專利名稱：一種降低發(fā)射功率的中繼選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，具體為一種能夠降低發(fā)射功率的中繼選擇方法。該方法用于無線通信中，解決如何選擇中繼器，能夠降低發(fā)射功率進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)牟呗浴?br> 背景技術(shù)：
目前無線通信中數(shù)字中繼器的使用日趨普遍，它可以擴(kuò)大新一代無線通信系統(tǒng)的覆蓋面積，提高通信質(zhì)量。一般地，一個(gè)基站周圍會(huì)分散地布放多個(gè)中繼器。目前的無線網(wǎng)絡(luò)大多使用所有在覆蓋范圍內(nèi)的中繼器參與轉(zhuǎn)發(fā)，但是由于無線信道的隨機(jī)性，并不是每個(gè)中繼器都有必要參與信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)。同時(shí)，無線通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)字中繼器需要電源供電，部分中繼器由于布放位置所限只能靠電池供電。因此，在保證正常通信的前提下，減小中繼器的數(shù)量和發(fā)射功率，具有節(jié)約能源的積極意義。在申請(qǐng)人檢索的范圍內(nèi)，以下文獻(xiàn)與本發(fā)明相關(guān)，適于做本發(fā)明的
背景技術(shù)：
[1]屈春河等在其《針對(duì)解碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作分集的分布式伙伴節(jié)點(diǎn)選擇算法》(參見 《計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)》，2010年4月)一文中，根據(jù)數(shù)學(xué)模型和誤比特率公式，提出了一種伙伴節(jié)點(diǎn)選擇算法。該算法能夠在分布式的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中以極小的控制協(xié)議開銷，逐個(gè)消息地選擇最優(yōu)的伙伴節(jié)點(diǎn)參與轉(zhuǎn)發(fā)消息。不僅如此，該算法還能夠隨著信道狀態(tài)的變化動(dòng)態(tài)地調(diào)整所選擇的伙伴節(jié)點(diǎn)，所以對(duì)信道狀態(tài)具有自適應(yīng)能力。但是該方法并沒有考慮系統(tǒng)整體的對(duì)功率進(jìn)行控制問題，因此在節(jié)省能量、降低輻射方面有所缺陷。[2]惠鑲等在其《一種多源協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的分布式功率分配與中繼選擇算法》(參見 《電子與信息學(xué)報(bào)》2010年10月)一文中，針對(duì)多源-多中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)，提出了一種分布式功率分配與中繼選擇算法。該算法由源節(jié)點(diǎn)自主選擇為其轉(zhuǎn)發(fā)信息的中繼節(jié)點(diǎn)，并引入定時(shí)器，通過競(jìng)爭(zhēng)方式避免了分布式所導(dǎo)致的中繼選擇沖突。該方法僅適用于具有放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼的無線網(wǎng)絡(luò)中，普適性不理想。[3]楊珂等在其《協(xié)作通信中繼選擇與功率分配的聯(lián)合優(yōu)化》(參見《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》2010年12月)一文中，根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)信噪比要求提出一種選擇中繼節(jié)點(diǎn)的方案，并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了基于信噪比的源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)最優(yōu)功率分配方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用源節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)功率分配方案更有利于提高系統(tǒng)的功率效率。該方法同樣僅適用于放大轉(zhuǎn)發(fā)無線網(wǎng)絡(luò)中，不具普適性。[4]王文益等在其《基于譯碼-轉(zhuǎn)發(fā)的多中繼合作分集系統(tǒng)的功率分配》(參見《電子與信息學(xué)報(bào)》2008年3月)一文中，以最小化系統(tǒng)中斷概率為目標(biāo)，考慮了譯碼-轉(zhuǎn)發(fā)的多中繼合作分集系統(tǒng)的功率分配問題。該系統(tǒng)在慢衰落頻率非選擇性信道的環(huán)境下，根據(jù)瞬時(shí)信道狀態(tài)信息，決定是否合作，以及選擇哪個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行中繼，并在源節(jié)點(diǎn)和選擇的中繼節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行功率分配。但該系統(tǒng)模型為單個(gè)源節(jié)點(diǎn)-多中繼節(jié)點(diǎn)-單個(gè)目的節(jié)點(diǎn)的傳統(tǒng)模型，但在實(shí)際應(yīng)用中，源節(jié)點(diǎn)一般不止一個(gè)，傳統(tǒng)模型適用性受到限制
