数和 的相互独立的复高斯随机变量,分别表示S‑D和S‑Ri链路的信道系数;nsd和 是零均值且方差为实数 的相互独立的复高斯随机变量,分别表示S‑D和S‑Ri链路的加性高斯白噪声;
S22.第i个中继节点Ri能正确译码源节点信息,则需要满足以下关系式:其中, 为实数,表示链路S‑Ri的瞬时信噪比,V为实数,表示信息传输速率;
当中继节点能正确译码源节点信息时,需满足以下阈值关系:(N+1)V
γCorp,th=2 ‑1 (4)将能正确译码源节点信息的中继节点作为候选中继节点集合,表示为:其中,Ω表示正确译码的候选中继节点集合。
3.根据权利要求2所述的一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法,其特征在于,所述步骤S3中将得到的正确译码的候选中继节点集合作为输入参数之后还包括判断正确译码的候选中继节点集合是否为空,若是,则所有中继节点均不能正确译码源节点的信息,采用链路直接传输,表示为:其中, 表示采用链路直接传输情况下目的节点D接收到的信息;
链路直传的互信息,表示为
IDT=log2(1+γsd) (7)其中, 为实数,表示S‑D链路的瞬时信噪比。
4.根据权利要求3所述的一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法,其特征在于,所述判断正确译码的候选中继节点集合为非空时,则从正确译码的候选中继节点集合中选择中断概率最小的最优中继节点集,具体为:源节点和目的节点的互信息的计算表示为:其中, 为实数,表示链路S‑D的瞬时信噪比;
为实数,表示链路Ri‑D的瞬时信噪比; 为实数,表示中继节点Ri的发送功率; 是零均值且方差为实数 的相互独立的复高斯随机变量,表示Ri‑D链路的信道系数;i为自然数,范围为1~|Ω|,|Ω|为正确译码的候选中继节点集合Ω中的元素个数;
在等功率条件 中断概率Pr(ISDF<V|Ω)计算为:其中,Pr(t)为实数,表示括号中变量t的概率;
从正确译码的候选中继节点集合Ω中选择M个中继节点的中断概率,表示为:其中,Bopt为1×M维向量,表示最优中继节点集合;M为最优中继节点个数;
假设选择M个中继节点的中断概率最小,则可以得到:POUT(Bopt|Ω)M<POUT(Bopt|Ω)M‑1 (11)POUT(Bopt|Ω)M<POUT(Bopt|Ω)M+1 (12)由公式(11)、公式(12)和公式(10),可得:其中, 为当前信噪比。
5.根据权利要求4所述的一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法,其特征在于,所述在等功率条件,选择的中断概率最小的最优中继节点集具体为:计算正确译码的候选中继节点集合Ω中各中继节点的wi并增序排列为w1~wΩ′,且将各中继节点按wi的大小相应的增序排列为R1~RΩ′;
根据当前信噪比 和预先计算的 找出满足关系式SNReq,M′<SNR的最小的M′值作为Mopt,其中M′的范围为1~Ω′,表示增序排列的序号;Mopt服从下式:
从已经排列好的候选中继集中丢弃前Mopt‑1个中继节点,剩余节点作为最优中继,此时最优中继节点集合为:
当SNR大于SNReq,M′的最大值 时,Mopt为1,则候选中继集不需要丢弃节点,候选集Ω中的节点全部参与协作;当SNR过于小以至于小于SNReq,M′的最小值时,找不出符合情况的Mopt值,则选择候选集中wi最大的RΩ′作为中继节点。
6.根据权利要求5所述的一种基于信道统计特性的多中继选择极化译码转发方法,其特征在于,所述步骤S4具体为:S41.分别计算链路直传的互信息和中继集合Bopt中所有中继节点链路S‑Ri的互信息之和:
链路直传的互信息计算为:
IDT=log2(1+γsd) (15)其中, 为实数,表示S‑D链路的瞬时信噪比;
中继集合Bopt中所有中继节点链路S‑Ri的互信息之和计算为:S42.当链路直传比中继集合Bopt性能好时,满足:从而得出结论:
中继节点Ri能正确译码源节点信息,需要满足 故将γCorp,th代入(18),可得两者满足关系:
在链路直传性能优良的情况下优先直传的阈值为:V
γDT,th=M·2‑1 (20)当链路直传的瞬时信噪比γsd超过阈值γDT,th,且 时,,选择直传链路S‑D传输,中继集合Bopt不参与协作传输;
S43.如集合Bopt参与协作,则集合Bopt中的中继节点Ri对接收信号执行极化码连续删除译码方法处理,再次执行信道极化编码转发给目的节点D;
在Ri处,经译码转发的信号可表示为 则D接收的信号 可表示为:其中, 是零均值且方差为实数 的相互独立的复高斯随机变量,表示Ri‑D链路的加性高斯白噪声。