專利名稱：正交頻分多址協(xié)作蜂窩系統(tǒng)中繼節(jié)點(diǎn)選擇的方法和基站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及正交頻分多址(OFDMA, OrthogonalFrequency Division Multiple Access)協(xié)作蜂窩系統(tǒng)中繼節(jié)點(diǎn)選擇的方法和基站。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，因此，網(wǎng)絡(luò)整體性能變得越來越重要。在無線網(wǎng)絡(luò)中引入?yún)f(xié)作傳輸可以有效提高網(wǎng)絡(luò)整體性能，而協(xié)作傳輸不可避免地會(huì)涉及到中繼節(jié)點(diǎn)。中繼節(jié)點(diǎn)分為兩種， 一種是固定中繼，即在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中增加新的節(jié)點(diǎn)，專門用來轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點(diǎn)發(fā)往目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；另一種是移動(dòng)中繼，即不增加新的外設(shè)，利用網(wǎng)絡(luò)中信道條件好的用戶為信道條件惡劣的用戶(如小區(qū)邊緣用戶)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。相比而言，通過移動(dòng)中繼實(shí)現(xiàn)協(xié)作傳輸更為簡(jiǎn)單，即在原有的蜂窩系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入?yún)f(xié)作傳輸，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常稱為協(xié)作蜂窩系統(tǒng)。
OFDMA技術(shù)是正交頻分復(fù)用(OFDM, Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)技術(shù)的演進(jìn)，是利用OFDM對(duì)信道進(jìn)行子載波化后，在部分子載波上加載傳輸數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)，該技術(shù)不僅繼承了 OFDM技術(shù)優(yōu)良的抗頻率選擇性和抗符號(hào)間干擾性，而且具有頻譜效率高和接入靈活的特點(diǎn)。因此，OFDMA協(xié)作蜂窩系統(tǒng)將成為未來無線通信系統(tǒng)的 一個(gè)發(fā)展方向。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中OFDMA協(xié)作蜂窩系統(tǒng)系統(tǒng)模型示意圖，在該圖中，有一個(gè)基站和多個(gè)用戶終端，實(shí)線箭頭表示用戶與基站間直傳通信，用虛線箭頭表示用戶與基站通過中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作傳輸通信。在協(xié)作蜂窩系統(tǒng)絡(luò)系統(tǒng)中，用戶終端就是節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)也是網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)用戶終端。
圖2為協(xié)作傳輸?shù)氖疽鈭D，圖中有信源節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)由實(shí)線箭頭和虛線箭頭連接，其中實(shí)線箭頭表示第一個(gè)時(shí)隙，虛線箭頭表
4示第二個(gè)時(shí)隙。在第一個(gè)時(shí)隙，信源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)；在第二個(gè)時(shí)隙，中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，目的節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)。協(xié)作傳輸通常
采用放大傳輸(AF, amplify and forward)和解碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF ， decode and forward)兩種方式，通過時(shí)分方式(time division duplex)實(shí)現(xiàn)。力文大傳輸和解碼傳輸兩種協(xié)作傳輸模式的不同之處在于第二個(gè)時(shí)隙中對(duì)信號(hào)的處理，AF模式是對(duì)接信號(hào)筒單的放大轉(zhuǎn)發(fā)，而DF模式將接收信號(hào)解碼后再轉(zhuǎn)發(fā)。
在OFDMA協(xié)作蜂窩系統(tǒng)中，需要從一個(gè)信源一個(gè)信宿多個(gè)候選中繼的系統(tǒng)中，選出合適的協(xié)作伙伴。
現(xiàn)有技術(shù)中的一種方法是把協(xié)作蜂窩系統(tǒng)中的資源分配的問題轉(zhuǎn)換到對(duì)偶域進(jìn)行求解，即應(yīng)用層的數(shù)據(jù)需求優(yōu)化問題和物理層的數(shù)據(jù)提供優(yōu)化問題，這兩個(gè)問題通過拉格朗日乘子法解優(yōu)化問題。物理層通過自適應(yīng)的子載波和功率分配，以及選擇合理的中繼節(jié)點(diǎn)和中繼策略；應(yīng)用層試圖最大化額外考慮數(shù)才唐傳輸?shù)幕ㄙM(fèi)的系統(tǒng)效用函數(shù)。通過上述這兩個(gè)步驟的不斷迭代，最終為系統(tǒng)中的每條數(shù)據(jù)流選擇合理的中繼伙伴以及中繼策略。
本發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)方案會(huì)造成最需要進(jìn)行協(xié)作的、處于較差信道的用戶節(jié)點(diǎn)被忽略，無法獲得需要的資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供正交頻分多址協(xié)作蜂窩系統(tǒng)中繼節(jié)點(diǎn)選擇的方法和基站。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的目的，本發(fā)明實(shí)施例纟是供了如下技術(shù)方案一種正交頻分多址OFDMA協(xié)作蜂窩系統(tǒng)中繼節(jié)點(diǎn)選擇的方法，包括將所述蜂窩系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)按照是否有傳輸需求進(jìn)行分類，分為有傳輸需
