CN105846869B - 基于节点分类和注水功率分配的多中继选择方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于节点分类和注水功率分配的多中继选择方法，包括：系统中多个中继节点的任意组合，当组合中仅存在电池供电的中继节点时，计算值；当组合中仅存在电网供电的中继节点时，计算值；当组合中同时存在电池供电和电网供电的中继节点时，对于采用电池供电的中继节点，计算值；对于采用电网供电的中继节点，计算

Description

基于节点分类和注水功率分配的多中继选择方法
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，具体涉及一种基于节点分类和注水功率分配的多中继选择方法。
背景技术
协作通信系统中，根据参与协作中继节点的数目可以将中继选择划分为单中继选择和多中继选择。多中继选择能构成一种虚拟MIMO效应，是一种可实现的与MIMO系统性能近似的通信手段。有关文献曾公开了一种基于剩余能量的多中继选择方法，该方法提出同时考虑中继节点的剩余能量和信道状态，通过权重函数来选择中继节点。也有文献公开了一种DF协作网络中基于遗传算法的多中继选择，取得了较好的通信性能，但是复杂度较高。还有文献公开了在确保信道容量的条件下减少实际参与协作的中继节点数目的算法，降低了运算的复杂度。
然而，现有的算法忽视了现实应用中的一些问题，例如，信道条件良好的中继链路被选择的频率更高，当中继设备为电池供电的用户设备时，中继导致能量的快速消耗，对用户来说是难以承受的，会严重损害用户体验；其次，在考虑公平中继选择的时候，对于不同类型的中继节点，考虑公平中继选择的出发点应该是不同的；此外，还有如何在多中继选择中合理分配功率提高系统容量的问题。
发明内容
针对以上问题，本发明在中继节点分类的基础上，从不同的角度出发，提供若干通信场景中的多中继选择方法，能够克服前述缺陷，具有重要的应用价值。本发明的主要特点：(1)在多中继选择中进行功率分配，并利用分配的功率为电池供电的中继节点分配信噪比权重，达到延长网络生命周期的目的。(2)对电池供电和电网供电的中继节点，分别从分配功率和节点负荷的角度考虑中继选择的公平性，设计相应的中继选择方法，具有合理性。
本发明技术方案：
一种基于节点分类和注水功率分配的多中继选择方法，所述方法包括：系统至少由1个源节点、M个中继节点、1个目的节点构成；选择其中L个中继节点进行数据转发,1≤L≤M；对于从M个中继节点中选取L个中继节点的任意组合，当组合中仅存在电池供电的中继节点时，计算值；当组合中仅存在电网供电的中继节点时，计算值；当组合中同时存在电池供电和电网供电的中继节点时，对于采用电池供电的中继节点，计算值；对于采用电网供电的中继节点，计算值，将这两值之和作为该组合的值；然后选取最大值对应的组合中的中继节点为所选中继节点。
具体实施方式
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，从中选择L(1≤L≤M)个中继节点进行数据转发,M个中继节点构成中继节点集合Srelay。源节点和所选L个中继节点用于中继某一业务的功率之和为PT,源节点发射功率为(1-α)PT，所选L个中继节点的发射功率之和为αPT，采用注水功率分配算法分配各中继节点功率。根据设备供电来源的不同,将中继节点分为电池供电的中继节点和电网供电的中继节点，因此系统中可以存在三个场景，即：(1)仅存在电池供电的中继节点；(2)仅存在电网供电的中继节点；(3)同时存在电池和电网供电的中继节点。记即取0和x中的最大值，Min{x1,x2}表示取x1和x2中的最小值；σ2表示噪声功率并假设所有节点的噪声功率相同，μ为满足功率限制的水位；假设所有中继节点的业务信道数相等且为NT。
场景(1)：仅存在电池供电的中继节点时的中继选择
当协作通信系统中仅存在电池供电的中继设备时，对于从M个中继节点中选取L个中继节点的任意组合，计算值，其中i＝1,2,···,L，为组合的元素，λsi和λid分别表示源节点到组合中第i个元素对应的中继节点之间的链路和组合中第i个元素对应的中继节点到目的节点之间的链路的信道增益，β为功率权重；选取最大值所对应的组合中的中继节点为转发中继节点。
场景(2)：仅存在电网供电的中继节点时的中继选择
当协作通信系统中仅存在电网供电的中继节点时，对于从M个中继节点中选取L个中继节点的任意组合，计算值，其中i＝1,2,···,L，为组合的元素，λsi和λid分别表示源节点到组合中第i个元素对应的中继节点之间的链路和组合中第i个元素对应的中继节点到目的节点之间的链路的信道增益，ni为组合中第i个元素对应的中继节点当前被占用的业务信道数，δ为负荷权重；选取最大值所对应的组合中的中继节点为转发中继节点。
场景(3)：同时存在电池和电网供电的中继节点时的中继选择
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，对于从M个中继节点中选取L个中继节点的任意组合：对于组合中采用电池供电的中继节点，计算值，其中i＝1,···,L1,L1为组合中采用电池供电的中继节点数目，λsi和λid分别表示源节点到L1个电池供电的中继节点中的第i个中继节点之间链路和L1个电池供电的中继节点中的第i个中继节点到目的节点之间链路的信道增益，β为功率权重；对于组合中采用电网供电的中继节点，计算值，其中i＝1,···,L2,L2为组合中采用电网供电的中继节点数目，λsi和λid分别表示源节点到L2个电网供电的中继节点中的第i个中继节点之间链路和L2个电网供电的中继节点中的第i个中继节点到目的节点之间链路的信道增益，ni为L2个电网供电的中继节点中的第i个中继节点当前被占用的业务信道数，δ为负荷权重；计算上述两值的和；选取最大和值对应的组合中的中继节点为转发中继节点。

