專利名稱：一種三階段分布式無線協(xié)同組播/廣播方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對(duì)組播業(yè)務(wù)的傳輸，提供了一種基于協(xié)同通信、空間分集和功 率控制技術(shù)的分布式協(xié)同組播/廣播調(diào)度方法，屬于無線組播/廣播技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線組播/廣播技術(shù)是一種在無線環(huán)境下用于一對(duì)多數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝C(jī)制，為電 視、廣播、電影等應(yīng)用供應(yīng)商提供了廣闊的無線平臺(tái)，已引起廣泛的關(guān)注。組播/廣播模式， 是點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)據(jù)服務(wù)，單一的數(shù)據(jù)流被多個(gè)用戶共同接收，特別適合于電視節(jié)目、現(xiàn)場賽 事轉(zhuǎn)播等直播類業(yè)務(wù)。目前用戶在移動(dòng)終端上觀看電視節(jié)目的手機(jī)電視業(yè)務(wù)正逐漸地大規(guī) 模流行起來。多媒體組播/廣播業(yè)務(wù)架構(gòu)已經(jīng)被納入3GPP的標(biāo)準(zhǔn)，IPTV、移動(dòng)電視等有望 在未來的4G平臺(tái)上占有一定的市場。采用帶有基礎(chǔ)設(shè)施的分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已成為支持無線組播/廣播業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā) 展趨勢，在IEEE802. lls/16e等標(biāo)準(zhǔn)，以及IMT-Advanced等系統(tǒng)中均采用了類似的網(wǎng)絡(luò)架 構(gòu)，相關(guān)支撐技術(shù)得到了廣泛關(guān)注，其中協(xié)同通信技術(shù)通過終端或中繼站的協(xié)同傳輸，提高 組播/廣播傳輸?shù)母采w范圍和吞吐量，正成為研究熱點(diǎn)。無線組播/廣播面臨的最大問題是各個(gè)節(jié)點(diǎn)信道狀態(tài)的不均勻性和波動(dòng)性，吞吐 量受到最差鏈路節(jié)點(diǎn)的限制，無線資源不能被充分地利用，組播的性能得不到保證，現(xiàn)有的 廣播/組播協(xié)議在路由選擇、拓?fù)淇刂?、差錯(cuò)/重傳控制及傳輸速率/功率控制等方面無法 給出滿意的解決方案。協(xié)同通信技術(shù)已被廣泛研究可以通過利用無線信道的廣播特性以及多用戶的協(xié) 同分集增益用來提高系統(tǒng)的性能。目前該領(lǐng)域內(nèi)的協(xié)同組播/廣播方面的專利主要有其中，中興公司在這方面申請了 4個(gè)發(fā)明專利1. 一種半雙工和組播協(xié)同中繼模式的切換方法及相應(yīng)的基站，基站根據(jù)基站_中 繼站、中繼站_移動(dòng)終端和基站_移動(dòng)終端這三個(gè)鏈路上的信道質(zhì)量信息，估算出這三個(gè)鏈 路上的信道速率，然后計(jì)算出半雙工中繼模式和組播協(xié)同中繼模式下基站_中繼站_移動(dòng) 終端鏈路上的有效信道速率，再結(jié)合基站_移動(dòng)終端鏈路的信道質(zhì)量和設(shè)定的切換策略進(jìn) 行模式切換的判決，在滿足切換條件時(shí)，進(jìn)行半雙工中繼模式和組播協(xié)同中繼模式之間的 切換。相應(yīng)的基站包括第一發(fā)送模塊、第二發(fā)送模塊和中繼模式控制模塊。該發(fā)明可以充 分利用中繼系統(tǒng)，達(dá)到改善網(wǎng)絡(luò)性能的效果。2. 一種多媒體廣播組播業(yè)務(wù)網(wǎng)元間的協(xié)同方法。該發(fā)明在一組同步發(fā)送MBMS業(yè) 務(wù)的網(wǎng)元中，多個(gè)MBMS業(yè)務(wù)復(fù)用信道時(shí)，能夠保證從屬網(wǎng)元區(qū)分MBMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)丟包和MBMS 業(yè)務(wù)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送的情況，從而正確地判斷是否能夠發(fā)送復(fù)用信道上的MBMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，避 免誤判導(dǎo)致的小區(qū)間無線干擾。