CN105828405B - 基于自适应功率传输的中继选择方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了种基于自适应功率传输的中继选择方法,所述方法将自适应功率传输应用于中继选择方法中,有利于提升系统的容量;还分别考虑了最优功率和速率自适应以及信道反转下的功率自适应两种策略,为中继选择方法的设计提供了有益的思路;在自适应的基础上考虑了中继选择的公平性,定义等效信噪比,并应用于中继选择中,有利于平衡网络节点的负荷,当移动用户作为中继节点时,可以改善用户满意度。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域,具体涉及一种基于自适应功率传输的中继选择方法。
背景技术
协作通信系统中,通信性能的好坏与中继节点的选择有关。衡量中继选择性能的指标通常包括容量和中断概率。容量在某种程度上可以用最大数据速率来衡量。一般来说,提升功率可以在一定程度上提高容量,因此在中继选择算法中考虑功率和速率自适应是十分必要的,然而已有的中继选择算法很少涉及此领域。已有的中继选择算法通常考虑选择信道条件最好的中继链路传输,没有考虑功率因素,或者考虑等功率消耗的中继选择,即考虑了中继选择的公平性,但是没有考虑功率自适应问题。鉴于移动信道的随机时变特性,移动通信系统根据信道状态进行自适应传输显然是高效的。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明提供一种基于自适应功率传输的中继选择方法,能够提升功率效能,提升系统容量,提高系统工作效率,具有实际应用价值。本发明方法的主要特点及效果:(1)将自适应功率传输应用于中继选择方法中,有利于提升系统的容量;分别考虑了最优功率和速率自适应以及信道反转下的功率自适应两种策略,为中继选择方法的设计提供了有益的思路。(2)在自适应的基础上考虑了中继选择的公平性,定义等效信噪比,并应用于中继选择中,有利于平衡网络节点的负荷,当移动用户作为中继节点时,可以改善用户满意度。
本发明技术方案:
(1)系统至少由1个源节点、M个中继节点和1个目的节点构成,M=1,2,3,…;选择且的中继节点构成候选中继节点集合Scandi,i=1,2,…,M;其中:γ1i、γ2i分别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的信噪比;分别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的中断门限,并且分别由数学式及求得。
(2)当系统中仅存在电池供电的中继节点时,对于候选中继节点集合Scandi中的任意中继节点,选取对应的中继节点进行数据转发。或者,选取对应的中继节点进行数据转发。
(3)当系统中仅存在电网供电的中继节点时,对于候选中继节点集合Scandi中的任意中继节点,选取对应的中继节点进行数据转发。
(4)当系统中同时存在电网供电和电池供电的中继节点时,对于候选中继节点集合Scandi中采用电池供电的任意中继节点,计算值,或者计算值;对于候选中继节点集合Scandi中采用电网供电的任意中继节点,计算值;然后选取所有中继节点计算值中的最大值所对应的中继节点为转发中继节点。
其中:表示平均发射功率限制;Pmax表示中继节点的最大发射功率;功率权重α>0;负荷权重β>0;NT表示所有中继节点的业务信道数且相等;ni表示任意中继节点i中当前被占用的业务信道数。
具体实施方式
本发明中的协作通信系统由1个源节点、M个中继节点和1个目的节点构成,M个中继节点构成中继节点集合Srelay,且的中继节点构成候选中继节点集合Scandi,其中 γ1i、γ2i分别为源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的信噪比,分别为源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的中断门限,fγ1i(γ1i)、fγ2i(γ2i)分别为γ1i、γ2i的概率密度函数,具体表达式取决于信道类型,为已有研究成果。根据节点供电来源的不同,将中继节点划分为电池供电的中继节点和电网供电的中继节点,因此系统中包含三个场景,即仅存在电池供电的中继节点、仅存在电网供电的中继节点、同时存在电池和电网供电的中继节点。本发明中的协作通信系统采用自适应功率传输,包括最优功率和速率自适应以及信道反转下的功率自适应两种策略。
