一种基于多用户缓冲辅助中继系统的链路选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及多用户缓冲辅助中继系统中的吞吐量最 大化的链路选择优化方法。
【背景技术】
[0002] 中继技术已经成为当前以及未来移动通信系统中的一项重要技术。传统的半双工 中继传输技术都是基于中继处前一个时隙收后一个时隙发这样交替进行的模式。但传统中 继传输模式受信道状况的影响较大，即当中继收、发两条链路其中任意一条链路的信道状 况比较差时，中继处这样的固定传输模式都将使得系统难以取得较为理想的性能。
[0003] 缓冲辅助中继技术根据中继节点数量的不同现在主要有两种应用。第一种应用是 当系统存在多个中继节点时，在每个中继节点处配备上缓冲，这样在采用单中继选择时，使 得系统总可以在前一个时隙选择最优的信源-中继链路的中继接收信息，后一个时隙选择 最优的中继-信宿链路的中继来发送信息，即缓冲辅助的中继选择技术。第二种应用是当 系统只有单个中继节点时，由于引入了缓冲，可以让中继在收、发信息的同时拥有了更多的 自由。可以根据同一时隙不同链路信道状况的好坏，以及一定的选择算法自适应地选择链 路传输信息。
[0004] 对于缓冲辅助中继系统的中继选择算法，应用最多的是传统单向解码转发 (DecodeandForward，DF)中继中的max-min中继选择方式和max-max中继选择方式。 max-min中继选择方式主要运用在无缓冲的DF中继系统当中，信源在一个时隙发送一个数 据包给中继，然后该中继紧接着在下一个时隙将数据包发送给信宿。被选中的中继具有最 好的信源-信宿之间端到端信道质量。对于max-max算法，中继配备有缓冲，因而中继在一 个时隙选择最好的信源-中继链路，信源发送一个数据包给被选中的中继；在下一个时隙 选择最好的中继-信宿链路进行数据传输。max-min和max-max中继选择算法都可以运用 到本发明中的多信源-多信宿中继网络当中。
[0005] 目前缓冲辅助中继系统的链路选择方法并不多，而且几乎都是针对单信源单信宿 的情况，即两跳三点中继模型。中继根据链路状况的好坏，自由选择该时隙收，还是发，系统 采用最优的链路选择策略以保证系统吞吐量达到最大化。在多用户系统中，情况非常复杂， 因为多用户中继系统拥有多个信源和多个信宿，链路数目众多，自适应的链路选择方案没 有办法直接得到，因而目前没有针对多用户中继系统的链路选择优化方法。
【发明内容】
[0006] 本发明提出一种基于多用户缓冲辅助中继系统的链路选择方法，该方法利用凸优 化理论，通过放宽离散限制以及利用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件得到最优的链路选择 方式，能够实现系统吞吐量的最大化。
[0007] 一种基于多用户缓冲辅助中继系统的链路选择方法，具体步骤如下：
[0008] Sl、t= 0时，初始化数据信息，信源和中继获取信道状态信息（ChannelState Information，CSI)，具体为：根据 =五g、/)}和=￡{#(，?)}获得/(7f->)和/Of1)，其中，^七_)表示在第个i时隙，从第k个信源到中继的SNR，<>(/)表示从中继到第k个信 宿的即时SNR，=五{rf>(/)}为所述(/)的期望，表示第i个时隙从第k个信源到 中继的平均信噪比，为所述<>(/)的期望，D以表示第i个时隙从中继到第 k个信宿的平均SNR，/(^)为所述#(/_)的概率密度函数，/(#)为所述#(〇的概率密度 函数，其中，j表示第j信源，i表示第i个时隙，ke{1，...，N}，N表示系统有N个信源，N 个信宿和一个配备N个缓冲的中继，N为自然数；
[0009] S2、根据限制条件￡^.(/)以(/)丨=MD7(OC^vW)I计算最优门限值人k，具体如下：
【主权项】
1. 一种基于多用户缓冲辅助中继系统的链路选择方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 t = O时，初始化数据信息，信源和中继获取信道状态信息（Channel State Information，CSI)，具体为：根据和 获得和/(rf1)， 其中，iCO表示在第个i时隙，从第k个信源到中继的SNR，#(〇表示从中继到第k个信 宿的即时SNR，=￡{rf (〇}为所述/f 1W的期望，Ω&1表示第i个时隙从第k个信源到 中继的平均信噪比，=五{/^(/_)}为所述/f七）的期望，Ω=表示第i个时隙从中继到第 k个信宿的平均SNR，/(rf>)为所述#>(/)的概率密度函数，/(;f >)为所述#>(/)的概率密度 函数，其中，j表示第j信源，i表示第i个时隙，k e {1，...，N}，N表示系统有N个信源，N 个信宿和一个配备N个缓冲的中继，N为自然数； 52、 根据限制条件￡巧(0以(/)} = ￡^(/)^"(0!计算最优门限值Xk，其中，所述限制条 件为进、出中继的数据在统计意义上相等时候的条件； 53、 在第i个时隙开始，信源和中继节点获取CSI信息，具体为：根据2Ν条信 道的即时SNR #(/)和计算出对应的信道容量C^1(Z)二1明2(1 + #>(/))和 C〇) =丨 Gg:(丨 +，,广(/)): 54、 根据S2所述最优门限值Ak获得S3所述2N条信道的决策函数
55、 根据S4所述决策函数' (i)，选择使' (i)最大的信源或者信宿进行发送或者接收， 即
56、 判断数据传输是否完成，若完成则数据传输结束，若未完成则转入步骤S3。
2. 根据权利要求1所述的一种基于多用户缓冲辅助中继系统的链路选择方法，其特征 在于：S2所述计算最优门限值λ k，具体如下：
其中， ，
S23、根据限制条件￡{叫/)⑶(/)丨=￡?Α(/)α#(/)!，得到最优门限值λ,。
【专利摘要】本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及多用户缓冲辅助中继系统中的吞吐量最大化的链路选择优化方法。本发明提出一种基于多用户缓冲辅助中继系统的链路选择方法，该方法利用凸优化理论，通过放宽离散限制以及利用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件得到最优的链路选择方式，相比于传统中继选择方式可以获得更大的吞吐量。本发明针对多用户场景进行研究，更具一般性，而且对于节点和链路数目众多的多用户场景，本发明提出的方法可以取得优越的性能。
【IPC分类】H04W40-22
【公开号】CN104853400
【申请号】CN201510181552
【发明人】孙才智, 陈智, 李伟, 梁恒菁
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月16日