一種蜂窩網(wǎng)中多中繼分配與中繼功率分配方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蜂窩網(wǎng)中多中繼分配與中繼功率分配方法及系統(tǒng)，其中，該方法包括：根據(jù)用戶端、中繼與基站的地理位置信息構(gòu)建圖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，并將該圖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為二分圖結(jié)構(gòu)；利用路徑匹配算法確定中繼與用戶端及基站間的匹配方案；利用凸優(yōu)化算法確定中繼與其連接的用戶端之間的功率資源分配比例。通過采用本發(fā)明公開的方法及系統(tǒng)提高了系統(tǒng)信道容量和用戶通信質(zhì)量。
【專利說明】—種蜂窩網(wǎng)中多中繼分配與中繼功率分配方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及移動通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種蜂窩網(wǎng)中多中繼分配與中繼功率分配方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在接收端或者發(fā)射端使用多天線去克服無線信道衰落的影響被廣泛應(yīng)用在各種無線通信系統(tǒng)中。但是對于蜂窩網(wǎng)下的移動通信系統(tǒng)，由于功率、成本、體積等的限制，在用戶終端實現(xiàn)多天線接收是不現(xiàn)實的。
[0003]據(jù)《國際電子與電氣工程師協(xié)會通信雜志》(IEEE CommunicationsMagazine.0ctober2004, p.74-80)介紹，協(xié)同通信的實現(xiàn)是可行的且對系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量有積極影響。但是初期的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)模型是用戶之間協(xié)同通信，也就是說用戶不僅要承擔自己的通信，還要幫助其他用戶進行通信。在實際中這是不容易實現(xiàn)的，于是中繼的概念就被提出了。這種情況下，讓中繼來協(xié)助用戶進行通信，而用戶只需要接受中繼的協(xié)助即可。在這個階段，據(jù)《國際電子與電氣工程師協(xié)會國際通信會議會刊》(IEEE InternationalConference on Communications, 2011)介紹,蜂窩網(wǎng)中多中繼的分配在多項式時間內(nèi)是可實現(xiàn)的。
[0004]現(xiàn)有的關(guān)于中繼分配的方案一般都沒有涉及到對中繼功率的分配，而即使有些考慮到了功率因素，也是等功率分配。因此關(guān)于蜂窩網(wǎng)中多中繼的功率分配問題是很值得探討的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種蜂窩網(wǎng)中多中繼分配與中繼功率分配方法及系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)信道容量和用戶通信質(zhì)量。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]一種蜂窩網(wǎng)中多中繼分配與中繼功率分配方法，該方法包括:
[0008]根據(jù)用戶端、中繼與基站的地理位置信息構(gòu)建圖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，并將該圖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為二分圖結(jié)構(gòu)；
[0009]利用路徑匹配算法確定中繼與用戶端及基站間的匹配方案；
[0010]利用凸優(yōu)化算法確定中繼與其連接的用戶端之間的功率資源分配比例。
[0011]一種蜂窩網(wǎng)中多中繼分配與中繼功率分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
[0012]二分圖結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化單元，用于根據(jù)用戶端、中繼與基站的地理位置信息構(gòu)建圖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，并將該圖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為二分圖結(jié)構(gòu)；
[0013]多中繼分配單元，用于利用路徑匹配算法確定中繼與用戶端及基站間的匹配方案；
