專利名稱：基于多因素綜合的兩跳多中繼系統(tǒng)的中繼節(jié)點選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于解碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)等多因素協(xié)作容量最大化的多中繼選擇方法，屬于無線通信中LTE上行協(xié)作通信中繼選擇研究的相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
移動通信在近幾十年來得到了迅猛發(fā)展，用戶需求也在不斷提高，促使無線通信系統(tǒng)正在從2G、3G向B3G、4G演進，網(wǎng)絡(luò)主體也將從語音主導的網(wǎng)絡(luò)向著高速數(shù)據(jù)為主導的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型。與此同時，移動多媒體業(yè)務(wù)對帶寬的要求越來越高，“寬帶化”成為移動通信技術(shù)的發(fā)展趨勢。3GPP長期演進(Long Term Evolution, LTE)作為出現(xiàn)在第三代移動通信系統(tǒng)之后有關(guān)UTRAN (通用地面無線接入網(wǎng))和SAE (系統(tǒng)架構(gòu)演進)改進的項目，成為應(yīng)對寬帶 接入技術(shù)的挑戰(zhàn)，同時滿足新型業(yè)務(wù)需要的主要研發(fā)技術(shù)之一。與有線信道不同，信號在無線信道中傳輸將面臨干擾噪聲、多徑效應(yīng)、陰影衰落、路徑損耗等負面影響，從而降低接收信號的可靠性。一方面，更快的傳輸速率和更可靠的傳輸性能是下一代無線通信系統(tǒng)迫切需要解決的問題；另一方面，未來無線通信網(wǎng)絡(luò)將發(fā)展成為一個可支持多種無線通信形式的異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)，在頻譜資源日趨緊張的形式下，多天線系統(tǒng)MIMO技術(shù)由于能夠顯著提升系統(tǒng)傳輸性能和頻譜效率，因而具有更廣闊地發(fā)展?jié)摿?。然而，移動終端的體積，功率限制大大制約了多天線系統(tǒng)的實際應(yīng)用。當網(wǎng)絡(luò)中同時存在N個并行中繼協(xié)助對源節(jié)點的信息進行接收轉(zhuǎn)發(fā)時，其滿分集增益為N。由此可以看到協(xié)作通信系統(tǒng)中同時利用多個中繼協(xié)助源節(jié)點傳輸信號可以為網(wǎng)絡(luò)提供更高的系統(tǒng)性能。但是，隨著中繼節(jié)點個數(shù)的增多，系統(tǒng)的計算量增大、復雜度也隨之增加；用多個中繼進行協(xié)作傳輸與兩跳單中繼網(wǎng)絡(luò)相比較占用了更多的頻譜資源；而且信號從發(fā)射端發(fā)出后通過不同中繼鏈路的信道衰落是統(tǒng)計獨立的，如果選擇使用信道衰落較大的中繼轉(zhuǎn)發(fā)信息反而可能會降低整個系統(tǒng)性能。尤其是在DF轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)中，如果使用了信道衰落較大的中繼，發(fā)射信號可能會在該中繼上被錯誤解碼并轉(zhuǎn)發(fā)給接收端，從而增大錯誤傳播概率。同時，選用信道衰落較大的DF中繼還會直接影響系統(tǒng)容量。因此，綜合考慮到頻譜資源利用率、誤碼率、系統(tǒng)容量等因素的影響，需要在兩跳多中繼系統(tǒng)中進行合理的中繼調(diào)度選擇。在《寬帶協(xié)作通信的分集傳輸研究》、《兩跳多點合作中繼通信系統(tǒng)性能分析》等相關(guān)文獻中，均對中繼協(xié)作通信方式有了較為深刻的介紹，但以往文獻在各節(jié)點上的功率均采用平均分配的方案，這導致中繼選擇算法的優(yōu)越性受到影響。因此，本發(fā)明對兩跳多中繼系統(tǒng)中各節(jié)點的自適應(yīng)功率分配問題有了相關(guān)研究，分析了多中繼協(xié)作系統(tǒng)的容量表達，提出了一種最大化端到端系統(tǒng)容量的中繼選擇算法，并綜合考慮了所選多中繼節(jié)點之間的功率分配問題，并結(jié)合中繼節(jié)點總功率受限情況下，中繼節(jié)點之間的功率分配，使源節(jié)點到中繼節(jié)點、以及中繼節(jié)點到目的節(jié)點間傳輸容量最大