求的節(jié)點(diǎn)和沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)；
當(dāng)所述有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)需要協(xié)作傳輸時(shí)，從所述沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)中
選取候選中繼節(jié)點(diǎn)，并從所述候選中繼節(jié)點(diǎn)中選擇中繼節(jié)點(diǎn)。一種基站，包括
分類單元，用于將蜂窩系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)按照是否有傳輸需求進(jìn)行分類，分為有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)和沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)；
選取單元，用于當(dāng)所述有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)需要協(xié)作傳輸時(shí)，從沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)中選取候選中繼節(jié)點(diǎn)，并從候選中繼節(jié)點(diǎn)中選取中繼節(jié)點(diǎn)。
可見，在本發(fā)明實(shí)施例中，將所述蜂窩系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)按照是否有傳輸需
求進(jìn)行分類，分為有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)和沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)；當(dāng)所述有傳輸需
求的節(jié)點(diǎn)需要協(xié)作傳輸時(shí)，從所述沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)中選取候選中繼節(jié)點(diǎn)，并從所述候選中繼節(jié)點(diǎn)中選擇中繼節(jié)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，能夠根據(jù)各個(gè)節(jié)
點(diǎn)的實(shí)際需要，滿足更多節(jié)點(diǎn)的服務(wù)質(zhì)量(QoS， Quality of Service )需求。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中OFDMA協(xié)作蜂窩系統(tǒng)系統(tǒng)模型示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中協(xié)作傳輸示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例一所提供的方法的流程圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例二所提供的方法的流程圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例所提供的需求速率-未滿足用戶數(shù)的對(duì)比圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例所提供的需求速率-系統(tǒng)總功率的對(duì)比圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例三所提供的方法的流程圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例所提供的需求誤碼率-未滿足用戶數(shù)的對(duì)比圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例所提供的需求誤碼率-系統(tǒng)總功率的對(duì)比圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施例所提供的需求誤碼率-平均誤碼率的對(duì)比圖；圖11為本發(fā)明實(shí)施例四所提供的基站的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為本發(fā)明實(shí)施例所提供一裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施例提供了正交頻分多址協(xié)作蜂窩系統(tǒng)中繼節(jié)點(diǎn)選擇的方法和裝置，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參見圖3，在本發(fā)明實(shí)施例一中，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例所提供的OFDMA協(xié) 作蜂窩系統(tǒng)中繼節(jié)點(diǎn)選擇方法，包括如下步驟
步驟301:將系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)按照是否有傳輸需求進(jìn)行分類，分為有傳輸 需求的節(jié)點(diǎn)和沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)。
假設(shè)OFDMA協(xié)作蜂窩系統(tǒng)中共有《個(gè)節(jié)點(diǎn)，則所述K個(gè)節(jié)點(diǎn)可以分為兩 個(gè)組可以作為中繼節(jié)點(diǎn)的組AT"和不可以作為中繼節(jié)點(diǎn)的組^"。由于節(jié)點(diǎn)是 半雙工單工的，無法同時(shí)處理上行和下行數(shù)據(jù)。如果節(jié)點(diǎn)^需要直傳去滿足自 身數(shù)據(jù)傳輸需求，則它無法作為其他節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)。因此，如果節(jié)點(diǎn)z'有數(shù) 據(jù)傳輸需求，則它屬于r^;如果，節(jié)點(diǎn)z'無數(shù)據(jù)傳輸需求，即節(jié)點(diǎn)z'是空閑節(jié) 點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)^屬于i^。
步驟302:當(dāng)所述有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)需要協(xié)作傳輸時(shí)，從所述沒有傳輸需 求的節(jié)點(diǎn)中選取候選中繼節(jié)點(diǎn)，并從所述候選中繼節(jié)點(diǎn)中選擇中繼節(jié)點(diǎn)。
