一種基于多用戶緩沖輔助中繼系統(tǒng)的鏈路選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及多用戶緩沖輔助中繼系統(tǒng)中的吞吐量最 大化的鏈路選擇優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中繼技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前以及未來移動通信系統(tǒng)中的一項重要技術(shù)。傳統(tǒng)的半雙工 中繼傳輸技術(shù)都是基于中繼處前一個時隙收后一個時隙發(fā)這樣交替進行的模式。但傳統(tǒng)中 繼傳輸模式受信道狀況的影響較大，即當(dāng)中繼收、發(fā)兩條鏈路其中任意一條鏈路的信道狀 況比較差時，中繼處這樣的固定傳輸模式都將使得系統(tǒng)難以取得較為理想的性能。
[0003] 緩沖輔助中繼技術(shù)根據(jù)中繼節(jié)點數(shù)量的不同現(xiàn)在主要有兩種應(yīng)用。第一種應(yīng)用是 當(dāng)系統(tǒng)存在多個中繼節(jié)點時，在每個中繼節(jié)點處配備上緩沖，這樣在采用單中繼選擇時，使 得系統(tǒng)總可以在前一個時隙選擇最優(yōu)的信源-中繼鏈路的中繼接收信息，后一個時隙選擇 最優(yōu)的中繼-信宿鏈路的中繼來發(fā)送信息，即緩沖輔助的中繼選擇技術(shù)。第二種應(yīng)用是當(dāng) 系統(tǒng)只有單個中繼節(jié)點時，由于引入了緩沖，可以讓中繼在收、發(fā)信息的同時擁有了更多的 自由?？梢愿鶕?jù)同一時隙不同鏈路信道狀況的好壞，以及一定的選擇算法自適應(yīng)地選擇鏈 路傳輸信息。
[0004] 對于緩沖輔助中繼系統(tǒng)的中繼選擇算法，應(yīng)用最多的是傳統(tǒng)單向解碼轉(zhuǎn)發(fā) (DecodeandForward，DF)中繼中的max-min中繼選擇方式和max-max中繼選擇方式。 max-min中繼選擇方式主要運用在無緩沖的DF中繼系統(tǒng)當(dāng)中，信源在一個時隙發(fā)送一個數(shù) 據(jù)包給中繼，然后該中繼緊接著在下一個時隙將數(shù)據(jù)包發(fā)送給信宿。被選中的中繼具有最 好的信源-信宿之間端到端信道質(zhì)量。對于max-max算法，中繼配備有緩沖，因而中繼在一 個時隙選擇最好的信源-中繼鏈路，信源發(fā)送一個數(shù)據(jù)包給被選中的中繼；在下一個時隙 選擇最好的中繼-信宿鏈路進行數(shù)據(jù)傳輸。max-min和max-max中繼選擇算法都可以運用 到本發(fā)明中的多信源-多信宿中繼網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。
[0005] 目前緩沖輔助中繼系統(tǒng)的鏈路選擇方法并不多，而且?guī)缀醵际轻槍涡旁磫涡潘?的情況，即兩跳三點中繼模型。中繼根據(jù)鏈路狀況的好壞，自由選擇該時隙收，還是發(fā)，系統(tǒng) 采用最優(yōu)的鏈路選擇策略以保證系統(tǒng)吞吐量達到最大化。在多用戶系統(tǒng)中，情況非常復(fù)雜， 因為多用戶中繼系統(tǒng)擁有多個信源和多個信宿，鏈路數(shù)目眾多，自適應(yīng)的鏈路選擇方案沒 有辦法直接得到，因而目前沒有針對多用戶中繼系統(tǒng)的鏈路選擇優(yōu)化方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提出一種基于多用戶緩沖輔助中繼系統(tǒng)的鏈路選擇方法，該方法利用凸優(yōu) 化理論，通過放寬離散限制以及利用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)條件得到最優(yōu)的鏈路選擇 方式，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)吞吐量的最大化。
[0007] 一種基于多用戶緩沖輔助中繼系統(tǒng)的鏈路選擇方法，具體步驟如下：
