一種可靠協(xié)作通信中的聯(lián)合中繼選擇與功率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可靠協(xié)作通信中的聯(lián)合中繼選擇與功率控制方法，步驟如下：（1）進(jìn)行協(xié)作通信能效的分析，通過一系列數(shù)學(xué)建立模型及計算得到衡量指標(biāo)的數(shù)學(xué)計算公式。（2）定義一個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對最佳中繼和功率分配聯(lián)合方案的研究，確定可行搜索域。（3）隨機(jī)選擇初始中繼編號，隨機(jī)設(shè)置源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)傳輸功率。（4）計算得出此時的能量效率f(θ[i])。（5）在可行搜索域中隨機(jī)選擇結(jié)合訓(xùn)練序列獲取當(dāng)前信道狀態(tài)信息比較能量效率與f(θ[i])；（6）更新當(dāng)次狀態(tài)可能性矩陣。（7）更新當(dāng)前最優(yōu)配置選擇；（8）得到最優(yōu)的中繼選擇及源節(jié)點(diǎn)中繼節(jié)點(diǎn)傳輸功率控制配置。本發(fā)明可以穩(wěn)定且高效率地找到最優(yōu)配置以實(shí)現(xiàn)高能效的可靠協(xié)作通信。
【專利說明】一種可靠協(xié)作通信中的聯(lián)合中繼選擇與功率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信的協(xié)作通信(Cooperative communication)【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及一種可靠協(xié)作通信中的聯(lián)合中繼選擇與功率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線協(xié)作通信運(yùn)用多用戶協(xié)作的方式將信息從信號源傳輸至終接端。通過單個天線在多用戶中仿真多重天線系統(tǒng)從而產(chǎn)生一個虛擬MMO系統(tǒng)，協(xié)作通信可以增加傳輸分集的多樣性從而能夠提高系統(tǒng)的傳輸性能。
[0003]因?yàn)閱蝹€無線移動設(shè)備在大小，消耗，以及硬件約束等方面無法支持多單元傳輸天線，而協(xié)作網(wǎng)絡(luò)通信出現(xiàn)并作為一種新的思路來仿真這種關(guān)于多重天線系統(tǒng)的方案。當(dāng)多天線系統(tǒng)對于單個用戶不可用時，用戶協(xié)作可以被用來提供發(fā)射分集。通過利用無線渠道的廣播特性，協(xié)作通信允許單一天線系統(tǒng)設(shè)備分享他們自己的天線來組成一個分布式虛擬天線陣列。該方案很有可能被整合到3GPP-LTE多跳網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)同通信主要應(yīng)用為蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)與WLAN、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)與蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)等，這些網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將極大地促進(jìn)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。協(xié)作通信技術(shù)作為一種有廣闊前景的技術(shù)已經(jīng)引起了相當(dāng)大的關(guān)注，已經(jīng)被考慮納入IEEE802.16j標(biāo)準(zhǔn)和3GPP-LTE多跳蜂窩網(wǎng)絡(luò)。
[0004]在當(dāng)前節(jié)能社會的背景下，無線通信的能耗問題已經(jīng)受到了大量的關(guān)注。尤其在對電池供電的移動設(shè)備來說，能耗問題變得尤為重要，因?yàn)殡姵啬芰恐苯記Q定了其使用壽命的長短，因此在考慮其傳輸穩(wěn)定性的前提下對能效的研究很有現(xiàn)實(shí)必要。協(xié)作節(jié)點(diǎn)的參與，使得協(xié)作通信系統(tǒng)中的每個節(jié)點(diǎn)可以以較低的功率達(dá)到較高的通信質(zhì)量。
[0005]協(xié)作通信中中繼的選擇問題以及功率的控制問題一直以來都是研究的重點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)中存在多個中繼可供選擇時，中繼的選擇對于協(xié)作通信的性能和能耗的有很大的影響。協(xié)作通信的能耗應(yīng)該包括源節(jié)點(diǎn)的傳輸能耗、中繼節(jié)點(diǎn)的接收和傳輸能耗，以及目的節(jié)點(diǎn)的接收能耗。因此對于中繼的選擇以及源節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)的功率控制成為一個重要問題，選擇及控制的好壞直接影響系統(tǒng)的能效高低。
[0006]目前關(guān)于協(xié)作通信中能耗問題的研究均存在問題，首先，缺乏性能和能耗的折中考慮。這兩者相互影響:性能不佳會導(dǎo)致重傳系統(tǒng)的響應(yīng)，由此導(dǎo)致能量的多次損耗，這些能量的損耗是無必要的；第二，缺少中繼選擇和功率控制的聯(lián)合考慮，假定了中繼的發(fā)射功率已知且不變時進(jìn)行研究中繼的選擇，而這一方法是不合理的也是不切實(shí)際的，因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)情況下中繼的功率是不斷變化的；第三，未考慮信道狀態(tài)信息(CSI)對協(xié)作系統(tǒng)的影響，目前的研究方法大致有假定CSI完全已知或統(tǒng)計的CSI的信息已知的情況下進(jìn)行中繼的選擇和功率控制。這兩種方法都是利用現(xiàn)有的CSI，沒有考慮其獲取過程。這種方法不適合動態(tài)變化的無線環(huán)境，尤其是在節(jié)點(diǎn)移動時，CSI的變化頻繁，而CSI的更新緩慢。
