CN103533511A - 一种无线协作多播网络中基于终端竞争的协作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线协作多播网络中基于终端竞争的协作方法，首先统计源节点覆盖范围内的属于同一多播组的所有终端的信道条件，确定在满足初始覆盖率C条件下的源节点的发送速率与发射功率，然后解码失败多播数据的终端发送请求信号；成功解码多播数据的终端接收到请求信号后，启动定时器；在定时结束时若未接收到标记信号，则发送标记信号，并在下阶段作为协作中继；如果定时结束前接收到标记信号，则停止定时，且不参与下阶段协作；最后参与协作的中继终端将多播数据转发给解码失败的终端。本发明的目的是在保证系统吞吐量的情况下，通过协作中继终端的选择来降低系统能耗，提高能效。提出的无线协作多播网络中基于终端竞争的协作方法。

Description

一种无线协作多播网络中基于终端竞争的协作方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种无线协作多播网络中基于终端竞争的协作方法。

背景技术

传统多播是完全由基站主导的一对多传输方式，由于边缘终端距离基站距离太远，路径损耗非常厉害，所以边缘终端信号质量一般较差，为了保障边缘终端的服务质量，在传统多播中，基站需要以较大的功率来发送数据，这就造成了功率的浪费。协作多播技术的提出为有效解决能耗问题提供了一种可行的方案。其中协作多播因为其简单，易实用，得到了广泛的研究。

协作多播是将传统的多播时隙划分成两个时隙或多个时隙，在第一个时隙，由基站向小区中的终端进行多播服务，保障部分信道条件较好的终端的覆盖和服务。在协作多播的第二个时隙之后，从成功解码接收多播数据的终端（简称为成功终端）中选择终端组成协作集合，然后为那些没有成功的终端转发业务，经过协作之后，整体上保障小区中终端的覆盖率。与传统多播相比，由于协作集合中终端在协作多播的第一时隙之后，充当起了发送的角色，所以发送端与终端的距离大大减小，从而大大减小了路径损耗，具有极大的节能潜力。

目前，有研究者提出了两阶段协作多播，要求在第二阶段所有在第一阶段解码成功的终端组成协作集合，作为中继为第一阶段解码失败的终端服务。但是，在终端个数比较多的时候总功率开销过大，因此，还有人提出了基于终端信道条件或者终端位置信息的中继选择算法。然而，基于终端信道条件的算法所需要统计的信道数目随着终端数的增加而激增，带来了发送的延迟，最终影响了吞吐量；基于终端位置信息的算法则完全依靠终端间的地理位置信息来选择协作中继，未考虑即使终端距离很近但被障碍物遮挡等深衰落情况。另外，基于某个中继周围失败终端的分布情况来选择中继，在保障吞吐量不变的情况下，对于上面提到的方法，其系统总能耗下降约10%。但是当小区内终端数较多时参与中继的终端数量过大，功率效率低。

因此急需一种如何在协作多播中选择协作中继的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种如何在协作多播中选择协作中继的方法，通过竞争的方式选择出合适的中继，在保证吞吐量的前提下通过减少中继数量来降低系统的功耗。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的一种无线协作多播网络中基于终端竞争的协作方法，包括以下步骤：

步骤1）统计源节点覆盖范围内的属于同一多播组的所有终端的信道条件，确定在满足初始覆盖率C条件下的源节点的发送速率与发射功率；

步骤2）解码失败多播数据的终端发送请求信号；

步骤3）成功解码多播数据的终端接收到请求信号后，启动定时器；在定时结束时若未接收到标记信号，则发送标记信号，并在下阶段作为协作中继；如果定时结束前接收到标记信号，则停止定时，且不参与下阶段协作；

步骤4）参与协作的中继终端将多播数据转发给解码失败的终端。

进一步，所述步骤1）的具体方法如下：

系统统计多播组内所有N个终端的信道状态信息，按降序排列组成信道状态矢量csi＝[γ₁，γ₂…，γ_i…，γ_N]^T，所述信道状态γ_i是以终端的接收信噪比来衡量，信道比越大，信道条件越好；假设初始覆盖率为C，则源节点发送速率为R₁＝log(1+γ_[N·C])，

