专利名称：Df中继系统的最优中继选择和功率分配方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种DF中继系统的最优中继选择和功率分配方法。
背景技术：
协作中继技术是3GPP中深入讨论的LTE-Advanced关键增强型技术之一，以其有效对抗信道衰落和提高系统传输性能的特性受到越来越多的关注，其基本思想是通过网络中用户间天线的共享建立一个虚拟的MIMO系统，进而获得系统的分集增益。放大直传(AF) 和译码转发(DF)是当前热点的两个中继协议，AF中继将接收的信号放大后直接传向目的节点，而DF中继先对接收信号进行译码，如果译码成功，则再将其编码并将其发送至目的节点。功率分配和中继选择是进一步提高系统性能的两个研究热点。现有技术表明，在协作系统中只选择一个最优中继的系统性能要优于多个中继都直接参与传输的系统性能。 在一些现有技术中采用机会中继的选择策略对系统的中断概率进行优化，但其并未考虑源节点到目的节点的直传链路可用的情况下的系统性能。还有一些现有技术对系统进行自适应的功率分配从而提高系统的误符号率和降低系统的中断概率，但其同样没有考虑直传链路，并且只考虑系统只有一个中继的情况。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种DF中继系统的最优中继选择和功率分配方法，以使中继系统达到最优化系统总中断概率。( 二 )技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种DF中继系统的最优中继选择和功率分配方法，包括以下步骤Sl 选择具有最大等效信道增益的中继节点作为最优中继节点；S2:以源节点的传输功率与所述最优中继节点的传输功率的功率分配比例为变量，得到中继系统的总中断概率函数；S3:通过遗传算法求解所述功率分配比例，使中继系统达到最优化系统总中断概率。优选地，步骤S2中所述总中断概率函数表示为Pr {outage} = Prsj d {outage} [PrSjr {outage}+Prrj d {outage}]其中，Pr {outage}为中继系统的总中断概率，Prs, d {outage}为源节点到目的节点链路的中断概率，Prs,,{outage}为源节点到中继节点链路的中断概率，Prr,d{outage}为当源节点到中继节点的链路不中断时中继节点到目的节点链路的中断概率。优选地，步骤S3通过遗传算法求解功率分配比例的步骤具体包括
S31 随机产生初始化的个体，并设迭代次数为0，所述个体为功率分配比例值；
S32 计算个体对中继系统的总中断概率的适应度；
S33 根据步骤S32计算的适应度产生新的个体；
S34 检查迭代次数是否到达设定的迭代次数最大值
如果没有到达，则将迭代次数加1后转到步骤S32 ；
如果已经到达，则遗传算法停止并返回最优的系统总中断概率优化结果。
优选地，所述步骤S31还包括对随机产生初始化的个体进行十进制编码的步骤。
优选地，所述步骤S31具体为随机产生N个二进制字符串的个体，其二进制字符串长度由预先设定的精度来确定，然后将产生的二进制个体转化十进制。
优选地，所述步骤S33具体包括以下步骤
S331 根据选择概率选择具有高适应度的个体作为父类，并丢弃适应度低的个体；
S332 根据交叉概率，对步骤S331所选的父类进行交叉操作，从而产生新一代的个体；
S333 根据变异概率，对步骤S332产生的新个体进行变异操作。
(三)有益效果
本发明提出了两跳多中继译码转发(DF)协作系统在总功率一定的情况下的基于遗传算法的自适应功率分配和最优中继选择策略，其可以最小化系统的中断概率；最优功率分配策略大大的提高了系统的性能。
图1为根据本发明实施例DF中继系统的结构示意图2为根据本发明实施例方法的步骤流程示意图3为根据本发明实施例方法步骤3的具体步骤流程图4为根据本发明实施例方法步骤33的具体步骤流程图5为根据本发明实施例自适应功率分配系统和现有技术等功率分配系统的系统中断性能对比曲线图6为根据本发明实施例系统在不同中继节点数目情况下的系统中断性能对比曲线图7为根据本发明实施例在直传链路不中断的情况下的自适应功率分配系统和现有技术等功率分配系统的系统中断性能对比曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。
如图1所示，本实施例的DF中继系统由一个源节点S，一个目的节点d和K个中继节点…，组成。中继系统中每个节点配备单根天线并采用半双工的方式。定义系统的总传输功率为P，所以源节点和中继节点的传输功率可表示为
Ps = α P(1)
Pr ={l-a)P(2)
式中，Ps为源节点的传输功率，α (0 < α < 1)为功率分配系数，为最优中继节点的传输功率。因为系统中仅选择一个最优中继，所以其他中继节点的功率分配均为零。
本实施例中继系统的协作通信分为两个阶段。在第一阶段，源节点广播信号X至所有中继节点和目的节点，其接收信号可表示为
权利要求
1.一种DF中继系统的最优中继选择和功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤51选择具有最大等效信道增益的中继节点作为最优中继节点；52以源节点的传输功率与所述最优中继节点的传输功率的功率分配比例为变量，得到中继系统的总中断概率函数；53通过遗传算法求解所述功率分配比例，使中继系统达到最优化系统总中断概率。
2.如权利要求1所述的DF中继系统的最优中继选择和功率分配方法，其特征在于，步骤S2中所述总中断概率函数表示为Pr {outage} = Prs, d {outage} [Prs, r {outage} +Prr, d {outage}]其中，PHoutage}为中继系统的总中断概率，Prs,d{0Utage}为源节点到目的节点链路的中断概率，ft^rloutage}为源节点到中继节点链路的中断概率，Pryloutage}为当源节点到中继节点的链路不中断时中继节点到目的节点链路的中断概率。
3.如权利要求1所述的DF中继系统的最优中继选择和功率分配方法，其特征在于，步骤S3通过遗传算法求解功率分配比例的步骤具体包括531随机产生初始化的个体，并设迭代次数为0，所述个体为功率分配比例值；532计算个体对中继系统的总中断概率的适应度；533根据步骤S32计算的适应度产生新的个体；534检查迭代次数是否到达设定的迭代次数最大值如果没有到达，则将迭代次数加1后转到步骤S32 ；如果已经到达，则遗传算法停止并返回最优的系统总中断概率优化结果。
4.如权利要求3所述的DF中继系统的最优中继选择和功率分配方法，其特征在于，所述步骤S31还包括对随机产生初始化的个体进行十进制编码的步骤。
5.如权利要求4所述的DF中继系统的最优中继选择和功率分配方法，其特征在于，所述步骤S31具体为随机产生N个二进制字符串的个体，其二进制字符串长度由预先设定的精度来确定，然后将产生的二进制个体转化十进制。
6.如权利要求3所述的DF中继系统的最优中继选择和功率分配方法，其特征在于，所述步骤S33具体包括以下步骤5331根据选择概率选择具有高适应度的个体作为父类，并丢弃适应度低的个体；5332根据交叉概率，对步骤S331所选的父类进行交叉操作，从而产生新一代的个体；5333根据变异概率，对步骤S332产生的新个体进行变异操作。
全文摘要
本发明公开了一种DF中继系统的最优中继选择和功率分配方法，包括以下步骤S1选择具有最大等效信道增益的中继节点作为最优中继节点；S2以源节点的传输功率与所述最优中继节点的传输功率的功率分配比例为变量，得到中继系统的总中断概率函数；S3通过遗传算法求解所述功率分配比例，使中继系统达到最优化系统总中断概率。本发明的方法可以使中继系统达到最优化的系统总中断概率，提高中继系统性能。
文档编号H04B7/005GK102545992SQ20111043364
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者侯宾, 俎云宵, 刘刚, 张勇, 李喆, 李巍海, 毛识博, 蒋于岸, 贾越, 郑建涛, 钟昕城, 陈自强, 高婧 申请人:北京邮电大学