专利名称：一种基于能效的用户间协作多播方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，实现了为信道质量不同的多个用户进行可靠和有效的传输，并降低了系统的能耗，提高了系统的能效。
背景技术：
多媒体广播多播业务(MBMS)是3GPP R6规范中定义的一种点到多点的传输业务模式，在不改变网络结构的基础上可以实现网络资源共享，并有效地提高无线资源利用率。多播网络中接收相同业务的用户属于同一个多播组，由于一个多播组中的用户分布在小区中的不同位置，经历不同的大尺度衰落和小尺度衰落，不同用户的信道条件差别很大，一个多播组的容量受限于信道条件最差的用户，如果传输速率过高，信道条件较差的用户不能正确译码数据；如果传输速率满足信道条件最差的用户，这样可以实现很好的公平性，但无 线资源利用率太低。传统的协作多播传输是一种能有效消除用户信道衰落的方法，可以有效地提高系统容量，但随着用户数的增多，系统的能耗也相当可观。
发明内容
本发明的目的是为了解决多播组的系统容量受限于信道条件最差的用户，以及传统协作多播虽可提高系统容量但随着用户数的增多系统能耗大的问题。本发明可以实现在保证系统吞吐量的同时降低系统能耗，提高能效。本发明是通过以下技术方案来实现的本发明是一种基于能效的用户间协作多播方法，通过协作中继用户的选择和中继功率的分配，降低系统的能耗提高能效。其特殊之处在于以下步骤中I)把多播过程分为两个阶段，第一阶段基站以较高的速率给所有用户多播数据，保证一部分信道条件好的用户正确译码，估计剩余信道条件差的用户到正确译码用户之间的信道状态信息，找到一个与每个信道条件差的用户信道条件最好的正确译码的用户，并将该正确译码的用户作为中继。2)在第二阶段，利用已估计的中继用户到剩余信道条件差的用户之间的信道状态信息，对每个中继的功率进行合理分配，再利用选择的中继给剩余信道条件差的用户多播数据。以此来达到在保证系统吞吐量的同时降低系统的能耗提高能效的目的。在上述技术方案中，步骤I)的具体操作如下1-1)把多播过程分为两个阶段，第一阶段基站发射功率Pb，第一阶段小区中任意用户i的接收信号为3'f =SlnrhiX+^
P I J7 |2 / I用户i的接收信噪比为-SNR^d = b ' 1
iV°O1-2)假设第一阶段的多播传输速率为U1,则正确译码该信号的信噪比门限为SNRn，当用户的接收信噪比SSVR2i，则表示该用户可以正确译码。对第一阶段所有用户的接收信噪比按降序排列，组成信噪比矢量s =假定第一阶段
正确译码用户所占的比例C，则信噪比矢量中前N*C个用户都可以正确译码数据。第一阶段正确译码用户的集合G，剩余信道条件差的用户的集合B，估算N* (I-C)个信道条件差的用户与正确译码用户之间的信道状态信息，对于第i个信道条件差的用户，找到一个与其信道条件最好的正确译码用户，将该正确译码的用户作为中继，并将该正确译码用户在集合G中对应的编号放在集合Relay中，删除Relay中重复元素，则Relay中各元素即为所选择的中继。在上述技术方案中，步骤2)的具体操作如下第二阶段，所有中继总发射功率已，各个中继的功率分配直接影响了 B中信道条件差的用户正确接收数据所支持的传输速率，传输速率越大，协作中继用户参与协作的时间就越短，消耗的能量就越少。因此为了使信道条件差的用户正确接收数据所支持的传输速率尽可能大，利用已估计出的协作中继用户到信道条件差的用户的信道状态信息，得到每个中继与信道条件差的用户的整体信道状态信息，以此来对中继功率进行动态分配，达到 降低能耗，提闻能效的目的。本发明具有以下有益效果本发明在多播过程的第一阶段，利用基站和用户的信道状态信息，选择一个相对较高的多播速率多播数据，保证一部分信道条件好的用户正确译码数据，并根据正确译码用户和未正确译码用户之间的信道状态，选择与未正确译码用户信道条件最好的正确译码用户作为协作中继，减少了作为协作中继的用户数。第二阶段利用协作中继和信道条件差的用户的整体信道状况对中继功率进行合理分配，提高了信道条件差的用户正确接收数据所能支持的传输速率，保证了系统的吞吐量，减少了中继参与协作的时间，降低了能耗，提高了能效。
图I为本发明的系统模型图；图2为本发明的总体算法流程图；图3为不同基站发射信噪比下的多播系统能效(C=90%，a =0. 6，N=IOO)；图4为不同用户数下的多播系统能效(C=90%，a =0. 6,基站发射信噪比为IOOdb)；图5为不同基站功率占总功率比例下的多播能效(C=90%，N = 100,基站发射信噪比为 IOOdb)；图6为第一阶段不同正确译码用户占总用比例下的多播能效(N=100，a =0. 6，基站发射信噪比为IOOdb)。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施实例对本发明做进一步的详细说明。本发明的核心思想是利用用户间的信道状态信息，减少参与协作的中继用户数，并利用用户间的信道状态信息，对中继功率进行合理分配，提高多播数据传输速率，减少系统能耗提高能效。