CN105307229A - 一种分布式自适应联合通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的分布式自适应联合通信系统包括辅助配置单元、分布式路由通断预判断单元、能量消耗范围估计单元、路由及能量匹配单元；可以对覆盖区内的多个终端节点执行统筹处理和自适应处理，大大提高整个系统的运算处理效率，并有效整合整个系统的频谱资源。

Description

一种分布式自适应联合通信系统
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种分布式自适应联合通信系统。
背景技术
随着各种无线通信技术的不断出现以及各种无线业务的兴起，一方面，频谱资源的短缺问题日益严重，目前无线电频谱是由国家统筹规划管理，采用固定的方式分配给不同网络，这样就导致了某些频段承载的业务量很大，而有些频段频谱使用率极低。
另一方面，对于蜂窝覆盖区边界终端而言，有用信号强度小，同时来自相邻蜂窝覆盖区的干扰信号强度大，这限制了蜂窝覆盖区边界终端的信噪比(SNR)，导致其吞吐量下降，使得边界终端得不到满意的服务质量，严重制约了系统性能和系统公平性的提高。
随着分布式处理技术和自适应处理技术的发展，使得呈分散形态的多终端或多节点的统筹处理和自适应处理成为可能，可以大大提高整个系统的运算处理效率，也可以有效整合整个系统的频谱资源，具有广阔的发展前景。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
根据本发明的实施方式，提出一种分布式自适应联合通信系统，所述系统包括：
通过蜂窝网络进行通信的至少一个分布式节点和至少一个移动客户端；所述分布式节点包括辅助配置单元、分布式路由通断预判断单元、能量消耗范围估计单元、以及路由及能量匹配单元；其中，
所述辅助配置单元，用于获取覆盖区内所有移动客户端上报的频谱识别结果和信道状态信息，并连接至分布式路由通断预判断单元和能量消耗范围估计单元，分别向分布式路由通断预判断单元和能量消耗范围估计单元提供分析计算的原始数据；
所述分布式路由通断预判断单元，根据所述辅助配置单元中各个移动客户端上报的所述频谱识别结果，计算出各段链路的通断百分率，并连接至路由及能量匹配单元，为其提供判决基础数据；
所述能量消耗范围估计单元，根据所述辅助配置单元中各个移动客户端上报的所述信道状态信息，计算出各个终端前向能量消耗的波动范围，并连接至路由及能量匹配单元，为其提供判决基础数据；
所述路由及能量匹配单元，根据所述分布式路由通断预判断单元和所述能量消耗范围估计单元提供的基础数据，结合总前向能量消耗限制，依据自适应调节算法执行分布式路由和能量分配的判决。
根据本发明的实施方式，所述移动客户端包括频谱识别单元、信道状态信息获取单元、自适应调配单元以及分布式处理单元；其中，
所述频谱识别单元，用于识别移动客户端所在位置的频谱利用状态；
所述信道状态信息获取单元，用于获取本移动客户端与其他分布式覆盖区里的移动客户端之间的链路信道质量；
所述自适应调配单元，根据分布式节点的分布式路由和能量分配的结果执行终端配置数据自适应调节功能，对本移动客户端是否参与分布式路由以及前向能量消耗进行配置；
所述分布式处理单元，若分布式覆盖区中的移动客户端被选中作为分布式终端，对接收到的信号进行解码转发，协助完成数据的路由接力传输。
根据本发明的实施方式，所述分布式路由通断预判断单元根据所述辅助配置单元中各个移动客户端的所述频谱识别单元上报的所述当前服务终端的频谱利用状态，分析出信道的空闲百分率，并结合链路最小承载上限限制下的截断百分率，计算出所述各段链路的通断百分率。
根据本发明的实施方式，所述能量消耗范围估计单元根据所述辅助配置单元中各个移动客户端的所述信道状态信息获取单元上报的所述链路信道质量，结合分布式终端的最小反向能量消耗限制，计算出各个移动客户端允许的最小前向能量消耗；结合当前服务终端所允许的最大干扰限制，计算出各个移动客户端允许的最大前向能量消耗。
根据本发明的实施方式，所述路由及能量匹配单元通过从每个分布式覆盖区中各自选择出一个分布式终端，建立起从始发节点到目的节点的单跳接力路由。
根据本发明的实施方式，所述路由及能量匹配单元还进一步通过从每个分布式覆盖区中各自选择出两个分布式终端，建立起从始发节点到目的节点的两跳接力路由。