[0008] Sl、t= 0時，初始化數(shù)據(jù)信息，信源和中繼獲取信道狀態(tài)信息（ChannelState Information，CSI)，具體為：根據(jù) =五g、/)}和=￡{#(，?)}獲得/(7f->)和/Of1)，其中，^七_)表示在第個i時隙，從第k個信源到中繼的SNR，<>(/)表示從中繼到第k個信 宿的即時SNR，=五{rf>(/)}為所述(/)的期望，表示第i個時隙從第k個信源到 中繼的平均信噪比，為所述<>(/)的期望，D以表示第i個時隙從中繼到第 k個信宿的平均SNR，/(^)為所述#(/_)的概率密度函數(shù)，/(#)為所述#(〇的概率密度 函數(shù)，其中，j表示第j信源，i表示第i個時隙，ke{1，...，N}，N表示系統(tǒng)有N個信源，N 個信宿和一個配備N個緩沖的中繼，N為自然數(shù)；
[0009] S2、根據(jù)限制條件￡^.(/)以(/)丨=MD7(OC^vW)I計算最優(yōu)門限值人k，具體如下：
【主權(quán)項】
1. 一種基于多用戶緩沖輔助中繼系統(tǒng)的鏈路選擇方法，其特征在于，包括如下步驟： 51、 t = O時，初始化數(shù)據(jù)信息，信源和中繼獲取信道狀態(tài)信息（Channel State Information，CSI)，具體為：根據(jù)和 獲得和/(rf1)， 其中，iCO表示在第個i時隙，從第k個信源到中繼的SNR，#(〇表示從中繼到第k個信 宿的即時SNR，=￡{rf (〇}為所述/f 1W的期望，Ω&1表示第i個時隙從第k個信源到 中繼的平均信噪比，=五{/^(/_)}為所述/f七）的期望，Ω=表示第i個時隙從中繼到第 k個信宿的平均SNR，/(rf>)為所述#>(/)的概率密度函數(shù)，/(;f >)為所述#>(/)的概率密度 函數(shù)，其中，j表示第j信源，i表示第i個時隙，k e {1，...，N}，N表示系統(tǒng)有N個信源，N 個信宿和一個配備N個緩沖的中繼，N為自然數(shù)； 52、 根據(jù)限制條件￡巧(0以(/)} = ￡^(/)^"(0!計算最優(yōu)門限值Xk，其中，所述限制條 件為進、出中繼的數(shù)據(jù)在統(tǒng)計意義上相等時候的條件； 53、 在第i個時隙開始，信源和中繼節(jié)點獲取CSI信息，具體為：根據(jù)2Ν條信 道的即時SNR #(/)和計算出對應(yīng)的信道容量C^1(Z)二1明2(1 + #>(/))和 C〇) =丨 Gg:(丨 +，,廣(/)): 54、 根據(jù)S2所述最優(yōu)門限值A(chǔ)k獲得S3所述2N條信道的決策函數(shù)
55、 根據(jù)S4所述決策函數(shù)' (i)，選擇使' (i)最大的信源或者信宿進行發(fā)送或者接收， 即
56、 判斷數(shù)據(jù)傳輸是否完成，若完成則數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，若未完成則轉(zhuǎn)入步驟S3。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多用戶緩沖輔助中繼系統(tǒng)的鏈路選擇方法，其特征 在于：S2所述計算最優(yōu)門限值λ k，具體如下：
其中， ，
S23、根據(jù)限制條件￡{叫/)⑶(/)丨=￡?Α(/)α#(/)!，得到最優(yōu)門限值λ,。
【專利摘要】本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及多用戶緩沖輔助中繼系統(tǒng)中的吞吐量最大化的鏈路選擇優(yōu)化方法。本發(fā)明提出一種基于多用戶緩沖輔助中繼系統(tǒng)的鏈路選擇方法，該方法利用凸優(yōu)化理論，通過放寬離散限制以及利用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)條件得到最優(yōu)的鏈路選擇方式，相比于傳統(tǒng)中繼選擇方式可以獲得更大的吞吐量。本發(fā)明針對多用戶場景進行研究，更具一般性，而且對于節(jié)點和鏈路數(shù)目眾多的多用戶場景，本發(fā)明提出的方法可以取得優(yōu)越的性能。
【IPC分類】H04W40-22
【公開號】CN104853400
【申請?zhí)枴緾N201510181552
【發(fā)明人】孫才智, 陳智, 李偉, 梁恒菁
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月16日