用于解碼轉發(fā)中繼網絡的中繼選擇方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及解碼轉發(fā)中繼技術領域，尤其涉及用于解碼轉發(fā)中繼網絡的中繼選擇 方法。
【背景技術】
[0002] 在解碼轉發(fā)（Decode-and-Forward)多中繼網絡中，中繼之間能夠協(xié)作將數(shù)據(jù)信 息從源端傳送到目的端。圖1示出了一個兩跳的解碼轉發(fā)多中繼網絡，其中包含有K個中 繼、M個源端和M個目的端。M個源端和M個目的端也可以稱作M個被服務的用戶對。從源 端到中繼可以稱作上行，從中繼到目的端可以稱作下行。
[0003] 在某些回程約束條件下，可以從這K個中繼中選出多個中繼（至少一個），形成一 個大的虛擬中繼，同時為M個源端和M個目的端提供解碼轉發(fā)服務?，F(xiàn)有的一種中繼選擇 方法是為單個用戶選擇最佳轉發(fā)中繼，常用的策略是最大化信噪比SNR、最小化中斷概率、 最小化截獲率、最小化傳輸功率等。
[0004] 但是，上述的中繼選擇方法存在如下技術問題：
[0005] 1)沒有考慮同時為多個用戶服務的情況，并且沒有以確保多個用戶之間的公平性 為切入點進行中繼選擇；
[0006] 2)沒有同時考慮上、下行鏈路；
[0007]3)沒有同時考慮限制所有源端的總發(fā)射功率和所有中繼的總發(fā)射功率。

【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供用于解碼轉發(fā)中繼網絡的中繼選擇方法，以解決現(xiàn)有技術 中存在的上述技術問題。
[0009] 本發(fā)明的一個實施例提供了用于解碼轉發(fā)中繼網絡的中繼選擇方法，包括：構建 步驟：根據(jù)解碼轉發(fā)中繼網絡對源端的波束賦形構建上行波束賦形矩陣V;根據(jù)解碼轉發(fā) 中繼網絡對目的端的波束賦形構建下行波束賦形矩陣U;根據(jù)所述上行波束賦形矩陣和所 述下行波束賦形矩陣構建聯(lián)合波束賦形矩陣W;根據(jù)解碼轉發(fā)中繼網絡的下行信道矩陣、 目的端的噪聲功率和所述下行波束賦形矩陣構建第一輔助矩陣F;根據(jù)解碼轉發(fā)中繼網絡 的上行信道矩陣、中繼的噪聲功率和所述上行波束賦形矩陣構建第二輔助矩陣Q;根據(jù)中 繼的總數(shù)、中繼的天線數(shù)目和源端的總數(shù)構建第一隨機矩陣Z;根據(jù)源端的總數(shù)構建第二 隨機矩陣A和第三隨機矩陣O;迭代步驟：對所述構建步驟中構建的所有矩陣進行多輪迭 代更新，直至最近兩輪迭代更新得到的矩陣的差異小于預先設定的門限；調整步驟：根據(jù) 所述迭代步驟得到的所述聯(lián)合波束賦形矩陣的稀疏程度調整信干比的上界值或下界值；以 及選擇步驟：當信干比的上界值與下界值的差異小于預先設定的門限時，根據(jù)所述聯(lián)合波 束賦形矩陣中的非零行塊的位置選擇對應的中繼。
[0010] 本發(fā)明提供的用于解碼轉發(fā)中繼網絡的中繼選擇方法，能夠在限制所有源端的總 發(fā)射功率（上行功率）、所有中繼的總發(fā)射功率（下行功率）和虛擬中繼的最大個數(shù)的前提 下，使得每一個被服務用戶的上行鏈路和下行鏈路的最小信干比（SINR)最大化。此外，還 能對源端的發(fā)射功率和波束賦形，以及中繼的發(fā)射功率和波束賦形進行優(yōu)化。
【附圖說明】
