基于固定步长的移动中继最佳中继位置搜寻方法及系统的制作方法
基于固定步长的移动中继最佳中继位置搜寻方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线通信技术领域，尤其设及一种基于固定步长的移动中继最佳中继 位置捜寻方法及系统。
【背景技术】
[0002] 通信中继可W用来转发不同的节点之间发出的信息，扩大了通信范围，提高了通 信系统的性能。陆地无线电通信容易被障碍物遮挡和屏蔽，飞机、卫星及无人机化VAs)可W 充当通信中继，因为机载中继可W在崎帳的山区或者市区有效地为需要互相通信的双方建 立起连接。
[0003] 现有技术中，应用于无人机确定中继位置的方式主要有:利用全球定位系统(GPS， Global化sinioning Sysnem)测量地面通信单元的位置信息，无人机利用GPS捜寻最佳中 继位置，W及基于扰动的极值捜索控制算法、基于多载天线的算法等等。
[0004] 但在W上现有技术中，存在一定的不足和缺陷，主要体现在：
[0005] 1、地面通信单元需要利用自身的GI^功能测量自己的位置信息并把该信息发送给 无人机，依赖GPS功能容易受到攻击和干扰而导致位置捜寻失败；
[0006] 2、对于没有GI^功能或者GI^设备已损坏的地面通信单元，现有的一些技术无法使 用，即现有的确定中继位置的技术使用受限；
[0007] 3、使用机载多天线信号到达角(D0A，Direcnion of Arrival)进行估计来确定最 佳中继位置，相对于单天线容易出现估计误差，同时也增加了无人机通信设备的复杂度和 算法复杂度。
【发明内容】
[000引本发明实施例提供了一种基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻方法及系 统，通过对比在不同位置的通信性能来确定移动中继的最佳中继位置，W提高确定移动中 继最佳中继位置的效率和准确率，W及增加适用范围。
[0009] 本发明实施例公开的一种基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻方法包括：
[0010] 步骤A，移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自源端发送的测试信号，并放 大转发至目的端；
[0011] 步骤B，所述目的端接收所述移动中继发来的信号并计算本次通信性能，所述通信 性能包括信噪比、误码率，并根据计算结果与已保存的最佳已知中继位置的通信性能进行 比较，并生成一比特信息反馈至所述移动中继，所述一比特信息表示当前通信性能与已保 存的最佳已知中继位置的通信性能的比较结果，所述最佳已知中继位置为已测试的通信性 能最好的位置；
[0012] 步骤C，所述移动中继记录当前位置信息并根据所述一比特信息及预置的固定步 长移动到下一个中继位置，并返回步骤A，直至最终确定最佳中继位置，所述最佳中继位置 为:在预设的捜寻时长内通信性能最好的位置，或者，所述移动中继移动完整个所述固定轨 道时通信性能最好的位置，或者，所述通信性能满足系统设定要求的位置。
[0013] 本发明实施例公开的一种基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻系统包括：
[0014] 移动中继、源端和目的端；
[0015] 其中，所述移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自所述源端发送的测试信 号，并放大转发至所述目的端；
[0016] 所述目的端接收所述移动中继发来的信号并计算本次通信性能，所述通信性能包 括信噪比、误码率，并根据计算结果与已保存的最佳已知中继位置的通信性能进行比较，并 生成一比特信息反馈至所述移动中继，所述一比特信息表示当前通信性能与已保存的最佳 已知中继位置的通信性能的比较结果，所述最佳已知中继位置为已测试的通信性能最好的 位置；
[0017] 所述移动中继记录当前位置信息并根据所述一比特信息及预置的固定步长移动 到下一个中继位置，并返回执行步骤移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自所述源 端发送的测试信号，并放大转发至所述目的端，直至最终确定最佳中继位置，所述最佳中继 位置为:在预设的捜寻时长内通信性能最好的位置，或者，所述移动中继移动完整个所述固 定轨道时通信性能最好的位置，或者，所述通信性能满足系统设定要求的位置。
[0018] 从W上技术方案可W看出，本发明实施例具有W下优点：通过利用固定的扰动步 长及通信性能强度来捜寻移动中继的最佳中继位置，可提高中继通信的性能，而不需要依 赖源端和目的端的位置信息，无需多天线，且只需目的端反馈一比特信息给移动中继控制 其捜寻最佳中继位置，应用范围更广，适用性更强且受限小，提高确定最佳中继位置的效率 和准确性。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明第一实施例中的基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻方法的 流程示意图；
[0020] 图2为本发明实施例中移动中继中继通信模型示意图；
[0021] 图3a、3b为本发明实施例中移动中继基于信噪比捜寻最佳中继位置的仿真图；
[0022] 图4a、4b为本发明实施例中移动中继基于误码率捜寻最佳中继位置的仿真图；
[0023] 图5为本发明第二实施例中的基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻系统结 构示意图。
【具体实施方式】
[0024] 本发明实施例提供了一种基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻方法及系 统，配置单天线的移动中继根据通信性能强度及固定步长捜寻最佳中继位置点，从而提高 中继通信的性能，且无需获得地面的位置信息，依然可在预定轨迹范围内确定最佳中继位 置点，扩大了适用范围。
[0025] 本发明实施例适用于固定的中继运动轨道，应用场景可W是临时通信系统的搭 建、灾害现场的通信连接等场景。
[0026] 请参阅图1，本发明第一实施例提供的基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜 寻方法，包括W下步骤：