本发明提出一种基于能效的用户间协作多播方法，该方法把多播过程分为两个阶段，第一阶段基站以较高的发射速度给所有用户多播数据，保证一部分信道条件好的用户能够正确译码，估计正确译码用户和剩余信道条件差的用户之间的信道状态信息，选择与每个信道条件差的用户信道条件最好的正确译码用户作为协作中继，这样减少了参与协作的用户数。第二阶段利用已估计的中继用户到信道条件差的用户的信道状态信息，得到每个中继与所有信道条件差的用户的整体信道状态信息，再对中继功率进行合理分配，提高了信道条件差的用户正确接收数据所支持的传输速率。本发明是为不同信道条件的多个用户提供相同多媒体业务的用户间协作多播方法，通过中继用户的选择和中继功率的分配来保证系统吞吐量，降低能耗提高能效。其内容包括I)把多播过程分为两个阶段，第一阶段基站以较高的速率给所有用户多播数据，保证一部分信道条件好的用户正确译码，估计剩余信道条件差的用户到正确译码用户之间的信道状态信息，找到一个与每个信道条件差的用户信道条件最好的正确译码的用户，并将该正确译码的用户作为中继。1-1)、本发明考虑一个蜂窝小区场景，如图I所示该小区有一个基站，N个接受相 同多播业务的用户。把多播过程分为两个阶段，第一阶段基站发射功率Pb，第二阶段所有中 继总发射功率h，满足Pb+Pf P，Pb= a P，数据包长为B。。则第一阶段小区中任意用户i的接
收信号为
权利要求
1.一种基于能效的用户间协作多播方法，对于一个蜂窝小区，该蜂窝小区包括一个基站，N个多播用户，多播占用的带宽为B，其特征在于 1)把多播过程分为两个阶段，第一阶段基站给所有用户多播数据，保证一部分信道条件好的用户正确译码，估计剩余信道条件差的用户到正确译码用户之间的信道状态信息，找到一个与每个信道条件差的用户信道条件最好的正确译码的用户，并将该正确译码的用户作为中继； 2)在第二阶段，利用已估计的中继用户到剩余信道条件差的用户之间的信道状态信息，对每个中继的功率进行合理分配，再利用选择的中继给剩余信道条件差的用户多播数据。
2.根据权利要求I所述的基于能效的用户间协作多播方法，所述的步骤I)的具体方法如下 1-1)把多播过程分为两个阶段，第一阶段基站发射功率Pb，Pb= α P，P为整个多播过程基站和中继消耗的总功率，α为基站发射功率占总功率的比例，数据包长为B。；则第一阶段位于小区中(Ii, Θ J位置处的用户i的接收信号为 Ibdhtx+n, X是基站的发射信号，上标‘bd’表示基站给用户发数据，Ii表示用户i和基站之间的距离，Θ i为用户i和基站的相角，η为路径损耗系数，hi是用户i所受的小尺度衰落，h厂cN(0，I)，即是零均值单位方差的复高斯随机变量，IIi是加性高斯白噪声，方差Ntl，则用户i的接收信噪比为 1-2)对第一阶段所有用户的接收信噪比按降序排列，组成信噪比矢量J =，定义第一阶段正确译码用户所占的比例C，则第一阶段正确译码用户的集合G={1，2，3，...，N*C}，剩余信道条件差的用户的集合B={N*C+1, N*C+2,...，N}，第一阶段的多播数据速率为V1 = Blog2(USm^c)，所需时间为C=I;估算N*(l-C)个信道条件差的用户与正确译码用户之间的信道状态信息 h' 为为第i个信道条件差的用户到第j个正确译码用户之间的信道系数，为信道系数h, ,j的模值平方，Iij为第i个信道条件差的用户到第j个正确译码用户之间的距离，h.j为第i个信道条件差的用户到第j个正确译码用户之间的瑞利衰落；对于第i个信道条件差的用户，找到一个与其信道条件最好的正确译码用户，即最大Hy对应的j，将该正确译码的用户作为中继，并将该正确译码用户在集合G中对应的编号放在集合Relay中，删除Relay中重复元素，则Relay中各元素即为所选择的中继，中继个数为队。
3.根据权利要求I所述的基于能效的用户间协作多播方法，所述步骤2)的具体步骤如下2-1)第二阶段，利用已估计出的信道条件差的用户与正确译码用户之间的信道状态信息，得到中继功率分配归一化矢量β-= [β1，β2,...，βNr]T J
全文摘要
本发明的目的是在保证系统吞吐量的情况下，通过协作中继用户的选择和中继功率的分配，降低系统能耗提高能效。提出的基于能效的用户间协作多播方法，该方法先将多播过程分为两个阶段,第一阶段基站以较高的速率给所有用户多播数据，保证一部分信道条件好的用户正确译码，估计剩余信道条件差的用户到正确译码用户之间的信道状态信息，找到一个与每个信道条件差的用户信道条件最好的正确译码的用户，并将该正确译码的用户作为中继。在第二阶段，利用已估计的中继用户到剩余信道条件差的用户之间的信道状态信息，对每个中继的功率进行合理分配，再利用选择的中继给剩余信道条件差的用户多播数。
文档编号H04W52/02GK102740236SQ20121021571
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者姚远, 王军星, 王霞, 陈志刚 申请人:西安交通大学