基于自适应功率传输的中继选择方法
【专利摘要】本发明公开了种基于自适应功率传输的中继选择方法，所述方法将自适应功率传输应用于中继选择方法中，有利于提升系统的容量；还分别考虑了最优功率和速率自适应以及信道反转下的功率自适应两种策略，为中继选择方法的设计提供了有益的思路；在自适应的基础上考虑了中继选择的公平性，定义等效信噪比，并应用于中继选择中，有利于平衡网络节点的负荷，当移动用户作为中继节点时，可以改善用户满意度。
【专利说明】
基于自适应功率传输的中继选择方法
技术领域
[0001 ]本发明设及移动通信技术领域，具体设及一种基于自适应功率传输的中继选择方 法。
【背景技术】
[0002] 协作通信系统中，通信性能的好坏与中继节点的选择有关。衡量中继选择性能的 指标通常包括容量和中断概率。容量在某种程度上可W用最大数据速率来衡量。一般来说， 提升功率可W在一定程度上提高容量，因此在中继选择算法中考虑功率和速率自适应是十 分必要的，然而已有的中继选择算法很少设及此领域。已有的中继选择算法通常考虑选择 信道条件最好的中继链路传输，没有考虑功率因素，或者考虑等功率消耗的中继选择，即考 虑了中继选择的公平性，但是没有考虑功率自适应问题。鉴于移动信道的随机时变特性，移 动通信系统根据信道状态进行自适应传输显然是高效的。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于自适应功率传输的中继选择方 法，能够提升功率效能，提升系统容量，提高系统工作效率，具有实际应用价值。本发明方法 的主要特点及效果：（1)将自适应功率传输应用于中继选择方法中，有利于提升系统的容 量;分别考虑了最优功率和速率自适应W及信道反转下的功率自适应两种策略，为中继选 择方法的设计提供了有益的思路。（2)在自适应的基础上考虑了中继选择的公平性，定义等 效信噪比，并应用于中继选择中，有利于平衡网络节点的负荷，当移动用户作为中继节点 时，可W改善用户满意度。
[0004] 本发明技术方案：
[0005] (1)系统至少由1个源节点、M个中继节点和1个目的节点构成，M=I，2,3，…；选择 n, >浩且片> 乂°惭中继节点构成候选中继节点集合Scandi，i = 1，2，…，M ;其中：丫 Ii、丫 2i分 别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的信噪比；.悚i、r公分 别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的中断口限，并且分 别由数学;
村寻。
[0006] (2)当系统中仅存在电池供电的中继节点时，对于候选中继节点集合Scandi中的任
意中继节点，选取 S进行 数据转发。或者，应的 中继节点进行数据转发。
[0007] (3)当系统中仅存在电网供电的中继节点时，对于候选中继节点集合Scandi中的任 意中继节点，选取
对应的中继节点进行数据转发。
[0008] (4)当系统中同时存在电网供电和电池供电的中继节点时，对于候选中继节点集 合Scandi中采用电池供电的任意中继节点，计算
值，或
者计算 对于候选中继节点集合Scandi中采用电网 供电的 直;然后选取所有中继节点计算值中的最大 值所对应的中继节点为转发中继节点。
[0009] 其中：歹表示平均发射功率限制;Pmax表示中继节点的最大发射功率;功率权重〇> 0;负荷权重e>〇;NT表示所有中继节点的业务信道数且相等;m表示任意中继节点i中当前 被占用的业务信道数。
【具体实施方式】
[0010] 本发明中的协作通信系统由1个源节点、M个中继节点和1个目的节点构成，M个中 继节点构成中继节点集合SrelaY，/、,>/!:l且/,,>乂"1的中继节点构成候选中继节点集合Scandi， 其牛
分别为源节 点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的信噪比，乂'>、说>分别为源节点 到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的中断口限，fVli(丫 H)、fY2i( 丫 21) 分别为丫 11、丫 21的概率密度函数，具体表达式取决于信道类型，为已有研究成果。根据节点 供电来源的不同，将中继节点划分为电池供电的中继节点和电网供电的中继节点，因此系 统中包含=个场景，即仅存在电池供电的中继节点、仅存在电网供电的中继节点、同时存在 电池和电网供电的中继节点。本发明中的协作通信系统采用自适应功率传输，包括最优功 率和速率自适应W及信道反转下的功率自适应两种策略。
