一种基于瑞利衰落信道的联合决策中继选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种基于瑞利衰落信道的联合决策中继 选择方法。
【背景技术】
[0002] 在蜂窝移动网络中，通过在接收端和发射端放置多天线的点对点链路，可以获得 空间分集来提高数据的传输速率，并且不会造成带宽和功率的浪费，但是在应用中受到各 种现实因素的限制，在实际系统中并不一定适用。在协作通信中，利用网内多个用户天线组 成分布式系统，形成虚拟MIM0效应。
[0003] 中继选择是协作通信的关键技术，中继选择的原则应该是多样的，取决于系统需 要。已有的中继选择方法大多考虑单一的原则，例如选择高信噪比的中继链路参与协作通 信，因此高信噪比中继链路被选择的频率更高，但是这样会带来一些实际问题，如网络负荷 的不平衡，众所周知负荷失衡将对系统整体性能带来不利影响。因此，在中继选择方法设计 中考虑多种原则是必要的，如公平性原则、中断性能最优原则等。不同的原则解决网络关心 的不同问题，例如公平性原则有助于解决电池供电的高信噪比用户设备在现有中继选择方 法中存在的能量快速消耗问题，从而提高用户体验满意度。
【发明内容】
[0004] 基于以上考虑，本发明提供一种基于瑞利衰落信道的联合决策中继选择方法，通 过将归一化信噪比和中继节点负荷分别乘以不同的权重，形成中继选择的综合判决依据， 其中，权重大小通过优化系统的不同性能指标确定。
[0005] 本发明在中继选择过程中能考虑多种影响系统性能的因素，通过赋予不同因素以 不同的权重，提供由多种因素共同决策的中继选择方法；同时获得一种能根据系统需求调 整中继选择原则的中继选择方法，从而具有广泛的适用性。
[0006] -种基于瑞利衰落信道的联合决策中继选择方法，所述方法包括：
[0007] (1)定义：?为能正确译码来自源节点的数据且到目的节点链路信噪比大于集合 门限h d，t^Nd个中继节点的集合，i是中继节点序号，i e ?冲继节点i到用户y链 路上的信噪比为YUil，此处用户y即为目的节点；中继节点i到用户y链路上的归一化信 噪比;0为信噪比归一化因子。
[0008] (2)计算_.的值，Hi为中继节点i的负荷， niG [0，l]，a 为权重因子，a G [0，1]。
[0009] (3)选取Ai中最大值对应的中继节点作为协作中继节点。
【具体实施方式】
[0010] 采用瑞利衰落信道，用户y选择中继节点：
[0011]
.⑴
[0012] 进行数据转发，?为能正确译码来自源节点数据且到目的节点链路信噪比大于集 合门限丫4&的\个中继节点的集合，运算符
表示获取当i分别为集合?中的 每一元素时Yi中的最大值对应的i的运算。中继节点i到用户ii链路上的归一化信噪比
为中继节点i到用户y链路上的信噪比，0为信噪比归一化因子，a 为权重因子，a G [0, 1]。中继节点i的负荷
n# [0, l]，pq l为中继节点i 所服务的第q个用户的发射功率，PMAXi i为中继节点i的最大发射功率，这里取PmaXi i = P MAX， 队为中继节点i当前所服务的用户数。
[0013] 在本发明中，a和0的确定可以根据不同应用场景以及不同的确定方法确定。本 发明提供以下两种场景下a和0的优选确定方法：
[0014](一）保障中断性能的前提下平衡中继节点负荷的场景
[0015] 在该场景中，本发明方法致力于在保障系统的中断性能的同时，平衡中继节点负 荷以获取系统的负荷平衡。a和0的确定有以下四种方法：
[0016] 方法⑴：根据中心极限定理，假设中继节点i的负荷n通似服从 均值为y i，均方差为〇 i的正态分布。此时，首先确定信噪比中间值y UiQ.5， yu,a5的值可以根据工程经验获得，令〇.5 = e PYU'a5计算得到e值；或者由
计算得到，其中ydB、〇dB分别为服 从的对数正态分布的均值和均方差。然后在满足，的条件下最小化中继节点i的 被选择概率的均方差丨i来确定a值，1\>为系统中断性能门限，、尸^的表达 式分别如下所示：
[0021] 式中的"屈
确定。v 1= l-(l-a ) y ^ 和分别为中继节点i到用户y链路和中继节点j到用户y链路 上的平均信噪比。
[0022] 方法（2):考虑最优功率分配。此时，首先确定信噪比中间值YUla5， ha 5的值可以根据工程经验获得，令〇.5 = e PYU'a5计算得到P值；或者由
计算得到，其中ydB、〇如分别为^"服 从的对数正态分布的均值和均方差。然后在满足系统的平均中断概率^ 的条件下 最小化中继节点i的平均被选择概率的均方差来确定a值，、$的表达式 分别如下所示：
[0032]
[0039]队为中继节点i当前服务的用户数，^为中继节点i到中继节点i的用户 1 之间链路的平均信噪比； f(Xl, ???')为Xl，…xn的联合概率密度函数，此处x工，…'相互独立，都月艮从对 数正态分布。1 = 1，…，N1;i G 0，j G 0 ;c为欧拉常数，P MAX为中继节点的最 大发射功率，歹为平均功率限制；;为中继节点i的用户1的中断门限，可以由
求得；幂次组合(/V…,/^^v/n丨,…, ?w7v；スV??,h)eS/, 51为
成立时的幂次组合^....?.、.,/^.,/?、,/1-|,一,/；:\)的集合，幂次均为0或1;
表示将s i中每一种组合对应的函数 A、-f)的值进行累加；知…,g,、~，朽,均为大于或等 于〇的整数。
[0040] 方法（3):同时确定在满足#4r;A的条件下最小化中继节点i的被选择概率 ^^的均方差oil时的a和0值。
[0041] 方法⑷：同时确定在满足；# STa>A的条件下最小化中继节点i的平均被选择概 率$的均方差时的a和0值。
[0042](二）保障负荷平衡的前提下提高中断性能的场景
[0043] 在该场景中，本发明方法致力于保障系统的负荷平衡，同时尽可能提高系统的中 断性能。a和0的确定有以下四种方法：
[0044] 方法⑴：根据中心极限定理，假设中继节点i的负荷q通似服从 均值为y i，均方差为〇 i的正态分布。此时，首先确定信噪比中间值y UiQ.5， yu,a5的值可以根据工程经验获得，令〇.5 = e PYU'a5计算得到e值；或者由
计算得到，其中ydB、〇dB分别为5服 从的对数正态分布的均值和均方差。然后在满足的条件下最小化系统的中断概 率if1来确定a值，〇th为负荷平衡门限。
[0045]方法（ii):考虑最优功率分配。此时，首先确定信噪比中间值YUiQ.5， ha5的值可以根据工程经验获得，令〇.5 = e PYU'a5计算得到P值；或者由
汁算得到，其中ydB、〇dB分别为^服 从的对数正态分布的均值和均方差。然后在满足的条件下最小化系统的平均中 断概率「来确定a值。
[0046] 方法（iii):同时确定在满足S %的条件下最小化系统的中断概率#时的 a和0值。
[0047] 方法（iv):同时确定在满足〇= 的条件下最小化系统的平均