一种用于协作下行传输的动态中继激励公平调度的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于协作下行传输的动态中继激励公平调度的方法，基站根据比例公平准则进行用户选择，其中在计算调度权重时，将中继节点对其他用户的数据协作进行量化，并将该参数和节点的剩余能量信息纳入调度权重的计算，对中继节点的调度机会进行补偿，从而改善了能量效率，实现了中继用户的公平性，并延长了网络时间。本发明对目的用户和中继节点进行联合公平调度，通过将中继节点对其他用户的数据协作进行量化，并将该参数和节点的剩余能量信息纳入调度权重的计算，对中继节点的调度机会进行补偿，改善了参与数据协作的用户的调度公平性，并获得了网络生存时间、用户能量效率方面的性能提升。
【专利说明】一种用于协作下行传输的动态中继激励公平调度的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信【技术领域】，尤其涉及一种用于协作下行传输的动态中继激励公平 调度的方法。
【背景技术】
[0002]为了解决传统的点对点无线传输在系统容量、覆盖范围和对抗多径衰落等方 面存在的局限，以及对多天线通信系统提供的空间分集进行实现并加以利用，协作通信 (Cooperative communication)技术应运而生。采用该技术，多个单天线的移动终端相 互协作形成虚拟天线阵列，从而获得通信性能改善。典型的中继协作方式包括放大转发 (Amplify-and_Forward,AF)和译码转发（Decode-and-Forward,DF)。
[0003] 在实际的协作通信系统中，往往存在多个潜在的中继节点，如何合理地进行中 继选择成为该领域研究的一个重要问题。中继选择策略的设计可以基于可达数据速 率、节点功率/能量消耗、误码性能等。如Barus B等在"On the SEP of cooperative diversity with opportunistic relaying"（IEEE Communications Letters, 2008)中 提出了机会式中继选择策略，以端到端传输速率最大化为准则选择中继节点；Altubaishi E S 等在"A novel distributed fair relay selection strategy for cooperative wireless system" （IEEE International Conference on Communications,2012)中提 出了基于AF提出一种分布式的中继选择策略，在中继节点平均功率相等并且中断概率 约束的条件下实现低复杂度的中继选择；Li P Q等在"Transmit power minimization for outage-constrained relay selection over Rayleigh-fading channels" （IEEE Communications Letters, 2014)中提出了基于DF的中继选择策略在中断概率和能量约束 条件下，以最小化系统发射功率为优化目标选择中继。
[0004] 然而在实际通信中，参与其它用户数据协作的节点也可由终端用户担任，这些用 户本身也有通信需求。上述文献以中继选择作为主要研究对象，未能在移动用户兼具通 信终端和中继节点的复杂场景中研究用户与中继的联合调度。而且，在移动台作为中继的 协作通信系统中，由于移动用户通常是能量受限的，因此移动用户在协作其它用户完成数 据通信时，其自身业务的传输与总的能量消耗的比值，即能量效率也是一项重要的性能指 标。对于能量有限的移动台而言，参与中继的节点消耗自身能量帮助其他用户传输数据，导 致自身的能量效率降低，若没有合理的激励机制对其参与其它用户数据协作的行为进行鼓 励，对中继用户是不公平的。在协作认知通信场景中已有一些文献研究关于中继的补偿问 题，如根据次级用户为主用户数据传输提供的帮助，释放一部分时间、频率资源，将其作为 回报授予次级用户使用。但是这些工作中未涉及多个源/目的节点与中继节点的匹配以及 多用户间竞争关系的协调，也没有对中继/用户调度的公平性进行考虑。
[0005] 针对现有协作通信研究中，在用户/中继联合选择、中继节点的补偿机制，以及公 平调度等方面存在的不足，本发明设计一种基于动态中继激励的公平调度算法。通过将中 继节点对其它用户的数据传输协助进行量化，并将该参数与节点的剩余能量信息一同纳入 调度权重的计算，实现对中继节点调度机会的补偿。所提机制能够改善参与数据协作的用 户的调度公平性，并获得网络生存时间、用户能量效率方面的性能提升。
【发明内容】
[0006] 本发明实施例的目的在于提供一种用于协作下行传输的动态中继激励公平调度 的方法，旨在解决用户/中继联合选择以及中继用户消耗自身能量协助其他用户传输而没 有相应的补偿机制，从而造成中继用户不公平的问题。
[0007] 本发明实施例是这样实现的，一种用于协作下行传输的动态中继激励公平调度的 方法，该用于协作下行传输的动态中继激励公平调度的方法
[0008] 进一步，该用于协作下行传输的动态中继激励公平调度的方法包括以下步骤：在 任意一个传输时隙t ;
[0009] 步骤一：初始化已选用户集合为空集，候选用户集合为全体用户集合Ω = {1，2,…，L}，遍历每个用户MSk ;
[0010] 步骤二：用户MSk向基站反馈其与基站的信道状态信息hk，。，用户MS k根据与中继 MSjl e Ω，1关k)之间的信道状态hu，对满足条件|hk;1| > |hk，Q|的MSi计算Ru，并将 该信息反馈给基站；
[0011]步骤三：基站利用香农公式分别计算，向MSk直接传输的可达速率<，;以及经过 最佳中继MS4中转到达用户MSk的可达速率_^若< 基站向MSk直接传输，否 则，基站通过中继向MSk传输；