3. 一種應(yīng)用于數(shù)字廣播單頻網(wǎng)的協(xié)同發(fā)射系統(tǒng)及方法，綜合改善數(shù)字廣播系統(tǒng)的 頻譜效率、覆蓋質(zhì)量和對(duì)移動(dòng)性的支持能力，可以保持與現(xiàn)有數(shù)字廣播系統(tǒng)的高度兼容。4. 一種有線與無線協(xié)同的協(xié)同廣播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其方法，結(jié)構(gòu)包括在現(xiàn)有有線電視網(wǎng)中增加協(xié)同單頻網(wǎng)適配器(301)、GPS接收機(jī)(302)、QAM解調(diào)和解復(fù)用(303)、單頻網(wǎng)同 步單元(304)、調(diào)制器(305)和發(fā)射機(jī)(306)、解復(fù)用單元(307)；協(xié)同單頻網(wǎng)適配器(301) 對(duì)來自不同網(wǎng)絡(luò)的傳輸流進(jìn)行分類處理，并對(duì)需要使用調(diào)制器(305)和發(fā)射機(jī)(306)向控 制發(fā)射的傳輸流加入“區(qū)域-頻率”對(duì)應(yīng)關(guān)系；QAM解調(diào)和解復(fù)用(303)用于從傳輸流分 解出和一個(gè)無線廣播頻道對(duì)應(yīng)的一組傳輸流；發(fā)射機(jī)(306)用于將和地面數(shù)字電視廣播頻 道對(duì)應(yīng)的傳輸流發(fā)送到對(duì)應(yīng)的服務(wù)區(qū)域，從而將有線電視網(wǎng)對(duì)地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)協(xié)同發(fā) 射，利用有線電視網(wǎng)向空中輻射的和地面數(shù)字電視廣播頻道發(fā)射的完全相同的信號(hào)，來改 善地面數(shù)字電視網(wǎng)的覆蓋。株式會(huì)社卡西歐日立移動(dòng)通信提出的廣播通信協(xié)同控制裝置和廣播通信協(xié)同控 制方法。在攜帶電話終端(100)，在與通信網(wǎng)進(jìn)行無線通信的通信發(fā)送部(106)為發(fā)送動(dòng)作 中，由誤碼率測量部(103)測量從接收數(shù)字廣播并輸出廣播數(shù)據(jù)的廣播接收部(102)接收 的廣播數(shù)據(jù)的誤碼率，并在被測量的誤碼率大于等于規(guī)定的閾值的情況下，指示通信發(fā)送 部(106)停止發(fā)送動(dòng)作。由此，避免因數(shù)據(jù)通信的發(fā)送電波的影響而發(fā)生1分段廣播接收 錯(cuò)誤，從而事先防止電視重放中斷等的故障，其結(jié)果，可以執(zhí)行穩(wěn)定的1分段廣播接收。北京郵電大學(xué)提出的一種基于協(xié)同技術(shù)的多域無線廣播組播網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及方法，可 擴(kuò)展無線廣播組播網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍、提高系統(tǒng)容量和服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)便捷組網(wǎng)，能滿足下一 代無線廣播組播高質(zhì)量高速率傳輸需求。以上專利主要利用中繼解決無線覆蓋以及小區(qū)邊緣切換方面的問題，但這些方法 都對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施有著很大的依賴性，需要特定的中繼節(jié)點(diǎn)或者特殊的協(xié)同控制裝置，本文提 出的方法主要用于解決分布式協(xié)同傳輸?shù)膯栴}，不增加網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，利用用戶間的自主 協(xié)同來提高系統(tǒng)的吞吐量和公平性以及協(xié)同傳輸?shù)挠行浴?