Min{x1,x2}表示取x1和x2中的最小值的运算;表示对于任意i∈Scnadi,计算xi的值,取所有值中最大值对应的i的运算;假设所有中继节点的业务信道数相等且为NT,ni为任意中继节点i中当前被占用的业务信道数;
【方法一】最优功率和速率自适应下的中继选择方法
场景(1):当协作通信系统中仅存在电池供电的中继节点时,对于Scandi中的任意中继节点,选取
对应的中继节点进行数据转发。其中:功率权重α>0。作为优选方案:当α≥1且时,当α≥1且时,当0<α<1且时,当0<α<1且时,
场景(2):当协作通信系统中仅存在电网供电的中继节点时,对于Scandi中的任意中继节点,选取对应的中继节点进行数据转发。其中,负荷权重β>0。
场景(3):当协作通信系统中同时存在电网和电池供电的中继节点时,对于Scandi中采用电池供电的任意中继节点,计算值。其中:功率权重α>0。作为优选方案:当α≥1且时,当α≥1且时,当0<α<1且时,当0<α<1且时,对于Scandi中采用电网供电的任意中继节点,计算值。选取所有中继节点计算值中最大值对应的中继节点为转发中继节点。
【方法二】信道反转功率自适应下的中继选择方法
场景(1):当协作通信系统中仅存在电池供电的中继设备时,对于Scandi中的任意中继节点,选取对应的中继节点进行数据转发。其中:功率权重α>0。作为优选方案:当0<α<1时,当α≥1时,
场景(2):当协作通信系统中仅存在电网供电的中继节点时,对于Scandi中的任意中继节点,选取对应的中继节点进行数据转发。其中,负荷权重β>0。
场景(3):当协作通信系统中同时存在电网和电池供电的中继节点时,对于Scandi中采用电池供电的任意中继节点,计算值,其中,功率权重α>0。作为优选方案:当0<α<1时,当α≥1时,对于Scandi中采用电网供电的任意中继节点,计算值。选取所有中继节点计算值中最大值对应的中继节点为转发中继节点。
下面结合数据演算进一步详细说明本发明技术方案,利于更好理解本发明及应用效果。
【方法一】最优功率和速率自适应下的中继选择方法
实施例1:
协作通信系统由1个源节点、3个电池供电的中继节点和1个目的节点构成,用中继节点1、中继节点2以及中继节点3区分不同的中继。协作分为两个时隙,第一个时隙节点广播数据,第二个时隙中继选择后的中继节点转发数据到目的节点。
采用瑞利衰落信道,各中继链路(包括源节点-中继节点链路和中继节点-目的节点链路)上的平均信噪比分别为 由公式 求解得到
设置α=1,Pmax=10,经测量估计得到用户在各中继链路上的即时信噪比分别为γ11=101.2,γ21=101.7,γ12=101.56,γ22=101.36,γ13=101.6,γ23=101.86,根据公式求解得到κ1=3,即应选择中继节点3进行数据转发。
实施例2:
协作通信系统由1个源节点、3个电网供电的中继节点和1个目的节点构成,用中继节点4、中继节点5以及中继节点6区分不同的中继。协作分为两个时隙,第一个时隙节点广播数据,第二个时隙中继选择后的中继节点转发数据到目的节点。
采用瑞利衰落信道,各中继链路的平均信噪比分别为
经测量计算得到中继节点4、中继节点5以及中继节点6的节点负荷分别为
设置β=1,经测量估计得到用户在各中继链路上的即时信噪比分别为γ14=101.4,γ24=101.2,γ15=101.7,γ25=101.5,γ16=101.52,γ26=101.6。
于是,根据公式求解得到κ2=6,即应选择中继节点6进行数据转发。
实施例3:
协作通信系统由1个源节点、3个电池供电的中继节点、3个电网供电的中继节点和1个目的节点构成,用中继节点1、中继节点2以及中继节点3表示电池供电的中继节点,用中继节点4、中继节点5以及中继节点6表示电网供电的中继节点。协作分为两个时隙,第一个时隙节点广播数据,第二个时隙中继选择后的中继节点转发数据到目的节点。