式中，γ_i表示第i个终端的信道状态，γ_[N·C]表示满足覆盖率C条件时的信道状态。

进一步，所述步骤2）的具体方法如下：

终端接收多播信号，当解码多播数据失败时，在约定的频率上发送请求信号。

进一步，所述步骤3）使用如下方式定时：

定时器设置为

其中λ为常量，γ为所接收请求信号的信噪比，T(γ)表示定时器的定时长度，与接收请求信号的信噪比成反比。

进一步，所述步骤4）中被选择出的协作中继根据接收到的请求信号的质量判别其自身与周围失败终端的信道条件，并根据该信道条件选择中继数据时的发射功率。

进一步，所述请求信号含有能被同一多播组终端识别的标识信息。

进一步，所述标记信号含有能被同一多播组终端识别的标识信息。

本发明的优点在于：本发明采用通过竞争的方式选择出合适的协作中继，在保证吞吐量的前提下通过减少中继数量来降低系统的功耗，通过协作中继终端的选择来降低系统能耗，不需要系统统计大量的信息与进行大量的计算就可选择出合适的中继终端，提高能效。提出的无线协作多播网络中基于终端竞争的协作方法，将传统的两阶段协作多播细分为四个阶段，第一阶段基站以较高速率给所有终端多播数据，保证一部分信道条件好的终端成功解码。第二阶段解码失败的终端发送“请求”信号，请求周围成功终端的协作。第三阶段接收到“请求”信号的成功终端通过定时与发送“标记”信号的方法相互竞争，选出最佳中继。第四阶段，中继终端利用“请求”信号的状态选择中继转发的发射功率。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1本发明的蜂窝网协作多播系统示意图；

图2本发明的帧结构示意图；

图3本发明的方法流程图。

图中，1、请求帧；2、标记帧。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1

图1本发明的蜂窝网协作多播系统示意图，图2本发明的帧结构示意图，图3本发明的方法流程图，如图所示：本发明提供的一种无线协作多播网络中基于终端竞争的协作方法，包括以下步骤：

步骤1）统计源节点覆盖范围内的属于同一多播组的所有终端的信道条件，确定在满足初始覆盖率C条件下的源节点的发送速率与发射功率；

步骤2）解码失败多播数据的终端发送请求信号；

步骤3）成功解码多播数据的终端接收到请求信号后，启动定时器；在定时结束时若未接收到标记信号，则发送标记信号，并在下阶段作为协作中继；如果定时结束前接收到标记信号，则停止定时，且不参与下阶段协作；

步骤4）参与协作的中继终端将多播数据转发给解码失败的终端。

所述步骤1）的具体方法如下：

系统统计多播组内所有N个终端的信道状态信息，按降序排列组成信道状态矢量csi＝[γ₁，γ₂…，γ_i…，γ_N]^T，所述信道状态γ_i是以终端的接收信噪比来衡量，信道比越大，信道条件越好；假设初始覆盖率为C，则源节点发送速率为R₁＝log(1+γ_[N·C])，

式中，γ_i表示第i个终端的信道状态，γ_[N·C]表示满足覆盖率C条件时的信道状态。

所述步骤2）的具体方法如下：

终端接收多播信号，当解码多播数据失败时，在约定的频率上发送请求信号。

所述步骤3）使用如下方式定时：

定时器设置为

其中λ为常量，γ为所接收请求信号的信噪比，T(γ)表示定时器的定时长度，与接收请求信号的信噪比成反比。

所述步骤4）中被选择出的协作中继根据接收到的请求信号的质量判别其自身与周围失败终端的信道条件，并根据该信道条件选择中继数据时的发射功率。

所述请求信号含有能被同一多播组终端识别的标识信息。

所述标记信号含有能被同一多播组终端识别的标识信息。

实施例2

本实施例以蜂窝网举例说明，并描述两阶段协作多播的情况。

假设在一个半径为R的圆形小区中，如图1中左图所示，基站位于小区中心，天线为全向天线。N个接收相同业务的终端均匀的分布在小区中，这N个终端称为一个多播组。可将基于竞争的终端协作多播归纳为四个步骤：初始发送、请求、竞争、协作中继，如图2所示。

1）初始发送：蜂窝网系统统计多播组内N个终端的信道状态信息，按降序排列组成信道状态矢量csi＝[γ₁，γ₂…，γ_N]^T，假设初始覆盖率为C，则该覆盖下最差终端信道条件为γ_[N·C]。又假设所分配的无线信道带宽为B，则所选择的第一阶段发送速率R₁＝Blog(1+γ_[N·C])_bit/s。

