一種基于信道增益的雙向無線網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方案的制作方法
【專利摘要】一種基于信道增益的雙向無線網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方案屬于無線通信中繼網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。在無線中繼網(wǎng)絡(luò)中，存在多種中繼方案，在這些中繼方案之間進(jìn)行機(jī)會調(diào)度，將優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，即提高傳輸速率。機(jī)會調(diào)度算法的性能很大程度上取決于瞬時信干噪比（SINR）的值，它直接反應(yīng)了信道狀態(tài)信息。但是目前研究卻假設(shè)中繼網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間的直接相連鏈路不存在以及中繼節(jié)點(diǎn)可以準(zhǔn)確獲知信道狀態(tài)信息，這是與實(shí)際情況不符的?；谏鲜鋈秉c(diǎn)，本方法考慮實(shí)際情況去除上述假設(shè)，并且首先基于一些中繼方案提出信道估計算法，進(jìn)而提出一種傳輸速率最優(yōu)化的機(jī)會調(diào)度方案。該方法主要應(yīng)用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中多個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸時提高網(wǎng)絡(luò)性能。
【專利說明】一種基于信道增益的雙向無線網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方案
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種基于信道增益的雙向無線網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方案，屬于無線通信中繼網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無線媒介的廣播共享特性成為制約多跳網(wǎng)絡(luò)性能提升的主要因素。無線通信系統(tǒng)中疊加的信號通常被認(rèn)為對網(wǎng)絡(luò)是有害的，然而網(wǎng)絡(luò)編碼的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方式，近年來，許多相關(guān)研究基于雙向網(wǎng)絡(luò)，包括傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼(Conventional NetworkCoding, CNC)、物理層網(wǎng)絡(luò)編碼(Physical-layer Network Coding, PNC)和時分廣播(Time Division Broadcasting, TDBC)等方案。
[0003]PNC和TDBC主要分為去噪轉(zhuǎn)發(fā)(Denoise and Forward, DF)方式和放大轉(zhuǎn)發(fā)(Analog and Forward, AF)方式。前者在轉(zhuǎn)發(fā)之前首先解碼中繼節(jié)點(diǎn)的疊加信號,盡管這種方式避免了噪聲放大和信號衰減，但是需要源節(jié)點(diǎn)間的精確同步從而不易于實(shí)際應(yīng)用；后者只在中繼節(jié)點(diǎn)對疊加信號進(jìn)行放大而不采取任何解碼操作。AF方式下的PNC被稱作模擬網(wǎng)絡(luò)編碼(Analog Network Coding, ANC),該方法只需要粗略的信號同步因而易于實(shí)現(xiàn)，因此本發(fā)明基于放大轉(zhuǎn)發(fā)的雙邊無線網(wǎng)絡(luò)。
[0004]H.Su等人已經(jīng)闡明網(wǎng)絡(luò)編碼的性能很大程度上受物理層和媒體訪問控制(MediaAccess Control, MAC)層的共同影響。為了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，節(jié)點(diǎn)需要采用調(diào)度方案。Y.Jeon等人提出基于星座圖最短距離的三個節(jié)點(diǎn)間的PNC通信方案，但是這種方案將會隨著調(diào)制階數(shù)的升高而復(fù)雜度迅速提高。P.Upadhyay等人提出一種基于機(jī)會調(diào)度的兩階段AF中繼傳輸方案，該方案考慮了用戶間的公平性和中斷概率的邊界。但是該方案假設(shè)信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)處于很高的數(shù)值,這在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中不一定得到滿足。
[0005]因?yàn)闄C(jī)會調(diào)度算法的性能很大程度上取決于瞬時SINR值，該值直接反映了信道狀態(tài)信息(Channel State Information, CSI)。因此，如果調(diào)度方案能夠根據(jù)CSI進(jìn)行時時更新將對于網(wǎng)絡(luò)性能的提升非常有益。然而，先前的研究主要存在兩大假設(shè):第一種是假設(shè)源和目的節(jié)點(diǎn)間的直接相連鏈路由于陰影效應(yīng)或大尺度衰落而不存在；第二種是假設(shè)中繼節(jié)點(diǎn)可以準(zhǔn)確獲知信道狀態(tài)信息。一些先前的研究還基于底層測量值(如接收信號強(qiáng)度)，然而測量和分析底層數(shù)據(jù)通常相比于分析鏈路連通特性更為復(fù)雜。
[0006]鑒于上述研究方案的不足，本發(fā)明去除這些假設(shè)并且首先基于ANC和TDBC提出一種信道增益估計策略，進(jìn)而我們提出一種傳輸速率最優(yōu)化的機(jī)會調(diào)度方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種無線網(wǎng)絡(luò)下基于信道增益估計的調(diào)度方案，以達(dá)到基于信道狀態(tài)對鏈路進(jìn)行機(jī)會調(diào)度，從而最優(yōu)化傳輸速率的目標(biāo)。
[0008]本發(fā)明的基于信道增益估計的調(diào)度方案，包括以下步驟:
步驟1、計算ANC方式下的鏈路中斷概率。
[0009]步驟2、計算TDBC方式下的鏈路中斷概率。[0010]步驟3、計算信道狀態(tài)變量。具體步驟包含:
步驟3.1:估計轉(zhuǎn)移概率Pmn ；
步驟3.2:估計轉(zhuǎn)移概率』和// ;
步驟3.3:采樣窗口設(shè)置。