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是在源節(jié)點需要進行協(xié)作通信的角度上，考慮網(wǎng)絡(luò)中存在多個候選中繼節(jié)點的情況下，以源節(jié)點到目的節(jié)點之間端到端容量最大化為目標，構(gòu)建LTE上行SC-FDMA平臺協(xié)作通信環(huán)境完成多中繼的選擇。解決了在網(wǎng)絡(luò)中有多個候選可利用中繼情況下，對中繼選擇和取舍的問題，并通過多個被選中繼節(jié)點之間的功率分配提高系統(tǒng)容
量。 本發(fā)明所應(yīng)適應(yīng)的LTE上行無線電網(wǎng)絡(luò)場景見圖I。本發(fā)明技術(shù)方案中的系統(tǒng)運行過程原理圖見圖2。本發(fā)明技術(shù)方案中的多節(jié)點DF協(xié)作功率分配模型見圖3。本發(fā)明系統(tǒng)容量比較圖見圖4。本發(fā)明的主程序流程框圖見圖5?；诙嘁蛩鼐C合的兩跳多中繼系統(tǒng)的中繼節(jié)點選擇方法，其特點在于是在作為用戶的源節(jié)點S、多個中繼節(jié)點R和作為基站的目的節(jié)點D之間，依次按兩跳多中繼方式連結(jié)而成的3GPP長期演進LET上行SC - FDMA的源節(jié)點的定向DF協(xié)作中繼通信系統(tǒng)，依次按以下步驟實現(xiàn)步驟(I)，系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)設(shè)有源節(jié)點是發(fā)射端，分配有唯一一個正交的多址接入信道，采用定向中繼協(xié)作模式；M個中繼節(jié)點，假設(shè)R1, R2，…，Rm，…，RM，m是節(jié)點，在、時刻，所有中繼節(jié)點都是空閑的，源節(jié)點S和各中繼節(jié)點Rm間使用平均發(fā)射功率，所有中繼節(jié)點Rm采取半雙工工作模式第一階段，源節(jié)點S向被選取的中繼節(jié)點Rm發(fā)送信息，中繼節(jié)點RmH收不發(fā)，第二階段，中繼節(jié)點Rm向作為目的節(jié)點的基站D發(fā)送第一階段收到的信息；步驟⑵，源節(jié)點S到中繼節(jié)點R —側(cè)，簡稱S — R側(cè)，信道矩陣Λ表示為
權(quán)利要求
1.基于多因素綜合的兩跳多中繼系統(tǒng)的中繼節(jié)點選擇方法，其特點在于是在作為用戶的源節(jié)點S、多個中繼節(jié)點R和作為基站的目的節(jié)點D之間，依次按兩跳多中繼方式連結(jié)而成的3GPP長期演進LE T上行SC - FDMA的源節(jié)點的定向DF協(xié)作中繼通信系統(tǒng)，依次按以下步驟實現(xiàn) 步驟(I)，系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)設(shè)有 源節(jié)點是發(fā)射端，分配有唯一一個正交的多址接入信道，采用定向中繼協(xié)作模式； M個中繼節(jié)點，假設(shè)R1, R2，…，Rm，…，RM，m是節(jié)點，在、時刻，所有中繼節(jié)點都是空閑的，源節(jié)點S和各中繼節(jié)點Rm間使用平均發(fā)射功率，所有中繼節(jié)點Rm采取半雙工工作模式第一階段，源節(jié)點S向被選取的中繼節(jié)點Rm發(fā)送信息，中繼節(jié)點RmH收不發(fā)，第二階段，中繼節(jié)點Rm向作為目的節(jié)點的基站D發(fā)送第一階段收到的信息； 步驟(2)，源節(jié)點S到中繼節(jié)點R —側(cè)，簡稱S — R側(cè)，信道矩陣Λ表示為
全文摘要
基于多因素綜合的兩跳多中繼系統(tǒng)的中繼節(jié)點選擇方法，用于無線通信3GPP長期演進上行定向協(xié)作通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，其特點在于先后計算出源節(jié)點與中繼節(jié)點之間的信道承載容量，再取二者之間最小值作為同時使用具有M個空閑節(jié)點的所述系統(tǒng)的總?cè)萘?，然后再在保證第二跳容量最大化的條件下用拉格朗日乘法計算，進行功率匹配優(yōu)化，從而計算得到各中繼節(jié)點的最佳功率分配系數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點在于利用系統(tǒng)容量最大化的方法綜合考慮了中繼間的容量變化，實現(xiàn)了系統(tǒng)容量的匹配，保證了中繼節(jié)點間的功率分配客觀最優(yōu)化。
文檔編號H04W72/04GK102917442SQ20121037702
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者孫恩昌, 李萌, 黃鑫, 張延華 申請人:北京工業(yè)大學