多源多中繼無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功率最小化的中繼選擇方法
【專利摘要】一種多源多中繼無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功率最小化的中繼選擇方法，包括以下步驟：1)每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)感知從發(fā)送節(jié)點(diǎn)到其自身，以及從其自身到目的節(jié)點(diǎn)的信道增益，然后將信道增益和該中繼節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)送功率通知發(fā)送節(jié)點(diǎn)；2)每個(gè)源節(jié)點(diǎn)計(jì)算在滿足中斷概率的情況下源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的最小發(fā)送功率；3)對(duì)于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò),每個(gè)用戶需要選擇一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)使整個(gè)系統(tǒng)的總傳輸功率最??；4)根據(jù)用戶i到目的節(jié)點(diǎn)D的信道的中斷概率，計(jì)算在保證信道不發(fā)生中斷的情況下，源節(jié)點(diǎn)i和中繼節(jié)點(diǎn)j的最小發(fā)送功率；5)用戶i選擇使效益最大的中繼節(jié)點(diǎn)幫助自己中轉(zhuǎn)信息。本發(fā)明在瑞利衰落信道下，源節(jié)點(diǎn)選擇中繼節(jié)點(diǎn)為以最小化系統(tǒng)總傳輸功率的中繼節(jié)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】多源多中繼無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功率最小化的中繼選擇方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，尤其是對(duì)于多源多中繼網(wǎng)絡(luò)選擇合適中繼節(jié)點(diǎn)以優(yōu)化總的 系統(tǒng)發(fā)送功率的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在無(wú)線寬帶服務(wù)中，協(xié)同通信被認(rèn)為是一項(xiàng)可以改善頻譜效率和空間分集的有效 技術(shù)。大部分協(xié)同通信的模型都是由單個(gè)或多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信 息。在這些中繼網(wǎng)絡(luò)中，放大轉(zhuǎn)發(fā)和解碼轉(zhuǎn)發(fā)是兩種最常用的中繼協(xié)議。對(duì)于中繼網(wǎng)絡(luò)，不 同的源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率也不完全相同，源節(jié)點(diǎn)如果在和目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)能 夠選擇合適的中繼節(jié)點(diǎn)，那么整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的頻譜有效性和能量有效性便會(huì)大幅提高。因此，研 究源節(jié)點(diǎn)如何選取中繼節(jié)點(diǎn)以使總的發(fā)送功率最小對(duì)于最大化系統(tǒng)效益是極其有意義的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有的多源多中繼網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)總的發(fā)送功率較大、運(yùn)算復(fù)雜度高、對(duì)硬 件設(shè)備要求較高的不足，本發(fā)明提供一種在解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于存在瑞利衰落的信 道如何選取中繼節(jié)點(diǎn)以最小化總傳輸功率、最大化系統(tǒng)效益的多源多中繼無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功率最 小化的中繼選擇方法。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種多源多中繼無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功率最小化的中繼選擇方法，所述方法包括以下步驟：
[0006] 1)每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)感知從源節(jié)點(diǎn)到其自身，以及從其自身到接收節(jié)點(diǎn)的信道增益， 然后將信道增益和該中繼節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)送功率通知源節(jié)點(diǎn)；通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)感知到的信道信 息和中繼節(jié)點(diǎn)及接收節(jié)點(diǎn)接收到的噪音功率，得到相關(guān)信噪比如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種多源多中繼無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功率最小化的中繼選擇方法，其特征在于：所述方法包括 以下步驟： 1) 每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)感知從源節(jié)點(diǎn)到其自身，以及從其自身到接收節(jié)點(diǎn)的信道增益，然后 將信道增益和該中繼節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)送功率通知源節(jié)點(diǎn)；通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)感知到的信道信息和 中繼節(jié)點(diǎn)及接收節(jié)點(diǎn)接收到的噪音功率，得到相關(guān)信噪比如下：
約束條件為：Pi彡SourcePiJax, PjRelayPjjlliax 其中，式中各參數(shù)定義如下： Yj(Pi):中繼節(jié)點(diǎn)j收到的信噪比； Pi :源節(jié)點(diǎn)i的發(fā)送功率； gu:從源節(jié)點(diǎn)i到中繼節(jié)點(diǎn)j的信道增益； fi，j:模擬從源節(jié)點(diǎn)i到中繼節(jié)點(diǎn)j的瑞利衰落； Ilj :中繼節(jié)點(diǎn)j收到的噪聲功率； SourcePi^ax :源節(jié)點(diǎn)i的最大發(fā)送功率； YD(Pj):目的節(jié)點(diǎn)D收到的信噪比； Pj:中繼節(jié)點(diǎn)j的發(fā)送功率； gj，D :從中繼節(jié)點(diǎn)j到目的節(jié)點(diǎn)D的信道增益；fj，D:模擬從中繼節(jié)點(diǎn)j到目的節(jié)點(diǎn)D的瑞利衰落； nD:目的節(jié)點(diǎn)D收到的噪聲功率； RelayPj，max :中繼節(jié)點(diǎn)j的最大發(fā)送功率； 2) 源節(jié)點(diǎn)選擇所有符合要求的中繼節(jié)點(diǎn)，所謂符合要求的中繼節(jié)點(diǎn)應(yīng)該滿足兩個(gè)條 件：第一，公式⑴中得出的信噪比應(yīng)該大于一個(gè)閾值Y;第二，中繼節(jié)點(diǎn)的中斷概率應(yīng)該 小于一個(gè)閾值β
約束條件為：Yj(Pi)彡Y Yd(Pj) ^Y Oij ^β 其中，式中各參數(shù)定義如下： Oij :源節(jié)點(diǎn)i和中繼節(jié)點(diǎn)j組成的鏈路的中斷概率； Y :信噪比的閾值，節(jié)點(diǎn)信噪比大于該閾值的點(diǎn)才被選取； β:中斷概率的閾值，中繼節(jié)點(diǎn)的中斷概率小于該閾值時(shí)才被選??； 3) 對(duì)于具有η個(gè)用戶，m個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)用戶需要選擇一個(gè)中繼節(jié) 點(diǎn)使整個(gè)系統(tǒng)的總傳輸功率最小，選擇一種中繼節(jié)點(diǎn)分配方式C滿足下式： minEr=iEf=i(Pi+Pi)q/ ⑶ 約束條件為=Oij彡β， 0 彡P(guān)i 彡SourceP1，眶， 0 ^Pj ^RelayPjjmax,
Cije{〇, 1} 其中，C是一個(gè)分配數(shù)組，Cij表示用戶i選擇中繼節(jié)點(diǎn)j，1表示一個(gè)用戶 只能選擇一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，ZtiQiS1表示一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)最多被一個(gè)用戶選擇； 定義一個(gè)映射Ct: {1，…，η} - {1，…，m}，即當(dāng)且僅當(dāng)用戶i選擇中繼節(jié)點(diǎn)j時(shí)，a(i) =j，另外，使用表示-(Pi+P,)，這樣就將該最小化問(wèn)題轉(zhuǎn)換為最大化問(wèn)題：
Cije{〇, 1} 4) 根據(jù)用戶i到目的節(jié)點(diǎn)D的信道的中斷概率，計(jì)算在保證信道不發(fā)生中斷的情況下， 源節(jié)點(diǎn)i和中繼節(jié)點(diǎn)j的最小發(fā)送功率，對(duì)于用戶i，如果^Pi"1 + >--L-Jlf 那么源節(jié)點(diǎn)i不可能通過(guò)信道（i，j)和目的節(jié)點(diǎn)通信，所以在這種情況下將源節(jié) 點(diǎn)i的功率與中繼節(jié)點(diǎn)j的功率之和設(shè)為無(wú)窮大，在?ΡΓ1S_?￡(1_β) gi?jIj1D JY 的情況下，將所有符合要求的中繼節(jié)點(diǎn)分成兩類，如果+ S
,用戶i和中繼節(jié)點(diǎn)k的最小發(fā)送 功率分別是

通過(guò)上式，每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)都可以求出到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的所有信道 的功率； 5) 假設(shè)每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)在時(shí)刻t都有一個(gè)價(jià)格price^t)，用戶如果想要選擇該中繼 節(jié)點(diǎn)，必須要支付該價(jià)格，用戶i選擇使效益最大的中繼節(jié)點(diǎn)幫助自己中轉(zhuǎn)信息，定義 βij-price^t)表示用戶i使用中繼j的效益，如果用戶i選擇中繼j，則應(yīng)滿足 % -price jit) = ~~ pricek(t)}-, 如果每個(gè)用戶所選擇的中繼節(jié)點(diǎn)都滿足上述條件，那么這種分配狀態(tài)就是一種均衡狀 態(tài)，此時(shí)的分配就是使總傳輸功率最小的分配。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種多源多中繼無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功率最小化的中繼選擇方法，其特征 在于：所述步驟5)中，如果有多個(gè)用戶想要獲得一個(gè)相同中繼，假設(shè)每次競(jìng)價(jià)必須將投標(biāo) 至少增加一個(gè)很小的正值？，所以，如果最終分配滿足
認(rèn)為是處于均衡狀態(tài)。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種多源多中繼無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功率最小化的中繼選擇方法，其特征 在于：所述方法還包括以下步驟： 6) 所有用戶通過(guò)無(wú)線連接形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，如果兩個(gè)用戶相連，那么他們就是鄰居關(guān)系， 用戶i在t時(shí)刻的所有鄰居為Ni (t)，具有鄰居關(guān)系的用戶之間交換價(jià)格信息，每個(gè)用戶迭 代執(zhí)行分布式拍賣算法，根據(jù)本地信息獨(dú)立的選擇中繼節(jié)點(diǎn)，具體步驟如下： 對(duì)于用戶i，在最開(kāi)始，它擁有一個(gè)初始的分配ai(t)e{1，…，m}，所有中繼的價(jià)格PriceijU)彡O和最高出價(jià)者bij; 步驟6. 1 :用戶i在t時(shí)刻從鄰居節(jié)點(diǎn)收到所有中繼的價(jià)格信息和相應(yīng)的最大出價(jià)者，i根據(jù)收到的信息和本地存儲(chǔ)的信息比較更新中繼的價(jià)格和最高出價(jià)者：
步驟 6. 2 :如果Ρ?β#)(0 5P叫(t)(t+ 1)并且 + 1)婪i，那么更 新分配ai(t+1)eargmaXi<k <mβik-pik (t+1)，將中繼節(jié)點(diǎn)ai(t+1)的最大出價(jià) 者設(shè)為i，并更新它的價(jià)格灼fl(t+i) :=P叫t+i)(t) +乃，其中，A=巧-兩+ & WijA.i-Pii(0}是用戶i的最優(yōu)效益值，兩氣- %(r)}是用戶i的次優(yōu)效益值； 步驟6.3:如果piaiW(t)>pfei(f)(t+l)，仍然保持原來(lái)的分配，即ai(t+l):= ai(t)； 所有的用戶節(jié)點(diǎn)迭代執(zhí)行步驟6. 1-6. 3,根據(jù)本地信息選擇一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，直到所有用 戶節(jié)點(diǎn)選擇的中繼節(jié)點(diǎn)滿足（6)，此時(shí)得到的分配即使系統(tǒng)總傳輸功率最小的分配。
【文檔編號(hào)】H04W52/24GK104320839SQ201410567230
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】武航, 錢麗萍, 陳慶章 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)