采用瑞利衰落信道,各中继链路(包括源节点-中继节点链路和中继节点-目的节点链路)上的平均信噪比分别为 由公式 求解得到
经测量计算得到用户在各中继链路上的即时信噪比分别为γ11=101.2,γ21=101.7,γ12=101.56,γ22=101.36,γ13=101.6,γ23=101.86,γ14=101.4,γ24=101.2,γ15=101.7,γ25=101.5,γ16=101.52,γ26=101.6;中继节点4、中继节点5以及中继节点6的节点负荷分别为
设置α=1,Pmax=10,β=1,根据公式
分别得到κ1=3,κ2=6,由于的
值大于的值,因此选择中继节点3进行数据转发。
【方法二】信道反转功率自适应下的中继选择方法
实施例4:
协作通信系统由1个源节点、3个电池供电的中继节点和1个目的节点构成,用中继节点1、中继节点2以及中继节点3区分不同的中继。协作分为两个时隙,第一个时隙节点广播数据,第二个时隙中继选择后的中继节点转发数据到目的节点。
采用瑞利衰落信道,各中继链路(包括源节点-中继节点链路和中继节点-目的节点链路)上的平均信噪比分别为
设置α=1,Pmax=10,经测量估计得到用户在各中继链路上的即时信噪比分别为γ11=101.2,γ21=101.7,γ12=101.56,γ22=101.36,γ13=101.6,γ23=101.86。于是,根据公式求解得到 再根据公式求解得到κ3=3,即应选择中继节点3进行数据转发。
实施例5:
协作通信系统由1个源节点、3个电网供电的中继节点和1个目的节点构成,用中继节点4、中继节点5以及中继节点6区分不同的中继。协作分为两个时隙,第一个时隙节点广播数据,第二个时隙中继选择后的中继节点转发数据到目的节点。
采用瑞利衰落信道,各中继链路的平均信噪比分别为
经测量计算得到中继节点4、中继节点5以及中继节点6的节点负荷分别为
设置β=1,经测量估计得到用户在各中继链路上的即时信噪比分别为γ14=101.4,γ24=101.2,γ15=101.7,γ25=101.5,γ16=101.52,γ26=101.6。
于是,根据公式求解得到κ2=6,即应选择中继节点6进行数据转发。
实施例6:
协作通信系统由1个源节点、3个电池供电的中继节点、3个电网供电的中继节点和1个目的节点构成,用中继节点1、中继节点2以及中继节点3表示电池供电的中继节点,用中继节点4、中继节点5以及中继节点6表示电网供电的中继节点。协作分为两个时隙,第一个时隙节点广播数据,第二个时隙中继选择后的中继节点转发数据到目的节点。
采用瑞利衰落信道,各种中继链路(包括源节点-中继节点链路和中继节点-目的节点链路)上的平均信噪比分别为
经测量计算得到用户在各中继链路上的即时信噪比分别为γ11=101.2,γ21=101.7,γ12=101.56,γ22=101.36,γ13=101.6,γ23=101.86,γ14=101.4,γ24=101.2,γ15=101.7,γ25=101.5,γ16=101.52,γ26=101.6;中继节点4、中继节点5以及中继节点6的节点负荷分别为
设置α=1,Pmax=10,β=1,根据公式
分别得到κ3=3,κ2=6,由于大于的值,因此选择中继节点3进行数据转发。
Claims (7)
1.一种基于自适应功率传输的中继选择方法,所述方法包括:
(1)系统至少由1个源节点、M个中继节点和1个目的节点构成,M=1,2,3,…;选择且的中继节点构成候选中继节点集合Scandi,i=1,2,…,M;其中:γ1i、γ2i分别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的信噪比;分别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的中断门限,并且分别由数学式及求得;
(2)当系统中仅存在电池供电的中继节点时,对于候选中继节点集合Scandi中的任意中继节点,选取
对应的中继节点进行数据转发;
其中:表示平均发射功率限制;Pmax表示中继节点的最大发射功率;功率权重α>0。
2.一种基于自适应功率传输的中继选择方法,所述方法包括:
(1)系统至少由1个源节点、M个中继节点和1个目的节点构成,M=1,2,3,…;选择且的中继节点构成候选中继节点集合Scandi,i=1,2,…,M;其中:γ1i、γ2i分别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的信噪比;分别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的中断门限,并且分别由数学式及求得;
(2)当系统中仅存在电网供电的中继节点时,对于候选中继节点集合Scandi中的任意中继节点,选取
对应的中继节点进行数据转发;
其中:负荷权重β>0,NT表示所有中继节点的业务信道数且相等;ni表示任意中继节点i中当前被占用的业务信道数。
3.一种基于自适应功率传输的中继选择方法,所述方法包括:
(1)系统至少由1个源节点、M个中继节点和1个目的节点构成,M=1,2,3,…;选择且的中继节点构成候选中继节点集合Scandi,i=1,2,…,M;其中:γ1i、γ2i分别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的信噪比;分别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的中断门限,并且分别由数学式及求得;
(2)当系统中同时存在电池供电和电网供电的中继节点时,对于候选中继节点集合Scandi中采用电池供电的任意中继节点,计算
值;对于候选中继节点集合Scandi中采用电网供电的任意中继节点,计算值;然后选取所有中继节点计算值中的最大值所对应的中继节点为转发中继节点;其中:表示平均发射功率限制;Pmax表示中继节点的最大发射功率;功率权重α>0;负荷权重β>0,NT表示所有中继节点的业务信道数且相等;ni表示任意中继节点i中当前被占用的业务信道数。
4.根据权利要求1或3所述的方法,其中:当α≥1且时,当α≥1且时,当0<α<1且时,当0<α<1且时,
5.一种基于自适应功率传输的中继选择方法,所述方法包括:
(1)系统至少由1个源节点、M个中继节点和1个目的节点构成,M=1,2,3,…;选择且的中继节点构成候选中继节点集合Scandi,i=1,2,…,M;其中:γ1i、γ2i分别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的信噪比;分别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的中断门限,并且分别由数学式及求得;
(2)当系统中仅存在电池供电的中继节点时,对于候选中继节点集合Scandi中的任意中继节点,选取
对应的中继节点进行数据转发;
其中: 表示平均发射功率限制;Pmax表示中继节点的最大发射功率;功率权重α>0。
6.一种基于自适应功率传输的中继选择方法,所述方法包括:
(1)系统至少由1个源节点、M个中继节点和1个目的节点构成,M=1,2,3,…;选择且的中继节点构成候选中继节点集合Scandi,i=1,2,…,M;其中:γ1i、γ2i分别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的信噪比;分别表示源节点到第i个中继节点链路、第i个中继节点到目的节点链路的中断门限,并且分别由数学式及求得;
(2)当系统中同时存在电池供电和电网供电的中继节点时,对于候选中继节点集合Scandi中采用电池供电的任意中继节点,计算
值;对于候选中继节点集合Scandi中采用电网供电的任意中继节点,计算值;然后选取所有中继节点计算值中的最大值所对应的中继节点为转发中继节点;其中: 表示平均发射功率限制;Pmax表示中继节点的最大发射功率;功率权重α>0,负荷权重β>0;NT表示所有相等的中继节点业务信道数;ni表示任意中继节点i中当前被占用的业务信道数。
7.根据权利要求5或6所述的方法,其中:当0<α<1时,当α≥1时,
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快慢速自适应融合的安全中继选择;谭琛;《电讯技术》;20151130;第55卷(第11期);全文 |
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