[0011]步驟4、對中斷概率采用假設(shè)檢驗(yàn)進(jìn)行估計。
[0012]步驟5、提出基于信道增益的機(jī)會調(diào)度方案。
[0013]本發(fā)明基于信道估計值為#對節(jié)點(diǎn)設(shè)計一種機(jī)會調(diào)度方案。目標(biāo)是選擇性能最佳的第A對節(jié)點(diǎn)來最大化最小鏈路傳輸速率從而最大化網(wǎng)絡(luò)吞吐量。因?yàn)橥掏铝空扔趥鬏斔俾?，而傳輸速率正比于鏈路SINR，因此調(diào)度目標(biāo)變?yōu)樽畲蠡钚⌒诺涝鲆妗?br> [0014]因?yàn)橹袛喔怕屎茈y獲得，一種實(shí)際的方法是測量誤碼率(BER)的值，BER的值可以直接反應(yīng)信道狀態(tài)。因?yàn)镼函數(shù)的值和BER有密切關(guān)系，本發(fā)明通過P函數(shù)來估計中斷概率的值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明放大轉(zhuǎn)發(fā)方式示意圖；
圖2為本發(fā)明滑動采樣窗口示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例在ANC方式下信道增益估計值和真實(shí)值示意圖；· 圖4為本發(fā)明實(shí)施例在TDBC方式下信道增益Aif估計值和真實(shí)值示意圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例在TDBC方式下信道增益兄f'估計值和真實(shí)值示意圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例在ANC方式下速率之和與節(jié)點(diǎn)功率分配關(guān)系示意圖；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例在TDBC方式下速率之和與節(jié)點(diǎn)功率分配關(guān)系示意圖；
圖8為本發(fā)明實(shí)施例在ANC方式下速率之和與節(jié)點(diǎn)對個數(shù)關(guān)系示意圖；
圖9為本發(fā)明實(shí)施例在TDBC方式下速率之和與節(jié)點(diǎn)對個數(shù)關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明一種實(shí)施例做進(jìn)一步說明。
[0017]步驟1、計算ANC的中斷概率。
[0018]在ANC方案中，每一對端節(jié)點(diǎn)的信息交互通過兩個時隙完成。在第一個時隙的多址接入階段，端節(jié)點(diǎn)和7；采用相同的功率(這里不失一般性地考慮相同發(fā)射功率的情形，該情形很容易擴(kuò)展到不同發(fā)射功率的情況)同時向中繼節(jié)點(diǎn)w傳輸數(shù)據(jù)。我們考慮一個網(wǎng)絡(luò)功率受限的情況，即端節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率八以及中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率&滿足/k,.— 2/- f Pk ,其中表示網(wǎng)絡(luò)中總的發(fā)射功率。中繼節(jié)點(diǎn)接收到的信號如式(I)所示，
OU....撕 ?! ,V, +.r.+Be(O
這里X3和Xb是從節(jié)點(diǎn)Ta和Tb發(fā)送的數(shù)據(jù)包，h=和C是ANC方式下節(jié)點(diǎn)Ta和Tb
到中繼節(jié)點(diǎn)R的信道增益，nR是加性高斯白噪聲(AWGN)。在第二時隙的廣播階段，當(dāng)端節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)去除疊加信號中干擾信號(因?yàn)槎斯?jié)點(diǎn)目的是接收到另外一個端節(jié)點(diǎn)的信號，因此自身發(fā)射的信號就是干擾信號)后，接收到的信號如式(2)和(3)所示，
【權(quán)利要求】
1.一種基于信道增益估計的無線網(wǎng)路調(diào)度方案，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1、計算ANC的中斷概率； 步驟2、計算TDBC的中斷概率； 步驟3、計算信道狀態(tài)變量； 步驟4、中斷概率估計； 步驟5、機(jī)會調(diào)度方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信道增益估計的無線網(wǎng)路調(diào)度方案，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1、計算ANC的中斷概率；我們定義鏈路中斷概率(PoO)，即如果
3.步驟2、計算TDBC的中斷概率；TDBC中的中斷概率定義方法與ANC相同；本發(fā)明將TDBC的中斷概率計算擴(kuò)展到#對網(wǎng)絡(luò)，TDBC中斷概率計算式如(2)所示，
4.步驟3、計算信道狀態(tài)變量。
5.步驟4、中斷概率估計；本發(fā)明采用假設(shè)檢驗(yàn)方法對中斷概率進(jìn)行估計；假設(shè)檢驗(yàn)為H0:{采樣窗口的轉(zhuǎn)移概率是否與期望值相等}，持續(xù)擴(kuò)大采樣窗口值直到假設(shè)檢驗(yàn)被拒絕；返回的假設(shè)檢驗(yàn)值即為采樣窗口的最優(yōu)長度；定義7m，Ya2,…，為采樣空間I；的#個采樣值；因?yàn)镮；服從伯努利分布，通過中心極限定理，當(dāng)#足夠大時該分布服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布;因此,在顯著水平％情況下H0的拒絕域?yàn)椋?
6.步驟5、機(jī)會調(diào)度方案；本發(fā)明基于信道估計值為#對節(jié)點(diǎn)設(shè)計一種機(jī)會調(diào)度方案；目標(biāo)是選擇性能最佳的第A對節(jié)點(diǎn)來最大化最小鏈路傳輸速率從而最大化網(wǎng)絡(luò)吞吐量；因?yàn)橥掏铝空扔趥鬏斔俾?，而傳輸速率正比于鏈路信噪比，因此調(diào)度目標(biāo)變?yōu)樽畲蠡钚⌒诺涝鲆妗?br> 7.因?yàn)橹袛喔怕屎茈y獲得，一種實(shí)際的方法是測量誤碼率(BER)的值，BER的值可以直接反應(yīng)信道狀態(tài)。
8.因?yàn)镼函數(shù)的值和BER 有密切關(guān)系，本發(fā)明通過0函數(shù)來估計中斷概率的值。
【文檔編號】H04W72/08GK103596281SQ201310493583
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】寧兆龍, 宋清洋, 崔亞運(yùn) 申請人:東北大學(xué)