一種基于瑞利衰落信道的聯(lián)合決策中繼選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于瑞利衰落信道的聯(lián)合決策中繼 選擇方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)在接收端和發(fā)射端放置多天線的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路，可以獲得 空間分集來(lái)提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，并且不會(huì)造成帶寬和功率的浪費(fèi)，但是在應(yīng)用中受到各 種現(xiàn)實(shí)因素的限制，在實(shí)際系統(tǒng)中并不一定適用。在協(xié)作通信中，利用網(wǎng)內(nèi)多個(gè)用戶天線組 成分布式系統(tǒng)，形成虛擬MIM0效應(yīng)。
[0003] 中繼選擇是協(xié)作通信的關(guān)鍵技術(shù)，中繼選擇的原則應(yīng)該是多樣的，取決于系統(tǒng)需 要。已有的中繼選擇方法大多考慮單一的原則，例如選擇高信噪比的中繼鏈路參與協(xié)作通 信，因此高信噪比中繼鏈路被選擇的頻率更高，但是這樣會(huì)帶來(lái)一些實(shí)際問(wèn)題，如網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷 的不平衡，眾所周知負(fù)荷失衡將對(duì)系統(tǒng)整體性能帶來(lái)不利影響。因此，在中繼選擇方法設(shè)計(jì) 中考慮多種原則是必要的，如公平性原則、中斷性能最優(yōu)原則等。不同的原則解決網(wǎng)絡(luò)關(guān)心 的不同問(wèn)題，例如公平性原則有助于解決電池供電的高信噪比用戶設(shè)備在現(xiàn)有中繼選擇方 法中存在的能量快速消耗問(wèn)題，從而提高用戶體驗(yàn)滿意度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于以上考慮，本發(fā)明提供一種基于瑞利衰落信道的聯(lián)合決策中繼選擇方法，通 過(guò)將歸一化信噪比和中繼節(jié)點(diǎn)負(fù)荷分別乘以不同的權(quán)重，形成中繼選擇的綜合判決依據(jù)， 其中，權(quán)重大小通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)的不同性能指標(biāo)確定。
[0005] 本發(fā)明在中繼選擇過(guò)程中能考慮多種影響系統(tǒng)性能的因素，通過(guò)賦予不同因素以 不同的權(quán)重，提供由多種因素共同決策的中繼選擇方法；同時(shí)獲得一種能根據(jù)系統(tǒng)需求調(diào) 整中繼選擇原則的中繼選擇方法，從而具有廣泛的適用性。
[0006] -種基于瑞利衰落信道的聯(lián)合決策中繼選擇方法，所述方法包括：
[0007] (1)定義：?為能正確譯碼來(lái)自源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)且到目的節(jié)點(diǎn)鏈路信噪比大于集合 門(mén)限h d，t^Nd個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的集合，i是中繼節(jié)點(diǎn)序號(hào)，i e ?沖繼節(jié)點(diǎn)i到用戶y鏈 路上的信噪比為YUil，此處用戶y即為目的節(jié)點(diǎn)；中繼節(jié)點(diǎn)i到用戶y鏈路上的歸一化信 噪比;0為信噪比歸一化因子。
[0008] (2)計(jì)算_.的值，Hi為中繼節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷， niG [0，l]，a 為權(quán)重因子，a G [0，1]。
[0009] (3)選取Ai中最大值對(duì)應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)作為協(xié)作中繼節(jié)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 采用瑞利衰落信道，用戶y選擇中繼節(jié)點(diǎn)：
[0011]
.⑴
[0012] 進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，?為能正確譯碼來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)且到目的節(jié)點(diǎn)鏈路信噪比大于集 合門(mén)限丫4&的\個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的集合，運(yùn)算符
表示獲取當(dāng)i分別為集合?中的 每一元素時(shí)Yi中的最大值對(duì)應(yīng)的i的運(yùn)算。中繼節(jié)點(diǎn)i到用戶ii鏈路上的歸一化信噪比
為中繼節(jié)點(diǎn)i到用戶y鏈路上的信噪比，0為信噪比歸一化因子，a 為權(quán)重因子，a G [0, 1]。中繼節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷
n# [0, l]，pq l為中繼節(jié)點(diǎn)i 所服務(wù)的第q個(gè)用戶的發(fā)射功率，PMAXi i為中繼節(jié)點(diǎn)i的最大發(fā)射功率，這里取PmaXi i = P MAX， 隊(duì)為中繼節(jié)點(diǎn)i當(dāng)前所服務(wù)的用戶數(shù)。