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)組播/廣播存在的吞吐量受到最差鏈路節(jié)點(diǎn)的限制的 缺點(diǎn)，結(jié)合協(xié)同通信技術(shù)，提供一種三階段分布式無線協(xié)同組播/廣播的方法，用戶能夠偵 聽反饋信道信息合理分析自己的協(xié)同貢獻(xiàn)度，判斷是否參與協(xié)同，分配自身發(fā)送功率；被協(xié) 同用戶利用多個(gè)協(xié)同用戶同時(shí)傳輸獲得空間分集增益，提高接收性能；組播源根據(jù)回饋信 息預(yù)測下一輪組播的信道信息，實(shí)時(shí)的調(diào)整數(shù)據(jù)速率，以滿足組播業(yè)務(wù)高質(zhì)量高速率公平 傳輸。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案利用多個(gè)用戶同時(shí)協(xié)同來獲得空間分集增益。用戶通過對(duì)回饋信息的偵聽，計(jì)算 各自的協(xié)同貢獻(xiàn)度來判斷是否參與協(xié)同傳輸。分三個(gè)階段實(shí)現(xiàn)組播/廣播。第一階段為組 播源組播/廣播數(shù)據(jù)階段；第二階段為用戶回饋階段；第三階段為用戶分布式協(xié)同傳輸階 段。第一階段組播源組播/廣播數(shù)據(jù)階段步驟一初始化a.統(tǒng)計(jì)組播用戶總數(shù)，記為N，并按照加入組的先后順序?qū)γ恳粋€(gè)用戶進(jìn)行編號(hào) i e {1,2,…，N}。b.組播確定第一輪數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)速率R1，有兩種確定方法
1)根據(jù)基站與用戶間信道信息的長期統(tǒng)計(jì)分布情況，保證平均所有用戶接收的中 斷概率在50%左右確定，2)基于功率預(yù)測算法，根據(jù)上一輪組播的回饋信號(hào)ACK/NACK，組播源對(duì)于下一輪 組播信道進(jìn)行接收功率{Pl，P2,…，PN}預(yù)測，計(jì)算下一輪第一階段的組播速率R1, R1滿足 預(yù)測的接收功率{Pl，P2,…，pN}中有50%大于IjiV0，Nq為高斯白噪聲的功率，c.分配第一階段的傳輸時(shí)間L/禮，L為組播數(shù)據(jù)包的大小，步驟二 組播源組播/廣播數(shù)據(jù)a.組播源以速率R1發(fā)送數(shù)據(jù)，b.設(shè)定協(xié)同定時(shí)器時(shí)間為I\+T2 ；設(shè)定組播定時(shí)器時(shí)間Ι\+Τ2+Τ3，如果組播定時(shí)器 超時(shí)，則開始下一輪數(shù)據(jù)發(fā)送；Ti、T2, T3分別為三個(gè)階段的時(shí)間消耗，其中1\、T2, T3分別為
三個(gè)階段的時(shí)間消耗。
=J^T2 = N*TACK/NACK+TFlag,^2 =JT (T3可根據(jù)實(shí)際情況具體設(shè)定)。c.設(shè)定第三階段數(shù)據(jù)傳輸速率R2 = L/T3第二階段用戶回饋階段步驟一回饋與接收a.用戶在接收第一階段的數(shù)據(jù)之后，時(shí)分接入信道并回饋相應(yīng)確認(rèn)ACK/不確認(rèn) NACK包，設(shè)定所有用戶發(fā)送ACK包的功率為PAeK，發(fā)送NACK包的功率為PNAeK，為保證NACK包 的正確接收，NACK包數(shù)據(jù)發(fā)送采用BPSK調(diào)制，低速發(fā)送，且保證一定的發(fā)送功率，b.組播源在第二階段一直處于偵聽狀態(tài)，接收所有的回饋信號(hào)ACK/NAC)，記錄每 個(gè)數(shù)據(jù)包的接收功率，用于第一階段預(yù)測下一輪組播的信道增益，c.在第一階段正確接收數(shù)據(jù)的用戶m偵聽NACK包，m e {1,2,…，M}，M為第一 階段正確接收數(shù)據(jù)用戶數(shù)，統(tǒng)計(jì)用戶m所收到的NACK包個(gè)數(shù)Km以及相應(yīng)的接收功率Picx， ε e {1,2,…，KJ，用于協(xié)同用戶的貢獻(xiàn)度函數(shù)計(jì)算，步驟二 計(jì)算a.組播源對(duì)于下一輪組播信道進(jìn)行功率預(yù)測{Pl，P2,…，pN}，計(jì)算下一輪組播速 率隊(duì)。R2滿足預(yù)測的接收功率{Pl，p2，…，pN}中有50%大于(2fi'-l)iV0。b.貢獻(xiàn)度用戶m收到Km個(gè)NACK包以及各自的接收功率^5jP2,···,、}，根據(jù)無線鏈路的