[0007]實(shí)現(xiàn)可靠通信中高能效系統(tǒng)的關(guān)鍵問題之一就是如何共同考慮系統(tǒng)的性能問題，源節(jié)點(diǎn)及中繼節(jié)點(diǎn)的功率控制問題和中繼節(jié)點(diǎn)的選擇問題。而現(xiàn)有的研究中并未將三者共同考慮，也并未考慮到無線環(huán)境中信道狀態(tài)信息的改變所產(chǎn)生影響，缺乏實(shí)際性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種在可靠協(xié)作通信中，聯(lián)合中繼的選擇以及功率控制以得到高能效系統(tǒng)的方法，該方法能夠通過分析得到可靠的協(xié)作通信中中繼的選擇和功率的控制方案。
[0009]本發(fā)明的研究可靠協(xié)作通信中的高能效中繼問題，實(shí)現(xiàn)綠色協(xié)作通信，從分析協(xié)作通信系統(tǒng)的性能和能耗這兩個相互制約的關(guān)系出發(fā)，定義并從理論上分析了協(xié)作通信的能耗效率。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出一種中繼選擇和功率分配的聯(lián)合方案來優(yōu)化協(xié)作通信系統(tǒng)單位能量成功傳遞的數(shù)據(jù)，并從實(shí)際系統(tǒng)的要求出發(fā)，將中繼的選擇和功率控制方案結(jié)合到信道狀態(tài)信息(CSI)的獲取過程中，實(shí)現(xiàn)動態(tài)的，實(shí)時的中繼選擇和功率控制，運(yùn)用離散隨機(jī)近似的方法，從而解決能量效率優(yōu)化的問題。
[0010]顯然，有多個中繼參與的協(xié)作通信，并不意味著更高的系統(tǒng)能效。研究結(jié)果表明，更多的協(xié)作節(jié)點(diǎn)參與可以提高協(xié)作通信的性能，但這種性能的提高也是有限的。另一方面我們也要考慮多中繼對能耗的減少即便可行也是有限的。所以我們在多個中繼中選擇最優(yōu)中繼作為接收傳播信息的中繼節(jié)點(diǎn)，中繼選擇方法主要有主動式選擇和反應(yīng)式選擇(或者叫競爭式選擇)，主動式為在進(jìn)行傳輸前選擇最優(yōu)中繼，信號源將信號通過該中繼傳輸至終接端，反應(yīng)式則將信號傳輸至多個中繼，之后再選擇最佳中繼進(jìn)行傳輸。對于工作在解碼一轉(zhuǎn)發(fā)模式的協(xié)作通信系統(tǒng)來說，反應(yīng)式由信號源傳輸至多個中繼進(jìn)行解碼，顯然需要額外的接收能耗。因此，我們在中繼選擇時選擇了主動式選擇中繼的最優(yōu)中繼協(xié)作通信系統(tǒng)。
[0011]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種可靠協(xié)作通信中的聯(lián)合中繼選擇與功率控制方法，如圖1所示，包括以下步驟:
[0012](I)進(jìn)行協(xié)作通信能效的分析，為保證通信系統(tǒng)的可靠傳輸，考慮了 ARQ或者SR-ARQ自動重傳系統(tǒng)對能效的影響，以單位能量成功傳輸?shù)男畔⒆止?jié)數(shù)定義能效的衡量指標(biāo)，通過一系列數(shù)學(xué)建立模型及計算得到衡量指標(biāo)的數(shù)學(xué)計算公式，所述能效的衡量指標(biāo)
為能量效率
【權(quán)利要求】
1.一種可靠協(xié)作通信中的聯(lián)合中繼選擇與功率控制方法，其特征在于，包括以下步驟:(1)進(jìn)行協(xié)作通信能效的分析，通過一系列數(shù)學(xué)建立模型及計算得到衡量指標(biāo)的數(shù)學(xué)計算公式，以單位能量成功傳輸?shù)男畔⒆止?jié)數(shù)定義能效的衡量指標(biāo)，所述能效的衡量指標(biāo)為能量效率f
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靠協(xié)作通信中的聯(lián)合中繼選擇與功率控制方法，其特征在于，所述步驟(2)中，將中繼選擇與源點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)傳輸功率同時作為變量配置，確定可行搜索域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靠協(xié)作通信中的聯(lián)合中繼選擇與功率控制方法，其特征在于，所述步驟(5)中通過隨機(jī)選取配置并比較配置相應(yīng)能效來比較配置能效，選取較高能效作為下次比較對象。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靠協(xié)作通信中的聯(lián)合中繼選擇與功率控制方法，其特征在于，步驟(8)中，當(dāng)循環(huán)結(jié)束后，最后一步所得當(dāng)前最優(yōu)配置選擇即為最終的高能效系統(tǒng)聯(lián)合中繼的選擇以及功率控制配置結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靠協(xié)作通信中的聯(lián)合中繼選擇與功率控制方法，其特征在于，步驟(8)中， 所述循環(huán)次數(shù)為100— 200次。
【文檔編號】H04W40/30GK103428806SQ201310354770
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】官權(quán)升, 翁青霄, 黃祖明, 魯靜 申請人:華南理工大學(xué)