其中，如果所述有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)直傳無法滿足其傳輸需求時(shí)，就需要協(xié) 作傳輸。
優(yōu)選地，圖3所示的方法進(jìn)一步包括
根據(jù)速率需求標(biāo)準(zhǔn)、誤碼率標(biāo)準(zhǔn)或中斷概率標(biāo)準(zhǔn)判斷所述有傳輸需求的節(jié) 點(diǎn)是否需要協(xié)作傳輸。
其中，根據(jù)實(shí)際需要，還可以在上述步驟302之后，進(jìn)一步包括如下步驟 對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。
通過本實(shí)施例提供的方法，可以根據(jù)有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)的實(shí)際傳輸能力確 定該節(jié)點(diǎn)是否需要中繼傳輸，為有需要的節(jié)點(diǎn)提供中繼傳輸，從而滿足更多節(jié) 點(diǎn)的QoS需求。
在本發(fā)明不同的實(shí)施例中，可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)判斷有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)是 否需要協(xié)作傳輸，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)就可以滿足不同的QoS需求，下面結(jié)合不 同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
實(shí)施例二，在本實(shí)施例中，根據(jù)速率需求標(biāo)準(zhǔn)來選取候選中繼節(jié)點(diǎn)，在本
7實(shí)施例中在確定協(xié)作傳輸可以帶來系統(tǒng)增益的情況下，讓盡量多的節(jié)點(diǎn)能使用 協(xié)作提高效率，以提高系統(tǒng)的傳輸速率。參見圖4，該實(shí)施例具體包括以下步
驟
步驟401:將系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)按照是否有傳輸需求進(jìn)行分類，分為有傳輸 需求的節(jié)點(diǎn)和沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)。
根據(jù)系統(tǒng)的中各個(gè)節(jié)點(diǎn)是否有傳輸需求，將有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)歸入《 組，沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)歸入W組。
步驟402:根據(jù)速率需求標(biāo)準(zhǔn)判斷有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)是否需要協(xié)作傳輸。
對(duì)于^^組中的節(jié)點(diǎn)，首先，計(jì)算其直傳平均速率?！﹊i殳每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最大 發(fā)射功率為C i^組中的某一節(jié)點(diǎn)/的最小傳輸速率要求為i ,卿，根據(jù)節(jié) 點(diǎn)/的子載波平均信道增益^，由式(1)可以計(jì)算出中節(jié)點(diǎn)z'的單個(gè)子載波在
直傳的時(shí)候可以提供的直傳平均速率A,
尺=
X『log2
(1)
其中
《
表示平均每個(gè)節(jié)點(diǎn)能分配到的子載波數(shù)，『是子載波的帶寬，
尸_〖xi>max
^ 表示平均分配到各子載波上的節(jié)點(diǎn)功率，r是信噪比容限，^是噪 聲功率。
如果《細(xì)組中的節(jié)點(diǎn)/的直傳平均速率&小于節(jié)點(diǎn)/的最小傳輸速率要求
i "e，即i , <&卿，則表示節(jié)點(diǎn)/直傳無法滿足速率要求，需要進(jìn)行協(xié)作傳輸； 如果節(jié)點(diǎn)/的直傳平均速率不小于節(jié)點(diǎn)/的最小傳輸速率要求，即; ,々i ,卿，
則表示節(jié)點(diǎn)纟不需要協(xié)作傳輸就可以保障其QoS。
步驟403:從r組的節(jié)點(diǎn)中為需要協(xié)作傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)選取候選中繼節(jié)點(diǎn)。 當(dāng)確定《順組中的節(jié)點(diǎn)z'需要協(xié)作傳輸后，就需要從V組中選出候選中繼 節(jié)點(diǎn)。協(xié)作傳輸有AF和DF兩種中繼方式，這兩種方式的區(qū)別在于第二個(gè)時(shí) 隙中對(duì)信號(hào)的處理，AF模式是對(duì)接信號(hào)簡(jiǎn)單的放大轉(zhuǎn)發(fā)，而DF模式將接收信號(hào)解碼后再轉(zhuǎn)發(fā)。無論是放大轉(zhuǎn)發(fā)還是將接收信號(hào)解碼后再轉(zhuǎn)發(fā)都不影響本 發(fā)明實(shí)施例所提供的方法的實(shí)現(xiàn)，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，下面的介紹都以
AF的中繼方式為例來描述如何從r組中選出候選中繼節(jié)點(diǎn)，對(duì)DF中繼方式
也適用。
參見圖2，對(duì)于一條協(xié)作鏈路，若在接收端(基站)采用了最大比合并的 方式，合并接收到的信號(hào)，則其接收端的信噪比為
纖
肌
(2)
其中巧為節(jié)點(diǎn)/到基站的平均信道增益，可為節(jié)點(diǎn)y到基站的平均信道增 益，^;為節(jié)點(diǎn)/到節(jié)點(diǎn)/的平均信道增益。
r同有數(shù)據(jù)傳輸需求的^:柳中的節(jié)點(diǎn)一樣，都有節(jié)點(diǎn)功率上限。因此根據(jù) 式(2),可以計(jì)算得到《柳中的節(jié)點(diǎn)/,選取r中選出候選中繼節(jié)點(diǎn)中的節(jié)點(diǎn))
作為中繼時(shí)，單個(gè)子載波上能達(dá)到的速率為
w 2 2
1 +——^" + — _
乂 \ j w /乂
(3)
在較高信噪比下，噪聲一遠(yuǎn)小于Px巧+戶x^J,可以忽略，則式(3)近似
為:
i ,,=>log2
2
1 +——!r + -
(4)
比較式(l)和式(4)，可以得到在較高信噪比下，協(xié)作速率優(yōu)于直傳的條件
為
,p《
1 +——lr +
>
1+