P
對(duì)稱性，計(jì)算出對(duì)應(yīng)下行鏈路的信道增益九二"^"，ε e {1,2,…，KJ，每個(gè)正確接
rNACK
收數(shù)據(jù)的用戶得到一組自己與需要協(xié)同或者部分需要協(xié)同的用戶之間的信道增益信息
1 Km
{hml,hm2,hm3,...,hmK j，定義貢獻(xiàn)度人=Fgt^人 1表示用戶m參與協(xié)同能獲得的平均
增益，或者定義貢獻(xiàn)度七=YJim,S，表示用戶m參與協(xié)同能提供的所有增益，
\c.判斷是否參與協(xié)同。根據(jù)全局中斷概率要求來設(shè)定貢獻(xiàn)度函數(shù)的門限值λ ^，通過定期統(tǒng)計(jì)組播數(shù)據(jù) 包的接收情況，分析系統(tǒng)的中斷概率，可自適應(yīng)地調(diào)整λ。的值。
如果用戶m的貢獻(xiàn)度λω大于門限值λ ^，則作為中繼參與第三階段的協(xié)同傳輸。第三階段協(xié)同數(shù)據(jù)傳輸階段a.組播源在協(xié)同傳輸定時(shí)器超時(shí)后，廣播一個(gè)標(biāo)志位來同步協(xié)同傳輸，可以認(rèn)為 同一段時(shí)隙內(nèi)信道狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化，所有在第一階段正確接收數(shù)據(jù)的用戶都能正確接收 到此標(biāo)志位信息。b.接收到標(biāo)志位后，所有在第二階段判斷作為中繼參與協(xié)同的用戶同時(shí)以速率R2 協(xié)同傳輸數(shù)據(jù)。c.根據(jù)各中繼用戶的貢獻(xiàn)度，依據(jù)功率分配算法，如平均分配功率，進(jìn)行發(fā)送功率 的分配，從而達(dá)到性能的優(yōu)化，節(jié)約能量。d.被協(xié)同用戶j在接收端采用等增益合并或者最大比值合并方式，接收各路協(xié)同 傳輸數(shù)據(jù)，以獲得較高的信噪比。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明提出的協(xié)同組播/廣播方法，利用了空間分集增益，可以獲得較高的吞 吐量。參照圖6，本發(fā)明方法相比與直接廣播方式，無論是對(duì)于每個(gè)用戶還是整個(gè)組播組，吞 吐量有了很大的提高，而且用戶間的吞吐量的差異也相對(duì)較小。2.較好的解決了現(xiàn)在組播中存在的各個(gè)用戶接收質(zhì)量的差異，基本保證了用戶間 的組播性能的公平性。3.反饋信息以及貢獻(xiàn)度函數(shù)等策略，提供了一個(gè)分布式的協(xié)同節(jié)點(diǎn)選擇方案，較 好地解決了協(xié)同節(jié)點(diǎn)選擇的問題，能夠有效地選取較優(yōu)的協(xié)同用戶，提高了協(xié)同傳輸?shù)挠?效性，改進(jìn)組播性能的同時(shí)節(jié)約了功率消耗。4.分布式的協(xié)同策略具有較好地自適應(yīng)性，不需要特定的中繼節(jié)點(diǎn)等基礎(chǔ)架構(gòu)， 能夠根據(jù)信道狀態(tài)調(diào)整協(xié)同的功率和速率，做到了資源的合理利用。5.功率預(yù)測算法的采用能夠合理的控制組播的速率，保證各種信道環(huán)境下的組播 質(zhì)量，降低中斷概率。


圖1本發(fā)明方法的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。圖2本發(fā)明方法用戶部分的實(shí)施流程圖。圖3本發(fā)明方法源節(jié)點(diǎn)的實(shí)施流程圖。圖4本發(fā)明方法在IEEE802. 11協(xié)議中的應(yīng)用框架圖。圖5本發(fā)明方法在IEEE802. 16協(xié)議中的應(yīng)用框架圖。圖6本發(fā)明方法的與直接廣播的吞吐量對(duì)比，圖6(a)為每個(gè)用戶的吞吐量比較， 圖6(a)為不同用戶數(shù)情況下整個(gè)組播組的吞吐量比較。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 (在IEEE802. 