[0027] 步骤A、移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自源端发送的测试信号，并放 大转发至目的端。
[0028] 该测试信号是用于测试通信性能的信号，它可W帮助移动中继捜寻到最佳中继位 置，可W在该测试信号中携带用来测试通信性能的数据，且在移动中继捜寻到最佳中继位 置之前，源端发送的都是测试信号，只有在移动中继找到最佳中继位置之后，源端才将发送 真正有用的数据。
[0029] 在第η时隙，源端发送测试信号给移动中继，移动中继在固定轨道的任意位置上接 收源端发送的测试信号，并将该测试信号放大W及转发给目的端，使得该目的端将该测试 信号的通信性能强度与保存的最佳已知位置的通信性能强度进行对比。
[0030] 步骤Β、该目的端接收该移动中继发来的信号并计算本次通信性能，该通信性能包 括信噪比、误码率，并根据计算结果与已保存的最佳已知中继位置的通信性能进行比较，生 成一比特信息反馈至该移动中继，该一比特信息表示当前通信性能与已保存的最佳已知中 继位置的通信性能的比较结果。
[0031] 该最佳已知中继位置为已测试的通信性能最好的位置。
[0032] 在进行最佳中继位置捜寻前，移动中继先要初始化其位置信息，并接收来自源端 发射的测试信号并放大转发至目的端，该目的端将计算该次通信性能，并将的计算结果保 存为自己的初始记录。每个时隙，该源端都会发送测试信号给该移动中继，该移动中继将该 测试信号放大后发送给该目的端，该目的端接收该移动中继发来的信号并计算该次通信性 能，该通 信性能包括信噪比（SNR，Si即al Noise Ratio)、误码率（SER，Symbol Error Rate)，其中信噪比越大，则表示通信性能越强，而误码率越小，表示通信性能越强，该信号 为该测试信号放大后得到的。
[0033] 在第η时隙之前的所有测试信号中通信性能强度最大的位置即为该最佳已知位 置，该最佳已知位置的信息保存在该目的端中，也保存在该移动中继中。
[0034] 该目的端根据该信号计算出本次和移动中继的通信性能后，根据计算结果与已保 存的最佳已知中继位置的通信性能进行比较，即，比较出本次与该移动中继所在当前位置 的通信性能与保存的最佳已知位置的通信性能的大小，W此判断移动中继在当前位置的通 信性能是否较之上次所在位置有了提升。目的端根据当前通信性能与已保存的最佳已知中 继位置的通信性能的比较结果，更新内存中的最佳已知接收信号通信性能。
[0035] 进一步地，根据比较结果生成一比特信息，将该一比特信息反馈至该移动中继，该 一比特信息表示当前通信性能与已保存的最佳已知中继位置的通信性能的比较结果，即该 一比特信息中包含该目的端接收信号性能是否提高的信息。例如，可W预先设置比特信息1 表示当前通信性能比最佳已知位置的通信性能有提高，比特信息0表示信号的当前通信性 能比最佳已知位置的通信性能有下降。在实际应用中，还可W通过其他的形式设置比较结 果，此处不作限定。
[0036] 具体地，该一比特信息可W是该目的端接收到的该测试信号的信噪比与该目的端 上已保存的最佳已知位置的信噪比的对比结果，该最佳已知位置为在第η时隙之前已计算 得到的所有测试信号的最大信噪比对应的位置。该一比特信息也可W是为该目的端接收到 的该测试信号的误码率与该目的端上已保存的最佳已知位置的误码率的对比结果，该最佳 已知位置为在第η时隙之前已计算得到的所有测试信号的最小误码率对应的位置。
[0037] 其中，该源端和该目的端可W是各种类型的无线通信收发设备，如:手机、基站等。 该移动中继使用机载单天线。
[0038] 为了便于理解，简单介绍下移动中继中继通信的场景，请参阅图2,图2为本发明 实施例中移动中继中继通信模型示意图。
[0039] 移动中继分别与源端、目的端通过无线网络连接。移动中继在柱坐标系上为点Ri， Ri在X0Y平面上的投影为点Ri'，源端在柱坐标系的xoy平面上为点S，目的端在柱坐标系的 X0Y平面上为点D。
[0040] 具体地，柱坐标系的原点0的坐标变量是(0，0，Z)，源端S的坐标变量是(xs，ys，zs)， 目的端D的坐标变量是(xd，yd，zd)，移动中继Ri的Ξ个坐标变量是0-,θ,ζ)，其中r为移动中 继在X0Y平面上的运动半径，Θ为从正Z轴来看自X轴按逆时针方向转到ORi '所转过的角，Z为 移动中继的高度。W上柱坐标系的原点、r、z均是预先设定的，从而也就确定了移动中继的 运动轨迹，即移动中继在图2中高度为Z半径为r的圆周上移动。移动中继在第η时隙的坐标 为 R(r，θ(n)，z)，在第n+l时隙的坐标为R(r，θ(n+l)，z)。
[0041] 柱坐标系0-,θ,ζ)与空间直角坐标系(x，y，z)的转换关系如下：
[0042]
[0043] 进一步地，在第η时隙，移动中继与源端S之间的通信距离（即直线距离)山、与目的 端D之间的通信距离cb分别为：
[0044]
[0045] 下面W通信性能为信噪比时为例，描述移动中继、源端和目的端的通信过程W及 信噪比，请仍参见图2:
[0046] 第一跳通信:源端到移动中继；
[0047] 源端发送给移动中继的信号：
[0050] 其中，X表示源端发射的测试信号Js表示源端的发射功率，Ls,r表示源端到移动中 继的自由空间路径损耗，m表示第一跳通信的加性高斯白噪声。E表示求数学期望，No读示 加性高斯白噪声m的功率。
[0051] 第一跳通信的自由空间路径损耗：
[0化2] (3)
[0053] 其中，λ表示源端发射测试信号的波长，di表示源端与移动中继之间的距离。
[0054] 信号在传输过程中有衰落，还会受到噪声的干扰，移动中继转发的信息中会包括 经过了自由路径衰落的测试信号和高斯白噪声。
[0055] 第二跳通信:移动中继到目的端；
[0056] 移动中继发送给目的端的信号：
[0057]
( 4 )
[005引 ε[|π2|2]=Ν〇2 (5)
[0059] 其中，X表示测试信号Js表示源端的发射功率，Ls,r表示源端到移动中继的自由路 径损耗，Lr,d表示源端到移动中继的自由路径损耗，G表示移动中继给接收到的测试信号的 增益，即中继增益，η康示第二跳通信的加性高斯白噪声。E表示求数学期望，No康示加性高 斯白噪声Π 2的功率。
[0060] 第二跳信道的自由空间路径损耗：
[0061] (6)
[0062] 其中，λ表示移动中继发射的经过放大的测试信号的波长，cb表示目的端与移动 中继之间的距离。
[0063] 移动中继给接收到的测试信号的增益为：
[0064]
( ?)
[0065] 由公式(4)得源端发送的该测试信号在目的端接收后的信噪比SNR为：
[0069] 公式(7)、（8)、（9)中的参数含义参见前述的描述，此处不再寶述。
[0070] 步骤C、该移动中继记录当前位置信息，并根据该一比特信息及预置的固定步长移 动到下一个中继位置，并返回步骤A，直至最终确定最佳中继位置。
[0071] 具体地，若该一比特信息表示当前通信性能大于该最佳已知中继位置的通信性 能，则将当前位置记录为最佳已知位置，并随机移动一个固定步长W确定及移动到下一个 中继位置，随机增加是指随机选取正负符号进行增加。
[0072] 若该一比特信息表示当前通信性能小于该最佳已知中继位置的通信性能，则该 移动中继先返回到上一次的位置，再随机增加一个固定步长w确定及移动到下一个中继位 置，并返回步骤A，直至最终确定最佳中继位置。
[0073] 每个迭代时隙随机增加一个具有固定值的扰动步长：
[0074] δ(η) = ±δ〇
[007引其中，δ0为固定步长，η表示时隙数，每增加一个时隙，δ(η)便增加一个δ0。当δ(η) = δ0时，表示移动中继逆时针方向移动一个δ0，当δ (η ) = -δ0时，表示移动中继顺时针方向移动 一个 δ0。
[0076] 需要说明的是，移动中继的移动方向也可W做相反设置，即，当δ(η) = δ〇时，表示 移动中继顺时针方向移动一个δ〇,当δ (η) =-δ〇时，表示移动中继逆时针方向移动一个δ〇。
[0077] 移动中继记录其当前位置，W当前位置为最佳已知中继位置，该最佳已知中继位 置用θ(η)表示，η表示时隙数。移动中继根据固定步长计算下一位置并移动到下一位置，W 表示下一位置，WS(n)表示随机增加步长，则：口(η) = 0(η) +句η)。
[0078] 进一步地，该移动中继根据该一比特信息中的该目的端接收信号性能是否提高的 信息，W及预置的固定步长确定下一个中继位置。移动中继对该一比特信 息进行判断，判断 为目的端接收移动中继的信号性能提高时，即当前通信性能比已保存的最佳已知中继位置 的通信性能更高时，将当前位置记录为最佳已知位置θ(η+1) = θ(η)+δ(η)，判断为目的端接 收移动中继的信号性能未提高时，即当前通信性能比已保存的最佳已知中继位置的通信性 能更差时，则移动中继返回上一时隙的位置θ(η+1) = θ(η)，返回步骤Α。
[0079] 该最佳中继位置包括:在预设的捜寻时长内通信性能最好的位置，或者，该移动中 继移动完整个该固定轨道时通信性能最好的位置，或者，该通信性能满足系统设定要求的 位置。即，通过设置移动中继的捜寻时长、捜寻路程、通信性能强度中的任一个参数来确定 该最佳中继位置。
[0080] 若该下一个中继位置不是该最佳中继位置，则须再次执行步骤Α:移动中继在固 定轨道的任意位置上，接收来自源端发送的测试信号，并放大转发至目的端，运样在步骤A 至步骤C之间循环执行，直至捜寻到最佳中继位置。即捜索信号的通信性能强度最大的中继 位置，当确定最佳中继位置之后，便停止上述循环捜索过程。
[0081] 具体地，当通信性能为信噪比时，若该对比结果为本次通信的信噪比大于该最佳 已知位置的信噪比，则表示当前位置的通信状况更好，更适宜作中继位置，因此，该移动中 继将当前位置记录为最佳已知位置，并随机移动一个该固定步长的距离W确定及移动到下 一个中继位置。
[0082] 并且，该移动中继更新最佳接收信号的信噪比，更新规则为：
[0083] SNRbest (n+1) = max (SN化est (η)，SNR (η))
[0084] 其中，SNRbest为第η+1时隙最佳接收信号的信噪比，max(SNRbest(n)，SNR(n))表示第 η时隙最佳已知位置的信噪比和当前位置的信噪比的最大值，该最大值即为SNRbest。
[0085] 同时，该移动中继将当前位置更新为最佳已知位置，更新规则如下：
[0086]
(10)
[0087]该对比结果为本次通信的信噪比小于该最佳已知位置的信噪比，则表示当前位置 的通信状况不理想，没有该最佳已知位置更适宜作中继位置，因此，该移动中继将返回到其 上一次所在的位置，并随机移动一个该固定步长的距离W确定及移动到下一个中继位置。
[0088] 当通信性能为误码率时，若该对比结果为该测试信号的误码率小于该最佳已知位 置的误码率，则表示当前位置的通信状况更好，更适宜作中继位置，因此，该移动中继将当 前位置记录为最佳已知位置，并随机移动一个该固定步长的距离W确定及移动到下一个中 继位置。
[0089] 若该对比结果为该测试信号的误码率大于该最佳已知位置的误码率，则表示当前 位置的通信状况不理想，没有该最佳已知位置更适宜作中继位置，因此，该移动中继将返 回到上一次的位置，并随机移动一个该固定步长的距离W确定及移动到下一个中继位置。
[0090] 进一步地，若该对比结果为计算得到的该测试信号的信噪比大于该最佳已知位置 的信噪比，或者，若该对比结果为计算得到的该测试信号的误码率小于该最佳已知位置的 信噪比，则将该移动中继的当前位置更新为该最佳已知位置，并对应更新该测试信号的信 噪比或误码率。
[0091] 本发明实施例中，通过利用固定的扰动步长及通信性能强度来捜寻移动中继的最 佳中继位置，可提高中继通信的性能，而不需要依赖源端和目的端的位置信息，无需多天 线，且只需目的端反馈一比特信息给移动中继控制其捜寻最佳中继位置，应用范围更广，适 用性更强且受限小，提高确定最佳中继位置的效率和准确性。
[0092] 在本发明W上基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻方法的实施例中，通过 信噪比捜寻移动中继的最佳中继位置仿真图如图3a、3b所示，通过误码率捜寻移动中继的 最佳中继位置仿真图如图4a、4b所示：
[0093] 其中，初始步长：《口）二是
[0094] 源端的位置坐标：（Xs，ys，Zs) = (0，-700,1)
[00巧]目的端的位置坐标：（xd,yd,zd) = (30,-600,1)
[0096] 移动中继的位置坐标：（Γ,θ(η) ,ζ) = (500,0(η) ,30)
[0097] 图3a和图3bW信噪比为基准表示通信性能强度，即公式(8)，图3a横轴表示目（η)， 纵轴表示与e (η)相对应的该中继位置的源端到目的端的信噪比SNR。图3b横轴表示移动中 继捜寻最佳中继位置过程中花费的时隙数，纵轴表示源端到目的端的信噪比。在捜寻到第 35个时隙时，确定最佳中继位置，即图3a中的极大值点对应的位置。
[0098] 图4a和图4b W误码率为基准表示通信性能强度，图4a横轴表示目(η)，纵轴表示与Θ (η)相对应的该中继位置的源端到目的端的误码率BER。图4b横轴表示移动中继捜寻最佳 中继位置过程中花费的时隙数，纵轴表示源端到目的端的误码率。在捜寻到第35个时隙时， 确定最佳中继位置，即图4a中的极小值点对应的位置。
[0099] 请参阅图5,图5是本发明第二实施例提供的基于固定步长的移动中继最佳中继位 置捜寻系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。该系统主 要包括:移动中继501、源端502W及目的端503。
[0100] 其中，移动中继501在固定轨道的任意位置上，接收来自源端502发送的测试信号， 并放大转发至目的端503。
[0101] 目的端503接收移动中继501发来的信号并计算本次通信性能，该通信性能包括信 噪比、误码率，并根据计算结果与已保存的最佳已知中继位置的通信性能进行比较，并生成 一比特信息反馈至移动中继501，该一比特信息表示当前通信性能与已保存的最佳已知中 继位置的通信性能的比较结果，该最佳已知中继位置为已测试的通信性能最好的位置。