[0013] 在本發(fā)明中，a和0的確定可以根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景以及不同的確定方法確定。本 發(fā)明提供以下兩種場(chǎng)景下a和0的優(yōu)選確定方法：
[0014](一）保障中斷性能的前提下平衡中繼節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的場(chǎng)景
[0015] 在該場(chǎng)景中，本發(fā)明方法致力于在保障系統(tǒng)的中斷性能的同時(shí)，平衡中繼節(jié)點(diǎn)負(fù) 荷以獲取系統(tǒng)的負(fù)荷平衡。a和0的確定有以下四種方法：
[0016] 方法⑴：根據(jù)中心極限定理，假設(shè)中繼節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷n通似服從 均值為y i，均方差為〇 i的正態(tài)分布。此時(shí)，首先確定信噪比中間值y UiQ.5， yu,a5的值可以根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)獲得，令〇.5 = e PYU'a5計(jì)算得到e值；或者由
計(jì)算得到，其中ydB、〇dB分別為服 從的對(duì)數(shù)正態(tài)分布的均值和均方差。然后在滿足，的條件下最小化中繼節(jié)點(diǎn)i的 被選擇概率的均方差丨i來(lái)確定a值，1\>為系統(tǒng)中斷性能門(mén)限，、尸^的表達(dá) 式分別如下所示：
[0021] 式中的"屈
確定。v 1= l-(l-a ) y ^ 和分別為中繼節(jié)點(diǎn)i到用戶y鏈路和中繼節(jié)點(diǎn)j到用戶y鏈路 上的平均信噪比。
[0022] 方法（2):考慮最優(yōu)功率分配。此時(shí)，首先確定信噪比中間值YUla5， ha 5的值可以根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)獲得，令〇.5 = e PYU'a5計(jì)算得到P值；或者由
計(jì)算得到，其中ydB、〇如分別為^"服 從的對(duì)數(shù)正態(tài)分布的均值和均方差。然后在滿足系統(tǒng)的平均中斷概率^ 的條件下 最小化中繼節(jié)點(diǎn)i的平均被選擇概率的均方差來(lái)確定a值，、$的表達(dá)式 分別如下所示：
[0032]
[0039]隊(duì)為中繼節(jié)點(diǎn)i當(dāng)前服務(wù)的用戶數(shù)，^為中繼節(jié)點(diǎn)i到中繼節(jié)點(diǎn)i的用戶 1 之間鏈路的平均信噪比； f(Xl, ???')為Xl，…xn的聯(lián)合概率密度函數(shù)，此處x工，…'相互獨(dú)立，都月艮從對(duì) 數(shù)正態(tài)分布。1 = 1，…，N1;i G 0，j G 0 ;c為歐拉常數(shù)，P MAX為中繼節(jié)點(diǎn)的最 大發(fā)射功率，歹為平均功率限制；;為中繼節(jié)點(diǎn)i的用戶1的中斷門(mén)限，可以由
求得；冪次組合(/V…,/^^v/n丨,…, ?w7v；スV??,h)eS/, 51為
成立時(shí)的冪次組合^....?.、.,/^.,/?、,/1-|,一,/；:\)的集合，冪次均為0或1;
表示將s i中每一種組合對(duì)應(yīng)的函數(shù) A、-f)的值進(jìn)行累加；知…,g,、~，朽,均為大于或等 于〇的整數(shù)。
[0040] 方法（3):同時(shí)確定在滿足#4r;A的條件下最小化中繼節(jié)點(diǎn)i的被選擇概率 ^^的均方差oil時(shí)的a和0值。
[0041] 方法⑷：同時(shí)確定在滿足；# STa>A的條件下最小化中繼節(jié)點(diǎn)i的平均被選擇概 率$的均方差時(shí)的a和0值。
[0042](二）保障負(fù)荷平衡的前提下提高中斷性能的場(chǎng)景
[0043] 在該場(chǎng)景中，本發(fā)明方法致力于保障系統(tǒng)的負(fù)荷平衡，同時(shí)盡可能提高系統(tǒng)的中 斷性能。a和0的確定有以下四種方法：
[0044] 方法⑴：根據(jù)中心極限定理，假設(shè)中繼節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷q通似服從 均值為y i，均方差為〇 i的正態(tài)分布。此時(shí)，首先確定信噪比中間值y UiQ.5， yu,a5的值可以根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)獲得，令〇.5 = e PYU'a5計(jì)算得到e值；或者由
計(jì)算得到，其中ydB、〇dB分別為5服 從的對(duì)數(shù)正態(tài)分布的均值和均方差。然后在滿足的條件下最小化系統(tǒng)的中斷概 率if1來(lái)確定a值，〇th為負(fù)荷平衡門(mén)限。
[0045]方法（ii):考慮最優(yōu)功率分配。此時(shí)，首先確定信噪比中間值YUiQ.5， ha5的值可以根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)獲得，令〇.5 = e PYU'a5計(jì)算得到P值；或者由
汁算得到，其中ydB、〇dB分別為^服 從的對(duì)數(shù)正態(tài)分布的均值和均方差。然后在滿足的條件下最小化系統(tǒng)的平均中 斷概率「來(lái)確定a值。
[0046] 方法（iii):同時(shí)確定在滿足S %的條件下最小化系統(tǒng)的中斷概率#時(shí)的 a和0值。
[0047] 方法（iv):同時(shí)確定在滿足〇= 的條件下最小化系統(tǒng)的平均