11網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的應(yīng)用)本發(fā)明利用多個(gè)用戶同時(shí)協(xié)同來獲得空間分集增益。用戶通過對(duì)回饋信息的偵 聽，計(jì)算各自的協(xié)同貢獻(xiàn)度來判斷是否參與協(xié)同傳輸。分三個(gè)階段來實(shí)現(xiàn)組播，第一階段為 組播源組播/廣播數(shù)據(jù)階段，第二階段為用戶回饋階段，第三階段為用戶分布式協(xié)同傳輸階段。針對(duì)IEEE802. 11網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，系統(tǒng)中有50個(gè)用戶，每輪組播需要將大小為1000字 節(jié)數(shù)據(jù)包以基本速率R = 2Mbps組播出去。具體步驟如下第一階段源組播/廣播數(shù)據(jù)階段步驟一初始化a.統(tǒng)計(jì)組播用戶總數(shù)，記為50，并按照加入組的先后順序?qū)γ恳粋€(gè)用戶進(jìn)行編號(hào) i e {1,2,…，50}。b.組播源確定第一輪數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)速率R1 = 4Mbps,以后第一階段的發(fā)送速率 可根據(jù)回饋信息自適應(yīng)的變化步驟二 源組播/廣播數(shù)據(jù)a.組播源節(jié)點(diǎn)以速率4Mbps發(fā)送數(shù)據(jù)。b.設(shè)定協(xié)同定時(shí)器時(shí)間I\+T2，協(xié)同定時(shí)器超時(shí)發(fā)送協(xié)同標(biāo)志位；設(shè)定組播定時(shí)器 時(shí)間
，組播定時(shí)器超時(shí)則開始下一輪數(shù)據(jù)發(fā)送。其中 \、Τ2、Τ3分別為三個(gè)階段的時(shí) c.設(shè)定第三階段協(xié)同傳輸速率盡= WMbps，第二階段用戶回饋階段步驟一回饋與接收a.用戶在接收第一階段的數(shù)據(jù)之后，時(shí)分接入信道并回饋相應(yīng)確認(rèn)ACK/不確認(rèn) NACK包，設(shè)定所有用戶發(fā)送ACK包的功率為PAeK，發(fā)送NACK包的功率為PNAeK，為保證NACK包 的正確接收，NACK包數(shù)據(jù)發(fā)送采用BPSK調(diào)制，低速發(fā)送，且保證一定的發(fā)送功率，b.組播源在第二階段一直處于偵聽狀態(tài)，接收所有的反饋信號(hào)ACK/NACK，記錄每 個(gè)數(shù)據(jù)包的接收功率，用于第一階段預(yù)測下一輪組播的信道增益。c.在第一階段正確接收數(shù)據(jù)的用戶m偵聽NACK包，
M為第一 階段正確接收數(shù)據(jù)用戶數(shù)，統(tǒng)計(jì)用戶m所收到的NACK包個(gè)數(shù)Km以及相應(yīng)的接收功率
，用于協(xié)同用戶的貢獻(xiàn)度函數(shù)計(jì)算，步驟二 工作參數(shù)計(jì)算a.源節(jié)點(diǎn)對(duì)于下一輪組播信道進(jìn)行功率預(yù)測{Pl，P2,…，pN}，計(jì)算下一輪組播速 率隊(duì)。R1滿足預(yù)測的接收功率{Pl，P2,…，PN}中有50%大于(2β'-1)#0。b.貢獻(xiàn)度函數(shù)用戶m收到Km個(gè)NACK包以及各自的接收功率ppPy,/^)，根據(jù)無線鏈路的
對(duì)稱性，計(jì)算出對(duì)應(yīng)下行鏈路的信道增益
，每個(gè)正確接
rNACK
收數(shù)據(jù)的用戶得到一組自己與需要協(xié)同或者部分需要協(xié)同的用戶之間的信道增益信息
定義貢獻(xiàn)度七=^|^,ε，八表示用戶m參與協(xié)同能獲得的平均增益，或者定義貢獻(xiàn)度
，表示用戶m參與協(xié)同能提供的所有增益， c.判斷是否參與協(xié)同。根據(jù)全局中斷概率要求來設(shè)定貢獻(xiàn)度函數(shù)的門限值λ ^，可初步設(shè)定為
，ps為協(xié)同中繼用戶的發(fā)送功率，Ntl為高斯白噪聲功率，也可通過定期統(tǒng)計(jì)組播