[0102] 移动中继501记录当前位置信息并根据该一比特信息及预置的固定步长移动到下 一个中继位置，并返回执行步骤移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自该源端发送 的测试信号，并放大转发至所述目的端，不断循环，直至最终确定最佳中继位置。该最佳中 继位置为:在预设的捜寻时长内通信性能最好的位置，或者，移动中继501移动完整个该固 定轨道时通信性能最好的位置，或者，该通信性能满足系统设定要求的位置。
[0103] 进一步地，移动中继501在进行最佳中继位置捜寻前，初始化其位置信息，并接收 来自源端502发射的该测试信号并放大转发至目的端503。
[0104] 进一步地，若该一比特信息表示当前通信性能大于该最佳已知中继位置的通信性 能，则将移动中继501当前位置记录为最佳已知位置，并随机移动一个该固定步长W确定及 移动到该下一个中继位置。若该一比特信息表示当前通信性能小于该最佳已知中继位置的 通信性能，则移动中继移动中继501先返回到上一次的位置，再随机移动一个固定步长W确 定及移动到下一个中继位置。
[0105] 本实施例中的基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻系统的移动中继、源 端、目的端实现各自功能的具体过程，请参见上述图1所示实施例中描述的具体内容，此处 不再寶述。
[0106] 本发明实施例中，通过利用固定的扰动步长及通信性能强度来捜寻移动中继的最 佳中继位置 ，可提高中继通信的性能，而不需要依赖源端和目的端的位置信息，无需多天 线，且只需目的端反馈一比特信息给移动中继控制其捜寻最佳中继位置，应用范围更广，适 用性更强且受限小，提高确定最佳中继位置的效率和准确性。
[0107] 本领域技术人员可W理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可W通过 程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可W存储于一种计算机可读存储介质中，上述提 到的存储介质可W是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0108] 在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部 分，可W参见其它实施例的相关描述。
[0109] W上对本发明所提供的基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻方法及系统 进行了详细介绍，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在【具体实施方式】及应 用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1. 一种基于固定步长的移动中继最佳中继位置搜寻方法，其特征在于，所述搜寻方法 步骤包括： 步骤A，移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自源端发送的测试信号，并放大转 发至目的端； 步骤B，所述目的端接收所述移动中继发来的信号并计算本次通信性能，所述通信性能 包括信噪比、误码率，并根据计算结果与已保存的最佳已知中继位置的通信性能进行比较， 并生成一比特信息反馈至所述移动中继，所述一比特信息表示当前通信性能与已保存的最 佳已知中继位置的通信性能的比较结果，所述最佳已知中继位置为已测试的通信性能最好 的位置； 步骤C，所述移动中继记录当前位置信息并根据所述一比特信息及预置的固定步长移 动到下一个中继位置，并返回步骤A，直至最终确定最佳中继位置，所述最佳中继位置为:在 预设的搜寻时长内通信性能最好的位置，或者，所述移动中继移动完整个所述固定轨道时 通信性能最好的位置，或者，所述通信性能满足系统设定要求的位置。2. 如权利要求1所述的搜寻方法，其特征在于，所述方法还包括： 以yR表示所述移动中继接收到的所述测试信号，则：其中X表示源端发射的测试信号，Ps表示源端发射功率，Ls, R表示 所述源端到所述移动中继的第一跳通信的自由空间路径损耗，m表示所述第一跳通信的加 性高斯白噪声； 在进行最佳中继位置搜寻前，所述移动中继初始化其位置信息，并接收来自所述源端 发射的所述测试信号并放大转发至所述目的端； 所述目的端计算通信性能，并将计算结果保存为初始记录。3. 如权利要求1所述的搜寻方法，其特征在于，所述方法还包括： 以yD表示目的端接收到的信号，则： yD = yRGLR,D+n2，其中yR表不移动中继接收的彳目号，G表不中继增侃，Lr,d表不所述移动中 继到所述目的端的第二跳通信的自由空间路径损耗，n2表示所述第二条跳通信的加性高斯 白噪声。4. 如权利要求1所述的搜寻方法，其特征在于，所述步骤C中，移动中继记录当前位置信 息并根据所述一比特信息及预置的固定步长确定移动到下一个中继位置，包括： 若所述一比特信息表示当前通信性能大于所述最佳已知中继位置的通信性能，则将当 前位置记录为最佳已知位置，并随机增加一个所述固定步长以确定及移动到所述下一个中 继位置，所述随机增加是指随机选取正负符号进行增加； 若所述一比特信息表示当前通信性能小于所述最佳已知中继位置的通信性能，则所述 移动中继先返回到上一次的位置，再随机增加一个所述固定步长以确定及移动到下一个中 继位置。5. 如权利要求1所述的搜寻方法，其特征在于，所述步骤C中，移动中继记录当前位置信 息并根据所述一比特信息及预置的固定步长移动到下一个中继位置，包括： 步骤C1，所述移动中继记录其当前位置M?)，n表示时隙数； 步骤C2,所述移动中继根据所述固定步长计算下一位置并移动到所述下一位置，以 V7(H)表示所述下一位置，以δ (η) = ± δ〇表示随机增加步长，δ〇表示所述固定步长，则 : /?) = #(/?)+ 5(/7)，θ (η)表不最佳已知中继位置。6. 如权利要求5所述的搜寻方法，其特征在于，所述步骤B还包括： 所述目的端根据当前通信性能与已保存的最佳已知中继位置的通信性能的比较结果， 更新内存中的最佳已知接收信号通信性能。7. 如权利要求6所述的搜寻方法，其特征在于，所述方法还包括： 所述移动中继对所述一比特信息进行判断； 当判断为接收信号性能提高时，将当前位置记录为最佳已知位置θ(η+1) = θ(η)+δ(η)， 当判断为接收信号性能未提高时，则返回上一时隙的位置，θ(η+1) = θ(η)，并返回步骤A。8. -种基于固定步长的移动中继最佳中继位置搜寻系统，其特征在于，所述搜寻系统 包括移动中继、源端和目的端； 其中，所述移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自所述源端发送的测试信号，并 放大转发至所述目的端； 所述目的端接收所述移动中继发来的信号并计算本次通信性能，所述通信性能包括信 噪比、误码率，并根据计算结果与已保存的最佳已知中继位置的通信性能进行比较，并生成 一比特信息反馈至所述移动中继，所述一比特信息表示当前通信性能与已保存的最佳已知 中继位置的通信性能的比较结果，所述最佳已知中继位置为已测试的通信性能最好的位 置； 所述移动中继记录当前位置信息并根据所述一比特信息及预置的固定步长移动到下 一个中继位置，并返回执行步骤移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自所述源端发 送的测试信号，并放大转发至所述目的端，直至最终确定最佳中继位置，所述最佳中继位置 为:在预设的搜寻时长内通信性能最好的位置，或者，所述移动中继移动完整个所述固定轨 道时通信性能最好的位置，或者，所述通信性能满足系统设定要求的位置。9. 根据权利要求8所述的搜寻系统，其特征在于， 所述移动中继在进行最佳中继位置搜寻前，初始化其位置信息，并接收来自所述源端 发射的所述测试信号并放大转发至所述目的端。10. 根据权利要求8或9所述的搜寻系统，其特征在于， 若所述一比特信息表示当前通信性能大于所述最佳已知中继位置的通信性能，则所述 移动中继将当前位置记录为最佳已知位置，并随机移动一个所述固定步长以确定及移动到 所述下一个中继位置； 若所述一比特信息表示当前通信性能小于所述最佳已知中继位置的通信性能，则所述 移动中继先返回到上一次的位置，再随机移动一个所述固定步长以确定及移动到下一个中 继位置。
