一种负荷公平的中继选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线协作通信领域，具体设及一种负荷公平的中继选择方法。
【背景技术】
[0002] 中继选择的公平性是影响网络性能的关键因素，特别是当中继节点由电池供电 时，如果中继传输如一般中继选择算法那样总是选择链路信噪比高的中继节点，会导致部 分中继节点能量的快速消耗，降低网络生命周期，甚至导致覆盖盲区，影响整个网络的性 能。另一方面，在移动网络中，负荷平衡是保证网络容量的必然要求，运也要求公平的中继 选择。已有研究主要从等能耗角度研究中继选择的公平性，在链路自适应传输体制下研究 负荷公平的中继选择方法，目前尚不多见。
【发明内容】
[0003] 本发明首先给出了一种自适应功率分配的协作通信系统模型，继而从负荷平衡的 角度出发，在保障中断性能的同时提升中继选择公平性，提供了一种负荷公平的中继选择 方法。其中，获得中继节点功率负荷的概率密度函数是负荷公平中继选择方法的关键，利用 本发明中给出的中继节点功率负荷概率密度函数的闭式，可W解决协作通信系统的负荷公 平中继选择问题。
[0004] 本发明给出的自适应功率分配的协作通信系统模型由一个源节点S、一个目的节 点D和K个译码转发类型的候选中继节点组成，当某中继节点与进行中继选择的移动台之间 链路的信噪比大于此链路的中断口限时，该中继节点可W确定为候选中继节点。不同于一 般的协作通信系统模型的特征在于：（1)当移动台U需要进行中继选择时，从负荷平衡的角 度考虑公平的中继选择方法；（2)若根据该中继选择方法选出候选中继节点i进行数据中 继，则该中继节点对移动台U的发射功率为
。其中至表示候选中继节点信道的 平均功率限制，皆'"堪第i个候选中继节点与移动台U(即目的节点）之间链路的中断口限， 丫 21,U表示第i个候选中继节点与移动台U之间链路的信噪比，当丫 21,U低于rf'"咐，该链路发 生中断。
[000引在本发明所给出的协作通信系统模型中，第i个候选中继节点的功率负荷定义为：
[0006]其中：
玄表示候选中继节点信道的平均功率限制， Pmax表示候选中继节点的最大发射功率。Ni是第i个候选中继节点正在服务的移动台数目。 /f 4是第i个候选中继节点与该候选中继节点正在服务的第1个移动台之间链路的中断口 限，丫 21,1表示第i个候选中继节点与该候选中继节点正在服务的第I个移动台之间链路的 信噪比，当Y 21,1低于时，该链路发生中断。
[0007]为了实现负荷公平的中继选择，本发明提供如下中继选择方法:保证系统中断概 率P。< r化（r th为中断概率口限）的前提下选择功率负荷最小的候选中继节点进行数据中 继。实现该方法需要获得候选中继节点功率负荷的概率密度函数，所述概率密度函数表达 式为：
[0009]其中：i表示候选中继节点编号间为第i个候选中继节点的Pi,i、…、pi,Ni、qi,i、…、 Qi,化的组合，Pi, 1和Qi, 1分别等于0或1且Pi,i+qi, 1 = 1; 1 = 1、…、Ni,为一个候选中继节点正在服 务的移动台的编号，Ni为第i个候选中继节点正在服务的移动台数目；
卢'1为第i个候选中继节点与该候选中继节点正在服务的第1个移动台之间链路的中断口 限，由
计算得到，丫 21,1、云:分别为第i个候选中继节 点与该候选中继节点正在服务的第1个移动台之间链路的信噪比和平均信噪比；系数a、b、 c、d取值范围都是[-3,3]。
[0010]所述系统中断概率Pd的表达式为：
[001引其中：max{A,B}、min{A,B}分風I表示取A和B中的最大值和最小值;K为候选中继节 点的数目；j表示排除候选中继节点i的候选中继节点的编号；乂 为第i个候选中继节点与 进行中继选择的移动台U之间链路的中断口限，由
计 算得到，T 21,U、芯分别为第i个候选中继节点与进行中继选择的移动台U之间链路的信噪 比和平均信噪比。
【具体实施方式】
[0013]下面对本发明作进一步的说明，具体的实施例W协作通信系统为例。协作通信系 统由一个源节点S、一个目的节点D和K个译码转发类型的候选中继节点组成，选取与进行中 继选择的移动台之间链路的信噪比大于该链路的中断口限的任意中继节点为候选中继节 点。不失一般性，由于相距很远或被阻挡，目的节点接收不到来自源节点的信号，采用瑞利 信道。当移动台U需要进行中继选择时，选出的中继节点对移动台U的发射功率为