數(shù)據(jù)包的接收情況，分析系統(tǒng)的中斷概率，自適應(yīng)地調(diào)整λ ^的值。如果用戶m的貢獻(xiàn)度λω大于門限值λ ^，則作為中繼參與第三階段的協(xié)同傳輸。第三階段協(xié)同數(shù)據(jù)傳輸階段a.組播源在協(xié)同傳輸定時(shí)器超時(shí)后，廣播一個(gè)標(biāo)志位來同步協(xié)同傳輸，可以認(rèn)為 同一段時(shí)隙內(nèi)信道狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化，所有在第一階段正確接收數(shù)據(jù)的用戶都能正確接收 到此標(biāo)志位信息。b.接收到標(biāo)志位后，所有在第二階段判斷作為中繼參與協(xié)同的用戶同時(shí)以速率R2 協(xié)同傳輸數(shù)據(jù)。c.根據(jù)相應(yīng)的貢獻(xiàn)度函數(shù)，依據(jù)一定的功率分配算法，最簡單的平均分配方法，每 個(gè)中繼用戶的發(fā)送功率都設(shè)定為Ps，(Ps的值與具體系統(tǒng)有關(guān))進(jìn)行發(fā)送功率的分配，從而 達(dá)到性能的優(yōu)化，節(jié)約能量。d.被協(xié)同用戶j在接收端采用等增益合并的方式或者最大比值合并的方式，處理 各路協(xié)同傳輸數(shù)據(jù)，以獲得較高的信噪比。實(shí)施例2 (在IEEE802. 16網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的應(yīng)用)本發(fā)明利用多個(gè)用戶同時(shí)協(xié)同來獲得空間分集增益。用戶通過對(duì)反饋信息的偵 聽，計(jì)算各自的協(xié)同貢獻(xiàn)度來判斷是否參與協(xié)同傳輸。分三個(gè)階段來實(shí)現(xiàn)組播。第一階段為 源組播/廣播數(shù)據(jù)階段，第二階段為用戶反饋階段，第三階段為用戶分布式協(xié)同傳輸階段。IEEE802. 16網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，一個(gè)數(shù)據(jù)幀由下行數(shù)據(jù)子幀、上行數(shù)據(jù)子幀和保護(hù)帶組成， 可以考慮將上行子幀劃分一部分時(shí)隙用于第二階段的反饋，反饋時(shí)間按照用戶需要設(shè)定； 下行子幀分成兩部分用于組播數(shù)據(jù)的傳輸，前一部分用于上一輪組播的協(xié)同數(shù)據(jù)傳輸階 段，后一部分用于下一輪組播的源組播/廣播數(shù)據(jù)階段，具體時(shí)隙分配如圖5所示。具體步驟如下第一階段源組播/廣播數(shù)據(jù)階段步驟一初始化a.統(tǒng)計(jì)組播用戶總數(shù)，記為N，并按照加入組的先后順序?qū)γ恳粋€(gè)用戶進(jìn)行編號(hào) i e {1,2,…，N}。b.組播源確定第一輪數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)速率R1,c.劃分下行數(shù)據(jù)子幀為兩部分，定義相應(yīng)的DL-MAP，分別時(shí)長T1和T3，確定速率 d.計(jì)算回饋時(shí)間T2，定義UL-MAP，分配上行突發(fā)給每個(gè)用戶接入，用于回饋接收情 況。步驟二 源組播/廣播數(shù)據(jù)
a.源節(jié)點(diǎn)以速率R1發(fā)送數(shù)據(jù)。b.設(shè)定協(xié)同定時(shí)器時(shí)間為I\+T2 ；設(shè)定組播定時(shí)器時(shí)間Ι\+Τ2+Τ3，如果組播定時(shí)器 超時(shí)，則開始下一輪數(shù)據(jù)發(fā)送， \、T2、T3分別為三個(gè)階段的時(shí)間消耗，第二階段用戶回饋階段步驟一回饋與接收a.用戶在接收第一階段的數(shù)據(jù)之后，根據(jù)UL-MAP里分配的時(shí)隙回饋相應(yīng)ACK/ NACK包，設(shè)定所有用戶發(fā)送ACK包的功率為PAeK，發(fā)送NACK包的功率為PNM。為保證NACK 包的正確接收，NACK包數(shù)據(jù)發(fā)送采用BPSK調(diào)制，低速發(fā)送，且保證一定的發(fā)送功率。b.組播源在第二階段一直處于偵聽狀態(tài)，接收所有的反饋信號(hào)(ACK/NACK)，記錄 每個(gè)數(shù)據(jù)包的接收功率，用于第一階段預(yù)測下一輪組播的信道增益。c.正確接收數(shù)據(jù)的用戶偵聽NACK包，統(tǒng)計(jì)所收到的NACK包個(gè)數(shù)Km以及接收到的 功率Pnm，用于協(xié)同用戶的貢獻(xiàn)度計(jì)算。步驟二 計(jì)算a.組播源對(duì)于下一輪組播信道進(jìn)行功率預(yù)測{Pl，P2,…，pN}，計(jì)算合適的組播速 率隊(duì)。R1滿足預(yù)測的接收功率{Pl，p2，…，pN}中有50%大于 b.貢獻(xiàn)度用戶m收到Km個(gè)NACK包以及各自的接收功率