[0014]中繼功率分配單元，用于利用凸優(yōu)化算法確定中繼與其連接的用戶端之間的功率資源分配比例。[0015]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，通過將用戶端、中繼與基站的關(guān)系轉(zhuǎn)化為二分圖結(jié)構(gòu)，并基于路徑匹配算法確定中繼與用戶端及基站間的匹配方案；另外，再基于凸優(yōu)化方法，考慮功率資源的分配，從而提高了系統(tǒng)信道容量和用戶通信質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0017]圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種蜂窩網(wǎng)中多中繼分配與中繼功率分配方法的流程圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實施例一提供的由用戶端、中繼與基站構(gòu)建的圖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明實施例一提供的由用戶端、中繼與基站組成的二分圖結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明實施例一提供的由用戶端、中繼與基站組成的二分圖結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0021]圖5為本發(fā)明實施例一提供的由用戶端、中繼與基站組成的二分圖結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0022]圖6為本發(fā)明實施例一提供的仿真結(jié)果中匈牙利算法的運行時間的示意圖；
[0023]圖7為本發(fā)明實施例一提供的本方法的仿真結(jié)果與其他方法仿真結(jié)果相比較的示意圖；
[0024]圖8為本發(fā)明實施例一提供的本方法的仿真結(jié)果與其他方法仿真結(jié)果相比較的示意圖；
[0025]圖9為本發(fā)明實施例二提供的一種蜂窩網(wǎng)中多中繼分配與中繼功率分配系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0027]實施例一
[0028]圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種蜂窩網(wǎng)中多中繼分配與中繼功率分配方法的流程圖。如圖1所示，該方法主要包括如下步驟:
[0029]步驟11、根據(jù)用戶端、中繼與基站的地理位置信息構(gòu)建圖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，并將該圖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為二分圖結(jié)構(gòu)。
[0030]為了便于說明，本實施例中的無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)是一個相對靜止的，不考慮用戶的移動性；并且，下行鏈路的信道都是使用OFDM (正交頻分復用技術(shù))方式編碼的，即各信道信號之間相互正交，不相互干擾；同時，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的基站、中繼與用戶的位置，將其抽象為二維坐標點，如圖2所示，其中，基站A-基站C組成的一個三角形，在該三角形的內(nèi)接圓環(huán)上設(shè)置中繼，在基站與中繼四周隨機分布的則為用戶。
[0031]假設(shè),該網(wǎng)絡(luò)中有P個基站(Base Station),每個基站都有k個信道,總共n = p *k個Ih道，用S = {sn, s12,..., slk,..., spl, sp2,...spk}來表不；即對于Sij而曰，只要i相問則表示同一個基站的不同信道。有η個用戶，用U= {Ul, U2,, uj表示。有m個中繼，用R=Ir1, r2,..., rj 來表示。
[0032]中繼通常可以為多用戶多信道服務(wù)，本實施例取p = 2, k = 2, n = p*k = 4, m=1，即有兩個基站，每個基站有兩個信道，有四個用戶和一個中繼協(xié)同，如圖3所示，圖中的連線表明傳輸?shù)姆绞?，是直接傳送還是通過中繼傳送；其中，Blbl與Blb2為基站I的兩個信道，分別用三角形與六邊形表示；B2bl與B2b2為基站2的兩個信道，分別用矩形與五
角星表示。
[0033]進一步的，為了更清楚的列舉了從特定基站信道到特定用戶的所有傳送方式?？梢詫D3進行優(yōu)化，獲得圖4。由圖4中可以看出，當基站，和用戶U1確定以后，它們之間的信息傳遞方式有兩種:直接傳遞和通過中繼傳遞。而總共有m個中繼，因此當基站Sij，和用戶U1確定以后，總共有m+1種傳遞方式。
[0034]而對于這m+1種方式，可以根據(jù)二分圖結(jié)構(gòu)中用戶端、中繼與基站間鏈路的信道容量大小進行二分圖的簡化，即保留信道容量最高的那條路徑即可。
[0035]示例性的，可以使用下述方法計算各鏈路的信道容量:
[0036]首先，對于兩個節(jié)點U，V之間信號的傳遞，當u以功率Pu向V發(fā)送信息時，信噪比的公式如下:
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種蜂窩網(wǎng)中多中繼分配與中繼功率分配方法，其特征在于，該方法包括: 根據(jù)用戶端、中繼與基站的地理位置信息構(gòu)建圖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，并將該圖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為二分圖結(jié)構(gòu)； 利用路徑匹配算法確定中繼與用戶端及基站間的匹配方案； 利用凸優(yōu)化算法確定中繼與其連接的用戶端之間的功率資源分配比例。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將該圖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為二分圖結(jié)構(gòu)之后還包括:根據(jù)二分圖結(jié)構(gòu)中用戶端、中繼與基站間鏈路的信道容量大小進行二分圖的簡化，并將每一鏈路的信道容量大小作為該鏈路的權(quán)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 計算二分圖結(jié)構(gòu)中基站至用戶端鏈路的信道容量，其計算公式包括:
Cdt (s, u) = W.1g2 (I+SNRsu)； 其中，Cdt (s，u)表示基站至用戶端鏈路的信道容量，所述s表示基站，u表示用戶端；W表示信道帶寬；SNRsu表示基站至用戶端鏈路的信噪比。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:計算中繼使用檢驗轉(zhuǎn)發(fā)方法轉(zhuǎn)發(fā)基站信息至用戶端時，檢驗轉(zhuǎn)發(fā)方法的信道容量，其計算公式為:
Cnr (.s',/.,u) = y.min j 1g2(I + SNRsr), 1g2(I + SNRfli + SNRni)丨: 其中,Cdf(s, r, u)表示檢驗轉(zhuǎn)發(fā)方法的信道容量,所述r表示中繼；SNROT表示基站至中繼的信噪比；SNRra表示中繼至 用戶端的信噪比。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用路徑匹配算法確定中繼與用戶端及基站間的匹配方案還包括: 利用KM算法并結(jié)合每一鏈路的權(quán)值確定中繼與用戶端及基站間的匹配方案。
6.一種蜂窩網(wǎng)中多中繼分配與中繼功率分配系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括: 二分圖結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化單元，用于根據(jù)用戶端、中繼與基站的地理位置信息構(gòu)建圖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，并將該圖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為二分圖結(jié)構(gòu)； 多中繼分配單元，用于利用路徑匹配算法確定中繼與用戶端及基站間的匹配方案； 中繼功率分配單元，用于利用凸優(yōu)化算法確定中繼與其連接的用戶端之間的功率資源分配比例。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括: 二分圖簡化單元，用于根據(jù)二分圖結(jié)構(gòu)中用戶端、中繼與基站間鏈路的信道容量大小進行二分圖的簡化，并將每一鏈路的信道容量大小作為該鏈路的權(quán)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述二分圖簡化單元包括:第一信道容量計算單元，用于計算二分圖結(jié)構(gòu)中基站至用戶端鏈路的信道容量，其計算公式包括:
Cdt (s, u) = W.1g2 (I+SNRsu)； 其中，Cdt (s，u)表示基站至用戶端鏈路的信道容量，所述s表示基站，u表示用戶端；W表示信道帶寬；SNRsu表示基站至用戶端鏈路的信噪比。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述二分圖簡化單元還包括:第二信道容量計算單元，用于計算中繼使用 檢驗轉(zhuǎn)發(fā)方法轉(zhuǎn)發(fā)基站信息至用戶端時，檢驗轉(zhuǎn)發(fā)方法的信道容量，其計算公式為:Cn,..(.s',r,U) = y.min j 1g2 (I + SNR>r), 1g2 (I + SNRsii + SNRn,) ; 其中，CDF(s, r, u)表示檢驗轉(zhuǎn)發(fā)方法的信道容量,所述r表示中繼；SNROT表示基站至中繼的信噪比；SNRra表示中繼至用戶端的信噪比。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述利用路徑匹配算法確定中繼與用戶端及基站間的匹配方案還包括: 利用KM算法并結(jié)合每一鏈路的權(quán)`值確定中繼與用戶端及基站間的匹配方案。
【文檔編號】H04W72/04GK103517437SQ201310496360
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】張玥, 張峰, 張文逸 申請人:中國科學技術(shù)大學