式(5)展開后，等價(jià)于:<formula>formula see original document page 10</formula>
因?yàn)樵趯?shí)際信道中，通常^量級(jí)很小，r>2遠(yuǎn)小于g,上式可以近似為
A+"" (7)
即:
<formula>formula see original document page 10</formula>根據(jù)以上的推導(dǎo)過程可知，如果r組中的節(jié)點(diǎn)廠滿足式(8)，則說明如果 節(jié)點(diǎn)/采用節(jié)點(diǎn)y做中繼節(jié)點(diǎn)，可以帶來傳輸速率提升，節(jié)點(diǎn)y'可以作為節(jié)點(diǎn)/的 候選中繼節(jié)點(diǎn)。
對(duì)K細(xì)組中的所有需要協(xié)作傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)的候選節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選取，最后，f組
中的節(jié)點(diǎn)就組成一個(gè)相對(duì)于《ra組中需要協(xié)作傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)的候選中繼節(jié)點(diǎn)矩 陣尸C 。矩陣尸C中的元素只有0和1兩種值，該矩陣的行數(shù)為《 中需要協(xié)作 傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，列數(shù)為X 中元素的個(gè)數(shù)。
優(yōu)選地，當(dāng)節(jié)點(diǎn)y可以列為節(jié)點(diǎn)z'的候選中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)，可以記作PC,j二l; 當(dāng)節(jié)點(diǎn)7'不能列為節(jié)點(diǎn)z'的候選中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)，記PC,; = 0 。
優(yōu)選地，在步驟403中，在判斷節(jié)點(diǎn)y能否作為節(jié)點(diǎn)z'的候選中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)，
還可以采用如下的方法
當(dāng)計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)z'如果選取節(jié)點(diǎn)y做中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)，單個(gè)子載波所能達(dá)到的
傳輸速率《，,后，判斷&是否小于節(jié)點(diǎn)/的最小傳輸速率要求i ,卿，如果i ,，,小 于節(jié)點(diǎn)/的最小傳輸速率要求《，，則節(jié)點(diǎn)/就不能作為節(jié)點(diǎn)/的候選中繼節(jié) 點(diǎn)，否則就可以，即如果《，,<《服2，則PC,^;0;如果《力.27 /^,則PC,j;l。 步驟404:利用匈牙利(Hungarian)算法從候選中繼節(jié)點(diǎn)中選取中繼節(jié)點(diǎn)。 當(dāng)獲得候選中繼節(jié)點(diǎn)矩陣尸C后，對(duì)矩陣PC使用Hungarian算法求得最優(yōu) 的組合方案。其中，該組合方案用中繼向量C表示，其中C,=)表示算法為節(jié)點(diǎn)^選擇的中繼節(jié)點(diǎn)為_/。
Hungarian是一種經(jīng)典加權(quán)二分圖匹配算法。輸入用矩陣表示的加權(quán)二分 圖，就可以得到最優(yōu)匹配(這些匹配結(jié)果的權(quán)值和最大或最小)。要實(shí)現(xiàn)匹閨己， 可行的算法有很多，如窮舉法，貪婪法，輪詢法等。在本發(fā)明實(shí)施例中采用 匈牙利算法為例進(jìn)行說明，對(duì)于其它算法同樣適用于本發(fā)明具體實(shí)施例。
優(yōu)選地，在步驟404之后還包括對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。
具體地，當(dāng)?shù)玫搅酥欣^向量C之后，對(duì)中繼向量C進(jìn)行驗(yàn)證。C的維數(shù)與 需要中繼的節(jié)點(diǎn)數(shù)應(yīng)該是一樣多的，然而算法并不能總是保證每個(gè)有中繼需求 的節(jié)點(diǎn)都能得到滿足，對(duì)于這些無法得到滿足的節(jié)點(diǎn)，匈牙利算法返回的結(jié)果 是沒有意義的。因此，需要對(duì)照候選中繼節(jié)點(diǎn)矩陣尸C進(jìn)行驗(yàn)證，判斷中繼向 量C中為節(jié)點(diǎn)/指派的中繼節(jié)點(diǎn)C,是否能帶來增益，假設(shè)C, =7',查看候選中繼 節(jié)點(diǎn)矩陣PC"的值，如果PC"-1則能帶來增益，則說明C,=;是有意義的，否 則C,/是沒有意義的，應(yīng)采用直傳。
本發(fā)明實(shí)施例所4是供的方法，將系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類，分為有傳輸需求 的節(jié)點(diǎn)和沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)，然后，對(duì)有傳輸需要的節(jié)點(diǎn)中直傳速率不能滿 足需求的節(jié)點(diǎn)，從沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)中為之選取中繼節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)協(xié)作傳輸。
圖5為需求速率-未滿足用戶數(shù)的對(duì)比圖。因?yàn)楸景l(fā)明實(shí)施例是根據(jù)節(jié)點(diǎn) 的實(shí)際需要來為之提供中繼節(jié)點(diǎn)的，直傳和隨機(jī)選擇協(xié)作伙伴在沒有結(jié)合節(jié)點(diǎn) 本身的實(shí)際需要，當(dāng)需求速率很低時(shí)，選擇合適的中繼節(jié)點(diǎn)的重要性還不是很 明顯，但是，可以看出隨著需求速率的提升，本發(fā)明實(shí)施例所提供的方法(即 圖中所示匈牙利改的方案)比單純的直傳和隨機(jī)選擇協(xié)作伙伴更能滿足系統(tǒng)中 的用戶。這是因?yàn)?，隨著需求速率的提升，更多的有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)自身的直 傳速率無法滿足需求，所以采用直傳，未滿足需求的用戶數(shù)會(huì)增多，而隨機(jī)選 擇伙伴因?yàn)榭赡軙?huì)選擇到不能帶來增益的伙伴，所以隨機(jī)的伙伴選擇更難滿足 用戶需求。