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種降低發(fā)射功率的中繼選擇方法。該方法具有在保證正常通信的同時(shí)減小發(fā)射功率、算法復(fù)雜度低、具有一定的自適應(yīng)能力，可以根據(jù)信道狀態(tài)的變化實(shí)時(shí)改變選擇策略等特點(diǎn)。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)一種降低發(fā)射功率的中繼選擇方法，該方法采用以下步驟源節(jié)點(diǎn)首先發(fā)送一個(gè)RTS消息，該消息包括導(dǎo)頻符號(hào)和源節(jié)點(diǎn)ID ；接收到RTS消息的中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)該消息進(jìn)行信道估計(jì)，得到與該源節(jié)點(diǎn)之間的信道狀態(tài)信息；各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)向控制源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)CTS消息，該消息包括導(dǎo)頻符號(hào)、中繼自身ID、源節(jié)點(diǎn)ID和相應(yīng)的信道狀態(tài)信息；控制源節(jié)點(diǎn)接收到CTS消息，根據(jù)CTS消息的內(nèi)容通過下文所述的算法挑選出為各個(gè)源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息的中繼；之后控制源節(jié)點(diǎn)將選擇的結(jié)果以消息的形式告知各個(gè)源節(jié)點(diǎn)；源節(jié)點(diǎn)向與自身進(jìn)行協(xié)作通信的中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送RTC消息，該消息包括源節(jié)點(diǎn)ID和所選出的目的節(jié)點(diǎn)ID ；中繼接收到RTC消息之后應(yīng)答CTC消息，該CTC消息包括自身ID和源節(jié)點(diǎn)ID ；源節(jié)點(diǎn)收到CTC消息之后，開始通過中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)作正式發(fā)送消息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的中繼選擇方法優(yōu)點(diǎn)是算法相對(duì)簡(jiǎn)單，具有一定的自適應(yīng)能力，且能較大程度地降低系統(tǒng)發(fā)射功率；在實(shí)際應(yīng)用中，不僅可以避免由于算法復(fù)雜度高帶來的通信延時(shí)，而且也可以降低發(fā)射功率，節(jié)約能源，是一種將通信效率和發(fā)射功率綜合優(yōu)化的中繼選擇方法。


圖1為本發(fā)明降低發(fā)射功率的中繼選擇方法一種實(shí)施例的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明降低發(fā)射功率的中繼選擇方法一種實(shí)施例關(guān)鍵算法的流程圖；圖3為本發(fā)明降低發(fā)射功率的中繼選擇方法一種實(shí)施例進(jìn)行10次試驗(yàn)時(shí)，三種算法所需的系統(tǒng)總功率比較圖；圖4為本發(fā)明降低發(fā)射功率的中繼選擇方法一種實(shí)施例進(jìn)行10次試驗(yàn)時(shí)，兩種算法相對(duì)最優(yōu)算法的功率增益比較圖；圖5為本發(fā)明降低發(fā)射功率的中繼選擇方法一種實(shí)施例當(dāng)源節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)變化時(shí)，三種算法所需的系統(tǒng)總功率比較圖；圖6為本發(fā)明降低發(fā)射功率的中繼選擇方法一種實(shí)施例當(dāng)源節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)變化時(shí)，兩種算法相對(duì)最優(yōu)算法的功率增益比較圖；圖7為本發(fā)明降低發(fā)射功率的中繼選擇方法一種實(shí)施例當(dāng)中斷概率變化時(shí)，三種算法所需的系統(tǒng)總功率比較圖；圖8為本發(fā)明降低發(fā)射功率的中繼選擇方法一種實(shí)施例當(dāng)中斷概率變化時(shí)，兩種算法相對(duì)最優(yōu)算法的功率增益比較圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明本發(fā)明設(shè)計(jì)的降低發(fā)射功率的中繼選擇方法(以下簡(jiǎn)稱方法，參見圖1-8)，總體思路是中繼接收信號(hào)后，對(duì)源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)之間的信道狀態(tài)信息進(jìn)行估計(jì)，然后將此信息發(fā)送給源節(jié)點(diǎn)，再由源節(jié)點(diǎn)選擇哪個(gè)中繼參與轉(zhuǎn)發(fā)。