，第i个候选中继节点的功率负荷为
，中继选择方 法为保证系统中断概率P。含rth的前提下选择功率负荷最小的候选中继节点进行数据中 继。
[0014]根据W上所述，第i个候选中继节点的功率负荷为：
[0019]其中4 (糸)为Xi的概率密度函数，且有：
[0021]其中，优选取值:曰=1.727,6 = 0.8815，。= -0.7186，(1 = 1.858;马为第1个候选中 继节点的Pi, 1、…、'、qi, 1、…、《闲.的组合，Pi, 1和qi, 1分别等于0或1且Pi, i + qi, 1 = 1 ; V.., = 2/V^。于是：
[0025]根据W上公式，我们计算得到每个候选中继节点被选中时的系统中断概率，在满 足系统中断概率Pd含rth的前提下选取功率负荷最小的候选中继节点进行数据转发。
【主权项】
1. 一种负荷公平的中继选择方法，所述方法包括： 计算每个候选中继节点功率负荷的概率密度函数； 计算每个候选中继节点被选中时的系统中断概率，在保证系统中断概率P〇< Tth的前 提下选择功率负荷最小的候选中继节点进行数据中继； 所述概率密度函数的表达式为：其中：max{}、min{}分别表示取其中元素的最大值和最小值；Tth为中断概率口限;K为 候选中继节点的数目；i表示候选中继节点编号；j表示排除候选中继节点i的候选中继节点 编号；V。-2/原，ru为第i个候选中继节点的功率负荷;Pmax为候选中继节点的最大发射功率；云 为候选中继节点信道的平均功率限制;马为第i个候选中继节点的斯、…、巧…、%.町 的组合，Ρι,ι和化,1分别等于0或1且Pl,l+ql,l = l;l = l、…、Nl，为一个候选中继节点正在服务 的移动台的编号，Ni为第i个候选中继节点正在服务的移动台数目；系数a、b、c、d的取值范 围都是[-3,3]^第1个候选中继节点与该候选中继节点正在服务的第1个 移动台之间链路的中断口限，由开算得到，忘;分 别为第i个候选中继节点与该候选中继节点正在服务的第1个移动台之间链路的信噪比和 平均信噪比;U是进行中继选择的移动台编号为第i个候选中继节点与移动台U之间链 路的中断口限，E十算得到，心,、万：分别为第i个 候选中继节点与移动台U之间链路的信噪比和平均信噪比。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第i个候选中继节点的功率负荷ru由下式表达：其中是第i个候选中继节点与该候选中继节点正 在服务的第1个移动台之间链路的中断口限；丫 21,1表示第i个候选中继节点与该候选中继 节点正在服务的第1个移动台之间链路的信噪比。3. 根据权利要求1或2所述的方法，还包括：当选出第i个候选中继节点对数据进行中继 时，该候选中继节点对移动台U的发射功率为其中：戶表示候选中继节点信 道的平均功率限制；r!-''"'是第i个候选中继节点与移动台U之间链路的中断口限；Y 21,U表示 第i个候选中继节点与移动台U之间链路的信噪比。4. 根据权利要求3所述的方法，其中的:a= 1.727; b = 0.8815; c = -0.7186; d= 1.858。
【专利摘要】本发明公开了一种负荷公平的中继选择方法，所述方法包括：利用给出的节点功率负荷概率密度函数的闭式，计算每个候选中继节点功率负荷的概率密度函数；计算每个候选中继节点被选中时的系统中断概率，在保证系统中断概率Po≤Γth(Γth为中断概率门限)的前提下选择功率负荷最小的候选中继节点进行数据中继。本发明从负荷平衡的角度出发，在保障中断性能的同时提升中继选择公平性，可以解决协作通信系统的负荷公平中继选择问题。
【IPC分类】H04W28/08, H04B7/02
【公开号】CN105554817
【申请号】CN201510943826
【发明人】何杰, 肖琨
【申请人】广西师范大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月16日