圖6為需求速率-系統(tǒng)總功率的對(duì)比圖。圖中的功率是經(jīng)過 率控制的結(jié) 果，即當(dāng)節(jié)點(diǎn)z'的需求能夠在節(jié)點(diǎn)功率限制范圍內(nèi)得到滿足，節(jié)點(diǎn)^的功率為剛好能使節(jié)點(diǎn)Z'滿足其需求的功率；當(dāng)節(jié)點(diǎn)z'的需求不能夠在節(jié)點(diǎn)功率限制范圍內(nèi) 得到滿足，則節(jié)點(diǎn)!'的功率為該節(jié)點(diǎn)的功率上限值。需要注意的是，如果節(jié)點(diǎn)!' 釆用了協(xié)作，則為了表示中繼節(jié)點(diǎn)的功率消耗，節(jié)點(diǎn)!'的功率要乘以2。協(xié)作 通信帶來的增益會(huì)以中繼節(jié)點(diǎn)的功率上升為代價(jià)，但是，本發(fā)明實(shí)施例所提供
的方法中，直傳和協(xié)作傳輸可以同時(shí)存在。以滿足用戶的QoS為前提，自適 應(yīng)地選擇協(xié)作和直傳，在不需要采用協(xié)作就可以滿足QoS的情況下采用直傳
的方式，只對(duì)有需要的節(jié)點(diǎn)采用協(xié)作傳輸，降低了總功率的上升。從圖中可以 看出，采用本本發(fā)明實(shí)施例所提供的方法，不一定會(huì)帶來系統(tǒng)總功率的上升， 而隨機(jī)選擇伙伴，則可使系統(tǒng)消耗的總功率多l(xiāng)倍左右。
實(shí)施例三，在該實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例采用誤碼率標(biāo)準(zhǔn)來選取候選中繼
節(jié)點(diǎn)，參見圖7，該實(shí)施例具體包括以下步驟
步驟701:將系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)按照是否有傳輸需求進(jìn)行分類，分為有傳輸 需求的節(jié)點(diǎn)和沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)。
根據(jù)系統(tǒng)的中各個(gè)節(jié)點(diǎn)是否有傳輸需求，有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)歸入iTK組， 沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)歸入《fi組。
步驟702:根據(jù)誤碼率標(biāo)準(zhǔn)判斷有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)是否需要協(xié)作傳輸。
對(duì)于《訓(xùn)組中的節(jié)點(diǎn)，計(jì)算其直傳信道誤碼率。
協(xié)作蜂窩系統(tǒng)中的信號(hào)有多種調(diào)制方式，例如雙相移相鍵控(BPSK， Binary Phase Shift Keying )、正交相移4建控(QPSK, Quadrature Phase Shift Keying)等，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的方法而言，不同的調(diào)制方式區(qū)別只在于 計(jì)算誤碼率的公式不同，不影響本發(fā)明實(shí)施例所提供的方法的實(shí)現(xiàn)，故在本發(fā) 明實(shí)施例中，假設(shè)協(xié)作蜂窩系統(tǒng)中的信號(hào)是由BPSK方式調(diào)制的，則節(jié)點(diǎn)的 直傳信道誤碼率通過誤差補(bǔ)函數(shù)(erfc函數(shù))進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如式(9) 所示
對(duì)于《訓(xùn)組中的任意節(jié)點(diǎn)/ ，如果節(jié)點(diǎn)/的直傳誤碼率大于節(jié)點(diǎn)/的誤碼率需求^五《卿，即^￡《>^￡及,卿，則表示節(jié)點(diǎn)/需要協(xié)作傳輸；如果節(jié)點(diǎn)/的直傳
誤碼率不大于節(jié)點(diǎn)z'的誤碼率需求B五i ,卿，即^￡及,、^￡^卿,則說明節(jié)點(diǎn)/不需
要協(xié)作傳輸就可以保障其QoS。
步驟703:對(duì)需要協(xié)作傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)，從r組的節(jié)點(diǎn)中選取候選中繼節(jié)點(diǎn)。 當(dāng)確定組中的節(jié)點(diǎn)/需要協(xié)作傳輸后，就需要從V中選出候選中繼節(jié)
點(diǎn)，與實(shí)施例二相似，下面的介紹都以AF的中繼方式為例進(jìn)行，對(duì)DF中繼
方式也適用。
從r中中選出候選中繼節(jié)點(diǎn)，即要考察P中的節(jié)點(diǎn)，計(jì)算采用協(xié)助后能 達(dá)到的誤碼率。例如，如果需要協(xié)作傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)/選取r組中的節(jié)點(diǎn)/作為中
繼節(jié)點(diǎn)，則協(xié)作后能達(dá)到的誤碼率的計(jì)算公式為:<formula>formula see original document page 13</formula>
如果協(xié)作后的誤碼率^￡及"能夠滿足節(jié)點(diǎn)/的誤碼率需求^￡《卿，即滿足
S ，則節(jié)點(diǎn)_/可以列為節(jié)點(diǎn)/的候選中繼節(jié)點(diǎn)。
為r^組中的所有需要協(xié)作傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)選取候選節(jié)點(diǎn)，最后，r組中的節(jié) 點(diǎn)就組成一個(gè)相對(duì)于《順組中需要協(xié)作傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)的候選節(jié)點(diǎn)矩陣PC 。矩陣 PC中的元素只有0和1兩種值，該矩陣的行數(shù)為《細(xì)組中需要協(xié)作傳輸?shù)墓?jié) 點(diǎn)個(gè)數(shù)，列數(shù)為r組中元素的個(gè)數(shù)。
優(yōu)選地，當(dāng)節(jié)點(diǎn)y可以列為節(jié)點(diǎn)/的候選中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)，可以記作尸c,尸i;
當(dāng)節(jié)點(diǎn)7不能列為節(jié)點(diǎn)/的候選中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)，記尸C" =0。
步驟704:利用Hungarian算法從候選中繼節(jié)點(diǎn)中選取中繼節(jié)點(diǎn)。 當(dāng)獲得候選中繼節(jié)點(diǎn)^C后，對(duì)矩陣^C使用Hungarian算法求得最優(yōu)的組
合方案其中，該組合方案用向量C表示，其中C,表示Hungarian算法為節(jié)點(diǎn)z'選
擇的中繼節(jié)點(diǎn)。
優(yōu)選地，在步驟404之后還包括對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。
具體地，當(dāng)?shù)玫搅酥欣^向量C之后，對(duì)中繼向量C進(jìn)行驗(yàn)證。C的維數(shù)跟
需要中繼的節(jié)點(diǎn)數(shù)應(yīng)該是一樣多的，然而算法并不能總是保證每個(gè)有中繼需求的節(jié)點(diǎn)都能得到滿足，對(duì)于這些無法得到滿足的節(jié)點(diǎn)，匈牙利算法返回的結(jié)果 是沒有意義的。因此，需要對(duì)照候選中繼節(jié)點(diǎn)矩陣PC進(jìn)行驗(yàn)證，判斷中繼向 量C中為節(jié)點(diǎn)/指派的中繼節(jié)點(diǎn)C,是否能帶來增益，假設(shè)C,",查看候選中繼 節(jié)點(diǎn)矩陣PC^的值，如果7> =1則能帶來增益，則說明C,=;'是有意義的，否 則C,/是沒有意義的，應(yīng)采用直傳。
本發(fā)明實(shí)施例所提供的方法，將系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類，分為有傳輸需求 的節(jié)點(diǎn)和沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)，然后，對(duì)有傳輸需要的節(jié)點(diǎn)中誤碼率不能滿足 需求的節(jié)點(diǎn)，從沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)中為之選取中繼節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)協(xié)作傳輸。
圖8中給出了需求誤碼率-未滿足用戶數(shù)的對(duì)比圖。本發(fā)明實(shí)施例是根據(jù) 節(jié)點(diǎn)的實(shí)際需要來為之提供中繼節(jié)點(diǎn)的，直傳和隨機(jī)選擇協(xié)作伙伴則沒有結(jié)合 節(jié)點(diǎn)本身的實(shí)際需要。隨著需求的提升，本方案比單純的直傳和隨機(jī)選擇協(xié)作 伙伴更能滿足系統(tǒng)中的用戶，此外本發(fā)明實(shí)施例所采取的協(xié)作方式帶來分集增 益，使得采用協(xié)作誤碼率顯著下降。
圖9中給出需求誤碼率-系統(tǒng)總功率的對(duì)比圖。本結(jié)果中的功率是經(jīng)過功
率控制的結(jié)果。采用本發(fā)明實(shí)施例所提供的方法之后，系統(tǒng)可以獲得分集增益，
等效的信道質(zhì)量得到提升，因而滿足誤碼率需求所需的功率降低。圖9中，本 發(fā)明實(shí)施例所提供的方法所消耗的系統(tǒng)總功率相對(duì)直傳比圖6的顯著是因?yàn)?圖6的仿真中，由速率帶來較理想增益的條件比較嚴(yán)苛，能夠作為中繼的點(diǎn)比 較少，所以功率消耗上升現(xiàn)象并不明顯，圖9的仿真中，系統(tǒng)可以獲得分集增 益，等效的信道質(zhì)量得到提升，因而滿足誤碼率需求所需的功率降低。
圖10中給出了需求誤碼率-平均誤碼率的對(duì)比圖。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)模型釆用的 協(xié)作方式帶來了分集增益，所以采用協(xié)作后誤碼率下降。但可以看出本方案的 得到的平均誤碼率明顯低于隨機(jī)選擇的方案。需求誤碼率在10A(-7)之后趨于 平緩是因?yàn)?，誤碼率的下限主要由節(jié)點(diǎn)位置(信道增益)和信噪比(發(fā)送功率) 決定。圖10的所有點(diǎn)都在同一最大信噪比約束條件，而節(jié)點(diǎn)到基站的距離也 是近似相同(具有一定隨機(jī)性，不完全相同)的。所以，這些點(diǎn)都有相近的誤 碼率的下限。之所以在有相近的誤碼率的情況下，而前面兩個(gè)點(diǎn)的誤碼率較高，是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)按照誤碼率需求進(jìn)行了功率控制。
在實(shí)際應(yīng)用中，還可以根據(jù)中斷概率標(biāo)準(zhǔn)選取候選中繼節(jié)點(diǎn)，方法與速率 需求標(biāo)準(zhǔn)和誤碼率標(biāo)準(zhǔn)類似，在將系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)按照是否有傳輸需求進(jìn)行分
類后，首先求出中繼方式下的中斷概率推導(dǎo)公式，再計(jì)算出各個(gè)有傳輸需求的 節(jié)點(diǎn)在直傳和中繼等不同情況下達(dá)到的QoS,對(duì)有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)，判斷直傳
能否滿足QoS需求，如果不能滿足要求，就將該節(jié)點(diǎn)中繼能達(dá)到的QoS與目 標(biāo)QoS需求對(duì)比，如果能夠滿足要求，就將候選中繼節(jié)點(diǎn)矩陣對(duì)應(yīng)位置記為1。
當(dāng)計(jì)算出所有的協(xié)作配對(duì)后，利用預(yù)設(shè)算法，例如匈牙利算法后者其他的二分 圖匹配算法，根據(jù)候選中繼節(jié)點(diǎn)矩陣求出所需要的中繼節(jié)點(diǎn)。
由此可見，選擇怎樣的標(biāo)準(zhǔn)來選擇候選中繼節(jié)點(diǎn)以及用什么樣的算法從候 選中繼節(jié)點(diǎn)中選出中繼節(jié)點(diǎn)有多種，可以根據(jù)實(shí)際需要任意選擇，本發(fā)明不做 限定。
實(shí)施例四，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基站，參見圖11,該基站包括
分類單元1101,用于將蜂窩系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)按照是否有傳輸需求進(jìn)行分 類，分為有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)和沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)；