[0012] 步骤四：基站进行用户选择；
[0013] 步骤五：用户调度完成后，基站通知目的用户，直接或者通过中继向目的用户 传输数据；并更新各个用户k, k e {1，···，〇的平均数据速率，用于计算下一个时隙 中的用户调度权重，在下一个传输时隙（t+Ι)的用户调度阶段,重复执行步骤一?步骤五。
[0014] 进一步，在步骤二中MSk首先对hk，Q和匕^进行比较，仅将满足条件Ihul > |\。| 的信道信息hk>1向BS反馈，MSk也可将满足上述条件的信道信息转换为MSi到MS k的可达数 据速率，并将该信息反馈给基站。
[0015] 进一步，在步骤三中计算基站向MSk直接传输的可达速率的公式为：
[0016]
【权利要求】
1. 一种用于协作下行传输的动态中继激励公平调度的方法，其特征在于，该用于协作 下行传输的动态中继激励公平调度的方法中，用户将其与基站的信道状态信息ht(l反馈给 基站，并对满足IhtlI>IhtcJ条件的用户与中继之间的信道状态信息htl计算Riu,将其反 馈给基站，基站根据得到的信息计算并比较每个用户的直接传输速率和经过最佳中继转发 的可达速率，确定每个用户的可达速率以及是否需要中继，然后基站根据比例公平准则进 行调度用户，其中在计算调度权重时，将中继节点对其他用户的数据协作进行量化，并将该 参数和节点的剩余能量信息纳入调度权重的计算。
2. 如权利要求1所述的用于协作下行传输的动态中继激励公平调度的方法，其特征在 于，该用于协作下行传输的动态中继激励公平调度的方法包括以下步骤：在任意一个传输 时隙t; 步骤一：初始化已选用户集合为空集，候选用户集合为全体用户集合Q= {1，2,…，L}，遍历每个用户MSk ; 步骤二：用户MSk向基站反馈其与基站的信道状态信息ht(l，用户MSk根据与中继MS1QGQ，1关k)之间的信道状态hu，对满足条件Ih1J> |hk，QI的MS1计算Rk，p并将 该信息反馈给基站； 步骤三：基站利用香农公式分别计算向用户MSk直接传输的可达速率以及经过最 佳中继MS4中转到达用户MSk的可达速率，若基站向MSk直接传输，否则，基 站通过中继向MSk传输； 步骤四：基站进行用户选择； 步骤五：用户调度完成后，基站通知目的用户，直接或者通过中继向目的用户MS/,.传 输数据；并更新各个用户k，ke{1，…，L}的平均数据速率，用于计算下一个时隙中的用 户调度权重，在下一个传输时隙（t+1)的用户调度阶段，重复执行步骤一?步骤五。
3. 如权利要求2所述的用于协作下行传输的动态中继激励公平调度的方法，其特征在 于，在步骤二中MSk首先对ht(^Phtl进行比较，仅将满足条件IhiuI>IhtcJ的信道信息 htl向BS反馈，MSk也将满足上述条件的信道信息转换为MS1到MSk的可达数据速率，并将 该信息反馈给基站。
4. 如权利要求2所述的用于协作下行传输的动态中继激励公平调度的方法，其特征在 于，在步骤三中计算基站向MSk直接传输的可达速率的公式为：
基站通过中继MS1向MSk传输的可达速率公式为：
基站通过最佳中继MS4向MSk传输的可达速率公式为：
5. 如权利要求2所述的用于协作下行传输的动态中继激励公平调度的方法，其特征在 于，步骤五中在更新用户的平均数据速率，将中继节点对其他用户的数据协作进行量化，并 将参数和节点剩余能量信息引入调度权重的计算。
6. 如权利要求2所述的用于协作下行传输的动态中继激励公平调度的方法，其特征在 于，在步骤五中更新用户k的平均数据速率的公式为：
其中，
7. 如权利要求2所述的用于协作下行传输的动态中继激励公平调度的方法，其特征在 于，对于目的用户取⑴作为参与数据协助的用户平均速率的修正值。
8. 如权利要求1所述的用于协作下行传输的动态中继激励公平调度的方法，其特征在 于，该用于协作下行传输动态的中继激励公平调度的方法为： 步骤一：初始化已选空间子信道集合和候选空间子信道集合； 基站对下列参数进行初始化，初始化已选用户集合为空集，候选用户集合为全体用户 集合Q= {1，2,…，L}，遍历每个用户，用户侧通过信道参数估计可获得信道信息，即基站 或者中继在所发送的信号前端添加用户侧已知的训练序列，用户依据收到的信号与已知训 练数据实现用户与基站或中继之间的信道状态信息ht(l或htl的估计； 步骤二：MSk向基站反馈其与基站的信道状态信息hk;(l，MSk根据其与中继MS1QGQ， 1关k)之间的信道状态htl，对满足条件|htl| >IhtcJ的MS1计算Riu,并将该信息反馈给 基站； 步骤三：基站根据公式（1)?（3)分别计算，向MSk直接传输的可达速率，以及经过 最佳中继MS4中转到达用户MSk的可达速率<4，并比较< 和@^来确定1^的可达速率 Rk，若,基站向MSk直接传输，否则，基站通过中继1^84向MSk传输；
其中，
g示与MSk匹配的最佳中继的标识； 步骤四：基站根据下列公式进行用户选择；
其中k#表示被选择的用户的标号，&.⑴是到第t-1个时隙为止MSk的平均数据速率； 步骤五：用户调度完成后，基站直接或者通过中继向MSt,传输数据，各节点按照以下 规则进行更新民〇〇,用于计算下一个传输时隙的用户调度权重；
其中，
，调度完成后，基站通知被选择用户并进行下行数据通 信，在下一个传输时隙（t+1)的用户调度阶段，重复执行步骤一?步骤五。
【文档编号】H04W72/12GK104244437SQ201410538597
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】李钊, 李培凤, 肖丽媛, 李建东, 李红艳, 刘勤, 赵林靖, 黄鹏宇 申请人:西安电子科技大学