[00川 Min{xi,X2}表示取Xl和X2中的最小值的运算；fg Ma冰表示对于任意iEScnadi，计 ，心'州口山 算Xi的值，取所有值中最大值对应的i的运算;假设所有中继节点的业务信道数相等且为化， m为任唐中皱书点1?中巧前献占巧的业务信道数；
[0012]
[0013] 【方法一】最优功率和速率自适应下的中继选择方法
[0014] 场景（1):当协作通信系统中仅存在电池供电的中继节点时，对于Scandi中的任意中 继节点，洗取
[0015]
巧应的中继节点进行数据转 发。其中：功率权重a > 0。作为优选方案：当a > 1且《去-姥成。<《0时，心> 减；当a > 1且 当〇<a<l且
[0016] 场景(2):当协作通信系统中仅存在电网供电的中继节点时，对于Scandi中的任意中 继节点，选取^应的中继节点进行数据转发。其中，负荷权 重 0>〇。
[0017] 场景(3):当协作通信系统中同时存在电网和电池供电的中继节点时，对于Scand冲 采用电池供电的任意中继节点，计算
值。其中：功率权
选取所有中继节点计算值中最大值对应的中继节点为转发中继节点。
[0018] 【方法二】信道反转功率自适应下的中继选择方法
[0019] 场景(1):当协作通信系统中仅存在电池供电的中继设备时，对于Scandi中的任意中继 节点，选取
对应的中继节点进 行数据转发。其中：功率权重〇>0。作为优选方案：当0<〇<1时，
当a M时，
[0020] 场景(2):当协作通信系统中仅存在电网供电的中继节点时，对于Scandi中的任意中 继节点，选巧
对应的中继节点进行数据转发。其中，负荷权 重 0>〇。
[0021] 场景(3):当协作通信系统中同时存在电网和电池供电的中继节点时，对于Scandi中采 用电池供电的任意中继节点，计 0。作为优选方案:当〇<a<l时， 对于Scandi中采用电网供电的任意中继节点，计算
！。选取所有中继 节点计算值中最大值对应的中继节点为转发中继节点。
[0022] 下面结合数据演算进一步详细说明本发明技术方案，利于更好理解本发明及应用 效果。
[0023] 【方法一】最优功率和速率自适应下的中继选择方法
[0024] 实施例1:
[0025] 协作通信系统由1个源节点、3个电池供电的中继节点和1个目的节点构成，用中继 节点1、中继节点2W及中继节点3区分不同的中继。协作分为两个时隙，第一个时隙节点广 播数据，第二个时隙中继选择后的中继节点转发数据到目的节点。
[0026] 采用瑞利衰落信道，各中继链路饱括源节点-中继节点链路和中继节点-目的节点链 路)上的平均信噪比分别义
。由公式
求解得到短^=〇;%，咸9=6.91,?皆=〇:.85，
[0027] 设置Q=I，玄=1 ,Pmax=IO,经测量估计得到用户在各中继链路上的即时信噪比分
1'6, 丫 23=1〇1'86,根据公式 ;解得到Kl = 3,即应选择中 继节点3进行数据转发。
[002引实施例2:
[0029] 协作通信系统由1个源节点、3个电网供电的中继节点和1个目的节点构成，用中继 节点4、中继节点5W及中继节点6区分不同的中继。协作分为两个时隙，第一个时隙节点广 播数据，第二个时隙中继选择后的中继节点转发数据到目的节点。
[0030] 采用瑞利衰落信道，各中继链路的平均信噪比分别为^=u)n'，
中继节点4、中继节点
[0031] 设置0=1，经测量估计得到用户在各中继链路上的即时信噪比分别为丫 14 =
:1〇1'5, 丫 16=1〇1'52, 丫 26=1〇1'6。于是，根据公式 良解得到K2 = 6,即应选择中继节点6进行数据转发。
[0032] 实施例3:
[0033] 协作通信系统由1个源节点、3个电池供电的中继节点、3个电网供电的中继节点和 1个目的节点构成，用中继节点1、中继节点2W及中继节点3表示电池供电的中继节点，用中 继节点4、中继节点5W及中继节点6表示电网供电的中继节点。协作分为两个时隙，第一个 时隙节点广播数据，第二个时隙中继选择后的中继节点转发数据到目的节点。
[0034] 采用瑞利衰落信道，各中继链路(包括源节点-中继节点链路和中继节点-目的节 点链路)上的平均信噪比分别为