選取單元1102,用于當(dāng)所述有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)需要協(xié)作傳輸時(shí)，從沒有 傳輸需求的節(jié)點(diǎn)中選取候選中繼節(jié)點(diǎn)，并從候選中繼節(jié)點(diǎn)中選取中繼節(jié)點(diǎn)。
其中，如果所述有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)直傳無法滿足其傳輸需求時(shí)，就需要協(xié) 作傳輸。
優(yōu)選地，上述基站還包括
判斷單元1103,用于根據(jù)速率需求標(biāo)準(zhǔn)、誤碼率標(biāo)準(zhǔn)或中斷概率標(biāo)準(zhǔn)判 斷所述分類單元分類得到的有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)是否需要協(xié)作傳輸，并將判斷結(jié) 果告知所述選取單元1102。
優(yōu)選地，上述基站還包括
驗(yàn)證單元，用于對(duì)上述中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。
圖11所示的基站的工作流程為
分類單元1101將系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)按照是否有傳輸需求進(jìn)行分類，分為有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)和沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)，判斷單元1103判斷其中有傳輸需求 的節(jié)點(diǎn)是否需要協(xié)作傳輸，選取單元1102從沒有數(shù)據(jù)傳輸需求的節(jié)點(diǎn)中為需 要協(xié)作傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)選取候選中繼節(jié)點(diǎn)，當(dāng)候選中繼節(jié)點(diǎn)選取完成之后，從候選 中繼節(jié)點(diǎn)中選取中繼節(jié)點(diǎn)。
參見圖12,選取單元1102具體包括
算法模塊11021,用于計(jì)算需要協(xié)作傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)在選取沒有傳輸需求的節(jié) 點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作傳輸時(shí)的協(xié)作傳輸值；
中繼節(jié)點(diǎn)選取模塊11022，用于當(dāng)所述算法模塊得到的協(xié)作傳輸值滿足傳 輸要求時(shí)，確定候選中繼節(jié)點(diǎn)，并從候選中繼節(jié)點(diǎn)中選取中繼節(jié)點(diǎn)。
圖12所示的第一選取單元的工作流程為
算法模塊11021計(jì)算需要協(xié)作傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)在選取沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)進(jìn) 行協(xié)作傳輸時(shí)的協(xié)作傳輸值，當(dāng)所述算法模塊得到的協(xié)作傳輸值滿足傳輸要求 時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)獲取模塊11022確定候選中繼節(jié)點(diǎn)，并從候選中繼節(jié)點(diǎn)中選取中 繼節(jié)點(diǎn)。
對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本 發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見 的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在
其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)^:限制于本文所示的這些實(shí)施例，而 是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相 一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1、一種正交頻分多址OFDMA協(xié)作蜂窩系統(tǒng)中繼節(jié)點(diǎn)選擇的方法，其特征在于，包括將所述蜂窩系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)按照是否有傳輸需求進(jìn)行分類，分為有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)和沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)；當(dāng)所述有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)需要協(xié)作傳輸時(shí)，從所述沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)中選取候選中繼節(jié)點(diǎn)，并從所述候選中繼節(jié)點(diǎn)中選擇中繼節(jié)點(diǎn)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括根 據(jù)速率需求標(biāo)準(zhǔn)、誤碼率標(biāo)準(zhǔn)或中斷概率標(biāo)準(zhǔn)判斷所述有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)是否 需要協(xié)作傳輸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)速率需求標(biāo)準(zhǔn)判 斷有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)是否需要協(xié)作傳輸具體包括計(jì)算所述有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)的直傳平均速率；當(dāng)所述有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)的直傳平均速率不能滿足所述速率需求標(biāo)準(zhǔn)時(shí)， 確定該節(jié)點(diǎn)需要協(xié)作傳輸。