基于全雙工中繼緩存的多用戶通信調(diào)度系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及領(lǐng)域通信領(lǐng)域，具體是一種基于全雙工中繼緩存的多用戶通信調(diào)度系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著用戶速率和業(yè)務(wù)量需求的飛速增長(zhǎng)，無線通信系統(tǒng)所需的帶寬不斷增大，對(duì)頻譜資源的需求迅速增加，而且下一代無線通信技術(shù)5G網(wǎng)絡(luò)定位于速度更快，容量更大的無線網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)傳輸速率和容量的提升，面臨著頻譜資源緊缺和頻譜利用效率提升的瓶頸，突破瓶頸限制的關(guān)鍵在于引入新型的空口技術(shù)?，F(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)中使用的資源復(fù)用技術(shù)包括時(shí)分復(fù)用(Time Divis1n Multiplexing, TDM)，頻分復(fù)用(FDM，F(xiàn)requencyDivis1n Multiplexing)，例如已投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)的兩種主流制式，TDD-LTE和FDD-LTE的上下行復(fù)用方式分別是時(shí)分和頻分方式。傳統(tǒng)的無線通信理論認(rèn)為無線通信設(shè)備的收發(fā)機(jī)射頻端在同一個(gè)時(shí)隙同一個(gè)頻段內(nèi)只能進(jìn)行發(fā)射信號(hào)或接收信號(hào)的一種工作模式，設(shè)備的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)占用相同的頻率資源同時(shí)進(jìn)行工作是不可能的。隨著微電子工藝和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在無線射頻領(lǐng)域的快速發(fā)展和進(jìn)步，新型空口技術(shù)已將同時(shí)同頻全雙工技術(shù)(Co-time Co-frequency Full Duplex, CCFD)作為新的解決頻譜資源匱乏的新技術(shù)。
[0003]全雙工(Full duplex，F(xiàn)D)技術(shù)在協(xié)作通信系統(tǒng)的應(yīng)用已成為學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)問題，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，無線流量將會(huì)在未來的通信網(wǎng)絡(luò)中猛增，全雙工中繼模型已有大量文獻(xiàn)進(jìn)行了建模和性能分析，包括全雙工單向中繼系統(tǒng)，全雙工雙向中繼系統(tǒng)等。許多應(yīng)用場(chǎng)景比如移動(dòng)用戶通過蜂窩基站或中繼與另一個(gè)移動(dòng)用戶通信，無線局域網(wǎng)(WLAN)中無線上網(wǎng)終端通過無線接入點(diǎn)AP (Access Point)接入互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與業(yè)務(wù)服務(wù)器或其他接入互聯(lián)網(wǎng)的終端，基于緩存的全雙工中繼系統(tǒng)中多用戶對(duì)選擇的場(chǎng)景在下一代無線蜂窩系統(tǒng)和WIFI系統(tǒng)中將會(huì)得到越來廣泛的應(yīng)用。
[0004]目前關(guān)于全雙工中繼的應(yīng)用中，僅考慮了中繼采用放大-轉(zhuǎn)發(fā)(AmpIify-Forward,AF)或者解碼-轉(zhuǎn)發(fā)(Decode-Forward，DF)方式處理收到的信號(hào)，這種簡(jiǎn)單的信息處理方式適用于單用戶對(duì)之間進(jìn)行信息的交互。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種基于全雙工中繼緩存的多用戶通信調(diào)度系統(tǒng)及方法，基于緩存的全雙工中繼的協(xié)作通信模型中引入多用戶對(duì)通信，利用解碼-轉(zhuǎn)發(fā)模式進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容緩存和發(fā)送，靈活高效，復(fù)雜度低。本發(fā)明不僅提出了基于全雙工中繼緩存的多用戶通信系統(tǒng)模型，并給出了一種低復(fù)雜度的通信調(diào)度方法，使得系統(tǒng)的吞吐量最大化。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種基于全雙工中繼緩存的多用戶通信調(diào)度系統(tǒng)，包括多個(gè)需要發(fā)送信息的用戶以及多個(gè)需要接收信息的用戶，兩者之間通過單個(gè)具有緩存功能的全雙工中繼來實(shí)現(xiàn)信息傳遞，從而使全雙工中繼高效協(xié)助多用戶之間的通信，提高系統(tǒng)吞吐量。
[0008]多對(duì)相互通信的用戶工作于半雙工模式下，通過將發(fā)送信息發(fā)送到全雙工中繼處被接收并按照一定的算法緩存下來，中繼根據(jù)信道測(cè)量的結(jié)果，按照給定的調(diào)度算法轉(zhuǎn)發(fā)緩存里的信息，并為下一時(shí)隙接收和轉(zhuǎn)發(fā)信息初始化狀態(tài)信息，每個(gè)時(shí)隙重復(fù)上述步驟，從而保證基于全雙工中繼緩存的多用戶通信調(diào)度系統(tǒng)高效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)吞吐量的最大化。
[0009]—種基于全雙工中繼緩存的多用戶通信調(diào)度方法，用于對(duì)上述的系統(tǒng)進(jìn)行通信調(diào)度，所述方法包括:中繼采用解碼-轉(zhuǎn)發(fā)模式，進(jìn)行信道的估計(jì)測(cè)量，得出接入用戶到中繼節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)到信號(hào)接收終端間的信道系數(shù)hlR和hR]，其中i，j = 1,2, 3...N，然后根據(jù)計(jì)算|hlR|2和|hR]|2，并分別進(jìn)行排序，確定接入用戶的標(biāo)號(hào)I和中繼轉(zhuǎn)發(fā)信息的用戶的標(biāo)號(hào)r，中繼進(jìn)行信息的接收和發(fā)送。
[0010]根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)和同步信號(hào)，進(jìn)行信道的估計(jì)測(cè)量，得出接入用戶到中繼節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)到信號(hào)接收終端間的信道系數(shù)hlR和h㈦的方法。
[0011]所述信道系數(shù)hlR和h Rj的概率分布均服從復(fù)高斯分布。
[0012]對(duì)所述|hlRr和|hR]|2按照從大到小的順序依次排序?yàn)镮hpI2和|hq|2，其中:P =1，2，3...N，q = 1，2，3...N0
[0013]所述確定接入用戶的標(biāo)號(hào)I的具體方法是:
[0014]中繼檢測(cè)緩存Buffer狀況并標(biāo)記，分為三種情況，某個(gè)Buffer為空，已滿或者不空且未?兩;
[0015]若所有的Buffer為空，則將K個(gè)Buffer分配給| hp |2 (p = 1，2，3...N)中前K個(gè)對(duì)應(yīng)的用戶；否則，依次按Ihp12所對(duì)應(yīng)的用戶進(jìn)行選擇；
[0016]若最大值對(duì)應(yīng)的Buffer為空或未滿，則此用戶被選為接入用戶進(jìn)行信息緩存；若hp 12中最大值對(duì)應(yīng)的Buffer已滿，則從第二大的值所對(duì)應(yīng)的用戶進(jìn)行選擇判斷；
[0017]重復(fù)上述操作，直到確定接入用戶的標(biāo)號(hào)I。
[0018]所述確定中繼轉(zhuǎn)發(fā)信息的用戶的標(biāo)號(hào)r的具體方法是:
[0019]依次按I hq 12所對(duì)應(yīng)的用戶進(jìn)行選擇，若最大值對(duì)應(yīng)的Buffer不為空，則此用戶被選為中繼轉(zhuǎn)發(fā)信息的用戶進(jìn)行相應(yīng)緩存內(nèi)容的發(fā)送；
[0020]若I hp 12中最大值對(duì)應(yīng)的Buffer為空，則從第二大的值所對(duì)應(yīng)的用戶進(jìn)行選擇判斷；
[0021]重復(fù)上述操作，直到確定中繼轉(zhuǎn)發(fā)信息的用戶的標(biāo)號(hào)r。
[0022]不同于傳統(tǒng)的只有一個(gè)緩存的技術(shù)方案，本發(fā)明中繼節(jié)點(diǎn)具有多個(gè)有限存儲(chǔ)空間的緩存隊(duì)列，在緩存用戶節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的信息時(shí)具有不同的緩存狀態(tài)，并綜合緩存狀態(tài)和信道狀況選擇相應(yīng)的接收用戶和發(fā)送用戶，從而建立基于中繼的無線通信鏈路，實(shí)現(xiàn)全雙工中繼同頻同時(shí)收發(fā)信息的功能，充分利用全雙工模式的優(yōu)勢(shì)。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0024]1、本發(fā)明首先合理地解決了全雙工中繼系統(tǒng)中對(duì)用戶對(duì)通信的調(diào)度問題，提升了單位能量所能傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。
[0025]2、本發(fā)明首先引入了全雙工的中繼緩存模型，并進(jìn)行了緩存接收信息和發(fā)送緩存已有內(nèi)容的策略。
[0026]3、本發(fā)明的提供的對(duì)用戶對(duì)通信的調(diào)度方案和緩存策略方便快捷，而且考慮全面，有效地提高了整個(gè)中繼系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量和系統(tǒng)總的吞吐率。
[0027]4、本發(fā)明首先建立了全雙工緩存中繼協(xié)作通信機(jī)制，與傳統(tǒng)中繼模型相比具有較大的靈活性，增大了系統(tǒng)吞吐量。
[0028]5、本發(fā)明首先將多用戶對(duì)引入帶緩存的中繼通信場(chǎng)景中，通過信道測(cè)量等已知信息建立以總吞吐量最大為目標(biāo)的多用戶緩存策略。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)組成示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做一詳細(xì)的描述。
[0032]圖1所示，本發(fā)明提供的基于全雙工中繼緩存的多用戶通信調(diào)度系統(tǒng)，包括多個(gè)需要相互通信的用戶對(duì)和具有緩存功能的全雙工中繼，而且緩存具有有限的存儲(chǔ)空間。
[0033]結(jié)合圖2所示，對(duì)本發(fā)明基于全雙工中繼緩存的多用戶通信調(diào)度方法做具體的說明。
[0034]全雙工工作模式下的中繼系統(tǒng)中的交互信息的用戶節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)在時(shí)刻t的接收信號(hào)表達(dá)式分別為:
[0035]Y2 (t) = Ii