[0035]经测量计算得到用户在各中继链路上的即时信噪比分别为丫 U= l〇i'2, 丫 21 = 1〇1'7, 丫 12=1〇1'已6, 丫 22=1〇1'36, 丫 13=1〇1'6, 丫23=1〇1'86, 丫 14=1〇1'4, 丫24=1〇1'2, Yl 已= 1〇1'7, 丫化=1〇1'5, 丫 16=1〇1'52, 丫 26=1〇1'6;中继节点4、中继节点5W及中继节点6的节点负
的 值大于的值，因此选择中继节点3进行数据转发。
[0038] 【方法二】信道反转功率自适应下的中继选择方法
[0039] 实施例4:
[0040] 协作通信系统由1个源节点、3个电池供电的中继节点和1个目的节点构成，用中继 节点1、中继节点2W及中继节点3区分不同的中继。协作分为两个时隙，第一个时隙节点广 播数据，第二个时隙中继选择后的中继节点转发数据到目的节点。
[0041] 采用瑞利衰落信道，各中继链路饱括源节点-中继节点链路和中继节点-目的节点链 路）上的平均信噪比分别为/Ii=KF，7:|:=1(产，尸，於=10"。，7。=1()|.气；
[0042] 设置a = 1，歹=1 ,P^ax= 10，经测量估计得到用户在各中继链路上的即时信噪比分别为 丫 11 = 1〇1'2, 丫 21 = 1〇1'7, 丫 12=1〇1'已6, 丫 22 = 1〇1'36, 丫 13=1〇1'6, 丫 23 = 1〇1'86〇 于是，根据公式
即应选择中继节点3进行数据转发。
[0043] 实施例5:
[0044] 协作通信系统由1个源节点、3个电网供电的中继节点和1个目的节点构成，用中继 节点4、中继节点5W及中继节点6区分不同的中继。协作分为两个时隙，第一个时隙节点广 播数据，第二个时隙中继选择后的中继节点转发数据到目的节点。
[0045] 采用瑞利衰落信道，各中继链路的平均信噪比分别为二1 ，
.经测量计算得到中继节点4、中继节点5 W及中继节点6的节点负荷分别式
'
[0046] 设置0=1，经测量估计得到用户在各中继链路上的即时信噪比分别为丫 14 = 1〇1'4, 丫 24=1〇1'2, 丫 15=1〇1'7, 丫 25=1〇1'5, 丫 16=1〇1'52, 丫 26=1〇1'6。于是，根据公式
衣解得到K2 = 6,即应选择中继节点6进行数据转发。
[0047] 实施例6:
[0048] 协作通信系统由1个源节点、3个电池供电的中继节点、3个电网供电的中继节点和 1个目的节点构成，用中继节点1、中继节点2W及中继节点3表示电池供电的中继节点，用中 继节点4、中继节点5W及中继节点6表示电网供电的中继节点。协作分为两个时隙，第一个 时隙节点广播数据，第二个时隙中继选择后的中继节点转发数据到目的节点。
[0049] 采用瑞利衰落信道，各种中继链路（包括源节点-中继节点链路和中继节点-目的节点链路）上的平均信噪比分别为
[0050] 经测量计算得到用户在各中继链路上的即时信噪比分别为丫 U= 1〇1'2, 丫 21 = 1〇1'7, 丫 12=1〇1'已6, 丫 22=1〇1'36, 丫 13=1〇1'6, 丫23=1〇1'86, 丫 14=1〇1'4, 丫24=1〇1'2, Yl 已= 1〇1'7, 丫化=1〇1'5, 丫 16=1〇1'52, 丫 26=1〇1'6;中继节点4、中继节点5W及中继节点6的节点负
'别得到K3 = 3，K2 :行数据转发。
【主权项】
1. 一种基于自适应功率传输的中继选择方法，所述方法包括： (1) 系统至少由1个源节点、Μ个中继节点和1个目的节点构成，1=1，2,3，一；选择匕>;^ 且;的中继节点构成候选中继节点集合Sc=andi，i = l，2，· · ·，Μ;其中：γη、γ2?分别 表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的信噪比；汴^ 分别 表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的中断门限，并且分别(2) 当系统中仅存在电池供电的中继节点时，对于候选中继节点集合&andl中的任意中 继节点，选取其中：声表示平均发射功率限制;Pmax表示中继节点的最大发射功率;功率权重α >0。