[0011] 通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領域普通 技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認為是對本發(fā)明 的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。其中在附圖中，參考數(shù)字 之后的字母標記指示多個相同的部件，當泛指這些部件時，將省略其最后的字母標記。在附 圖中：
[0012] 圖1所示為解碼轉發(fā)中繼網絡為多個用戶提供服務的示意圖；
[0013]圖2所示為本發(fā)明的用于解碼轉發(fā)中繼網絡的中繼選擇方法的一個實施例的流 程圖；
[0014] 圖3所示為圖2中的步驟202的一個實施例的示意圖；
[0015]圖4所示為本發(fā)明的用于解碼轉發(fā)中繼網絡的中繼選擇方法的另一個實施例的 流程圖；
[0016] 圖5所示為圖4中的步驟404的一個實施例的流程圖；
[0017] 圖6所示為圖4中的步驟405的一個實施例的流程圖。
[0018] 在附圖中，使用相同或類似的標號來指代相同或類似的元素。
【具體實施方式】
[0019] 現(xiàn)在將參考附圖來詳細描述本發(fā)明的示例性實施方式。應當理解，附圖中示出和 描述的實施方式僅僅是示例性的，意在闡釋本發(fā)明的原理和精神，而并非限制本發(fā)明的范 圍。
[0020] 當把中繼選擇的目標設定為要同時考慮上行和下行鏈路時，上下行鏈路的變量會 耦合在一起，導致優(yōu)化問題的維度增大，直接求解該問題非常困難，并且其計算方法也會變 得十分復雜繁瑣，為了能夠將該復雜的過程變得具有可實現(xiàn)性，特別是可以將耦合在一起 的上下行鏈路變量盡量分解開來，使分布式的求解變?yōu)榭赡?，本發(fā)明通過一系列的推導和 簡化，將該計算過程轉換成下面將要描述的方法步驟。
[0021] 參考圖2,圖2所示為本發(fā)明的用于解碼轉發(fā)中繼網絡的中繼選擇方法的一個實 施例200的流程圖。圖2所示的實施例200可以包含如下步驟201至203。
[0022] 步驟201是構建步驟。
[0023] 可以根據(jù)解碼轉發(fā)中繼網絡對源端的波束賦形構建上行波束賦形矩陣V。在本發(fā) 明的一個實施例中，矩陣V可以是KTXM維的復數(shù)矩陣，其中，K為所有可選中繼的總數(shù)，T 為每個中繼上的天線數(shù)，M為所有源端的總數(shù)，這樣，矩陣V就可以包含有中繼網絡中的每 一個中繼對每一個源端的接收波束賦形。在本發(fā)明的一個實施例中，矩陣V中的第m列包 含有每一個中繼對第m個源端的接收波束賦形。
[0024] 可以根據(jù)解碼轉發(fā)中繼網絡對目的端的波束賦形構建下行波束賦形矩陣U。在本 發(fā)明的一個實施例中，矩陣U也可以是KTXM維的復數(shù)矩陣，這樣，矩陣U就可以包含有中 繼網絡中的每一個中繼對每一個目的端的發(fā)射波束賦形。在本發(fā)明的一個實施例中，矩陣 U中的第m列包含有每一個中繼對第m個目的端的發(fā)射波束賦形。
[0025] 根據(jù)上行波束賦形矩陣和下行波束賦形矩陣構建聯(lián)合波束賦形矩陣W。在本發(fā)明 的一個實施例中，聯(lián)合波束賦形矩陣W= [U，V]。