【专利摘要】本发明公开了一种基于固定步长的移动中继最佳中继位置搜寻方法及系统，该方法包括：移动中继接收源端发送的测试信号，放大后转发给目的端，目的端根据放大的测试信号计算通信性能，并与保存的最佳已知位置的通信性能进行比较后生成一比特信息反馈给移动中继，移动中继根据这一比特信息及预置的固定步长移动到下一个中继位置，再次执行接收源端发送的测试信号的步骤，直至确定最佳中继位置。该方法可提高中继通信的性能，且无需获得源端和目的端的位置信息，无需多天线，且只需要目的端反馈一比特信息给移动中继进行搜寻控制，依然可在预定轨迹范围内确定最佳中继位置点，扩大了适用范围。
【IPC分类】H04W40/22, H04W64/00
【公开号】CN105491637
【申请号】CN201510898373
【发明人】谢宁, 陈敬坤, 王晖, 林晓辉
【申请人】深圳大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月8日
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线通信技术领域，尤其设及一种基于固定步长的移动中继最佳中继 位置捜寻方法及系统。
【背景技术】
[0002] 通信中继可W用来转发不同的节点之间发出的信息，扩大了通信范围，提高了通 信系统的性能。陆地无线电通信容易被障碍物遮挡和屏蔽，飞机、卫星及无人机化VAs)可W 充当通信中继，因为机载中继可W在崎帳的山区或者市区有效地为需要互相通信的双方建 立起连接。
[0003] 现有技术中，应用于无人机确定中继位置的方式主要有:利用全球定位系统(GPS， Global化sinioning Sysnem)测量地面通信单元的位置信息，无人机利用GPS捜寻最佳中 继位置，W及基于扰动的极值捜索控制算法、基于多载天线的算法等等。
[0004] 但在W上现有技术中，存在一定的不足和缺陷，主要体现在：
[0005] 1、地面通信单元需要利用自身的GI^功能测量自己的位置信息并把该信息发送给 无人机，依赖GPS功能容易受到攻击和干扰而导致位置捜寻失败；
[0006] 2、对于没有GI^功能或者GI^设备已损坏的地面通信单元，现有的一些技术无法使 用，即现有的确定中继位置的技术使用受限；
[0007] 3、使用机载多天线信号到达角(D0A，Direcnion of Arrival)进行估计来确定最 佳中继位置，相对于单天线容易出现估计误差，同时也增加了无人机通信设备的复杂度和 算法复杂度。
【发明内容】
[000引本发明实施例提供了一种基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻方法及系 统，通过对比在不同位置的通信性能来确定移动中继的最佳中继位置，W提高确定移动中 继最佳中继位置的效率和准确率，W及增加适用范围。
[0009] 本发明实施例公开的一种基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻方法包括：
[0010] 步骤A，移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自源端发送的测试信号，并放 大转发至目的端；
[0011] 步骤B，所述目的端接收所述移动中继发来的信号并计算本次通信性能，所述通信 性能包括信噪比、误码率，并根据计算结果与已保存的最佳已知中继位置的通信性能进行 比较，并生成一比特信息反馈至所述移动中继，所述一比特信息表示当前通信性能与已保 存的最佳已知中继位置的通信性能的比较结果，所述最佳已知中继位置为已测试的通信性 能最好的位置；
[0012] 步骤C，所述移动中继记录当前位置信息并根据所述一比特信息及预置的固定步 长移动到下一个中继位置，并返回步骤A，直至最终确定最佳中继位置，所述最佳中继位置 为:在预设的捜寻时长内通信性能最好的位置，或者，所述移动中继移动完整个所述固定轨 道时通信性能最好的位置，或者，所述通信性能满足系统设定要求的位置。
[0013] 本发明实施例公开的一种基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻系统包括：
[0014] 移动中继、源端和目的端；
[0015] 其中，所述移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自所述源端发送的测试信 号，并放大转发至所述目的端；
[0016] 所述目的端接收所述移动中继发来的信号并计算本次通信性能，所述通信性能包 括信噪比、误码率，并根据计算结果与已保存的最佳已知中继位置的通信性能进行比较，并 生成一比特信息反馈至所述移动中继，所述一比特信息表示当前通信性能与已保存的最佳 已知中继位置的通信性能的比较结果，所述最佳已知中继位置为已测试的通信性能最好的 位置；
[0017] 所述移动中继记录当前位置信息并根据所述一比特信息及预置的固定步长移动 到下一个中继位置，并返回执行步骤移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自所述源 端发送的测试信号，并放大转发至所述目的端，直至最终确定最佳中继位置，所述最佳中继 位置为:在预设的捜寻时长内通信性能最好的位置，或者，所述移动中继移动完整个所述固 定轨道时通信性能最好的位置，或者，所述通信性能满足系统设定要求的位置。
[0018] 从W上技术方案可W看出，本发明实施例具有W下优点：通过利用固定的扰动步 长及通信性能强度来捜寻移动中继的最佳中继位置，可提高中继通信的性能，而不需要依 赖源端和目的端的位置信息，无需多天线，且只需目的端反馈一比特信息给移动中继控制 其捜寻最佳中继位置，应用范围更广，适用性更强且受限小，提高确定最佳中继位置的效率 和准确性。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明第一实施例中的基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻方法的 流程示意图；
[0020] 图2为本发明实施例中移动中继中继通信模型示意图；
[0021] 图3a、3b为本发明实施例中移动中继基于信噪比捜寻最佳中继位置的仿真图；
[0022] 图4a、4b为本发明实施例中移动中继基于误码率捜寻最佳中继位置的仿真图；
[0023] 图5为本发明第二实施例中的基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻系统结 构示意图。
【具体实施方式】
[0024] 本发明实施例提供了一种基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻方法及系 统，配置单天线的移动中继根据通信性能强度及固定步长捜寻最佳中继位置点，从而提高 中继通信的性能，且无需获得地面的位置信息，依然可在预定轨迹范围内确定最佳中继位 置点，扩大了适用范围。
[0025] 本发明实施例适用于固定的中继运动轨道，应用场景可W是临时通信系统的搭 建、灾害现场的通信连接等场景。
[0026] 请参阅图1，本发明第一实施例提供的基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜 寻方法，包括W下步骤：
[0027] 步骤A、移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自源端发送的测试信号，并放 大转发至目的端。
[0028] 该测试信号是用于测试通信性能的信号，它可W帮助移动中继捜寻到最佳中继位 置，可W在该测试信号中携带用来测试通信性能的数据，且在移动中继捜寻到最佳中继位 置之前，源端发送的都是测试信号，只有在移动中继找到最佳中继位置之后，源端才将发送 真正有用的数据。
[0029] 在第η时隙，源端发送测试信号给移动中继，移动中继在固定轨道的任意位置上接 收源端发送的测试信号，并将该测试信号放大W及转发给目的端，使得该目的端将该测试 信号的通信性能强度与保存的最佳已知位置的通信性能强度进行对比。
[0030] 步骤Β、该目的端接收该移动中继发来的信号并计算本次通信性能，该通信性能包 括信噪比、误码率，并根据计算结果与已保存的最佳已知中继位置的通信性能进行比较，生 成一比特信息反馈至该移动中继，该一比特信息表示当前通信性能与已保存的最佳已知中 继位置的通信性能的比较结果。
[0031] 该最佳已知中继位置为已测试的通信性能最好的位置。
[0032] 在进行最佳中继位置捜寻前，移动中继先要初始化其位置信息，并接收来自源端 发射的测试信号并放大转发至目的端，该目的端将计算该次通信性能，并将的计算结果保 存为自己的初始记录。每个时隙，该源端都会发送测试信号给该移动中继，该移动中继将该 测试信号放大后发送给该目的端，该目的端接收该移动中继发来的信号并计算该次通信性 能，该通 信性能包括信噪比（SNR，Si即al Noise Ratio)、误码率（SER，Symbol Error Rate)，其中信噪比越大，则表示通信性能越强，而误码率越小，表示通信性能越强，该信号 为该测试信号放大后得到的。
[0033] 在第η时隙之前的所有测试信号中通信性能强度最大的位置即为该最佳已知位 置，该最佳已知位置的信息保存在该目的端中，也保存在该移动中继中。
[0034] 该目的端根据该信号计算出本次和移动中继的通信性能后，根据计算结果与已保 存的最佳已知中继位置的通信性能进行比较，即，比较出本次与该移动中继所在当前位置 的通信性能与保存的最佳已知位置的通信性能的大小，W此判断移动中继在当前位置的通 信性能是否较之上次所在位置有了提升。目的端根据当前通信性能与已保存的最佳已知中 继位置的通信性能的比较结果，更新内存中的最佳已知接收信号通信性能。
[0035] 进一步地，根据比较结果生成一比特信息，将该一比特信息反馈至该移动中继，该 一比特信息表示当前通信性能与已保存的最佳已知中继位置的通信性能的比较结果，即该 一比特信息中包含该目的端接收信号性能是否提高的信息。例如，可W预先设置比特信息1 表示当前通信性能比最佳已知位置的通信性能有提高，比特信息0表示信号的当前通信性 能比最佳已知位置的通信性能有下降。在实际应用中，还可W通过其他的形式设置比较结 果，此处不作限定。
[0036] 具体地，该一比特信息可W是该目的端接收到的该测试信号的信噪比与该目的端 上已保存的最佳已知位置的信噪比的对比结果，该最佳已知位置为在第η时隙之前已计算 得到的所有测试信号的最大信噪比对应的位置。该一比特信息也可W是为该目的端接收到 的该测试信号的误码率与该目的端上已保存的最佳已知位置的误码率的对比结果，该最佳 已知位置为在第η时隙之前已计算得到的所有测试信号的最小误码率对应的位置。
[0037] 其中，该源端和该目的端可W是各种类型的无线通信收发设备，如:手机、基站等。 该移动中继使用机载单天线。
[0038] 为了便于理解，简单介绍下移动中继中继通信的场景，请参阅图2,图2为本发明 实施例中移动中继中继通信模型示意图。
[0039] 移动中继分别与源端、目的端通过无线网络连接。移动中继在柱坐标系上为点Ri， Ri在X0Y平面上的投影为点Ri'，源端在柱坐标系的xoy平面上为点S，目的端在柱坐标系的 X0Y平面上为点D。
[0040] 具体地，柱坐标系的原点0的坐标变量是(0，0，Z)，源端S的坐标变量是(xs，ys，zs)， 目的端D的坐标变量是(xd，yd，zd)，移动中继Ri的Ξ个坐标变量是0-,θ,ζ)，其中r为移动中 继在X0Y平面上的运动半径，Θ为从正Z轴来看自X轴按逆时针方向转到ORi '所转过的角，Z为 移动中继的高度。W上柱坐标系的原点、r、z均是预先设定的，从而也就确定了移动中继的 运动轨迹，即移动中继在图2中高度为Z半径为r的圆周上移动。移动中继在第η时隙的坐标 为 R(r，θ(n)，z)，在第n+l时隙的坐标为R(r，θ(n+l)，z)。
[0041] 柱坐标系0-,θ,ζ)与空间直角坐标系(x，y，z)的转换关系如下：
[0042]
[0043] 进一步地，在第η时隙，移动中继与源端S之间的通信距离（即直线距离)山、与目的 端D之间的通信距离cb分别为：
[0044]
[0045] 下面W通信性能为信噪比时为例，描述移动中继、源端和目的端的通信过程W及 信噪比，请仍参见图2:
[0046] 第一跳通信:源端到移动中继；
[0047] 源端发送给移动中继的信号：
[0050] 其中，X表示源端发射的测试信号Js表示源端的发射功率，Ls,r表示源端到移动中 继的自由空间路径损耗，m表示第一跳通信的加性高斯白噪声。E表示求数学期望，No读示 加性高斯白噪声m的功率。
[0051] 第一跳通信的自由空间路径损耗：
[0化2] (3)
[0053] 其中，λ表示源端发射测试信号的波长，di表示源端与移动中继之间的距离。
[0054] 信号在传输过程中有衰落，还会受到噪声的干扰，移动中继转发的信息中会包括 经过了自由路径衰落的测试信号和高斯白噪声。
[0055] 第二跳通信:移动中继到目的端；
[0056] 移动中继发送给目的端的信号：
[0057]
( 4 )
[005引 ε[|π2|2]=Ν〇2 (5)
[0059] 其中，X表示测试信号Js表示源端的发射功率，Ls,r表示源端到移动中继的自由路 径损耗，Lr,d表示源端到移动中继的自由路径损耗，G表示移动中继给接收到的测试信号的 增益，即中继增益，η康示第二跳通信的加性高斯白噪声。E表示求数学期望，No康示加性高 斯白噪声Π 2的功率。
[0060] 第二跳信道的自由空间路径损耗：
[0061] (6)
[0062] 其中，λ表示移动中继发射的经过放大的测试信号的波长，cb表示目的端与移动 中继之间的距离。
[0063] 移动中继给接收到的测试信号的增益为：
[0064]
( ?)
[0065] 由公式(4)得源端发送的该测试信号在目的端接收后的信噪比SNR为：
[0069] 公式(7)、（8)、（9)中的参数含义参见前述的描述，此处不再寶述。
[0070] 步骤C、该移动中继记录当前位置信息，并根据该一比特信息及预置的固定步长移 动到下一个中继位置，并返回步骤A，直至最终确定最佳中继位置。
[0071] 具体地，若该一比特信息表示当前通信性能大于该最佳已知中继位置的通信性 能，则将当前位置记录为最佳已知位置，并随机移动一个固定步长W确定及移动到下一个 中继位置，随机增加是指随机选取正负符号进行增加。
[0072] 若该一比特信息表示当前通信性能小于该最佳已知中继位置的通信性能，则该 移动中继先返回到上一次的位置，再随机增加一个固定步长w确定及移动到下一个中继位 置，并返回步骤A，直至最终确定最佳中继位置。
[0073] 每个迭代时隙随机增加一个具有固定值的扰动步长：
[0074] δ(η) = ±δ〇
[007引其中，δ0为固定步长，η表示时隙数，每增加一个时隙，δ(η)便增加一个δ0。当δ(η) = δ0时，表示移动中继逆时针方向移动一个δ0，当δ (η ) = -δ0时，表示移动中继顺时针方向移动 一个 δ0。
[0076] 需要说明的是，移动中继的移动方向也可W做相反设置，即，当δ(η) = δ〇时，表示 移动中继顺时针方向移动一个δ〇,当δ (η) =-δ〇时，表示移动中继逆时针方向移动一个δ〇。