2. -种基于自适应功率传输的中继选择方法，所述方法包括： (1) 系统至少由1个源节点、Μ个中继节点和1个目的节点构成，Μ= 1，2，3，…；选择 且八的中继节点构成候选中继节点集合Sc；andi，i = l ,2,…,Μ;其中：γ li、γ 2i分别表示 源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的信噪比；rf、分别表示 源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的中断门限，并且分别由数(2) 当系统中仅存在电网供电的中继节点时，对于候选中继节点集合SMndi中的任意中 继节点，选取其中：负荷权重β>〇，Ντ表示所有中继节点的业务信道数且相等;m表示任意中继节点i 中当前被占用的业务信道数。3. -种基于自适应功率传输的中继选择方法，所述方法包括： (1) 系统至少由1个源节点、Μ个中继节点和1个目的节点构成，M= 1，2，3，…；选择；v> 且八5·/,1,1的中继节点构成候选中继节点集合Sc； andi，i = l，2，· · ·，M;其中：γη、γ2?分别 表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的信噪比；r,w、rP分别 表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的中断门限，并且分别(2) 当系统中同时存在电池供电和电网供电的中继节点时，对于候选中继节点集合 S_dl中采用电池供电的任意中继节点，计算值;对于候选中继节点集合采用电网供电 的任意中继节点，值;然后选取所有中继节点计算值中的最大值所 对应的中继节点为转发中继节点；其中：声表示平均发射功率限制;pmax表示中继节点的最 大发射功率;功率权重α>〇;负荷权重β>〇，Ντ表示所有中继节点的业务信道数且相等;m表 示任意中继节点i中当前被占用的业务信道数。4. 根据权利要求1或3所述的方法，其中：当α 2 1且0时，/2, > # ;当α 2 1且当0<α<1且難：￡0 时，& 当〇<α<1且5. -种基于自适应功率传输的中继选择方法，所述方法包括： (1) 系统至少由1个源节点、Μ个中继节点和1个目的节点构成，M=l，2,3，···；选择 且的中继节点构成候选中继节点集合Sc； andi，i = l，2,…，Μ;其中：γ η、γ 2i分 别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的信噪比；#必1分 别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的中断门限，并且分(2) 当系统中仅存在电池供电的中继节点时，对于候选中继节点集合&andl中的任意中 继节点，选取对应的中继节点进行数 据转发；，F表示平均发射功率限制;PmM表示中继节点的最大发 射功率;功率权重α>〇。 6 . -种基于自适应功率传输的中继选择方法，所述方法包括： (1) 系统至少由1个源节点、Μ个中继节点和1个目的节点构成，Μ= 1，2，3，…；选择> rf 且A > #的中继节点构成候选中继节点集合Sc^di，i = 1，2，…，Μ;其中：γ u、γ 2i分别表示 源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的信噪比；#、分别表示 源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的中断门限，并且分别由数(2) 当系统中同时存在电池供电和电网供电的中继节点时，对于候选中继节点集合 S_dl中采用电池供电的任意中继节点，计算值;对于候选中继节点集合S_d冲采用电网供电 的任意中继节点；然后选取所有中继节点计算值中的最大值所 对应的中继节点为转发中继节点；其中：表示平均发射功率限 制;pmax表示中继节点的最大发射功率;功率权重α > 0，负荷权重β> 0。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中：当0<α<1时
【文档编号】H04W40/04GK105828405SQ201610332558
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】肖琨, 何花
【申请人】广西师范大学