本发明的分布式自适应联合通信系统包括辅助配置单元、分布式路由通断预判断单元、能量消耗范围估计单元、路由及能量匹配单元；可以对覆盖区内的多个终端节点执行统筹处理和自适应处理，大大提高整个系统的运算处理效率，并有效整合整个系统的频谱资源。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
附图1示出了根据本发明实施方式的分布式自适应联合通信系统结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
根据本发明的实施方式，提出一种分布式自适应联合通信系统，如附图1所示，所述系统包括：
通过蜂窝网络进行通信的至少一个分布式节点和至少一个移动客户端；所述分布式节点包括辅助配置单元、分布式路由通断预判断单元、能量消耗范围估计单元、以及路由及能量匹配单元；所述移动客户端包括频谱识别单元、信道状态信息获取单元、自适应调配单元以及分布式处理单元；其中，
所述辅助配置单元，用于获取覆盖区内所有移动客户端上报的频谱识别结果和信道状态信息，并连接至分布式路由通断预判断单元和能量消耗范围估计单元，分别向分布式路由通断预判断单元和能量消耗范围估计单元提供分析计算的原始数据；
所述分布式路由通断预判断单元，根据所述辅助配置单元中各个移动客尸端上报的所述频谱识别结果，计算出各段链路的通断百分率，并连接至路由及能量匹配单元，为其提供判决基础数据；
所述能量消耗范围估计单元，根据所述辅助配置单元中各个移动客户端上报的所述信道状态信息，计算出各个终端前向能量消耗的波动范围，并连接至路由及能量匹配单元，为其提供判决基础数据；
所述路由及能量匹配单元，根据所述分布式路由通断预判断单元和所述能量消耗范围估计单元提供的基础数据，结合总前向能量消耗限制，依据自适应调节算法执行分布式路由和能量分配的判决；
所述频谱识别单元，用于识别移动客户端所在位置的频谱利用状态；
所述信道状态信息获取单元，用于获取本移动客户端与其他分布式覆盖区里的移动客户端之间的链路信道质量；
所述自适应调配单元，根据分布式节点的分布式路由和能量分配的结果执行终端配置数据自适应调节功能，对本移动客户端是否参与分布式路由以及前向能量消耗进行配置；
所述分布式处理单元，若分布式覆盖区中的移动客户端被选中作为分布式终端，对接收到的信号进行解码转发，协助完成数据的路由接力传输。
根据本发明的实施方式，所述分布式路由通断预判断单元根据所述辅助配置单元中各个移动客户端的所述频谱识别单元上报的所述当前服务终端的频谱利用状态，分析出信道的空闲百分率，并结合链路最小承载上限限制下的截断百分率，计算出所述各段链路的通断百分率。
根据本发明的实施方式，所述能量消耗范围估计单元根据所述辅助配置单元中各个移动客户端的所述信道状态信息获取单元上报的所述链路信道质量，结合分布式终端的最小反向能量消耗限制，计算出各个移动客户端允许的最小前向能量消耗；结合当前服务终端所允许的最大干扰限制，计算出各个移动客户端允许的最大前向能量消耗。
根据本发明的实施方式，所述路由及能量匹配单元通过从每个分布式覆盖区中各自选择出一个分布式终端，建立起从始发节点到目的节点的单跳接力路由。
根据本发明的实施方式，所述单跳接力路由的选择具体包括：
A1、对于每一段可能的路由接力链路，根据确认的实际可用的前向能量消耗范围，为分布式终端分配其允许的前向能量消耗上限值，并根据获得的信道状态信息配置数据，计算各段链路的信道承载上限；
A2、从系统的网络分布式架构中找出具有最大承载上限的接力路由，其中整条路由的承载上限取决于路由上各段路由接力链路承载上限中的最小值；
A3、根据找出的接力路由的承载上限T，将其他各段的路由接力承载上限降低到T并求出对应的节点前向能量消耗；
A4、将求得的各分布式终端能量消耗之和与预定总能量消耗P进行比较，若小于等于P，则说明已经找到最优的路由接力选择和能量消耗分配方案，进程结束；否则继续执行A5，切换路由接力选择的方法；
A5、根据系统的网络分布式架构设计一个映射图，分布式覆盖区与分布式覆盖区之间每两个分布式终端之间有边界相连，边界比例因子为其链路增益平方的反比；通过路径节约算法，求出映射图中始发节点到目的节点的最节约路径，将最节约路径上的各中间节点作为选择的分布式终端；