[0026] 根據(jù)解碼轉發(fā)中繼網絡的下行信道矩陣、目的端的噪聲功率和下行波束賦 形矩陣構建第一輔助矩陣F。在本發(fā)明的一個實施例中，第一輔助矩陣可以被構建為 其中，H為下行信道矩陣，H的上標H表示求共輒轉置，H可以包 含每一個中繼與每一個目的端之間的信道信息，HeCKTXM，即：H中的第m列包含有第m個 目的端與所有中繼之間的信道信息，4為目的端的噪聲功率，1為MX1維的全1列向量。
[0027] 根據(jù)解碼轉發(fā)中繼網絡的上行信道矩陣、中繼的噪聲功率和上行波束賦形矩陣構 建第二輔助矩陣Q。在本發(fā)明的一個實施例中，第二輔助矩陣可以被構造為Q= [G" 1], 其中，G為上行信道矩陣，G的上標H表示求共輒轉置，G可以包含每一個中繼與每一個源端 之間的信道信息，GeCKTXM，即：G中的第m列包含有第m個源端與所有中繼之間的信道信 息，4為中繼的噪聲功率，1為MX1維的全1列向量。
[0028] 根據(jù)中繼的總數(shù)、中繼的天線數(shù)目和源端的總數(shù)構建第一隨機矩陣Z。在本發(fā)明的 一個實施例中，第一隨機矩陣Z可以被構建為ZGCKTX2M，即，被構建為一個KTX2M維的復 數(shù)隨機矩陣。
[0029] 根據(jù)源端的總數(shù)構建第二隨機矩陣A和第三隨機矩陣O。在本發(fā)明的一個實 施例中，第二隨機矩陣AGCMX(M+1)，第三隨機矩陣〇GCMX(M+1)，S卩，兩者均被構建為一個 MX(M+1)維的復數(shù)隨機矩陣。
[0030] 在本發(fā)明的一個實施例中，上述的三個隨機矩陣中的每個元素的取值可以在0到 1之間均勻分布。
[0031] 步驟202是迭代步驟：對構建步驟中構建的所有矩陣進行多輪迭代更新，直至最 近兩輪迭代更新得到的矩陣的差異小于預先設定的門限。
[0032] 參考圖3,圖3所示為本發(fā)明的步驟202的一個實施例的示意圖。在圖3所示的實 施例中，步驟202可以包含如下子步驟301至309。
[0033] 子步驟301是初始化步驟：可以按照如下公式對步驟101中構建的矩陣進行初始 化
[0034]
[0035]Z(〇) =rand(K*T, 2M),A(0) =rand(M,M+1), 〇 (0) =rand(M,M+1),
[0036] 其中，H為解碼轉發(fā)中繼網絡與目的端之間的信道，G為解碼轉發(fā)中繼網絡與源端 之間的信道，H和G均為KTXM維的復數(shù)矩陣，4為目的端的噪聲功率，1為MX1維的全1 列向量，< 為中繼的噪聲功率，rand(K*T，2M)為KXT行、2M列的隨機矩陣，K為可選中繼的 總數(shù)，T為中繼的天線數(shù)，M為源端的總數(shù)，rand(M,M+1)為M行、M+1列的隨機矩陣。
[0037] 子步驟302是下行波束賦形矩陣更新步驟，可以根據(jù)如下公式對下行波束賦形矩 陣U進行更新：
[0038] U(l+1) =[cHHh+(c+2e U)I] IcHFjD+HAjD+cKD+Zua)]
[0039] 其中，1表示對矩陣進行迭代更新的輪數(shù)，c為預先設定的大于零的懲罰性參數(shù)，I 為單位矩陣，F(xiàn)u為第一輔助矩陣去掉最后一列的部分所組成的子矩陣，A。為第二隨機矩陣 中與匕維度相同的左子矩陣，W。為聯(lián)合波束賦形矩陣中與冊。維度相同的左子矩陣，2。為 第一隨機矩陣中與11匕維度相同的左子矩陣；
[0040] eu可以按照如下規(guī)則取值：
[0041] 如果7>(1|"(/+丨川(/ +丨))|,;,.-^及/，則￡廠〇;否貝1|通過解方程 IKUfi(/ +l)U(/ +l))=：氕求出eu。其中，Tr()表示求矩陣的跡