本發(fā)明方法的總體系統(tǒng)模型為一個(gè)多個(gè)源節(jié)點(diǎn)-多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)-單個(gè)目的節(jié)點(diǎn)的無線通信系統(tǒng)(參見圖1)。設(shè)sr-sr··、為M個(gè)源節(jié)點(diǎn)，其中的一個(gè)是控制源節(jié)點(diǎn)(控制源節(jié)點(diǎn)也有發(fā)送信息的功能，比普通源節(jié)點(diǎn)增加控制功能；在圖1中用粗線表示，即Si,以區(qū)分之)氓…為布放在各個(gè)源節(jié)點(diǎn)周圍的N個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)；D為目的節(jié)點(diǎn)。N個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)協(xié)助源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是從N個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)中挑選出M個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)參與信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)，而不是令所有中繼節(jié)點(diǎn)都參與轉(zhuǎn)發(fā)工作。本發(fā)明方法總體流程如下
①在M個(gè)源節(jié)點(diǎn)向周圍的中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送RTS(Ready to Send)消息；
②中繼節(jié)點(diǎn)接收到RTS消息后，進(jìn)行信道估計(jì)，得到與相應(yīng)源節(jié)點(diǎn)之間的信道狀
權(quán)利要求
1.-種降低發(fā)射功率的中繼選擇方法，該選擇方法具體步驟如下源節(jié)點(diǎn)首先發(fā)送-卜RTS消息，該消息包括導(dǎo)頻符號(hào)和源節(jié)點(diǎn)ID ；接收到RTS消息的中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)該消息進(jìn)行信道估計(jì)，得到與該源節(jié)點(diǎn)之間的信道狀態(tài)信息；各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)向控制源節(jié)點(diǎn)發(fā)送-CTS消息，該消息包括導(dǎo)頻符號(hào)、中繼自身ID、源節(jié)點(diǎn)ID和相應(yīng)的信道狀態(tài)信息；控制源節(jié)點(diǎn)接收到CTS消息，根據(jù)CTS消息的內(nèi)容通過下文所述的算法挑選出為各個(gè)源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息的中繼；之后控制源節(jié)點(diǎn)將選擇的結(jié)果以消息的形式告知各個(gè)源節(jié)點(diǎn)；源節(jié)點(diǎn)向與自身進(jìn)行協(xié)作通信的中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送RTC消息，該消息包括源節(jié)點(diǎn)ID和所選出的目的節(jié)點(diǎn)ID ；中繼接收到RTC消息之后應(yīng)答CTC消息，該CTC消息包括自身ID和源節(jié)點(diǎn)ID ；源節(jié)點(diǎn)收到CTC 消息之后，開始通過中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)作正式發(fā)送消息；所述的算法包括(1)式和( 式，(1)式為在保證設(shè)計(jì)要求中斷概率的前提下的發(fā)射功率即
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低發(fā)射功率的中繼選擇方法，其特征在于所述的中斷概率為10、源節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為4-8，中繼個(gè)數(shù)為16。
全文摘要
本發(fā)明公開一種降低發(fā)射功率的中繼選擇方法，其具體步驟是源節(jié)點(diǎn)首先發(fā)送一個(gè)RTS消息；接收到RTS消息的中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)該消息進(jìn)行信道估計(jì)，得到與該源節(jié)點(diǎn)之間的信道狀態(tài)信息；各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)向控制源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)CTS消息；控制源節(jié)點(diǎn)接收到CTS消息，根據(jù)CTS消息的內(nèi)容通過設(shè)計(jì)的算法挑選出為各個(gè)源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息的中繼；之后控制源節(jié)點(diǎn)將選擇的結(jié)果以消息的形式告知各個(gè)源節(jié)點(diǎn)；源節(jié)點(diǎn)向與自身進(jìn)行協(xié)作通信的中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送RTC消息；中繼接收到RTC消息之后應(yīng)答CTC消息；源節(jié)點(diǎn)收到CTC消息之后，開始通過中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)作正式發(fā)送消息。本發(fā)明選擇方法算法相對(duì)簡(jiǎn)單，且能較大程度地降低系統(tǒng)發(fā)射功率。
文檔編號(hào)H04W52/46GK102202382SQ20111014434
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者劉劍飛, 曾祥燁, 李文博, 王蒙軍, 郝祿國(guó) 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)