A6、将各段链路承载上限设为已得的最节约路径的路由承载上限，计算出各段链路的分布式终端前向能量消耗；
A7、如果已经选择的接力路由上的各分布式终端前向能量消耗在各自的范围之内，进程结束；否则继续执行A8；
A8、对不满足能量消耗发射范围要求的分布式终端，调整其前向能量消耗到发射范围的上限或下限；
A9、在总前向能量消耗不变的情况下，重新分配其他分布式终端能量消耗，使路由接力链路的承载上限与链路增益均方和成反比，并返回到A7循环执行。
根据本发明的实施方式，所述路由及能量匹配单元还进一步通过从每个分布式覆盖区中各自选择出两个分布式终端，建立起从始发节点到目的节点的两跳接力路由。
根据本发明的实施方式，所述两跳接力路由的选择借助于所述单跳接力路由的选择方法，进一步包括：
B1、根据所述单跳接力路由的选择方法在预定总能量消耗为实际预定总能量消耗的一半的限制下找出第一条接力路由的分布式终端和能量消耗大小；
B2、从所述网络分布式架构中将所述第一条接力路由的分布式终端删去；
B3、以所述第一条接力路由中各分布式终端的前向能量消耗为基础数据计算干扰，修改各分布式终端的链路前向能量消耗范围；
B4、再次根据所述单跳接力路由的选择方法在预定总能量消耗为实际预定总能量消耗的一半的限制下找出第二条接力路由的分布式终端和能量消耗大小。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种分布式自适应联合通信系统，所述系统包括：
通过蜂窝网络进行通信的至少一个分布式节点和至少一个移动客户端；所述分布式节点包括辅助配置单元、分布式路由通断预判断单元、能量消耗范围估计单元、以及路由及能量匹配单元；其中，
所述辅助配置单元，用于获取覆盖区内所有移动客户端上报的频谱识别结果和信道状态信息，并连接至分布式路由通断预判断单元和能量消耗范围估计单元，分别向分布式路由通断预判断单元和能量消耗范围估计单元提供分析计算的原始数据；
所述分布式路由通断预判断单元，根据所述辅助配置单元中各个移动客户端上报的所述频谱识别结果，计算出各段链路的通断百分率，并连接至路由及能量匹配单元，为其提供判决基础数据；
所述能量消耗范围估计单元，根据所述辅助配置单元中各个移动客户端上报的所述信道状态信息，计算出各个终端前向能量消耗的波动范围，并连接至路由及能量匹配单元，为其提供判决基础数据；
所述路由及能量匹配单元，根据所述分布式路由通断预判断单元和所述能量消耗范围估计单元提供的基础数据，结合总前向能量消耗限制，依据自适应调节算法执行分布式路由和能量分配的判决。
2.一种如权利要求1所述的系统，所述移动客户端包括频谱识别单元、信道状态信息获取单元、自适应调配单元以及分布式处理单元；其中，
所述频谱识别单元，用于识别移动客户端所在位置的频谱利用状态；
所述信道状态信息获取单元，用于获取本移动客户端与其他分布式覆盖区里的移动客户端之间的链路信道质量；
所述自适应调配单元，根据分布式节点的分布式路由和能量分配的结果执行终端配置数据自适应调节功能，对本移动客户端是否参与分布式路由以及前向能量消耗进行配置；
所述分布式处理单元，若分布式覆盖区中的移动客户端被选中作为分布式终端，对接收到的信号进行解码转发，协助完成数据的路由接力传输。
3.一种如权利要求2所述的系统，所述分布式路由通断预判断单元根据所述辅助配置单元中各个移动客户端的所述频谱识别单元上报的所述当前服务终端的频谱利用状态，分析出信道的空闲百分率，并结合链路最小承载上限限制下的截断百分率，计算出所述各段链路的通断百分率。
4.一种如权利要求3所述的系统，所述能量消耗范围估计单元根据所述辅助配置单元中各个移动客户端的所述信道状态信息获取单元上报的所述链路信道质量，结合分布式终端的最小反向能量消耗限制，计算出各个移动客户端允许的最小前向能量消耗；结合当前服务终端所允许的最大干扰限制，计算出各个移动客户端允许的最大前向能量消耗。
5.一种如权利要求4所述的系统，所述路由及能量匹配单元通过从每个分布式覆盖区中各自选择出一个分布式终端，建立起从始发节点到目的节点的单跳接力路由。
6.一种如权利要求5所述的系统，所述路由及能量匹配单元还进一步通过从每个分布式覆盖区中各自选择出两个分布式终端，建立起从始发节点到目的节点的两跳接力路由。
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