[0077] 移动中继记录其当前位置，W当前位置为最佳已知中继位置，该最佳已知中继位 置用θ(η)表示，η表示时隙数。移动中继根据固定步长计算下一位置并移动到下一位置，W 表示下一位置，WS(n)表示随机增加步长，则：口(η) = 0(η) +句η)。
[0078] 进一步地，该移动中继根据该一比特信息中的该目的端接收信号性能是否提高的 信息，W及预置的固定步长确定下一个中继位置。移动中继对该一比特信 息进行判断，判断 为目的端接收移动中继的信号性能提高时，即当前通信性能比已保存的最佳已知中继位置 的通信性能更高时，将当前位置记录为最佳已知位置θ(η+1) = θ(η)+δ(η)，判断为目的端接 收移动中继的信号性能未提高时，即当前通信性能比已保存的最佳已知中继位置的通信性 能更差时，则移动中继返回上一时隙的位置θ(η+1) = θ(η)，返回步骤Α。
[0079] 该最佳中继位置包括:在预设的捜寻时长内通信性能最好的位置，或者，该移动中 继移动完整个该固定轨道时通信性能最好的位置，或者，该通信性能满足系统设定要求的 位置。即，通过设置移动中继的捜寻时长、捜寻路程、通信性能强度中的任一个参数来确定 该最佳中继位置。
[0080] 若该下一个中继位置不是该最佳中继位置，则须再次执行步骤Α:移动中继在固 定轨道的任意位置上，接收来自源端发送的测试信号，并放大转发至目的端，运样在步骤A 至步骤C之间循环执行，直至捜寻到最佳中继位置。即捜索信号的通信性能强度最大的中继 位置，当确定最佳中继位置之后，便停止上述循环捜索过程。
[0081] 具体地，当通信性能为信噪比时，若该对比结果为本次通信的信噪比大于该最佳 已知位置的信噪比，则表示当前位置的通信状况更好，更适宜作中继位置，因此，该移动中 继将当前位置记录为最佳已知位置，并随机移动一个该固定步长的距离W确定及移动到下 一个中继位置。
[0082] 并且，该移动中继更新最佳接收信号的信噪比，更新规则为：
[0083] SNRbest (n+1) = max (SN化est (η)，SNR (η))
[0084] 其中，SNRbest为第η+1时隙最佳接收信号的信噪比，max(SNRbest(n)，SNR(n))表示第 η时隙最佳已知位置的信噪比和当前位置的信噪比的最大值，该最大值即为SNRbest。
[0085] 同时，该移动中继将当前位置更新为最佳已知位置，更新规则如下：
[0086]
(10)
[0087]该对比结果为本次通信的信噪比小于该最佳已知位置的信噪比，则表示当前位置 的通信状况不理想，没有该最佳已知位置更适宜作中继位置，因此，该移动中继将返回到其 上一次所在的位置，并随机移动一个该固定步长的距离W确定及移动到下一个中继位置。
[0088] 当通信性能为误码率时，若该对比结果为该测试信号的误码率小于该最佳已知位 置的误码率，则表示当前位置的通信状况更好，更适宜作中继位置，因此，该移动中继将当 前位置记录为最佳已知位置，并随机移动一个该固定步长的距离W确定及移动到下一个中 继位置。
[0089] 若该对比结果为该测试信号的误码率大于该最佳已知位置的误码率，则表示当前 位置的通信状况不理想，没有该最佳已知位置更适宜作中继位置，因此，该移动中继将返 回到上一次的位置，并随机移动一个该固定步长的距离W确定及移动到下一个中继位置。
[0090] 进一步地，若该对比结果为计算得到的该测试信号的信噪比大于该最佳已知位置 的信噪比，或者，若该对比结果为计算得到的该测试信号的误码率小于该最佳已知位置的 信噪比，则将该移动中继的当前位置更新为该最佳已知位置，并对应更新该测试信号的信 噪比或误码率。
[0091] 本发明实施例中，通过利用固定的扰动步长及通信性能强度来捜寻移动中继的最 佳中继位置，可提高中继通信的性能，而不需要依赖源端和目的端的位置信息，无需多天 线，且只需目的端反馈一比特信息给移动中继控制其捜寻最佳中继位置，应用范围更广，适 用性更强且受限小，提高确定最佳中继位置的效率和准确性。
[0092] 在本发明W上基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻方法的实施例中，通过 信噪比捜寻移动中继的最佳中继位置仿真图如图3a、3b所示，通过误码率捜寻移动中继的 最佳中继位置仿真图如图4a、4b所示：
[0093] 其中，初始步长：《口）二是
[0094] 源端的位置坐标：（Xs，ys，Zs) = (0，-700,1)
[00巧]目的端的位置坐标：（xd,yd,zd) = (30,-600,1)
[0096] 移动中继的位置坐标：（Γ,θ(η) ,ζ) = (500,0(η) ,30)
[0097] 图3a和图3bW信噪比为基准表示通信性能强度，即公式(8)，图3a横轴表示目（η)， 纵轴表示与e (η)相对应的该中继位置的源端到目的端的信噪比SNR。图3b横轴表示移动中 继捜寻最佳中继位置过程中花费的时隙数，纵轴表示源端到目的端的信噪比。在捜寻到第 35个时隙时，确定最佳中继位置，即图3a中的极大值点对应的位置。
[0098] 图4a和图4b W误码率为基准表示通信性能强度，图4a横轴表示目(η)，纵轴表示与Θ (η)相对应的该中继位置的源端到目的端的误码率BER。图4b横轴表示移动中继捜寻最佳 中继位置过程中花费的时隙数，纵轴表示源端到目的端的误码率。在捜寻到第35个时隙时， 确定最佳中继位置，即图4a中的极小值点对应的位置。
[0099] 请参阅图5,图5是本发明第二实施例提供的基于固定步长的移动中继最佳中继位 置捜寻系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。该系统主 要包括:移动中继501、源端502W及目的端503。
[0100] 其中，移动中继501在固定轨道的任意位置上，接收来自源端502发送的测试信号， 并放大转发至目的端503。
[0101] 目的端503接收移动中继501发来的信号并计算本次通信性能，该通信性能包括信 噪比、误码率，并根据计算结果与已保存的最佳已知中继位置的通信性能进行比较，并生成 一比特信息反馈至移动中继501，该一比特信息表示当前通信性能与已保存的最佳已知中 继位置的通信性能的比较结果，该最佳已知中继位置为已测试的通信性能最好的位置。
[0102] 移动中继501记录当前位置信息并根据该一比特信息及预置的固定步长移动到下 一个中继位置，并返回执行步骤移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自该源端发送 的测试信号，并放大转发至所述目的端，不断循环，直至最终确定最佳中继位置。该最佳中 继位置为:在预设的捜寻时长内通信性能最好的位置，或者，移动中继501移动完整个该固 定轨道时通信性能最好的位置，或者，该通信性能满足系统设定要求的位置。
[0103] 进一步地，移动中继501在进行最佳中继位置捜寻前，初始化其位置信息，并接收 来自源端502发射的该测试信号并放大转发至目的端503。
[0104] 进一步地，若该一比特信息表示当前通信性能大于该最佳已知中继位置的通信性 能，则将移动中继501当前位置记录为最佳已知位置，并随机移动一个该固定步长W确定及 移动到该下一个中继位置。若该一比特信息表示当前通信性能小于该最佳已知中继位置的 通信性能，则移动中继移动中继501先返回到上一次的位置，再随机移动一个固定步长W确 定及移动到下一个中继位置。
[0105] 本实施例中的基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻系统的移动中继、源 端、目的端实现各自功能的具体过程，请参见上述图1所示实施例中描述的具体内容，此处 不再寶述。
[0106] 本发明实施例中，通过利用固定的扰动步长及通信性能强度来捜寻移动中继的最 佳中继位置 ，可提高中继通信的性能，而不需要依赖源端和目的端的位置信息，无需多天 线，且只需目的端反馈一比特信息给移动中继控制其捜寻最佳中继位置，应用范围更广，适 用性更强且受限小，提高确定最佳中继位置的效率和准确性。
[0107] 本领域技术人员可W理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可W通过 程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可W存储于一种计算机可读存储介质中，上述提 到的存储介质可W是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0108] 在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部 分，可W参见其它实施例的相关描述。
[0109] W上对本发明所提供的基于固定步长的移动中继最佳中继位置捜寻方法及系统 进行了详细介绍，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在【具体实施方式】及应 用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1. 一种基于固定步长的移动中继最佳中继位置搜寻方法，其特征在于，所述搜寻方法 步骤包括： 步骤A，移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自源端发送的测试信号，并放大转 发至目的端； 步骤B，所述目的端接收所述移动中继发来的信号并计算本次通信性能，所述通信性能 包括信噪比、误码率，并根据计算结果与已保存的最佳已知中继位置的通信性能进行比较， 并生成一比特信息反馈至所述移动中继，所述一比特信息表示当前通信性能与已保存的最 佳已知中继位置的通信性能的比较结果，所述最佳已知中继位置为已测试的通信性能最好 的位置； 步骤C，所述移动中继记录当前位置信息并根据所述一比特信息及预置的固定步长移 动到下一个中继位置，并返回步骤A，直至最终确定最佳中继位置，所述最佳中继位置为:在 预设的搜寻时长内通信性能最好的位置，或者，所述移动中继移动完整个所述固定轨道时 通信性能最好的位置，或者，所述通信性能满足系统设定要求的位置。2. 如权利要求1所述的搜寻方法，其特征在于，所述方法还包括： 以yR表示所述移动中继接收到的所述测试信号，则：其中X表示源端发射的测试信号，Ps表示源端发射功率，Ls, R表示 所述源端到所述移动中继的第一跳通信的自由空间路径损耗，m表示所述第一跳通信的加 性高斯白噪声； 在进行最佳中继位置搜寻前，所述移动中继初始化其位置信息，并接收来自所述源端 发射的所述测试信号并放大转发至所述目的端； 所述目的端计算通信性能，并将计算结果保存为初始记录。3. 如权利要求1所述的搜寻方法，其特征在于，所述方法还包括： 以yD表示目的端接收到的信号，则： yD = yRGLR,D+n2，其中yR表不移动中继接收的彳目号，G表不中继增侃，Lr,d表不所述移动中 继到所述目的端的第二跳通信的自由空间路径损耗，n2表示所述第二条跳通信的加性高斯 白噪声。4. 如权利要求1所述的搜寻方法，其特征在于，所述步骤C中，移动中继记录当前位置信 息并根据所述一比特信息及预置的固定步长确定移动到下一个中继位置，包括： 若所述一比特信息表示当前通信性能大于所述最佳已知中继位置的通信性能，则将当 前位置记录为最佳已知位置，并随机增加一个所述固定步长以确定及移动到所述下一个中 继位置，所述随机增加是指随机选取正负符号进行增加； 若所述一比特信息表示当前通信性能小于所述最佳已知中继位置的通信性能，则所述 移动中继先返回到上一次的位置，再随机增加一个所述固定步长以确定及移动到下一个中 继位置。5. 如权利要求1所述的搜寻方法，其特征在于，所述步骤C中，移动中继记录当前位置信 息并根据所述一比特信息及预置的固定步长移动到下一个中继位置，包括： 步骤C1，所述移动中继记录其当前位置M?)，n表示时隙数； 步骤C2,所述移动中继根据所述固定步长计算下一位置并移动到所述下一位置，以 V7(H)表示所述下一位置，以δ (η) = ± δ〇表示随机增加步长，δ〇表示所述固定步长，则 : /?) = #(/?)+ 5(/7)，θ (η)表不最佳已知中继位置。6. 如权利要求5所述的搜寻方法，其特征在于，所述步骤B还包括： 所述目的端根据当前通信性能与已保存的最佳已知中继位置的通信性能的比较结果， 更新内存中的最佳已知接收信号通信性能。7. 如权利要求6所述的搜寻方法，其特征在于，所述方法还包括： 所述移动中继对所述一比特信息进行判断； 当判断为接收信号性能提高时，将当前位置记录为最佳已知位置θ(η+1) = θ(η)+δ(η)， 当判断为接收信号性能未提高时，则返回上一时隙的位置，θ(η+1) = θ(η)，并返回步骤A。8. -种基于固定步长的移动中继最佳中继位置搜寻系统，其特征在于，所述搜寻系统 包括移动中继、源端和目的端； 其中，所述移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自所述源端发送的测试信号，并 放大转发至所述目的端； 所述目的端接收所述移动中继发来的信号并计算本次通信性能，所述通信性能包括信 噪比、误码率，并根据计算结果与已保存的最佳已知中继位置的通信性能进行比较，并生成 一比特信息反馈至所述移动中继，所述一比特信息表示当前通信性能与已保存的最佳已知 中继位置的通信性能的比较结果，所述最佳已知中继位置为已测试的通信性能最好的位 置； 所述移动中继记录当前位置信息并根据所述一比特信息及预置的固定步长移动到下 一个中继位置，并返回执行步骤移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自所述源端发 送的测试信号，并放大转发至所述目的端，直至最终确定最佳中继位置，所述最佳中继位置 为:在预设的搜寻时长内通信性能最好的位置，或者，所述移动中继移动完整个所述固定轨 道时通信性能最好的位置，或者，所述通信性能满足系统设定要求的位置。9. 根据权利要求8所述的搜寻系统，其特征在于， 所述移动中继在进行最佳中继位置搜寻前，初始化其位置信息，并接收来自所述源端 发射的所述测试信号并放大转发至所述目的端。10. 根据权利要求8或9所述的搜寻系统，其特征在于， 若所述一比特信息表示当前通信性能大于所述最佳已知中继位置的通信性能，则所述 移动中继将当前位置记录为最佳已知位置，并随机移动一个所述固定步长以确定及移动到 所述下一个中继位置； 若所述一比特信息表示当前通信性能小于所述最佳已知中继位置的通信性能，则所述 移动中继先返回到上一次的位置，再随机移动一个所述固定步长以确定及移动到下一个中 继位置。
【专利摘要】本发明公开了一种基于固定步长的移动中继最佳中继位置搜寻方法及系统，该方法包括：移动中继接收源端发送的测试信号，放大后转发给目的端，目的端根据放大的测试信号计算通信性能，并与保存的最佳已知位置的通信性能进行比较后生成一比特信息反馈给移动中继，移动中继根据这一比特信息及预置的固定步长移动到下一个中继位置，再次执行接收源端发送的测试信号的步骤，直至确定最佳中继位置。该方法可提高中继通信的性能，且无需获得源端和目的端的位置信息，无需多天线，且只需要目的端反馈一比特信息给移动中继进行搜寻控制，依然可在预定轨迹范围内确定最佳中继位置点，扩大了适用范围。
【IPC分类】H04W40/22, H04W64/00
【公开号】CN105491637
【申请号】CN201510898373
【发明人】谢宁, 陈敬坤, 王晖, 林晓辉
【申请人】深圳大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月8日
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