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述從所述沒有數(shù)據(jù)傳輸 需求的節(jié)點(diǎn)中選取候選中繼節(jié)點(diǎn)具體包括計(jì)算所述需要協(xié)作傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)在選取沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作傳輸 時(shí)的協(xié)作傳輸速率；當(dāng)所述協(xié)作傳輸速率滿足所述速率需求標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，確定所述選取的進(jìn)行協(xié)作 傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)為候選中繼節(jié)點(diǎn)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)誤碼率標(biāo)準(zhǔn)判斷 有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)是否需要協(xié)作傳輸具體包括計(jì)算所述有傳^T需求的節(jié)點(diǎn)的直傳誤碼率；當(dāng)所述有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)的直傳誤碼率不能滿足所述誤碼率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，確定 該節(jié)點(diǎn)需要協(xié)作傳輸。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，計(jì)算需要協(xié)作傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)在選取沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作傳輸時(shí)的協(xié)作傳輸誤碼率；當(dāng)所述協(xié)作傳輸誤碼率滿足所述誤碼率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，確定所述選取的進(jìn)行協(xié)作 傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)就為候選中繼節(jié)點(diǎn)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1 6任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述從所述 候選中繼節(jié)點(diǎn)中選擇中繼節(jié)點(diǎn)之后，還包括對(duì)所述中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。
8、 一種基站，其特征在于，包括分類單元，用于將蜂窩系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)按照是否有傳輸需求進(jìn)行分類，分 為有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)和沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)；選取單元，用于當(dāng)所述有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)需要協(xié)作傳輸時(shí)，從沒有傳輸需 求的節(jié)點(diǎn)中選取候選中繼節(jié)點(diǎn)，并從候選中繼節(jié)點(diǎn)中選取中繼節(jié)點(diǎn)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基站，其特征在于，該基站進(jìn)一步包括 判斷單元，用于根據(jù)速率需求標(biāo)準(zhǔn)、誤碼率標(biāo)準(zhǔn)或中斷概率標(biāo)準(zhǔn)判斷所述分類單元分類得到的有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)是否需要協(xié)作傳輸，并將判斷結(jié)果告知 所述選取單元。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基站，其特征在于，所述選取單元具體包括 算法模塊，用于計(jì)算需要協(xié)作傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)在選取沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作傳輸時(shí)的協(xié)作傳輸值；中繼節(jié)點(diǎn)選取模塊，用于當(dāng)所述算法模塊得到的協(xié)作傳輸值滿足傳輸要求 時(shí)，確定候選中繼節(jié)點(diǎn)，并從候選中繼節(jié)點(diǎn)中選取中繼節(jié)點(diǎn)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8 10任一項(xiàng)所述的基站，其特征在于，還包括 驗(yàn)證單元，用于對(duì)所述選取單元選取的中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了正交頻分多址協(xié)作蜂窩系統(tǒng)中繼節(jié)點(diǎn)選擇的方法和裝置，其中，所述方法為將所述蜂窩系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)按照是否有傳輸需求進(jìn)行分類，分為有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)和沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)；當(dāng)所述有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)需要協(xié)作傳輸時(shí)，從所述沒有傳輸需求的節(jié)點(diǎn)中選取候選中繼節(jié)點(diǎn)，并從所述候選中繼節(jié)點(diǎn)中選擇中繼節(jié)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，能夠根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際需要，滿足更多節(jié)點(diǎn)的QoS需求。
文檔編號(hào)H04W28/16GK101656987SQ20081004193
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2008年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月19日
發(fā)明者宋興華, 李德智, 王曉湘 申請(qǐng)人:上海華為技術(shù)有限公司;北京郵電大學(xué)