根據(jù)無線鏈路的 對(duì)稱性，計(jì)算出對(duì)應(yīng)下行鏈路的信道增益
每個(gè)正確接 收數(shù)據(jù)的用戶得到一組自己與需要協(xié)同或者部分需要協(xié)同的用戶之間的信道增益信息
定義貢獻(xiàn)度
表示用戶m參與協(xié)同能獲得的平均
增益，或者定義貢獻(xiàn)度
，表示用戶m參與協(xié)同能提供的所有增益， c.判斷是否參與協(xié)同。根據(jù)全局中斷概率要求來設(shè)定貢獻(xiàn)度函數(shù)的門限值λ0，可初步設(shè)定為
，Ps為協(xié)同中繼用戶的發(fā)送功率，Ntl為高斯白噪聲功率，也可通過定期統(tǒng)計(jì)組播
數(shù)據(jù)包的接收情況，分析系統(tǒng)的中斷概率，自適應(yīng)地調(diào)整λ ^的值。如果用戶m的貢獻(xiàn)度λω大于門限值λ ^，則作為中繼參與第三階段的協(xié)同傳輸。第三階段協(xié)同數(shù)據(jù)傳輸階段a.組播源在協(xié)同傳輸定時(shí)器超時(shí)后，廣播一個(gè)標(biāo)志位來同步協(xié)同傳輸，可以認(rèn)為 同一段時(shí)隙內(nèi)信道狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化，所有在第一階段正確接收數(shù)據(jù)的用戶都能正確接收 到此標(biāo)志位信息。b.接收到標(biāo)志位后，所有在第二階段判斷作為中繼參與協(xié)同的用戶同時(shí)以速率R2 協(xié)同傳輸數(shù)據(jù)。c.根據(jù)相應(yīng)的貢獻(xiàn)度函數(shù)，依據(jù)一定的功率分配算法(如平均分配，每個(gè)中繼用戶以相同的功率發(fā)送數(shù)據(jù))進(jìn)行發(fā)送功率的分配，從而達(dá)到性能的優(yōu)化，節(jié)約能量。
d.被協(xié)同用戶j在接收端采用等增益合并的方式或者最大比值合并的方式，處理 各路協(xié)同數(shù)據(jù)，以獲得較高的信噪比。
權(quán)利要求
一種三階段分布式無線協(xié)同組播/廣播方法，其特征在于該方法分三個(gè)階段實(shí)現(xiàn)第一階段為組播源組播/廣播數(shù)據(jù)階段，第二階段為用戶回饋階段，第三階段為用戶分布式協(xié)同傳輸階段，具體步驟如下第一階段組播源組播/廣播數(shù)據(jù)階段步驟一初始化a.統(tǒng)計(jì)組播用戶總數(shù)，記為N，并按照加入組的先后順序?qū)γ恳粋€(gè)用戶進(jìn)行編號(hào)i∈{1，2，…，N}，b.組播源確定第一階段數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)速率R1比特/秒，c.分配第一階段的傳輸時(shí)間為L/R1秒，L為組播數(shù)據(jù)包的大小，步驟二組播源組播/廣播數(shù)據(jù)a.組播源以速率R1發(fā)送數(shù)據(jù)，b.設(shè)定協(xié)同定時(shí)器時(shí)間為T1+T2；設(shè)定組播定時(shí)器時(shí)間T1+T2+T3，如果組播定時(shí)器超時(shí)，則開始下一輪數(shù)據(jù)發(fā)送；其中T1、T2、T3分別為三個(gè)階段的時(shí)間消耗，c.設(shè)定第三階段的協(xié)同傳輸速率R2＝L/T3，第二階段用戶回饋階段步驟一回饋與接收a.用戶在接收第一階段的數(shù)據(jù)之后，時(shí)分接入信道并回饋相應(yīng)確認(rèn)ACK/不確認(rèn)NACK包，設(shè)定所有用戶發(fā)送ACK包的功率為PACK，發(fā)送NACK包的功率為PNACK，b.