Claims (3)

1.一种基于节点分类和注水功率分配的多中继选择方法，所述方法包括：
(1)系统至少由1个源节点、M个中继节点、1个目的节点构成；选择其中L个中继节点进行数据转发,1≤L≤M；
(2)系统中仅存在电池供电的中继节点时，对于从M个中继节点中选取L个中继节点的任意组合，计算值，其中i＝1,2,···,L，i为组合的元素；
(3)选取步骤(2)计算值中的最大值所对应的组合中的中继节点为转发中继节点；
其中：源节点和所选L个中继节点用于发射某一业务的功率之和为PT；源节点发射功率为(1-α)PT；所选L个中继节点的发射功率之和为αPT；σ2表示噪声功率且所有节点的噪声功率相同；λsi和λid分别表示源节点到组合中第i个元素对应的中继节点之间的链路和组合中第i个元素对应的中继节点到目的节点之间的链路的信道增益；μ为满足功率限制的水位；β为功率权重。
2.一种基于节点分类和注水功率分配的多中继选择方法，所述方法包括：
(1)系统至少由1个源节点、M个中继节点、1个目的节点构成；其中选择L个中继节点进行数据转发,1≤L≤M；
(2)系统中仅存在电网供电的中继节点时，对于从M个中继节点中选取L个中继节点的任意组合，计算值；，其中i＝1,2,···,L，i为组合的元素；
(3)选取步骤(2)计算值中的最大值所对应的组合中的中继节点为转发中继节点；
其中：源节点和所选L个中继节点用于中继某一业务的功率之和为PT；源节点发射功率为(1-α)PT；所选L个中继节点的发射功率之和为αPT；σ2表示噪声功率且所有节点的噪声功率相同；λsi和λid分别表示源节点到组合中第i个元素对应的中继节点之间的链路和组合中第i个元素对应的中继节点到目的节点之间的链路的信道增益；μ为满足功率限制的水位；所有中继节点的业务信道数相等且为NT；ni为组合中第i个元素对应的中继节点当前被占用的业务信道数；δ为负荷权重。
3.一种基于节点分类和注水功率分配的多中继选择方法，所述方法包括：
(1)系统至少由1个源节点、M个中继节点、1个目的节点构成；其中选择L个中继节点进行数据转发,1≤L≤M；
(2)当系统中同时存在电池供电和电网供电的中继节点时，对于从M个中继节点中选取L个中继节点的任意组合：对于组合中采用电池供电的中继节点，计算值，其中i＝1,···,L1,L1为组合中采用电池供电的中继节点数目，λsi和λid分别表示源节点到L1个电池供电的中继节点中的第i个中继节点之间链路和L1个电池供电的中继节点中的第i个中继节点到目的节点之间链路的信道增益；对于组合中采用电网供电的中继节点，计算值，其中i＝1,···,L2,L2为组合中采用电网供电的中继节点数目，λsi和λid分别表示源节点到L2个电网供电的中继节点中的第i个中继节点之间链路和L2个电网供电的中继节点中的第i个中继节点到目的节点之间链路的信道增益；计算上述两值的和；
(3)选取步骤(2)计算出的两值的和中的最大和值所对应的组合中的中继节点为转发中继节点；
其中：源节点和所选L个中继节点用于中继某一业务的功率之和为PT；源节点发射功率为(1-α)PT；所选L个中继节点的发射功率之和为αPT；σ2表示噪声功率且所有节点的噪声功率相同；μ为满足功率限制的水位；所有中继节点的业务信道数相等且为NT；ni为L2个电网供电的中继节点中的第i个中继节点当前被占用的业务信道数；β为功率权重；δ为负荷权重。
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