2）请求：第一阶段发送结束后，成功解码的终端简称为成功终端，如图2中的O型终端，解码失败的终端简称为失败终端，如图1中右图的X型终端。失败终端在系统指定的时频资源上广播“请求”信号，该请求信号包含了其所在多播组的标识。

3）竞争：当成功终端接收到“请求”信号后，首先判别是否属于同一多播组终端所发送的信号，如果不是则不完成任何动作；如果该“请求”与自身属于同一多播组，则成功终端立即启动定时器。定时结束前如果没有收到任何的“标记”信号，则竞争胜出，该成功终端将在第二阶段参与协作。如果定时器结束前收到了属于同一多播组发送的“标记”信号，则结束定时，竞争失败。

定时器设置为

其中λ为常量，γ为所接收“请求”信号的信噪比。对于同一多播组的所有终端λ相同，所接收到“请求”信号信噪比越大的成功终端说明其与周围失败终端间的信道条件越好，或者其周围有多个失败终端发送“请求”信号在其接收机处合并，因此，成功终端定时长度越小，越容易在竞争中胜出。这也保证了竞争胜出的终端能以较低的功率实现协作中继，或者一个中继能为多个失败终端服务。

4）协作中继：竞争胜出的成功终端在与初始发送相同的信道上以相同的速率R₂（R₂＝R₁）转发多播数据。并且根据所接收“请求”信号信噪比γ来决定发射信号的功率，确保失败终端能成功解码多播数据。失败终端接收到多播数据后，可将两次接收到的信号以最大比合并的方式合并然后解码。

该基于竞争的终端协作多播方法在原有的两阶段协作多播的两个时隙之间插入了请求与竞争的阶段，信号帧结构示意图如图3所示，所述请求帧1与标记帧2所在信道可以与多播数据的发送信道不同，请求帧左侧为第一阶段，标记帧右侧为第二阶段。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种无线协作多播网络中基于终端竞争的协作方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1）统计源节点覆盖范围内的属于同一多播组的所有终端的信道条件，确定在满足初始覆盖率C条件下的源节点的发送速率与发射功率；

步骤2）解码失败多播数据的终端发送请求信号；

步骤3）成功解码多播数据的终端接收到请求信号后，启动定时器；在定时结束时若未接收到标记信号，则发送标记信号，并在下阶段作为协作中继；如果定时结束前接收到标记信号，则停止定时，且不参与下阶段协作；

步骤4）参与协作的中继终端将多播数据转发给解码失败的终端。

2.根据权利要求1所述的无线协作多播网络中基于终端竞争的协作方法，其特征在于：所述步骤1）的具体方法如下：

系统统计多播组内所有N个终端的信道状态信息，按降序排列组成信道状态矢量csi＝[γ₁，γ₂…，γ_i…，γ_N]^T，所述信道状态γ_i可以用终端的接收信噪比来衡量，信道比越大，信道条件越好；假设初始覆盖率为C，则源节点发送速率为R₁＝log(1+γ_[N·C])，

式中，γ_i表示第i个终端的信道状态，γ_[N·C]表示满足覆盖率C条件时的信道状态。

3.根据权利要求1所述的无线协作多播网络中基于终端竞争的协作方法，其特征在于：所述步骤2）的具体方法如下：终端接收多播信号，当解码多播数据失败时，在约定的频率上发送请求信号。

4.根据权利要求1所述的无线协作多播网络中基于终端竞争的协作方法，其特征在于：所述步骤3）使用如下方式定时：

定时器设置为

其中λ为常量，γ为所接收请求信号的信噪比，T(γ)表示定时器的定时长度，与接收请求信号的信噪比成反比。

5.根据权利要求1所述的无线协作多播网络中基于终端竞争的协作方法，其特征在于：所述步骤4）中被选择出的协作中继根据接收到的请求信号的质量判别其自身与周围失败终端的信道条件，并根据该信道条件选择中继数据时的发射功率。

6.根据权利要求1所述的无线协作多播网络中基于终端竞争的协作方法，其特征在于：所述请求信号含有能被同一多播组终端识别的标识信息。

7.根据权利要求1所述的无线协作多播网络中基于终端竞争的协作方法，其特征在于：所述标记信号含有能被同一多播组终端识别的标识信息。

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