組播源在第二階段一直處于偵聽狀態(tài)，接收所有的回饋信號(hào)(ACK/NACK)，記錄每個(gè)數(shù)據(jù)包的接收功率，用于第一階段預(yù)測下一輪組播的信道增益，c.在第一階段正確接收數(shù)據(jù)的用戶m偵聽NACK包，m∈{1，2，…，M}，M為第一階段正確接收數(shù)據(jù)用戶數(shù)，統(tǒng)計(jì)用戶m所收到的NACK包個(gè)數(shù)Km以及相應(yīng)的接收功率ε∈{1，2，…，Km}，用于協(xié)同用戶的貢獻(xiàn)度函數(shù)計(jì)算，步驟二工作參數(shù)計(jì)算a.組播源對(duì)于下一輪組播信道進(jìn)行功率預(yù)測，計(jì)算下一輪組播速率R1，b.第一輪正確數(shù)據(jù)的用戶m計(jì)算各自的貢獻(xiàn)度λmc.如果用戶m的貢獻(xiàn)度λm大于門限值λ0，則作為中繼參與第三階段的協(xié)同傳輸，第三階段協(xié)同數(shù)據(jù)傳輸階段a.組播源在協(xié)同傳輸定時(shí)器超時(shí)后，廣播一個(gè)標(biāo)志位來同步協(xié)同傳輸，使得所有作為中繼的用戶都能正確接收到此標(biāo)志位信息，b.接收到標(biāo)志位后，所有在第二階段判斷作為中繼參與協(xié)同的用戶同時(shí)以速率R2協(xié)同傳輸數(shù)據(jù)，c.根據(jù)各中繼用戶的貢獻(xiàn)度，依據(jù)功率分配算法進(jìn)行發(fā)送功率的分配，d.被協(xié)同用戶j在接收端采用等增益合并或最大比值合并方式，處理各路協(xié)同傳輸數(shù)據(jù)。FSA00000199203300011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三階段分布式無線協(xié)同組播/廣播方法，其特征在于，組播源 確定第一階段數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)速率R1的方法是根據(jù)上一輪組播的回饋信號(hào)(ACK/NACK)，組播源對(duì)于下一輪組播信道進(jìn)行接收功率 {Pl,P2,-,PJ預(yù)測，計(jì)算下一輪第一階段的組播速率R1,R1滿足預(yù)測的接收功率{Pl，P2，…，PnI中有50%大于(2β'-l) N0, N0為高斯白噪聲的功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三階段分布式無線協(xié)同組播/廣播方法，其特征在于，計(jì)算用 戶m貢獻(xiàn)度的方法是用戶m收到KmANACK包以及各自的接收功率M，P2，…，P^J，根據(jù)無線鏈路的對(duì) 稱性，計(jì)算出對(duì)應(yīng)下行鏈路的信道增益 ε e {1,2,…，KJ，每個(gè)正確接收 數(shù)據(jù)的用戶得到一組自己與需要協(xié)同或者部分需要協(xié)同的用戶之間的信道增益信息 定義貢獻(xiàn)度 ，表示用戶m參與協(xié)同能獲得的平均增益，或者定義貢獻(xiàn)度 表示用戶m參與協(xié)同能提供的所有增益。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三階段分布式無線協(xié)同組播/廣播方法，該方法將利用多個(gè)用戶同時(shí)協(xié)同來獲得空間分集增益。分三個(gè)階段來實(shí)現(xiàn)組播/廣播。第一階段為源組播/廣播數(shù)據(jù)階段，設(shè)定各階段的時(shí)間分配和數(shù)據(jù)速率；第二階段為用戶回饋階段，用戶能夠利用偵聽到的反饋信道信息合理分析自己的協(xié)同貢獻(xiàn)度，判斷是否參與協(xié)同，分配自身發(fā)送功率；第三階段為用戶分布式協(xié)同傳輸階段，被協(xié)同用戶在接收端采用等增益合并的方式或者最大比值合并的方式，處理各路協(xié)同數(shù)據(jù)，提高接收性能。本方法提高了協(xié)同傳輸?shù)挠行?，降低了功率消耗，提高了組播的吞吐量和公平性。
文檔編號(hào)H04L1/16GK101895823SQ201010232579
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者宋留斌, 張冬梅, 徐友云, 謝威 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué)